Sekolah lama: Kebanyakan loji janakuasa dan rangkaian penghantaran yang kita harapkan telah wujud selama beberapa dekad. andrewfhart / flickr, CC BY-SA

Grid elektrik adalah sistem bersepadu mesin yang menakjubkan yang merangkumi seluruh benua. Akademi Kejuruteraan Kebangsaan telah memanggilnya salah satu daripada pencapaian kejuruteraan terhebat abad 20th.

Tetapi ia juga mahal. Berdasarkan analisa saya, nilai semasa (disusutkan) daripada grid elektrik Amerika Syarikat, yang terdiri daripada loji kuasa, wayar, transformer dan tiang, adalah kira-kira AS $ 1.5 kepada $ 2 trilion. Untuk menggantikannya akan menelan belanja hampir $ 5 trilion.

Ini bermakna infrastruktur elektrik Amerika Syarikat, yang sudah mengandungi trilion dolar modal tenggelam, tidak lama lagi akan memerlukan pelaburan berterusan yang signifikan hanya untuk memastikan perkara-perkara seperti itu. Loji kuasa yang dibina semasa pengembangan pesat sektor kuasa dalam dekad selepas Perang Dunia II kini berusia 40 tahun atau lebih tua, lama dibayar, dan mungkin perlu diganti. Malah, Persatuan Jurutera Awam Amerika hanya memberikan keseluruhan infrastruktur tenaga a hampir tidak lulus gred D +.

Pentadbiran semasa telah berikrar untuk melabur banyak dalam infrastruktur, yang menimbulkan beberapa soalan berhubung dengan sistem elektrik: Apakah grid tenaga seperti masa depan? Bagaimanakah kita mencapai bekalan tenaga karbon rendah? Apa kosnya?

Infrastruktur nampaknya merupakan isu yang dapat mengumpulkan sokongan dari kedua-dua belah lorong. Tetapi untuk membuat keputusan yang baik tentang perbelanjaan, kita perlu terlebih dahulu memahami nilai grid sedia ada.

Keadaan peralihan semasa

Grid elektrik dimaksudkan untuk beberapa dekad yang lalu, namun hanya sedikit orang yang menyedari keseluruhan sistem itu harus mengimbangi bekalan dan permintaan dengan tepat sepanjang masa sebagai ringkas. Setiap watt kuasa elektrik untuk rumah pencahayaan, komputer riba yang beroperasi atau penghawa dingin berjalan dijana pada masa yang sama di lokasi yang berlainan, kebanyakannya dengan membakar bahan api yang berputar magnet di penjana. Pada dasarnya tiada storan elektrik di grid; Sebaliknya kebanyakan tenaga disimpan dalam bahan api - arang batu, gas asli, produk nuklear dan air di belakang empangan, menunggu arahan untuk ditukarkan ke elektrik dalam masa nyata.

Status lokasi dan susut nilai semua loji kuasa AS. Joshua Rhodes, data EIA Form 860.

Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, di mana kami mendapat kuasa kami telah berubah secara dramatik. Penjana tertua adalah tumbuh-tumbuhan kuasa besar, dengan banyak yang terletak di bahagian timur Amerika Syarikat Penambahan paling baru-baru ini telah menjadi lebih kecil dan lebih tersebar - berfikir panel suria bumbung atau ladang angin. Sesetengah pakar bahkan mengatakan bahawa model ini lebih banyak menumpukan penjanaan lebih dekat ke mana kuasa dimakan - di sepanjang tepi rangkaian, bukannya loji kuasa utama - adalah norma baru.

Melangkah ke hadapan, kita boleh sama ada membina grid kembali dengan cara yang sama seperti yang telah kita lakukan sebelumnya atau kita boleh melabur dalam teknologi baru yang boleh membawa perkhidmatan yang sama tetapi pada kos yang lebih rendah.

Dan bagaimana kita boleh membuatnya bersih? Sesetengah orang berfikir grid boleh lari sepenuhnya pada sumber tenaga boleh diperbaharui. Orang lain mengatakan cara terbaik untuk "decarbonize", atau mengurangkan pelepasan karbon, untuk sistem tenaga secara keseluruhannya elektrifikasi yang meluas daripada sektor perindustrian dan pengangkutan.

Tetapi untuk menjawab apa peralihan yang akan dikenakan, kita perlu tahu: Apa kos grid semasa? Berapa banyaknya semua konkrit, keluli, silikon, dan lain-lain yang telah kita pasang di tanah yang kini bernilai? Untuk membantu memaklumkan para pembuat dasar dan perancang bergelut dengan visi mereka tentang masa depan, saya bersedia untuk menjawab soalan itu.

Apa yang membentuk grid?

Untuk latihan ini, saya telah mengehadkan "grid" kepada bahagian berikut:

1. Tumbuhan kuasa
2. Talian penghantaran voltan tinggi dan rendah, yang mengangkut kuasa jarak jauh
3. Barisan pengedaran, yang membawa kuasa terus ke bangunan atau titik akhir yang lain
4. Substrat untuk kuasa peralihan pada grid penghantaran
5. Substrat pada grid pengedaran
6. Transformer yang mengubah voltan pada grid pengedaran

Pengiraan ini meninggalkan komponen tambahan dan perlu grid, seperti dawai elektrik di dalam rumah anda, meter di panel elektrik di rumah dan bangunan dan peranti penggunaan akhir yang menggunakan elektrik.

