Коммунальные предприятия полагаются на грязные «пиковые» электростанции, когда спрос на электроэнергию резко возрастает, но есть альтернативы

СШАприближается к концу одно из самых жарких лет за всю историю наблюдений.По всей стране, волны тепла довели пиковый спрос на электроэнергию в некоторые дни до уровня значительно превышает сезонные средние значения.

Операторы сетей полагаются на так называемые «пиковые» электростанции, чтобы гарантировать, что у них будет достаточно поставок для удовлетворения такого резкого роста спроса.Пиковые установки могут запускаться быстро и с относительно низкими затратами, но они обычно сжигают больше топлива на единицу произведенной электроэнергии, чем другие типы установок, работающих на ископаемом топливе.

Поскольку пиковые установки менее эффективны, чем другие электростанции, они обычно работают только в периоды высокого спроса.Исторически пикеры работали менее 10% года, часто всего на несколько часов подряд.

Тем не менее, их более высокие выбросы на единицу произведенной электроэнергии вызывают проблемы окружающей среды и здоровья.По состоянию на 2021 год было 999 пиковых электростанций по всей территории США., во всех 50 штатах.Около 70% этих электростанций сжигали природный газ, а остальные работали на нефти и угле.

Чтобы уменьшить загрязнение воздуха и бороться с изменением климата, США.отходит от ископаемого топлива и увеличивает использование возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца.Однако по иронии судьбы, поскольку изменение климата порождает более частые и интенсивные волны тепла, Многие электроэнергетические системы все чаще полагаются на пиковые электростанции, чтобы сбалансировать колебания производства возобновляемой энергии.Предложения по построить новые пикеры или продлить жизнь старикам вызвали споры в штатах, в том числе Висконсин, Массачусетс, Техас и Нью-Йорк.

Мое исследование сосредоточено на экономические и экологические затраты и выгоды от производства электроэнергии.Вот как переход на экологически чистую энергию меняет роль электростанций с пиковой нагрузкой и некоторых других вариантов поддержания освещения в периоды пиковой нагрузки.

Балансировка электропитания

Для системных операторов одной из ключевых характеристик электростанции является то, может ли она производить электроэнергию по требованию.Многие возобновляемые ресурсы, включая ветровую, солнечную и некоторые виды гидроэнергетики, известны как недиспетчерируемые ресурсы потому что ими управляет природа, производящая энергию, когда позволяют условия.Стоимость производства электроэнергии с их помощью невелика, поэтому они обычно используются на максимальной мощности.

Электростанции, работающие на ископаемом топливе или ядерной энергии, известны как управляемые ресурсы потому что они могут производить энергию, когда это необходимо.Однако у них более высокие эксплуатационные расходы, чем у возобновляемых источников энергии, главным образом потому, что газовые, угольные, атомные и нефтяные электростанции должны покупать топливо для своей работы.

Некоторые из этих электростанций – исторически те, которые работают на угле или ядерном топливе – называются заводы с базовой нагрузкой.Они генерируют электроэнергию относительно дешево, но требуют времени для запуска и выхода на полную мощность. Промежуточные единицы производят электроэнергию с более высокими затратами на каждый дополнительный произведенный мегаватт-час, но они могут циклически увеличиваться и уменьшаться быстрее, чем электростанции с базовой нагрузкой.У пиковых компаний самые высокие затраты на мегаватт-час, но они могут очень быстро корректировать свою мощность.

Исторически сложилось так, что агрегаты с базовой нагрузкой работали круглый год, а промежуточные агрегаты корректировали производительность с учетом краткосрочных колебаний спроса.Пиковые установки использовались только в редкие периоды пиковой нагрузки.

Но поскольку поставщики электроэнергии добавляют в сеть больше энергии ветра и солнца, они все чаще используют управляемые энергоблоки на ископаемом топливе, чтобы сбалансировать изменения в производстве электроэнергии из возобновляемых источников – например, для включения кондиционеров, когда солнце садится, но температура все еще высока.Это отдает предпочтение агрегатам, которые могут быстро менять уровень производства, даже если они менее экономичны.Результатом является растущая роль пиковых растений.

