Hoe Wyoming Wind naar Californië te krijgen en 80% van de Amerikaanse koolstofemissies te verminderen?

Adani

Verscheidene mijlen ten zuiden van Rawlins, Wyoming, op een veeboerderij ten oosten van de Continental Divide, zijn bouwploegen begonnen met het aanleggen van wegen en paden die uiteindelijk tot 1.000 windturbines zouden kunnen ondersteunen. Eenmaal voltooid, zou het Chokecherry en Sierra Madre-project jaarlijks ongeveer 12 miljoen megawattuur elektriciteit kunnen genereren, waarmee het het grootste windpark van het land wordt.

Maar hoe krijg je zoveel windenergie daar waar het echt nodig is?

Het in Denver gevestigde bedrijf achter het project hoopt een reeks stalen transmissietorens te bouwen die een hoogspanningsgelijkstroomtransmissielijn 730 mijl over het Amerikaanse Westen zouden uitstrekken. Het zou maar liefst 3.000 megawatt aan windenergie uit Wyoming kunnen vervoeren naar de elektriciteitsmarkten van Californië, Nevada en Arizona. Met de juiste deals zou de transmissielijn ook door zonne-energie opgewekte elektriciteit terug kunnen leveren, balanceren De krachtige late middagwinden van Wyoming met de felle dagzon van Californië.

Hoe de wind uit Wyoming (in het groen) de Californische zonne-energie (in het rood) in juni de hele dag in evenwicht zou kunnen houden. Bron: Wind Diversity Enhancement of Wyoming and California Wind Energy Projects, 2015. Jonathan Naughton, Wind Energy Research Center.

Het TransWest Express-transmissieproject van $ 3 miljard is een van de weinige voorgestelde gelijkstroomtransmissielijnen in de Verenigde Staten en een van de verst gevorderd in het planningsproces. Het onderstreept de enorme belofte van deze lijnen met hoge capaciteit om het volledige potentieel van hernieuwbare energie te ontsluiten.

Overdracht is niet sexy (zie onze verhaalkunst hierboven). Het is basisinfrastructuur. Lange draden en hoge torens (zie Hoe Blockchain ons een slimmer energienetwerk kan geven).

Maar een groeiend aantal onderzoeken concludeert dat het uitbouwen van een landelijk netwerk van DC-transmissielijnen zou kunnen helpen hernieuwbare bronnen in staat te stellen het grootste deel van de Amerikaanse energieopwekking te vervangen, wat misschien wel de snelste, goedkoopste en meest efficiënte manier is om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

Het ontwikkelen van deze transmissielijnen is echter ongelooflijk tijdrovend en duur. Het TransWest-project werd voor het eerst voorgesteld in 2005, maar de ontwikkelaars zullen het geluk hebben om hun definitieve vergunningen binnen te halen en eind volgend jaar te beginnen met het verplaatsen van het vuil.

Er is geen enkele instantie die verantwoordelijk is voor het toezicht op of het begeleiden van dergelijke projecten, waardoor bedrijven moeten navigeren door een bos van overlappende federale, staats-, provincie- en stadsjurisdicties - die allemaal moeten ondertekenen voordat een project kan beginnen. Als gevolg hiervan worden er maar weinig van dergelijke transmissielijnen gebouwd.

Een macroraster

Gelijkstroom, waarbij elektrische ladingen constant in één richting stromen, is een oude technologie. Het en wisselstroom waren het onderwerp van een van 's werelds eerste gevechten op het gebied van technologiestandaarden, waarbij Thomas Edison het opnam tegen zijn voormalige protégé Nikola Tesla in de Oorlog van de stromingen beginnend in de jaren 1880 (zie Edison's Revenge: The Rise of DC Power).

AC won deze vroege oorlog, vooral omdat, dankzij de ontwikkeling van transformatoren, de spanning kon worden verhoogd voor langeafstandstransmissie en verlaagd voor huizen en bedrijven.

Maar een reeks technologische verbeteringen hebben de functionaliteit van DC aanzienlijk vergroot, waardoor nieuwe manieren zijn ontstaan ​​om het elektriciteitsnet te ontwerpen en met elkaar te verbinden.