Menunggang melalui pelbagai laporan awam dan menggunakan anggaran terkini untuk pembinaan baru dan pendekatan standard untuk menganggarkan susut nilai, kami mengukur nilai aset negara untuk penjanaan, penghantaran dan pengagihan kuasa.

Kapasiti jumlah loji janakuasa ini adalah tentang terawatts 1.15. Itulah kapasiti penjanaan reaktor kuasa nuklear 1,000 (Amerika Syarikat pada masa ini mempunyai kira-kira 100). Seperti yang anda boleh bayangkan, itu akan menjadi mahal untuk menggantikan. Untuk loji kuasa sahaja, nilai penggantian hampir $ 2.7 trilion, dan nilai susut nilai, atau nilai semasa kasar, adalah hampir $ 1 trilion. Secara keseluruhannya, pecahan nilai adalah kira-kira kilang kuasa 56 peratus, sistem penghantaran 9 peratus dan sistem pengagihan persen 35.

Pecahan penggantian dan susut nilai infrastruktur elektrik AS. Kebanyakan sumber data asas, termasuk dari EIA, adalah sama seperti yang digunakan baru-baru ini dalam kajian Kos Elektrik Institut Tenaga Penuh UT-Austin. Kami menggunakan jadual penyusutan garis lurus yang mudah yang berakhir dengan nilai sekerap 15 peratus daripada kos permulaan pada akhir hayat yang diharapkan. Joshua Rhodes

Apa jalan ke hadapan?

Jika kita mahu mempunyai masa depan tenaga yang lebih bersih, terdapat banyak laluan untuk sampai ke sana. Walau bagaimanapun, saya membuat hipotesis bahawa jalur paling murah dan paling sesuai adalah yang paling baik, bukan pendua, infrastruktur yang kita ada. Salah satu laluan "palam dan main" (dan apa yang kita lihat hari ini) adalah penukaran dari arang batu kepada penjanaan gas di loji kuasa yang boleh menggunakan wayar, tiang dan infrastruktur air yang sedia ada.

Di ujung spektrum lain, ekonomi hidrogen memerlukan pelaburan baru yang besar dalam teknologi baru, jadi ia akan memanfaatkan apa yang kita ada sekarang. Sebagai contoh, kita perlu membina tempat untuk menjana dan menyimpan hidrogen. Sebaliknya, ia mempunyai potensi untuk menjadi lebih berdaya tahan dan mampan.

Menunjukkan umur mereka: Meningkatkan talian penghantaran boleh membawa tenaga suria dan angin dari kawasan terpencil di negara ini ke mana orang-orang itu, yang akan membantu menjadikan pembersih grid dan berpotensi menurunkan harga. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND

Satu kawasan yang kelihatan menjanjikan untuk pelaburan infrastruktur adalah menaik taraf rangkaian penghantaran kuasa pukal. Peningkatan ini membolehkan kuasa mengalir di antara kawasan di Amerika Syarikat dan akan sama dengan bagaimana sistem lebuh raya antara negeri menjatuhkan kos perniagaan di seluruh negara oleh sangat mengurangkan masa yang diperlukan untuk mengangkut barangan dan perkhidmatan di seluruh negara kita yang luas.

Terdapat kawasan di Amerika Syarikat di mana kuasa dihasilkan lebih murah dan dengan kurang kesan alam sekitar daripada di kawasan lain. Memperluas talian penghantaran ke kawasan negara yang mempunyai sumber tenaga angin dan suria yang baik boleh membawa kuasa yang sangat rendah kepada pengguna. Masalahnya adalah bahawa kawasan-kawasan ini tidak selalu di mana orang ramai, jadi untuk membawa kuasa ini kepada rakyat, kita memerlukan rangkaian penghantaran yang kuat.

Rangkaian pengedaran - bahagian grid yang menyalurkan kuasa secara langsung ke bangunan - juga boleh mengintegrasikan lebih banyak solar tanpa kos tambahan untuk operasi grid. Tetapi sekali kapasiti suria mencapai peratusan tertentu permintaan tenaga pada rangkaian tempatan, yang berbeza mengikut lokasi, maka lebih banyak kos ditanggung.

Pada akhirnya, pengguna, atau pembayar cukai, selalu membayar untuk projek-projek naik taraf ini, tetapi manfaatnya boleh melebihi kos. Pembesaran grid elektrik Texas telah dibenarkan lebih banyak kuasa angin untuk mencapai pusat beban yang, bersama dengan kejatuhan harga gas asli, telah menurunkan kos pasaran elektrik borong. Mereka kos yang lebih rendah kemudiannya diluluskan bersama kepada pembayar cukai.

Tidak ada jalan yang tidak memerlukan pelaburan - walaupun hanya mengekalkan apa yang kita miliki akan menelan ratusan bilion, jika tidak triliun, dolar selama dekade yang akan datang. Persoalan yang lebih besar ialah: Seperti yang kita terus mengganti dan membina semula grid yang hebat ini, teknologi apa yang harus kita tumpukan?

Tentang Pengarang

Joshua D. Rhodes, Penyelidik Tenaga Postdoctoral, Universiti Texas di Austin

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal.

Buku-buku yang berkaitan

at InnerSelf Market dan Amazon