Stromausfälle in Texas mit erneuerbarer Energie verhindern

Zwölf Monate später verbesserte sich das Stromnetz des Staates, Immer noch anfällig Wetterbedingte Stromausfälle.

„Wenn wir dieses Jahr von einem weiteren Sturm getroffen werden, wie Urey im Jahr 2021, wird das Stromnetz wieder zusammenbrechen“, sagte Andrew Dessler, Professor für Atmosphärenwissenschaften an der Texas A&M University. „Das ist uns noch zu riskant.“

Jetzt, Kürzlich durchgeführte Studie Es zeigt, dass landesweite Stromausfälle – vielleicht sogar bei extremen Wetterereignissen – durch die Umstellung auf 100 Prozent saubere, erneuerbare Energien wie Sonne, Wind und Wasser vermieden werden könnten.

„„Technisch und wirtschaftlich haben wir 95 Prozent der Technologien, die wir brauchen, um heute alles zu transformieren“, sagte Marc Jacobson, Hauptautor des Papiers und Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der Stanford University. Wind, Wasser und Sonne machen bereits etwa ein Fünftel der Elektrizität des Landes aus, obwohl die vollständige Transformation in vielen Bereichen nur langsam voranschreitet.

Die Studie zeigte, dass der Umstieg auf erneuerbare Energiequellen auch den Energiebedarf senken, die Verbraucherkosten senken, Millionen neuer Arbeitsplätze schaffen und die Gesundheit der Menschen verbessern würde.

Einige zweifeln seit Jahren an der Machbarkeit der Einführung erneuerbarer Energien in großem Maßstab aufgrund ihrer Kosten. Aber Dessler sagte, obwohl Solarenergie vor 10 Jahren eine teure Energiequelle war, ist sie es Einer der günstigsten Preise heute.

„Das Verständnis vieler Menschen über erneuerbare Energien ist sehr veraltet“, sagte Dessler, der nicht an der Forschung beteiligt war.

Windkraft kann auch sehr effizient sein und an manchen Tagen die Hälfte der Energie von Texas einsparen – eine Tatsache, die den Podcaster überraschte Joe Rogan Als er in der Donnerstagsfolge von „The Joe Rogan Experience“ als Gast auftrat.

„Sonne und Wind sind die billigsten verfügbaren Energiequellen“, sagte Dessler. „Die Leute scheinen das nicht zu verstehen, und sie verstehen auch nicht, dass wir wissen, wie man ein zuverlässiges Netz baut, das sich hauptsächlich auf erneuerbare Energien stützt.“

In der neuesten Studie zeigen Jacobson und Kollegen, wie der Energiebedarf in den Vereinigten Staaten alle 30 Sekunden ohne Stromausfälle in einer grüneren, bevölkerungsreicheren Nation in den Jahren 2050 und 2051 gedeckt werden kann.

Stellen Sie sich in den Simulationen vor, dass alle Fahrzeuge elektrisch betrieben oder von Wasserstoff-Brennstoffzellen angetrieben würden. Elektrische Wärmepumpen, Warmwasserbereiter, Windturbinen und Sonnenkollektoren haben Alternativen zu fossilen Brennstoffen ersetzt. Das Team umfasste auch neue thermische Energiequellen, aber keine neuen Wasserkraftwerke.

Sie modellierten die Netzwerkstabilität in den angrenzenden Vereinigten Staaten, einschließlich Daten aus dem Luftverschmutzungs-, Klima- und Wettermodell, das Klimafaktoren und statistisch typische Wettermuster enthält, die in einem bestimmten Gebiet auftreten. Unter Verwendung von Energieverbrauchsdaten der Energy Information Administration simulierte das Team den Energiebedarf für 2050-2051. Die Stromversorgung musste alle 30 Sekunden dem Strombedarf entsprechen, sonst würde das Modell geschlossen werden.