Vanaf de jaren vijftig begonnen sommige bedrijven en landen met de implementatie van de volgende generatie hoogspannings-DC-transmissielijnen. Deze systemen kunnen veel meer vermogen vervoeren dan AC-lijnen, die over grotere afstanden veel meer verliezen lijden. Cruciaal is dat gelijkstroomlijnen ook kunnen worden gebruikt om stroom over te dragen tussen asynchrone wisselstroomsystemen, zoals de drie grote regionale netwerken van het land, die anders geen stroom kunnen delen.

De afgelopen twee jaar heeft James McCalley, een technische professor aan de Iowa State University, de beste manier onderzocht om die enorme netwerksystemen met elkaar te verbinden als onderdeel van het $ 220 miljoen Grid Modernization Initiative van het Department of Energy.

Een manier om het probleem op te lossen is om bestaande back-to-back conversiestations uit te breiden om meer oost-naar-west transmissiecapaciteit te bieden. Deze systemen maken transmissie tussen twee netten mogelijk door de stroom om te zetten in gelijkstroom en vervolgens weer terug naar wisselstroom op het punt waar ze de naad kruisen.

Een andere benadering voegt drie point-to-point transmissielijnen toe, die van oost naar west lopen en het hart van elk netwerk verbinden met dat van het andere. Nog een andere oplossing is een zogenaamd macroraster van lange DC-transmissielijnen die een groot deel van het land bestrijken. Het loopt de Florida Panhandle op, over het zuiden, noord naar Seattle, oost naar Minneapolis en terug naar Louisiana, met verschillende extra lijnen die het westen doorkruisen.

Verwant verhaal

Verwant verhaal Energie-experts zijn van mening dat blockchain-technologie een doolhof van administratieve rompslomp en problemen met gegevensbeheer kan oplossen.

McCalley en zijn team ontwikkelden modellen om elk van deze scenario's over een periode van 15 jaar te simuleren. Ze ontdekten dat ze alle drie een sterke economische uitbetaling lieten zien, met een voordeel van ten minste $ 2,50 aan besparingen voor elke $ 1 die in het transmissiesysteem werd geïnvesteerd.

Met gelijkstroomlijnen hebben netbeheerders meer opties voor energiebronnen gedurende de dag, waardoor ze in tijden van piekvraag bijvoorbeeld goedkope wind kunnen aanboren, twee staten verder in plaats van zich te wenden tot nabijgelegen maar duurdere aardgascentrales voor een paar uren. Het feit dat regio's voor hun piekvraag afhankelijk kunnen zijn van energie uit verre staten, betekent ook dat ze niet zoveel dure opwekking lokaal hoeven te bouwen.

Het point-to-point DC-transmissiescenario toonde het hoogste directe economische rendement in de studie, die in de komende maanden zal worden gepubliceerd. Maar de macro-grid-benadering biedt veel meer redundantie en veerkracht, waardoor het netwerk blijft werken als een lijn uitvalt. Het maakt het ook mogelijk om veel meer duurzame energieopwekking uit te bouwen.

Het macroraster geeft je een snelweg naar al die belastingen en verbindt al die markten met elkaar, zegt Dale Osborn, technisch directeur transmissieplanning bij de Midcontinent Independent System Operator (MISO), die het systeem voor het eerst ontwierp. U krijgt de meest efficiënte en goedkoopste energie die mogelijk is.

Gigantische batterijen

Een nationaal gelijkstroomnet zou ook kunnen helpen om de uitstoot binnen 15 jaar tot 80 procent onder het niveau van 1990 te verlagen, allemaal met commercieel beschikbare technologie en zonder de elektriciteitskosten te verhogen, volgens een eerder studie in Natuur Klimaatverandering.

De onderzoekers produceerden een geïdealiseerd transmissienetwerk dat 32 knooppunten door het hele land met elkaar verbond, onder meer hydro-elektrische energie in de Pacific Northwest, zonne-energie in Californië, windenergie in het zuidwesten en kernenergie aan de oostkust met elkaar verbindt.

