การจำลองใหม่เน้นความเสถียรของลม พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานน้ำ โดย NIKITA AMIR | เผยแพร่ 20 ธ.ค. 2564 12:00 น.
ศาสตร์
สิ่งแวดล้อม
แถวกังหันลมนอกชายฝั่ง
ลมนอกชายฝั่งสามารถช่วยให้สหรัฐฯ บรรลุเป้าหมายด้านพลังงานหมุนเวียนได้
ฝ่ายบริหารของ Biden ได้ให้คำมั่นที่จะสร้างภาคพลังงานที่ปราศจากคาร์บอนภายในปี 2035 แต่เนื่องจากทรัพยากรหมุนเวียนสร้างกระแสไฟฟ้าได้เพียง19 เปอร์เซ็นต์ของสหรัฐในปี 2020 ผู้เชี่ยวชาญด้านสภาพอากาศเตือนว่าการเปลี่ยนไปสู่อนาคตของกริดสีเขียวจะต้องเร็วขึ้น
กลุ่มนักวิจัยที่สแตนฟอร์ด นำโดยมาร์ก
จาคอบสัน ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม ได้ตั้งเป้าที่จะพิสูจน์ว่าโครงข่ายพลังงานหมุนเวียน 100 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 2593 ไม่เพียงเป็นไปได้ แต่สามารถทำได้โดยไม่เกิดไฟฟ้าดับ และมีต้นทุนต่ำกว่า กริดที่มีอยู่
“ข้อกังวลที่ใหญ่ที่สุดประการหนึ่งเกี่ยวกับพลังงานหมุนเวียนคือพลังงานหมุนเวียนไม่สม่ำเสมอ ลมไม่ได้พัดตลอดเวลาหรือดวงอาทิตย์ไม่ได้ส่องแสงตลอดเวลา” จาคอบสันกล่าว ซึ่งผู้คนอ้างว่าความไม่น่าเชื่อถือนี้ทำให้เกิดไฟฟ้าดับในแคลิฟอร์เนีย ซึ่งต้องอาศัยอาศัยอย่างหนัก เกี่ยวกับพลังงานหมุนเวียนและในเท็กซัสซึ่งไม่มี “ดังนั้นเราจึงต้องการทดสอบการโต้แย้งนี้”
Jacobson เป็นหัวหน้าผู้เขียนบทความฉบับ ใหม่ ซึ่งตีพิมพ์ใน Renewable Energy ซึ่งให้เหตุผลว่าการเปลี่ยนผ่านสู่พลังงานหมุนเวียนอย่างสมบูรณ์ ซึ่งหมายถึงพลังงานลม น้ำ และพลังงานแสงอาทิตย์ จะเป็นประโยชน์ต่อสหรัฐฯ โดยรวมและส่วนบุคคลด้วยการประหยัดต้นทุน สร้างงาน และลดมลพิษทางอากาศและการปล่อยคาร์บอน
พวกเขาจำลองวิธีที่กังหันลม กังหันน้ำขึ้นน้ำลง โรงไฟฟ้าพลังงานความร้อนใต้พิภพและไฟฟ้าพลังน้ำ แผงโซลาร์เซลล์บนชั้นดาดฟ้าและยูทิลิตี้ และแหล่งอื่นๆ ที่สามารถผลิตพลังงานได้ในปี 2050
แหล่งข้อมูลต่างๆ มากมายสนับสนุนการคาดการณ์เหล่านี้: Jacobson ใช้ข้อมูลจากแบบจำลองมลพิษทางอากาศ-ภูมิอากาศ-อากาศที่เขาสร้างขึ้นครั้งแรกในปี 1990 ซึ่งถูกนำมาใช้ในการจำลองหลายครั้งนับแต่นั้นมา การใช้พลังงานของรัฐและแต่ละภาคส่วนนำมาจากการบริหารข้อมูลพลังงาน แหล่งพลังงานเชื้อเพลิงฟอสซิลในปัจจุบันถูกแปลงเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยลม น้ำ และแสงอาทิตย์ จากนั้นใช้เพื่อสร้างประมาณการสำหรับการใช้พลังงานในปี 2593
