Хотя 160 компаний по всему миру обязались использовать «100% возобновляемую энергию», это не означает «100% безуглеродную энергию». Согласно новому исследованию Стэнфорда, опубликованному сегодня в журнале Joule, разница будет расти по мере того, как электрические сети будут меньше зависеть от ископаемого топлива. Авторы пишут, что организации, приверженные борьбе с изменением климата, могут и должны точно измерять экологические преимущества своих стратегий использования возобновляемых источников энергии.
Существующие методы оценки выбросов парниковых газов используют среднегодовые значения, даже несмотря на то, что содержание углерода в электричестве в сети может сильно меняться в течение дня в некоторых местах. В документе показано, что к 2025 году использование среднегодовых значений в Калифорнии может превысить сокращение выбросов углерода, связанное с солнечной энергией, более чем на 50 процентов по сравнению со средними почасовыми показателями. Одним из выводов этого анализа является то, что энергия ветра, а не солнца, должна стать следующей волной инвестиций в Калифорнию. Подобные анализы могут предложить различные варианты, такие как ядерная энергия, геотермальная энергия и передача на большие расстояния в других местах.
«Чтобы гарантировать 100-процентное сокращение выбросов за счет возобновляемых источников энергии, потребление энергии должно соответствовать возобновляемому производству на почасовой основе», - сказала Салли Бенсон, соавтор статьи и содиректор Precourt Institute for Энергия.
«Простая покупка большего количества солнечной энергии в сети, которая уже имеет много солнечной генерации, не приведет к нулевым выбросам», - Бенсон, профессор кафедры инженерии энергетических ресурсов в Школе наук о Земле, энергетике и окружающей среде, также сказал.
Годовой и почасовой учет
Корпорации, которые заявляют, что они на 100 процентов используют возобновляемые источники энергии, на самом деле не покрывают все свое энергопотребление за счет возобновляемых источников энергии, как признают некоторые. Вместо этого они покупают или производят достаточно возобновляемой энергии, чтобы обеспечить 100 или более процентов своего потребления электроэнергии в течение года. При покупке энергии, в которой преобладает солнечная энергия, предприятие производит гораздо больше электроэнергии, чем использует во второй половине дня, и продает излишки. Затем в ночное время он покупает электроэнергию из сети, которая гораздо более углеродоемка, если вырабатывается путем сжигания ископаемого топлива.
Использование среднегодовых значений содержания углерода в энергосистеме допустимо только тогда, когда колебания в возобновляемой генерации малы или когда все избыточные возобновляемые источники энергии могут быть сохранены. В таких местах, как Калифорния, Гавайи и некоторые европейские страны, наблюдаются большие колебания содержания углерода из-за существующих возобновляемых источников энергии, и у них еще нет достаточной емкости для хранения всей избыточной электроэнергии. В Калифорнии преднамеренное сокращение производства солнечной и ветровой энергии, или «ограничения», достигло 3 процентов от общего объема вырабатываемой энергии за два месяца прошлого года, цитирует газета.
Разница в экологических преимуществах ветра и солнца в современных методах учета, таким образом, не учитывает время суток, когда подается электроэнергия. Вместо этого разница между сокращением выбросов от ветровой и солнечной генерации связана только с разницей в углеродном следе между двумя технологиями.
«Как углеродный след крупного потребителя, так и экологическая ценность активов возобновляемой энергии зависят от сети, с которой они взаимодействуют», - сказал ведущий автор исследования Жак де Шалендар, аспирант, инженер по энергетическим ресурсам. «Использование почасовых данных - лучший способ измерить экологические преимущества возобновляемых источников энергии, и это будет становиться все более верным везде, где растет возобновляемая генерация».
Инвестиции в возобновляемые источники энергии, не связанные с солнечной энергетикой
Проблема с инвестированием в большее количество солнечных панелей в Калифорнии заключается в том, что выходная мощность часто не приводит к отключению генераторов, работающих на ископаемом топливе, потому что они уже простаивают в то время дня, когда солнечные панели будут производить энергию. В тематическом исследовании статьи, которое приблизилось к гипотетической постоянной нагрузке в 1 мегаватт в Калифорнии, краткосрочные годовые и почасовые оценки углерода не показали значительных различий в 2018 году. Но к 2025 году два метода оценки сильно различались.
Используя годовой отчет, стратегия 100-процентного использования солнечной энергии в 2025 году сократит выбросы углерода на 119 процентов от углеродного следа гипотетической компании. Однако, если использовать почасовые выбросы, это число сокращается до 66 процентов, согласно исследованию. Для стратегии 100-процентной ветроэнергетики среднегодовые показатели указывают на сокращение выбросов углерода на 131 процент, что фактически увеличивается до 135 процентов, если использовать почасовые данные.
«В Калифорнии газ часто является маргинальным источником генерации и имеет более высокий уровень выбросов, чем средняя мощность сети, поэтому покупка возобновляемых источников энергии может привести к чистому отрицательному углеродному следу», - сказал де Шалендар.«Потребитель со 100-процентным возобновляемым источником энергии может фактически уменьшить углеродный след сети в дополнение к своему собственному углеродному следу».
Накопление энергии
Методы почасового учета выбросов углерода могут помочь крупным потребителям увеличить использование низкоуглеродной энергии из сети. Обладая более точной информацией, потребители могут перенести гибкое потребление на время дня, когда электроэнергия в сети наиболее чистая. Данные также могут помочь потребителям решить, следует ли им инвестировать в крупномасштабные проекты по хранению энергии как наиболее экономичный способ достичь своих целей по выбросам углерода. Это связано с тем, что накопление энергии позволяет потребителям получать электроэнергию из сети в периоды низкого уровня выбросов углерода и хранить ее для последующего использования.
Стэнфордский университет, например, недавно электрифицировал свою систему отопления и охлаждения и добавил тепловое хранилище, чтобы сократить выбросы до трети пикового уровня 2014 года. Согласно исследованию, опубликованному ранее в этом месяце авторами этой статьи, используя накопленную энергию для максимизации покупок электроэнергии во второй половине дня, когда солнечная энергия доминирует в энергосистеме Калифорнии, Стэнфорд мог бы сократить выбросы от отопления и охлаждения еще на 40 процентов.
Анализ конкретных мест может предложить различные типы низкоуглеродных инвестиций и стратегий для других регионов, отмечается в документе. В Великобритании, например, углеродоемкость сети в настоящее время ниже ночью, а это означает, что различные типы инвестиций в возобновляемые источники энергии или модели потребления могут быть лучше. В качестве альтернативы, передача электроэнергии на большие расстояния также может позволить организациям транспортировать низкоуглеродную электроэнергию в другое место, когда существует избыток предложения, и получать низкоуглеродную электроэнергию, когда существует минимальный объем производства возобновляемой электроэнергии.
«Прозрачный, точный и содержательный учет выбросов углерода необходим», - сказал Бенсон. «И если все будет сделано правильно, мы сможем правильно инвестировать в возобновляемые источники энергии и создать более устойчивую сеть».