Een landelijk hoogspanningsgelijkstroomtransmissienetwerk ontworpen door Vibrant Clean Energy.

Simpel gezegd, het systeem compenseert de intermitterende frequentie van hernieuwbare energiebronnen over lange afstanden, wat betekent dat er altijd ergens een betrouwbare opwekking is. Door er vanuit elke hoek van het land gebruik van te maken, worden de kosten voor het leveren van energie bij piekvraag verlaagd, is er minder opwekking nodig in een bepaald gebied, wordt overtollige opwekking geminimaliseerd en is het niet langer nodig om dure opslagsystemen op netschaal te ontwikkelen ( zie Serial Battery Entrepreneur's New Venture pakt het grootste probleem van schone energie aan).

We krijgen in feite die grote batterij die we willen gratis, zegt Christopher Clack, een van de hoofdauteurs van de studie en chief executive van Vibrant Clean Energy.

Super draden

Sommige opkomende technologieën zouden de voordelen van hoogspanningsgelijkstroomtransmissie nog verder kunnen vergroten.

Spanningsbronconverters, ontwikkeld in de jaren negentig, maken het mogelijk om op elk punt langs HVDC-lijnen stroom af te tappen, in plaats van alleen op de twee eindpunten. Ze worden nu niet op grote schaal ingezet, maar ze kunnen een nog meer onderling verbonden netwerk mogelijk maken dan het netwerk dat MISO heeft ontworpen, schrijft Varun Sivaram, de wetenschap en technologie fellow bij de Council on Foreign Relations, in zijn aanstaande boek De zon temmen .

Daarnaast onderzoeken onderzoekers verschillende soorten halfgeleiders om de kosten en prestaties van stroomonderbrekers en spanningsomzetters te verbeteren, zegt Sivaram, en werken ze aan supergeleidende kabels die de stroomcapaciteit kunnen vergroten en energieverliezen tot bijna nul kunnen verminderen.

China zet door

Ondertussen is China al begonnen met het op grote schaal inzetten van zogenaamde ultrahoogspannings-DC-transmissielijnen, die ongeveer een miljoen volt kunnen verzenden.

Een groot deel van de hausse in de transmissie-opbouw in het land is te danken aan een poging om energieopwekking die geconcentreerd is in afgelegen noordelijke provincies te verbinden met verre bevolkingscentra, een geografische mismatch die heeft geleid tot enorme hoeveelheden overtollige zonne- en windenergie. Maar het weerspiegelt natuurlijk ook het feit dat China's energieontwikkeling niet veel vertraagt ​​voor openbare opmerkingen en milieueffectrapporten.

Er zijn al een handvol van gelijkstroomtransmissielijnen in de Verenigde Staten en een groeiend aantal voorstellen, waaronder de New England Clean Power Link, die 1.000 megawatt aan hernieuwbare energie van Canada naar New England zou transporteren. Houston's Clean Line Energy heeft ten minste een een half dozijn voorstellen in verschillende stadia, waaronder de Plains and Eastern Clean Line die het westen van Oklahoma verbindt met markten in het zuidoosten, en de Grain Belt Express Clean Line die zich uitstrekt van Kansas tot Indiana.

De Eastern Alberta Transmission Line, een hoogspanningsgelijkstroomlijn in Alberta, Canada.

Maar deze gaan allemaal in een gestaag tempo door het goedkeuringsproces. De TransWest-ontwikkelaars hebben toestemming gekregen langs de tweederde van het pad van de lijn dat op federaal land ligt sinds ze het project in 2008 overnamen. Maar ze werken nog steeds aan het afronden van goedkeuringen van staten en particuliere landeigenaren.

De voorgestelde Grain Belt-lijn van Clean Line is goedgekeurd door drie van de vier staten die het doorkruist, maar de regelgevers in Missouri hebben: twee keer afgewezen .

De meeste ontwikkelaars en experts op het gebied van energiebeleid zeggen dat wat nodig is om deze projecten te versnellen, een federale autoriteit is met meer macht om ze door te drukken. EEN verslag doen van vrijgegeven door Stanford in oktober benadrukte een aantal mogelijkheden, waaronder het verlenen van dezelfde plaatsingsautoriteit voor transmissielijnen aan de Federal Energy Regulatory Commission die het al heeft over aardgaspijpleidingen.

