Mencegah pemadaman listrik di Texas dengan energi terbarukan

Dua belas bulan kemudian, jaringan listrik negara bagian itu, sementara membaik, Masih rentan Pemadaman listrik karena cuaca.

“Jika kita dihantam badai lagi tahun ini, seperti Urey pada 2021, jaringan listrik akan turun lagi,” kata Andrew Dessler, profesor ilmu atmosfer di Texas A&M University. “Ini masih terlalu berisiko bagi kami.”

Sekarang, penelitian baru-baru ini Ini menunjukkan bahwa pemadaman listrik nasional – bahkan mungkin selama peristiwa cuaca ekstrem – dapat dihindari dengan beralih ke 100 persen energi bersih dan terbarukan, seperti matahari, angin, dan air.

“Secara teknis dan ekonomis, kami memiliki 95 persen teknologi yang kami butuhkan untuk mengubah segalanya hari ini,” kata Marc Jacobson, penulis utama makalah dan profesor teknik sipil dan lingkungan di Universitas Stanford. Angin, air, dan matahari sudah menyumbang sekitar seperlima dari listrik negara, meskipun transformasi penuh di banyak daerah lambat.

Studi menunjukkan bahwa beralih ke sumber energi terbarukan juga akan mengurangi kebutuhan energi, mengurangi biaya konsumen, menciptakan jutaan lapangan kerja baru, dan meningkatkan kesehatan masyarakat.

Selama bertahun-tahun, beberapa telah menyatakan keraguan tentang kelayakan mengadopsi energi terbarukan dalam skala besar, karena biayanya. Tetapi Dessler mengatakan bahwa meskipun tenaga surya adalah sumber energi yang mahal 10 tahun yang lalu, itu adalah Salah satu harga termurah hari ini.

“Pemahaman banyak orang tentang energi terbarukan sudah sangat ketinggalan zaman,” kata Dessler, yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut.

Tenaga angin juga bisa sangat efisien dan menghemat setengah energi Texas pada beberapa hari – fakta yang mengejutkan podcaster Dessler Joe Rogan Ketika dia muncul sebagai tamu di episode “The Joe Rogan Experience” hari Kamis.

“Matahari dan angin adalah sumber energi termurah yang tersedia,” kata Dessler. “Orang-orang tampaknya tidak memahami itu, dan mereka juga tidak mengerti bahwa kita tahu bagaimana membuat jaringan yang andal yang terutama bergantung pada energi terbarukan.”

Dalam studi terbaru, Jacobson dan rekan menunjukkan bagaimana memenuhi permintaan energi setiap 30 detik di seluruh Amerika Serikat tanpa pemadaman listrik di negara yang lebih hijau dan berpenduduk lebih banyak pada tahun 2050 dan 2051.

Dalam simulasi, bayangkan bahwa semua kendaraan bertenaga listrik atau ditenagai oleh sel bahan bakar hidrogen. Pompa panas listrik, pemanas air, turbin angin dan panel surya telah menggantikan alternatif bahan bakar fosil. Tim juga memasukkan sumber energi panas baru tetapi tidak ada pembangkit listrik tenaga air baru.

Mereka memodelkan stabilitas jaringan di seluruh Amerika Serikat yang bersebelahan, termasuk data dari Model Polusi Udara, Iklim dan Cuaca, yang mencakup faktor iklim dan pola cuaca tipikal secara statistik yang terjadi di area tertentu. Menggunakan data konsumsi energi dari Administrasi Informasi Energi, tim mensimulasikan kebutuhan energi untuk tahun 2050-2051. Catu daya harus sama dengan permintaan daya setiap 30 detik, jika tidak model akan ditutup.

Tim menemukan bahwa permintaan energi aktual berkurang secara signifikan hanya dengan beralih ke sumber daya terbarukan, yang lebih efisien. Untuk seluruh Amerika Serikat, total permintaan energi penggunaan akhir turun sekitar 57 persen. Biaya energi per kapita tahunan untuk rumah tangga sekitar 63 persen lebih rendah daripada skenario “bisnis seperti biasa”.

