获得更绿色的电网工程专家指出扩大清洁能源基础设施的优先事项

随着国会推进立法,为国家基础设施项目投资 5500 亿美元的新资金,但每个行业类别的具体优先事项仍未确定。例如,拟议的框架将拨款 650 亿美元用于促进在电网内更多地使用可再生能源,但它并没有确切定义这将如何发生。

亚利桑那州立大学 Ira A. Fulton 工程学院土木与环境工程副教授罗纳德·卡尔霍恩 (Ronald Calhoun) 说:“风电无疑处于扩张的有利位置。” “该技术成熟可靠。另外,它具有很高的成本效益。实际上,即使没有经济激励,风能也具有市场竞争力。因此,它有充分的理由进一步发展。”

根据能源信息署的数据,可再生能源现在占发电量的20%。在该部门中,风能是最重要的来源(8.4%),其次是水电(7.3%)和太阳能(2.3%)。此外,风能的增长速度继续超过任何其他可再生能源。随着新设施的投入运营,其在该类别中的份额预计今年将超过 10%。

“当我们谈论新的风能站点时,大平原被认为是资源最丰富的地区,”卡尔霍恩说,他是环境遥感小组的负责人,该小组在物质、运输和工程学院内运作。能源,富尔顿七所学校之一。他的团队进行大气研究和技术开发,以推进风能工业系统。

他说:“该地区非常理想,因为它有极好的风力,而且人口也不是很多。” “但无论你在那些偏远地区建造什么,都需要连接到电网。通往市场的路线是一个大问题。”

高压线路跨越城市、县和州,并且没有单一的邦机构来获得建设新线路的必要许可。此外,他们花费了很多钱。为了解决这些障碍,国会面前的基础设施框架包括建立一个新的电网发展局,以资助和促进新的输电线路。

奠定这个字面上的基础对于建设新的风能站点至关重要。但这对于扩大商业太阳能设施的数量也很重要,因为太阳能发电场在类似的孤立地区运营。例如,亚利桑那州尤马市郊外的阿瓜卡连特太阳能项目和亚利桑那州吉拉本德附近的索拉纳发电站,在开阔的沙漠中占地超过 4,000 英亩。

“投资物理电网可能是我们为支持风能和太阳能等新兴可再生能源领域所能做的最重要的事情之一,”卡尔霍恩说。“另一个挑战是解决间歇性问题。我们如何应对无风无太阳的时代?”

千兆瓦通过管道

许多注意力已转向推进电池技术,以此作为平衡风能和太阳能发电站发电波动性的一种手段。但许多专家表示,电池太昂贵,无法鼓励更多商业规模的可再生能源发电。

“电池非常适合短周期的装载和卸载。它们可以从早到晚储存电网能量。但它们的资本成本太大,无法使用六个月的电力,”环境工程教授克劳斯拉克纳说。可持续工程与建筑环境学院,也是 ASU 的富尔顿学院之一。

相比之下,Lackner 说以液体形式储存和移动能量的成本可以忽略不计。想想全国各地加油站的所有可用能源。还要考虑一加仑汽油代表一个典型家庭的每日千瓦使用量。

“我们可以通过管道运行的电力使我们可以通过输电线路获得的电力相形见绌,”拉克纳说。“我们可以通过一根管道传输千兆瓦。”

但是,我们如何将风能和太阳能发电场产生的能量转化为液体燃料呢?答案可能是从空气中捕获碳的技术。

拉克纳是负碳排放中心的主任,该中心研究从大气中捕获二氧化碳的技术,以应对气候变化的不利影响并帮助推进可持续能源基础设施。

他们工作的核心是开发从空气中收集 CO 2的“机械树”系统。虽然仍处于原型阶段,但新技术的应用包括将二氧化碳浓缩用于商业用途的碳酸饮料、填充灭火器和制造干冰。

“我们还可以将 CO 2与使用太阳能等可再生能源通过电解水产生的氢结合起来。通过这种结合,我们可以制造汽油、柴油或喷气燃料,”拉克纳说。“必要的技术已经存在,但需要通过更多的创新和扩大规模来降低成本。我的预测是它会在未来五年内实现。”

从空气中产生的燃料可以提供解决间歇性问题所需的存储介质,从而阻碍更多地采用风能和太阳能发电技术。它还可以减少用于运输的化石燃料的开采和加工。如果大气中的碳可以为我们的飞机、火车和汽车提供动力,那么可能就没有必要在地下钻探更多的石油了。

这项创新似乎是阻止温室气体积累驱动气候变化的关键机会;碳捕获被明确列为国会提交的基础设施框架中的新技术优先事项。

但富尔顿学校的拉克纳及其同事指出,避免更大的生态逆境需要的不仅仅是回收大气碳。需要完全防止额外的运输量,这可能意味着运输电气化。

房间里的大猩猩

据环境保护署称,四分之一的温室气体排放来自发电。但交通在问题中所占的比例更大:29%。

为了减少这些气体,国会的两党法案还拨款近 60 亿美元,用零排放车辆取代老化的公共交通系统公交车。此外,还拨出 75 亿美元用于启动全国汽车充电站网络,以加速电动汽车的普及。

“如果我们真的想减少排放,这是合乎逻辑的一步,”电气、计算机和能源工程学院电气工程教授 Vijay Vittal 说,该学院也是富尔顿学院之一。“但如果每个人都购买电动汽车,我们配电网增加的负载会突然变得非常大。我们将如何支持这些增加?这个问题有点像房间里的一只 800 磅重的大猩猩。”

Vittal 解释说,大多数住宅区使用的安装式变压器通常设计用于为四到五户家庭供电。全国有数百万个这样的装置,但它们是在能源需求较低的时候设计和部署的。因此,如果成群结队的人开始驾驶电动汽车,我们当前的配电系统将无法每天下班后为他们全部充电。

因此,迫切需要城市和郊区电网现代化以支持消费者和商业;它与增加高压传输基础设施的需求相似,以支持偏远角落的风能和太阳能发电场。两者都是对一个对社会运行至关重要的系统的能力和弹性的早就应该进行的投资。

“幸运的是,这不是技术问题,”维塔尔说,他是国家科学基金会电力系统工程研究中心的前任主任,该中心是一个专注于电力能源基础设施未来的大学和行业盟。“在地方层面,我们的公用事业公司只需要将那些旧变压器拉出来装上新变压器。当然,在这种规模下工作的成本很高。但不这样做的成本可能更高。”

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时候联系我们修改或删除,多谢