Das Team stellte fest, dass der tatsächliche Energiebedarf erheblich reduziert wurde, indem einfach auf erneuerbare Ressourcen umgestellt wurde, die effizienter sind. Für die gesamten Vereinigten Staaten sank der gesamte Endenergiebedarf um etwa 57 Prozent. Die jährlichen Pro-Kopf-Energiekosten für Haushalte waren um etwa 63 Prozent niedriger als im Szenario „Business as Usual“.

„Alles, was wir derzeit mit fossilen Brennstoffen tun, wird mit elektrisch betriebener Technologie erfolgen“, sagte Anna Katharina von Kreland, Co-Autorin und Doktorandin in Jacobsons Labor. „Die Menge an Energie, die benötigt wird, um Aktivitäten durchzuführen, hauptsächlich um Licht zu betreiben oder industrielle Prozesse anzutreiben, die tatsächlich reduziert werden würde, wenn Sie eine effizientere Energiequelle verwenden würden.“

Während eines extremen Wetterereignisses ist ein geringerer Energiebedarf wichtig, um das Netz am Laufen zu halten. In Texas würde eine vollständige grüne Umstellung den durchschnittlichen jährlichen Endenergiebedarf um 56 Prozent senken. Es reduziert auch Spitzenlasten oder die größte Strommenge, die man gleichzeitig aus dem Netz zieht. Jacobson sagte, dass viele Haushalte auch ihren eigenen Speicher haben werden und sich nicht so sehr auf das Netzwerk verlassen müssen.

Das Team fand auch heraus, dass die Verbindung von Stromnetzen aus verschiedenen Regionen das Stromsystem zuverlässiger machen und Kosten senken könnte. Winde wehen eher in größeren Gebieten oder scheinen die Sonne oder betreiben anderswo Wasserkraft, was dazu beitragen kann, Versorgungslücken zu schließen.

„Die Schwankungen bei den erneuerbaren Energien nehmen ab, je größer die Flächen werden“, sagte Dessler. „Wenn es in Texas nicht windig ist, könnte es in Iowa windig sein. In diesem Fall könnten sie zu viel Energie produzieren und uns einen Teil ihres zusätzlichen Stroms in Rechnung stellen.“

Die Studie ergab, dass die Kosten pro Energieeinheit in Texas um 27 Prozent niedriger sind, wenn sie an das Netz des Mittleren Westens angeschlossen sind, als wenn sie isoliert sind, wie es derzeit der Fall ist.

„Insgesamt haben wir festgestellt, dass es kostengünstiger, zuverlässiger und mit einer besseren Energieausnutzung wäre, wenn wir die Verbindung erweitern würden“, sagte von Kreland. aber hinzufügen „Selbst wenn jeder Staat eine eigene Insel wäre, wäre es immer noch möglich, 100 Prozent Wind- und Solarwasser in jedem einzelnen Staat zu implementieren.“

Während des texanischen Winters sagte Jacobson, dass ordnungsgemäß gewartete Windkraftanlagen auch dazu beitragen würden, die Stromversorgung aufrechtzuerhalten. Während der Kältewelle im Februar 2021 wurden einige zugefrorene Windkraftanlagen wegen fehlender Enteisungsgeräte abgeschaltet. (Kohle, Gas und nukleare Ressourcen auch schließen durch direktes Einfrieren von Geräten und trug zu einem noch stärkeren Leistungsabfall bei.)

„An diesen Tagen, wenn es kalt ist, haben Sie starke Winde, was wirklich eine gute Nachricht ist, denn wenn es kalt ist, haben Sie einen Heizbedarf“, sagte Jacobson. „Man bekommt an kalten Tagen tatsächlich mehr Energie.“

Im Winter kann niedriges Sonnenlicht Sonnenkollektoren unbrauchbar machen. In diesem Fall sind Windkraftanlagen und Sonnenkollektoren komplementäre Energiequellen. Wenn beides irgendwann versagt, kann eine andere Energiequelle einsetzen, etwa Geothermie oder Wasserkraft.