การจ่ายพลังงานที่ขึ้นกับเวลาถูกจับคู่กับอุปสงค์
และการจัดเก็บในแบบจำลองการรวมกริดทุก ๆ 30 วินาทีในปี 2050 และ 2051 ผู้เขียนศึกษาได้วิเคราะห์ภูมิภาคของสหรัฐฯ และความต้องการทั่วประเทศ จนกระทั่งแบบจำลองสร้างวิธีแก้ปัญหาด้วยสิ่งที่ผู้เขียนเรียกว่าการสูญเสียเป็นศูนย์ – หมายความว่า โดยพื้นฐานแล้ว ไม่มีไฟฟ้าดับด้วยพลังงานหมุนเวียน 100 เปอร์เซ็นต์และการจัดเก็บ
[ที่เกี่ยวข้อง: พลังงานแสงอาทิตย์มีราคาถูก แล้วทำไมเราไม่ใช้มันให้มากกว่านี้ล่ะ? ]
จากข้อมูลของ Jacobson ไม่มีการศึกษาอื่นใดที่ทำการสร้างแบบจำลองประเภทนี้ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งที่ไม่เหมือนใครเพราะจะตรวจสอบเงื่อนไขสำหรับการจำลองทุก ๆ 30 วินาที
“ไม่มีใครใช้แบบจำลองการทำนายสภาพอากาศควบคู่กันเพื่อทำนายสนามลมอย่างต่อเนื่องหรือสนามรังสีดวงอาทิตย์อย่างสม่ำเสมอ” เขากล่าว “หรือความต้องการความร้อนและความเย็นของอาคารอย่างสม่ำเสมอ และยังไม่มีระบบใดที่จัดการกับกระบวนการทั้งหมดหรือประเภทพื้นที่จัดเก็บทั้งหมด”
Wesley Cole นักวิเคราะห์ด้านพลังงานอาวุโสของ National Renewable Energy Laboratory กล่าวว่าแบบจำลองช่วงเวลารายชั่วโมงเป็นเรื่องปกติมากขึ้น แต่การศึกษาใหม่นี้ช่วยให้นักวิจัยเช่นตัวเขาเองมีความมั่นใจว่าพวกเขาจะไม่พลาดสิ่งใดโดยการสร้างแบบจำลองที่ความละเอียดทางโลกที่สูงขึ้น “มันช่วยได้แน่นอน แต่ก็ไม่มีความชัดเจนว่าจำเป็นสำหรับการศึกษาทุกครั้งหรือไม่” โคลกล่าว
ในการสร้างการคาดการณ์ ผู้เขียนพิจารณาพื้นที่กริดที่มีอยู่ภายใน North American Reliability Corporation เพื่อทำความเข้าใจว่าอุปสงค์และอุปทานในปัจจุบันได้รับการตอบสนองอย่างไรในแต่ละพื้นที่ เพื่อทดสอบความแตกต่างระหว่างกริดที่แยกได้และกริดที่เชื่อมต่อถึงกัน พวกเขายังดูหกรัฐที่มีประชากรจำนวนมากและใช้พลังงานสูง: นิวยอร์ก ฟลอริดา เท็กซัส แคลิฟอร์เนีย อลาสก้า และฮาวาย ผู้สร้างแบบจำลองยังได้วิเคราะห์รัฐที่อยู่ติดกันทั้งหมดและ District of Columbia
และในที่สุด นักวิจัยได้จินตนาการถึงภูมิภาคใหม่ที่จะพับในเท็กซัสด้วยเขตความน่าเชื่อถือของมิดเวสต์ที่มีหลายรัฐที่มีอยู่ เท็กซัสเป็นพื้นที่กริดของตนเอง และปัญหาหนึ่งที่ทำให้ไฟดับของรัฐรุนแรงขึ้นเมื่อต้นปีนี้คือการแยกตัวของกริดหมายความว่าไม่มีแหล่งพลังงานอื่น
