Energieversorger verlassen sich bei steigendem Strombedarf auf schmutzige Spitzenkraftwerke, aber es gibt Alternativen

Die USAnähert sich dem Ende einer der heißesten Sommer seit Beginn der Aufzeichnungen.Im ganzen Land, Hitzewellen haben den Spitzenstrombedarf an manchen Tagen auf ein Niveau getrieben weit über dem saisonalen Durchschnitt.

Netzbetreiber sind auf so genannte „Peak“-Anlagen angewiesen, um sicherzustellen, dass sie über genügend Versorgung verfügen, um diese Nachfragespitzen zu decken.Peaker-Einheiten können schnell und zu relativ geringen Kosten in Betrieb genommen werden, verbrauchen jedoch in der Regel mehr Brennstoff pro erzeugter Stromeinheit als andere Arten von Einheiten mit fossilen Brennstoffen.

Da sie weniger effizient sind als andere Anlagen, laufen Peaker-Anlagen normalerweise nur in Zeiten hoher Nachfrage.Historisch gesehen Spitzenreiter weniger als 10 % des Jahres gelaufen sind, oft nur für ein paar Stunden am Stück.

Dennoch geben ihre höheren Emissionen pro erzeugter Stromeinheit Anlass zu Umwelt- und Gesundheitsproblemen.Ab 2021 gab es 999 Spitzenkraftwerke in den USA., in allen 50 Bundesstaaten.Etwa 70 % dieser Anlagen verbrannten Erdgas, der Rest wurde mit Öl und Kohle betrieben.

Um die Luftverschmutzung zu reduzieren und den Klimawandel zu bekämpfen, haben die USAweg von fossilen Brennstoffen und zunehmender Nutzung erneuerbarer Energiequellen wie Wind- und Solarenergie.Ironischerweise jedoch, wie der Klimawandel erzeugt häufigere und intensivere Hitzewellen, Viele Stromsysteme setzen zunehmend auf Spitzenkraftwerke, um Schwankungen in der erneuerbaren Stromerzeugung auszugleichen.Vorschläge zu neue Peaker bauen oder das Leben alter Menschen verlängern haben Kontroversen in Staaten ausgelöst, darunter Wisconsin, Massachusetts, Texas Und New York.

Mein Forschungsschwerpunkt liegt auf der wirtschaftliche und ökologische Kosten und Vorteile der Stromerzeugung.Hier erfahren Sie, wie der Übergang zu sauberer Energie die Rolle von Spitzenkraftwerken und einigen anderen Optionen verändert, um das Licht in Spitzenlastzeiten am Laufen zu halten.

Ausgleich der Stromversorgung

Für Netzbetreiber ist ein zentrales Merkmal eines Kraftwerks, ob es Strom nach Bedarf produzieren kann.Viele erneuerbare Ressourcen, darunter Wind-, Solar- und bestimmte Arten von Wasserkraft, werden als bezeichnet nicht verfügbare Ressourcen weil sie von der Natur gesteuert werden und Energie produzieren, wenn die Bedingungen es zulassen.Die Kosten für die Stromerzeugung sind gering, sodass sie in der Regel maximal ausgelastet werden.

Als Kraftwerke werden Kraftwerke bezeichnet, die mit fossilen Brennstoffen oder Atomkraft betrieben werden disponierbare Ressourcen weil sie Strom erzeugen können, wann immer er benötigt wird.Sie haben jedoch höhere Betriebskosten als erneuerbare Energien, vor allem weil Gas-, Kohle-, Atom- und Ölkraftwerke für den Betrieb Brennstoff kaufen müssen.

Einige dieser Anlagen – historisch gesehen solche, die mit Kohle oder Kernbrennstoff betrieben werden – heißen Grundlastanlagen.Sie erzeugen relativ kostengünstig Strom, brauchen jedoch Zeit, um zu starten und die volle Leistung zu erreichen. Zwischeneinheiten Für jede zusätzlich produzierte Megawattstunde produzieren sie Strom zu höheren Kosten, können aber schneller hoch- und runterfahren als Grundlastanlagen.Peaker haben die höchsten Kosten pro Megawattstunde, können ihre Leistung aber sehr schnell anpassen.

In der Vergangenheit waren Grundlasteinheiten das ganze Jahr über in Betrieb, während Zwischeneinheiten die Produktion an kurzfristige Nachfrageschwankungen anpassten.Peaker-Anlagen wurden nur in seltenen Spitzenlastzeiten eingesetzt.

Da Energieversorger jedoch mehr Wind- und Solarenergie in das Netz einspeisen, nutzen sie häufiger zuschaltbare fossile Brennstoffe, um Veränderungen in der erneuerbaren Energieerzeugung auszugleichen – zum Beispiel, um Klimaanlagen zu betreiben, wenn die Sonne untergeht, die Temperaturen aber immer noch hoch sind.Dies begünstigt Einheiten, die das Produktionsniveau schnell ändern können, auch wenn sie weniger kraftstoffeffizient sind.Das Ergebnis ist eine wachsende Rolle für Spitzenpflanzen.