“Semua yang kami lakukan saat ini dengan bahan bakar fosil akan dilakukan dengan teknologi bertenaga listrik,” kata Anna Katharina von Kreland, rekan penulis dan kandidat doktor di lab Jacobson. “Jumlah energi yang dibutuhkan untuk melakukan aktivitas, terutama untuk menyalakan lampu atau untuk bahan bakar proses industri, yang sebenarnya akan berkurang jika Anda menggunakan sumber daya yang lebih efisien.”

Selama peristiwa cuaca ekstrem, permintaan energi yang lebih rendah penting untuk membantu menjaga jaringan tetap online. Di Texas, transisi hijau penuh akan mengurangi rata-rata permintaan energi penggunaan akhir tahunan sebesar 56 persen. Ini juga mengurangi beban puncak, atau jumlah daya terbesar yang ditarik dari jaringan pada suatu waktu. Jacobson mengatakan bahwa banyak rumah juga akan memiliki penyimpanan sendiri dan tidak perlu terlalu bergantung pada jaringan.

Tim juga menemukan bahwa menghubungkan jaringan listrik dari geografi yang berbeda dapat membuat sistem tenaga lebih andal dan mengurangi biaya. Angin lebih cenderung bertiup di area yang lebih luas, atau menyinari matahari atau mengoperasikan pembangkit listrik tenaga air di tempat lain, yang mungkin dapat membantu mengisi celah pasokan.

“Gangguan terhadap energi terbarukan akan berkurang saat Anda melihat area yang semakin luas,” kata Dessler. “Jika tidak berangin di Texas, bisa jadi berangin di Iowa. Dalam hal ini, mereka bisa memproduksi energi secara berlebihan dan dapat mengisi daya ekstra mereka kepada kita.”

Studi tersebut melaporkan bahwa biaya per unit energi di Texas adalah 27 persen lebih rendah saat terhubung ke jaringan Midwest daripada saat terisolasi, seperti saat ini.

“Secara keseluruhan, kami merasa akan lebih murah, lebih andal, dan memiliki pemanfaatan energi yang lebih baik jika kami memperluas interkoneksi,” kata von Kruland. tambahkan meskipun “Bahkan jika setiap negara bagian adalah pulau sendiri, masih mungkin untuk menerapkan 100 persen air angin dan matahari di setiap negara bagian.”

Selama musim dingin Texas, Jacobson mengatakan bahwa turbin angin yang dirawat dengan baik juga akan membantu menjaga pasokan listrik. Selama musim dingin Februari 2021, beberapa turbin angin beku dimatikan karena kurangnya peralatan penghilang lapisan es. (Sumber daya batu bara, gas, dan nuklir dekat juga dari pembekuan langsung peralatan dan berkontribusi pada penurunan daya yang lebih besar.)

“Pada hari-hari ketika dingin, Anda memiliki angin kencang, yang merupakan kabar baik karena saat dingin, Anda memiliki permintaan pemanas,” kata Jacobson. “Anda benar-benar mendapatkan lebih banyak energi pada hari-hari yang dingin.”

Selama musim dingin, sinar matahari yang rendah dapat membuat panel surya tidak berguna. Dalam hal ini, turbin angin dan panel surya merupakan sumber energi yang saling melengkapi. Jika keduanya gagal di beberapa titik, sumber energi lain dapat dimulai, seperti energi panas bumi atau tenaga air.

Baterai juga digunakan untuk memasok daya saat tenaga surya atau angin rendah, tetapi tim menunjukkan bahwa baterai tahan lama tidak diperlukan atau bermanfaat untuk stabilitas jaringan. Banyak baterai 4 jam yang saat ini ada di pasaran dapat dihubungkan untuk menyediakan penyimpanan jangka panjang, seperti saat listrik padam. Temuan ini sangat berguna karena teknologi baterai tahan lama mungkin masih relatif jauh dari jangkauan pasar.

“Adalah kesalahan untuk menganggap energi terbarukan sebagai tidak dapat diandalkan karena Anda tidak memikirkan energi terbarukan itu sendiri,” kata Dessler. “Anda menganggapnya sebagai bagian dari suatu sistem. Jaringan stabil yang menampilkan banyak energi terbarukan juga akan memiliki kapasitas konstan yang dapat diterapkan yang akan pulih kembali ketika energi terbarukan hampir habis.”