แต่การเชื่อมต่อเท็กซัสกับภูมิภาคอื่นอาจไม่ใช่แค่จินตนาการที่นักวิจัยจินตนาการไว้เท่านั้น Pattern Energy บริษัทพลังงานหมุนเวียนได้เสนอสายส่ง Southern Cross ที่จะเชื่อมต่อเท็กซัสกับสภาความน่าเชื่อถือทางไฟฟ้าตะวันออกเฉียงใต้
เมื่อต้นปีนี้ โคลยังได้จัดทำแผนงานเพื่อดูว่าโครงข่ายไฟฟ้าหมุนเวียนทั้งหมดจะเป็นไปได้เพียงใดและราคาเท่าไหร่ การศึกษาของโคล เช่นเดียวกับของจาคอบสัน พิสูจน์ว่าการใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนสามารถสร้างพลังงานเพียงพอที่จะทำให้กริดมีความสมดุลโดยไม่สูญเสียโหลด
“คำถามนี้เป็นคำถามทางเศรษฐกิจมากกว่า ไม่ใช่คำถามทางเทคนิค” โคลกล่าว จากการวิจัยของเขา เส้นทางสู่กริดพลังงานทดแทนนั้นไม่แพงอย่างที่คิดในตอนแรก เนื่องจากการลดต้นทุนในพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม เขากล่าวว่าปัญหาอยู่ที่ความสามารถในการสร้าง
“เราไม่ได้ดูห่วงโซ่อุปทานในรูปแบบเหล่านี้ แต่ห่วงโซ่อุปทานสามารถปรับขนาดเพื่อรับสิ่งเหล่านั้นได้หรือไม่? หรือคุณสามารถสร้างการส่งสัญญาณที่จำเป็นได้” เขาพูดว่า.
[ที่เกี่ยวข้อง: นี่คือวิธีที่กังหันลมสามารถลอยได้ในช่วงพายุ ]
Christian Breyer ศาสตราจารย์ด้านเศรษฐกิจพลังงานแสงอาทิตย์ที่ Lappeenranta University of Technology ในฟินแลนด์ ยืนยันว่าการศึกษาของ Jacobson มีตัวเลือกการจัดเก็บแบตเตอรี่มากกว่าการวิจัยก่อนหน้านี้ในสาขานี้ Breyer กล่าวว่าจุดขายที่แท้จริงคือ Jacobson เป็นนักวิจัยเพียงคนเดียวในสหรัฐอเมริกาที่สร้างแบบจำลองนี้ในระดับนี้
“นักวิจัยด้านระบบพลังงานเต็มไปด้วยพลังงานฟอสซิลและพลังงานนิวเคลียร์ ดังนั้นพวกเขาจึงถูกกีดกันจากการค้นคว้าวิธีแก้ปัญหาที่แท้จริง นั่นคือ ระบบพลังงานที่ใช้พลังงานหมุนเวียนทั้งหมด” Breyer เขียนในอีเมล “นั่นเป็นอุปสรรคสำคัญสำหรับการพัฒนาเศรษฐกิจที่ประสบความสำเร็จของสหรัฐฯ เนื่องจากพลังงานหมุนเวียนมีต้นทุนน้อยที่สุด”
เมื่อต้นทุนพลังงานหมุนเวียนลดลง นักวิจัยคาดการณ์ว่าบริษัทพลังงานและผู้บริโภคจะย้ายไปใช้พลังงานหมุนเวียน พลังงานแสงอาทิตย์และลมมีราคาครึ่งหนึ่งของก๊าซธรรมชาติอยู่แล้ว นโยบายอาจกระตุ้นให้เกิดการยอมรับหรือขัดขวาง ในขณะที่ฝ่ายบริหารปัจจุบันได้กำหนดเป้าหมายสำหรับโครงข่ายพลังงานหมุนเวียน ใบอนุญาตใหม่สำหรับก๊าซและการขุดเจาะในอ่าวเม็กซิโกจะต่อต้านความพยายามเดียวกันนั้น