Brennpunkte der Umweltgerechtigkeit

Stromproduktion aus fossilen Brennstoffen in den USA hat abgenommen mit umfangreichen Investitionen in die Wind- und Solarenergieerzeugung.Aber Kraftwerke, die fossile Brennstoffe verbrennen, produzieren immer noch etwa 60 % der US-amerikanischenStrom – und diese Pflanzen emittieren Schadstoffe, die zum Klimawandel beitragen und die lokale Luftqualität verschlechtern.

Die Belastung durch Schwefeldioxid, Stickstoffdioxid, Feinstaub und Ozon ist damit verbunden Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie vorzeitiger Tod.Während die Luftverschmutzung in den USA insgesamt zurückgegangen istin den letzten Jahrzehnten einkommensschwache und Minderheitenviertel leiden noch immer überproportional unter schlechter Luftqualität.

Ein Bericht aus dem Jahr 2022 schätzt, dass 32 Millionen Amerikaner leben im Umkreis von 3 Meilen um eine Spitzenpflanze.Im Jahr 2024 werden die USADas Government Accountability Office berichtete, dass historisch benachteiligte Rassen- oder ethnische Gemeinschaften statistisch gesehen eher gefunden werden näher als der Durchschnitt an Spitzenreitern.

Andere Möglichkeiten, Spitzennachfrage zu decken

Wie sonst können Stromangebot und -nachfrage ausgeglichen werden?Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Batterien Strom speichern wenn die Wind- oder Solarleistung hoch ist, und dann ab, wenn die Nachfrage das Angebot aus konventionellen Ressourcen übersteigt.

Obwohl die Investitionskosten für Batterien derzeit hoch sind, sind sie es doch wird voraussichtlich deutlich zurückgehen in den kommenden Jahrzehnten.Im Jahr 2023 werden die USAverfügte insgesamt über etwa 15 Gigawatt Batteriespeicherkapazität – das entspricht 15 großen Atomkraftwerken – und diese Zahl könnte sich im Jahr 2024 verdoppeln.

Eine weitere Alternative ist der Ausbau von Übertragungsnetzen, die eine Strombezugsmöglichkeit ermöglichen kostengünstigere Einheiten in entfernten Gebieten anstatt sich auf nahegelegene Spitzenpflanzen zu verlassen.Der Bau neuer Übertragungsleitungen ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden Regulierungs-, Genehmigungs- und Landnutzungsherausforderungen.

Eine dritte Option ist Demand-Response-Programme, bei dem Stromverbraucher in Zeiten höherer Nachfrage höhere Preise zahlen.Dies könnte dazu beitragen, Nachfragespitzen und -täler im Laufe des Tages zu reduzieren, was effizienteren, aber weniger flexiblen Grundlasteinheiten zugutekommt, die für den Betrieb rund um die Uhr ausgelegt sind.

Die meisten Verbraucher zahlen diese Preise derzeit jedoch nicht spiegeln kurzfristige Änderungen der Großhandelsstromkosten wider.Darüber hinaus ist es ungewiss, ob Privatkunden ihren Verbrauch aufgrund kurzfristiger Preisschwankungen ändern würden.Technologien wie intelligente Thermostate und Energiemanagement-Apps könnte helfen, indem es den Verbrauchern die Last nimmt, ihren Stromverbrauch manuell an Preisschwankungen anzupassen.

Schließlich können Kraftwerksbesitzer in Technologien investieren, um die Emissionen von Anlagen mit fossilen Brennstoffen zu reduzieren.Spitzenreiter Typischerweise mangelt es an Technologien zur Kontrolle der Umweltverschmutzung weil sie nicht sehr oft verwendet werden.Auch die Umrüstung älterer Anlagen auf eine höhere Effizienz könnte helfen, da sie pro Stromeinheit weniger Emissionen verursachen würden.

Diese Investitionen sind kostspielig, daher müssen die politischen Entscheidungsträger die gesundheitlichen Vorteile einer geringeren Luftverschmutzung gegen die Investitionskosten für Kraftwerksbesitzer abwägen.

Die Investitionen in Wind- und Solarenergie nehmen zu Verringerung der lokalen Luftverschmutzung aus der Stromproduktion.Aber es verlagert auch die Produktion weg von thermisch effizienten Grundlastanlagen, die nicht schnell auf Veränderungen in der Nachfrage oder der Produktion erneuerbarer Energien reagieren können.Ich glaube, dass es immer wichtiger wird, Strategien zu prüfen, die Anreize für Investitionen in Alternativen wie Batteriespeicher und Übertragungsinfrastruktur sowie in Kraftwerksmodernisierungen schaffen, um die Schadstoffbelastung zu verringern.