Simulasi tim juga menyarankan pemadaman listrik di California, seperti Yang di Agustus 2020, dengan biaya rendah. Memasang lebih banyak turbin angin lepas pantai selama musim panas dapat menghemat energi, termasuk mendinginkan bangunan. Pindah ke semua jenis energi bersih dan terbarukan dapat mengurangi permintaan energi California hingga 60 persen.

Selain meningkatkan stabilitas jaringan, studi tersebut menemukan bahwa mengoperasikan jaringan yang bersih dan terbarukan dapat menciptakan hampir 5 juta pekerjaan penuh waktu jangka panjang, mulai dari konstruksi hingga manufaktur hingga pekerjaan tidak langsung di perusahaan. Sistem tersebut juga akan menghasilkan udara yang lebih bersih, yang dapat mengurangi kematian terkait polusi hingga 53.000 orang setiap tahun dan mengurangi penyakit terkait polusi bagi jutaan orang pada tahun 2050.

“Ini adalah studi yang sangat penting,” kata Robert Howarth, seorang profesor di Cornell University yang tidak terlibat dalam penelitian tersebut. “Industri bahan bakar fosil terus berargumen bahwa energi terbarukan adalah eksperimen yang berbahaya, dan bahwa stabilitas dan keandalan jaringan akan terus bergantung sebagian pada bahan bakar fosil. Di sini, Jacobson dan rekan dengan jelas menunjukkan bahwa ini bukan masalahnya sama sekali.”

Penelitian Jacobson sebelumnya pada tahun 2015 tentang transformasi besar-besaran energi terbarukan mengkritik Dari beberapa komunitas ilmiah. Lebih dari 20 peneliti diterbitkan belajar Mengutip kekhawatiran tentang teknik dan asumsi pemodelan yang tidak memadai. Salah satu asumsi yang bermasalah adalah bahwa bendungan pembangkit listrik tenaga air yang ada dapat meningkatkan produksi energinya. Jacobson menggugat penulis utama Christopher Clack karena pencemaran nama baik tetapi menarik gugatan.

Studi baru ini mempertimbangkan kritik sebelumnya, memodifikasi asumsi, menguji model dalam berbagai kondisi dan termasuk data yang telah tersedia sejak studi tahun 2015, kata Jacobson. tanggal,” katanya.

Dessler berkata Dia tidak percaya bahwa hasil penelitian ini “benar-benar kontroversial”, Ini menyatakan bahwa 100 persen bersih, jaringan terbarukan secara teoritis dimungkinkan.

“Jelas, itu hanya akan berhasil karena ada banyak energi terbarukan yang tersedia di planet ini. Dari sudut pandang fisika, tidak ada batasan mendasar di sini,” katanya. “Pembatasannya bersifat politis. Anda harus membuat orang berkumpul dan memutuskan untuk melakukan itu, dan itu sangat sulit.”

Selama musim dingin pada Februari 2021, mantan Gubernur Texas Rick Perry mengatakan orang Texas akan menghabiskan lebih banyak waktu dalam cuaca dingin dan tanpa listrik untuk “menjauhkan pemerintah federal dari bisnis mereka” dan demokrat digagalkan yang ingin mengusulkan peraturan baru.

Sekitar 15 negara bagian, teritori, dan lebih dari 180 kota telah menerapkan kebijakan yang meningkatkan jumlah listrik terbarukan, tetapi Jacobson berharap hasil seperti ini akan memberi kepercayaan pada pembuat kebijakan untuk mengesahkan undang-undang dan kebijakan untuk transisi yang lebih cepat. Studi dan pekerjaan Jacobson sebelumnya melalui organisasi nirlaba solusi proyek Bantu buat rencana yang terinformasi seperti Kesepakatan Baru Hijau dan legislatif negara bagian.

“Kami membutuhkan transisi 80 persen yang sangat cepat [of clean energy] pada tahun 2030 dan 100 persen sesegera mungkin setelah itu, kata Jacobson. “Ini benar-benar membutuhkan upaya skala besar di antara banyak orang untuk memecahkan masalah ini. Ini bukan studi ilmiah tunggal yang akan memecahkan masalah.”