Batterien werden auch verwendet, um Strom zu liefern, wenn die Sonnen- oder Windenergie schwach ist, aber das Team zeigte, dass langlebige Batterien nicht notwendig oder vorteilhaft für die Netzstabilität sind. Viele der derzeit auf dem Markt befindlichen 4-Stunden-Batterien können zur Langzeitspeicherung, beispielsweise während eines Stromausfalls, angeschlossen werden. Diese Erkenntnis ist besonders nützlich, da langlebige Batterietechnologie noch relativ weit von der Marktreife entfernt sein dürfte.

„Es ist ein Fehler, Erneuerbare als unzuverlässig zu betrachten, weil man nicht an Erneuerbare per se denkt“, sagte Dessler. „Sie betrachten sie als Teil eines Systems. Ein stabiles Netz mit vielen erneuerbaren Energien wird auch eine bereitstellbare konstante Kapazität haben, die sich erholt, wenn die erneuerbaren Energien zur Neige gehen.“

Die Simulation des Teams deutete auch auf einen Stromausfall in Kalifornien hin, wie z Die im August 2020, zu geringen Kosten. Die Installation von mehr Offshore-Windkraftanlagen im Sommer kann Energie sparen, einschließlich der Kühlung von Gebäuden. Der Umstieg auf alle Arten von sauberer, erneuerbarer Energie könnte Kaliforniens Energiebedarf um 60 Prozent senken.

Neben der Verbesserung der Netzwerkstabilität ergab die Studie, dass der Betrieb eines sauberen, erneuerbaren Netzwerks fast 5 Millionen langfristige Vollzeitarbeitsplätze schaffen könnte, von der Konstruktion über die Fertigung bis hin zu indirekten Beschäftigungen in Unternehmen. Die Systeme würden auch sauberere Luft erzeugen, was die durch Umweltverschmutzung verursachten Todesfälle jährlich um 53.000 Menschen und durch Umweltverschmutzung verursachte Krankheiten für Millionen von Menschen im Jahr 2050 reduzieren könnte.

„Dies ist eine sehr wichtige Studie“, sagte Robert Howarth, Professor an der Cornell University, der nicht an der Forschung beteiligt war. „Die Industrie für fossile Brennstoffe argumentiert weiterhin, dass erneuerbare Energien ein gefährliches Experiment sind und dass die Netzstabilität und -zuverlässigkeit weiterhin teilweise von fossilen Brennstoffen abhängen wird. Hier zeigen Jacobson und Kollegen deutlich, dass dies überhaupt nicht der Fall ist.“

Dessler stimmt zu, dass er die Ergebnisse dieser Studie „überhaupt nicht kontrovers“ findet.

„Offensichtlich wird es nur funktionieren, weil auf dem Planeten viel erneuerbare Energie verfügbar ist. Aus physikalischer Sicht gibt es hier keine grundlegenden Einschränkungen“, sagte er. „Die Einschränkung ist politisch. Man muss die Leute dazu bringen, zusammenzukommen und sich dafür zu entscheiden, und das ist wirklich schwer.“

Während der Kältewelle im Februar 2021 sagte der frühere Gouverneur von Texas, Rick Perry, die Texaner würden mehr Zeit in der Kälte und ohne Strom verbringen, um „die Bundesregierung aus ihren Geschäften herauszuhalten“. Demokraten vereitelt die neue Regelungen vorschlagen wollen.

Etwa 15 Bundesstaaten, Territorien und mehr als 180 Städte haben Richtlinien eingeführt, die die Menge an erneuerbarem Strom erhöhen, aber Jacobson hofft, dass die Ergebnisse wie diese den politischen Entscheidungsträgern das Vertrauen geben werden, Gesetze und Richtlinien für einen schnelleren Übergang zu verabschieden. Jacobsons frühere Studien und Arbeit durch seine gemeinnützige Organisation Projektlösungen Helfen Sie mit, fundierte Pläne zu machen, z Grüner New Deal und der Landtag.

„Wir brauchen einen wirklich schnellen 80-Prozent-Übergang [of clean energy] bis 2030 und 100 Prozent so schnell wie möglich danach, sagte Jacobson. „Es braucht wirklich eine große Anstrengung vieler Menschen, um dieses Problem zu lösen. Es ist keine einzelne wissenschaftliche Studie, die das Problem lösen wird.“