Zonder duidelijke, voorspelbare plaatsbepalingsautoriteit wordt het erg moeilijk om een ​​intelligent, uitgebreid HVDC-netwerk op te bouwen, zegt Dan Reicher, uitvoerend directeur van het Steyer-Taylor Center for Energy Policy and Finance aan Stanford, een co-auteur van het rapport.

Een andere kritieke uitdaging voor langeafstandstransmissie is dat nutsbedrijven weinig prikkels hebben om voor deze lijnen te betalen, voegt Osborn van MISO toe. De regels zouden moeten veranderen om nutsbedrijven in staat te stellen hun investeringen terug te verdienen en hen aan te moedigen om in verschillende regio's samen te werken, zegt hij.

Zonder extra regelgevende verschuivingen en geconcentreerde federale autoriteit, zullen we waarschijnlijk meer zien van wat we hebben gezien: eenmalige projecten waarbij de economie kan werken om een ​​bepaalde energiebron aan een bepaalde markt te koppelen. Maar het is niet waarschijnlijk dat we een geïntegreerd netwerk zullen zien zoals dat wordt voorgesteld door MISO en anderen.

En zonder die of een doorbraak in de opslag van het elektriciteitsnet, zullen hernieuwbare energiebronnen waarschijnlijk nooit hun volledige potentieel bereiken. Planten wekken soms meer wind- of zonne-energie op dan een interne markt kan gebruiken, waarna de prijs daalt - en de prikkel om meer duurzame opwekking toe te voegen, slinkt. En op andere momenten zullen ze niet genoeg genereren voor die markt, waardoor de regio gedwongen wordt te blijven steunen op fossiele brandstoffen.

Dus uiteindelijk dwaal je af van wat optimaal zou zijn, en op de lange termijn kun je hernieuwbare energiebronnen schaden, zegt Clack.

Verwant verhaal

Verwant verhaal In een wereld met meer elektronica en zonne-energie is er steeds minder behoefte aan wisselstroom.

Een ding dat gelijkstroomlijnen voor hen hebben, althans in sommige gevallen, is een sterke tweeledige steun. Het transitieteam van Trump plaatste zelfs verschillende transmissievoorstellen op zijn prioriteiten lijst van nood- en nationale veiligheidsprojecten, waaronder TransWest.

Dat kan deels zijn omdat de lijnen zelf de kosten verlagen en markten met elkaar verbinden, zelfs als ze elektriciteit vervoeren uit steenkool of aardgas in plaats van uit hernieuwbare bronnen. Maar een andere factor is vrijwel zeker dat de bedrijven die dergelijke regels voorstellen, soms steun aan de Republikeinse Partij zijn. Met name de miljardair en grote GOP-donor Philip Anschutz is eigenaar van het bedrijf achter het windmolenpark in Wyoming en de TransWest-lijn.

Dat kan betekenen dat HVDC-transmissie een van de weinige gebieden zou kunnen zijn - naast geavanceerde kernenergie - waar voorstanders van schone energie mogelijk met de Trump-regering zouden kunnen samenwerken aan een gemeenschappelijk doel.

Er zijn echter al juridische gevechten aan de gang die zullen testen hoeveel macht federale instanties over deze zaken hebben. Verschillende groepen die landeigenaren uit Arkansas vertegenwoordigen, hebben een aanvraag ingediend een klacht in een U.S. District Court waarin het gebruik van een wet uit 2005 door het Department of Energy wordt aangevochten om het Plains and Eastern-project van Clean Line vooruit te helpen.

Soortgelijke gevallen zullen zich waarschijnlijk voordoen als andere nieuwe benaderingen worden uitgeprobeerd. Maar de president van Clean Line, Michael Skelly, zegt dat het bedrijf zwaar investeert om deze gevechten te winnen en de juridische precedenten te scheppen die nodig zijn om andere projecten vooruit te helpen.

Ons motto is laat geen advocatenkantoor achter, zegt hij.

zich verstoppen