電力需要が急増すると、電力会社は汚れた「ピーク」プラントに依存しますが、代替手段はあります

米国終わりに近づいています 記録上最も暑い夏の一つ. 。全国各地で、 熱波 日によってはピーク時の電力需要が一定レベルにまで達している 季節平均をはるかに上回っている.

送電網運営者は、こうした需要の急増に対応するのに十分な供給を確保するために、いわゆる「ピーク」プラントに依存しています。ピーカー ユニットは迅速かつ比較的低コストで起動できますが、通常、他のタイプの化石燃料ユニットよりも生成される電力単位当たりの燃料の消費量が多くなります。

ピーカーは他のプラントに比べて効率が低いため、通常、需要が高い時期にのみ稼働します。歴史的にピーカーは、 年間の 10% 未満しか稼働していない, 、多くの場合、一度に数時間だけです。

それにもかかわらず、生産される電力単位あたりの排出量が高いため、環境と健康への懸念が生じます。2021 年の時点では、 全米に999のピーカープラント, 、50州すべてで。これらの発電所の約 70% は天然ガスを燃焼させ、残りは石油と石炭を燃料としていました。

大気汚染を削減し、気候変動と戦うために、米国は化石燃料からシフトし、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源の使用を増やしています。しかし皮肉なことに、気候変動が引き起こす より頻繁で激しい熱波, 、多くの電力システムは、再生可能発電量の変動のバランスをとるために、ピーカープラントへの依存度を高めています。への提案 新しいピーカーを構築する または 老人の寿命を延ばす 以下の州で論争を巻き起こした ウィスコンシン州, マサチューセッツ州, テキサス州 そして ニューヨーク.

私の研究は次のことに焦点を当てています 発電による経済的、環境的コストと利点. 。ここでは、クリーン エネルギーへの移行により、ピーカー プラントの役割と、需要のピーク時に照明を点灯し続けるためのその他のオプションがどのように変化しているかを説明します。

電源のバランスを取る

システムオペレーターにとって、発電所の重要な特性の 1 つは、オンデマンドで電力を生成できるかどうかです。風力、太陽光、特定の水力発電などの多くの再生可能資源は、 派遣不可能なリソース なぜなら、それらは自然に支配されており、条件が許せばエネルギーを生成するからです。発電コストが低いため、通常は最大容量まで使用されます。

化石燃料や原子力発電で稼働する発電所は、次のように呼ばれます。 ディスパッチ可能なリソース 必要なときにいつでも電力を生成できるからです。ただし、ガス、石炭、原子力発電所、石油発電所は運転するために燃料を購入する必要があるため、再生可能エネルギーよりも運転コストが高くなります。

これらのプラントの一部は、歴史的には石炭または核燃料で稼働するものであり、 ベースロードプラント. 。比較的安価に電力を生成しますが、起動して最大電力に達するまでに時間がかかります。 中間ユニット 追加のメガワット時ごとに発電コストは高くなりますが、ベースロード発電所よりも速く増減することができます。ピーカーはメガワット時あたりのコストが最も高くなりますが、出力を非常に迅速に調整できます。

歴史的には、ベースロード ユニットは年間を通じて稼働し、中間ユニットが短期的な需要変動に合わせて出力を調整していました。ピーカー プラントは、まれなピーク需要期間中にのみ使用されました。

しかし、電力供給会社が送電網に風力や太陽光エネルギーを追加するにつれ、再生可能発電の変化に対応するために、例えば、日が落ちても気温が​​まだ高いときにエアコンを稼働させるために、派遣可能な化石燃料ユニットをより頻繁に使用するようになっている。このため、たとえ燃料効率が低くても、生産レベルを迅速に変更できるユニットが有利になります。その結果、ピーカー植物の役割が増大しています。

環境正義の引火点

米国における化石燃料からの電力生産 減少しました 風力発電と太陽光発電への大規模な投資を行っています。しかし、化石燃料を燃やす発電所は依然として 米国の約60％電気 – そしてそれらの植物は気候変動の一因となり、地域の大気質を悪化させる汚染物質を排出します。

二酸化硫黄、二酸化窒素、粒子状物質、オゾンへの曝露は次のような症状に関連しています。 呼吸器疾患や心血管疾患、早期死亡. 。米国では全体的な大気汚染が減少している一方で、ここ数十年、低所得者層や少数民族の住む地域では 依然として大気の質の悪さに不当に苦しんでいる.

2022 年のある報告書では、アメリカ人は 3,200 万人と推定されています。 ピーカー工場から3マイル以内に住んでいる. 。2024 年に米国は政府会計検査院は、歴史的に不利な立場にあった人種または民族コミュニティが統計的に位置する可能性が高いと報告しました。 平均よりもピークに近い.

ピーク需要に対応するその他の方法

他にどのようにして電力の供給と需要のバランスを取ることができるのでしょうか？1 つのオプションは、バッテリーを使用して、 電気を蓄える 風力や太陽光の出力が高い場合、需要が従来の資源からの供給を上回った場合に放電します。

現在、バッテリーの投資コストは高額ですが、 大幅に減少すると予想される 今後数十年で。2023 年には、米国合計約 15 ギガワットの蓄電池容量があり、これは大型原子力発電所 15 基に相当します。 2024年には倍増する可能性がある.

もう一つの選択肢は、送電システムを拡張することです。 遠隔地にある低コストのユニット 近くのピーカー植物に頼るのではなく。ただし、新しい送電線の建設には重要な問題が伴います。 規制、許可、土地利用に関する課題.

3 番目のオプションは、 デマンドレスポンスプログラム, 、電力需要が高まる期間には、電力消費者がより高い料金を支払うことになります。これにより、1 日を通して需要のピークと谷が軽減され、24 時間稼働するように設計されたベースロード ユニットの効率は向上しますが、柔軟性は低下します。

しかし、ほとんどの消費者は現在、そのような価格を支払っていません。 卸電力コストの短期的な変化を反映する. 。さらに、住宅顧客が短期的な価格変動に基づいて消費を変えるかどうかも不透明です。などの技術 スマートサーモスタットとエネルギー管理アプリ 価格変動に応じて電力使用量を手動で調整する消費者の負担を軽減することで、役立つ可能性があります。

最後に、発電所の所有者は、化石燃料装置からの排出を削減する技術に投資できます。ピーカーズ 通常、汚染防止技術が欠如している あまり頻繁に使用されないからです。古いプラントを改修して効率を高めることも、電力単位あたりの排出量が少なくなるため、役立つ可能性があります。

これらの投資には多額の費用がかかるため、政策立案者は大気汚染の削減による健康上の利点と、発電所所有者への投資コストを比較検討する必要があります。

風力と太陽エネルギーへの投資が増加しています。 地域の大気汚染を減らす 電力生産から。しかし同時に、需要や再生可能エネルギーの生産量の変化に迅速に対応できない熱効率の高いベースロード装置から生産をシフトさせています。私は、バッテリー貯蔵や送電インフラなどの代替手段や、汚染への曝露を軽減するための発電所の更新への投資に対するインセンティブを生み出す政策を模索することがますます重要になっていると考えています。