Горячие точки экологической справедливости

Производство электроэнергии из ископаемого топлива в США. уменьшилось с крупномасштабными инвестициями в ветровую и солнечную генерацию.Но электростанции, работающие на ископаемом топливе, по-прежнему производят около 60% СШАэлектричество – и эти растения выделяют загрязняющие вещества, которые способствуют изменению климата и ухудшают качество местного воздуха.

Воздействие диоксида серы, диоксида азота, твердых частиц и озона связано с респираторные и сердечно-сосудистые заболевания и преждевременная смерть.Хотя общее загрязнение воздуха в США снизилось.в последние десятилетия районы с низкими доходами и меньшинствами все еще непропорционально страдают от плохого качества воздуха.

По оценкам одного отчета за 2022 год, 32 миллиона американцев жить в пределах 3 миль от пиковой электростанции.В 2024 году США.Счетная палата правительства сообщила, что исторически находящиеся в неблагоприятном положении расовые или этнические общины статистически с большей вероятностью находились в ближе среднего к пикерам.

Другие способы удовлетворения пикового спроса

Как еще можно сбалансировать спрос и предложение электроэнергии?Один из вариантов — использование батареек для хранить электричество когда мощность ветра или солнца высока, а затем разряжать ее, когда спрос превышает предложение традиционных ресурсов.

Хотя инвестиционные затраты на аккумуляторы в настоящее время высоки, они прогнозируется значительное снижение в ближайшие десятилетия.В 2023 году США.имел в общей сложности около 15 гигаватт аккумуляторной емкости – что эквивалентно 15 крупным атомным электростанциям – и эта цифра может удвоиться в 2024 году.

Другой альтернативой является расширение систем передачи, которые позволяют получать электроэнергию из более дешевые единицы в отдаленных районах вместо того, чтобы полагаться на близлежащие пиковые электростанции.Однако строительство новых линий электропередачи сопряжено со значительными проблемы регулирования, разрешений и землепользования.

Третий вариант программы реагирования на спрос, при котором потребители электроэнергии платят более высокие цены в периоды более высокого спроса.Это может помочь сократить пики и спады спроса в течение дня, что принесет пользу более эффективным, но менее гибким устройствам с базовой нагрузкой, предназначенным для круглосуточной работы.

Однако большинство потребителей в настоящее время не платят цены, отражают краткосрочные изменения оптовых затрат на электроэнергию.Более того, неясно, изменят ли бытовые потребители свое потребление из-за краткосрочных колебаний цен.Такие технологии, как умные термостаты и приложения для управления энергопотреблением может помочь, сняв с потребителей бремя вручную корректировать потребление электроэнергии в ответ на колебания цен.

Наконец, владельцы электростанций могут инвестировать в технологии, позволяющие сократить выбросы от установок, работающих на ископаемом топливе.Пикеры обычно отсутствуют технологии контроля загрязнения потому что они используются не так часто.Модернизация старых электростанций, чтобы сделать их более эффективными, также может помочь, поскольку они будут производить меньше выбросов на каждую единицу электроэнергии.

Эти инвестиции являются дорогостоящими, поэтому политикам приходится сопоставлять пользу для здоровья от снижения загрязнения воздуха с инвестиционными затратами для владельцев электростанций.

Увеличение инвестиций в ветровую и солнечную энергетику снижение местного загрязнения воздуха от производства электроэнергии.Но это также приводит к отказу от термически эффективных установок базовой нагрузки, которые не могут быстро реагировать на изменения спроса или производства возобновляемых источников энергии.Я считаю, что становится все более важным изучить политику, которая создает стимулы для инвестирования в альтернативы, такие как аккумуляторные батареи для хранения и инфраструктуру передачи, а также в модернизацию электростанций для снижения воздействия загрязнения.