Через десять лет после публикации своего первого плана обеспечения мира энергией ветра, воды и солнца исследователи предлагают обновленное видение шагов, которые 143 страны мира могут предпринять для достижения 100% чистой возобновляемой энергии. к 2050 году. Новые дорожные карты, опубликованные 20 декабря в журнале One Earth, являются продолжением предыдущей работы, которая легла в основу энергетической части Нового зеленого курса США и других обязательств штата, города и бизнеса по обеспечению 100% чистоты., возобновляемые источники энергии по всему миру, а также используйте последние данные об энергетике, доступные в каждой стране, чтобы предложить более точные рекомендации о том, как выполнить эти обязательства.
В этом обновлении Марк З. Джейкобсон из Стэнфордского университета и его команда находят недорогие и стабильные грид-решения в 24 регионах мира, охватывающих 143 страны. Они прогнозируют, что переход на чистую возобновляемую энергию может сократить мировые потребности в энергии на 57%, создать на 28,6 млн рабочих мест больше, чем было потеряно, и снизить затраты на энергию, здоровье и климат на 91% по сравнению с обычным анализом. В новом документе используются обновленные данные о том, как меняется потребление энергии в каждой стране, признается более низкая стоимость и большая доступность возобновляемых источников энергии и технологий хранения, включаются новые страны в свой анализ и учитывается недавно построенная чистая, возобновляемая инфраструктура в некоторых странах.
«Многие страны взяли на себя обязательство сделать что-то для противодействия растущим последствиям глобального потепления, но они до сих пор точно не знают, что делать», - говорит Якобсон, профессор гражданской и экологической инженерии. в Стэнфорде и соучредитель проекта Solutions, У. S. некоммерческая организация, обучающая общественность и политиков переходу на 100% чистую возобновляемую энергию. «Как это будет работать? Как это будет поддерживать свет? Честно говоря, многие политики и защитники, поддерживающие и продвигающие «Зеленый новый курс», не имеют хорошего представления о деталях того, как выглядит реальная система или что влияние перехода. Это более абстрактная концепция. Итак, мы пытаемся дать количественную оценку и определить, как может выглядеть одна из возможных систем. Эта работа может помочь заполнить этот пробел и дать рекомендации странам».
Дорожные карты призывают к электрификации всех энергетических секторов, к повышению энергоэффективности, ведущему к сокращению потребления энергии, и к развитию ветровой, водной и солнечной инфраструктуры, которая может обеспечивать 80% всей электроэнергии к 2030 и 100 годам. % всей электроэнергии к 2050 г. Все энергетические секторы включают электроэнергию; транспорт; отопление и охлаждение зданий; промышленность; сельское хозяйство, лесное хозяйство и рыболовство; и военные. Моделирование исследователей предполагает, что эффективность транспортных средств на электрических и водородных топливных элементах по сравнению с транспортными средствами, работающими на ископаемом топливе, электрифицированной промышленности по сравнению с ископаемой промышленностью и электрических тепловых насосов по сравнению с ископаемым отоплением и охлаждением, наряду с устранением энергии, необходимой для добычи полезных ископаемых, транспортировки, и переработка ископаемого топлива могут существенно снизить общее потребление энергии.
Переход к ветру, воде и солнечной энергии потребует первоначальных инвестиций в размере 73 триллионов долларов по всему миру, но со временем они окупятся за счет продажи энергии. Кроме того, чистая возобновляемая энергия со временем дешевле производить, чем ископаемое топливо, поэтому инвестиции значительно снижают ежегодные затраты на энергию. Кроме того, это снижает загрязнение воздуха и его воздействие на здоровье, и для новой инфраструктуры требуется всего 0,17% от общей площади земель в 143 странах и 0,48% от их общей площади для расстановки, например, между ветряными турбинами.
«Мы обнаружили, что, электрифицируя все с помощью чистой возобновляемой энергии, мы снижаем потребление энергии примерно на 57%», - говорит Джейкобсон. «Таким образом, даже если стоимость единицы энергии аналогична, общая стоимость энергии, которую люди платят за энергию, на 61% меньше. И это до того, как мы учтем социальные затраты, которые включают затраты, которые мы сэкономим за счет смягчения последствий для здоровья и климата. Вот почему «Зеленый новый курс» так хорош. Вы сокращаете расходы на электроэнергию на 60% и социальные расходы на 91%."
В США эта дорожная карта, которая соответствует энергетической части «Зеленого нового курса», который исключит использование всех ископаемых видов топлива для производства энергии в США, требует предварительных инвестиций в размере 7,8 триллиона долларов. Он предусматривает строительство 288 000 новых крупных (5 МВт) ветряных турбин и 16 000 крупных (100 МВт) солнечных ферм всего на 1,08% территории США, при этом более 85% этой земли используется для размещения ветряных турбин. Промежуточная земля может удваиваться, например, как сельскохозяйственные угодья. Этот план создает в США на 3,1 миллиона рабочих мест больше, чем в случае обычного ведения бизнеса, и ежегодно спасает 63 000 жизней от загрязнения воздуха. Это снижает затраты на энергию, здоровье и климат на 1,3, 0,7 и 3,1 триллиона долларов в год соответственно по сравнению с существующей энергетической инфраструктурой, работающей на ископаемом топливе.
И переход уже идет. «У нас есть 11 штатов, помимо округа Колумбия, Пуэрто-Рико и ряда крупных штатов США. S. города, которые взяли на себя обязательство использовать 100% или фактически 100% возобновляемую электроэнергию, - говорит Джейкобсон. - Это означает, что каждый раз, когда им требуется новое электричество из-за вывода из эксплуатации угольной или газовой электростанции, они будут выбирать только возобновляемые источники для их замены."
Он считает, что частные лица, предприятия и законодатели должны сыграть важную роль в достижении этого перехода. «Если бы я просто написал эту статью и опубликовал ее, и у нее не было сети поддержки людей, которые хотели бы использовать эту информацию, - говорит он, - она бы просто затерялась в пыльной литературе. Если вы хотите, чтобы закон был принят, вам действительно нужна поддержка публики».
Как и любая модель, эта сопряжена с неопределенностями. Существуют несоответствия между наборами данных о спросе и предложении энергии, и выводы зависят от способности моделировать потребление энергии в будущем. Модель также предполагает идеальную передачу энергии оттуда, где ее много, туда, где она нужна, без узких мест и без потерь энергии по линиям электропередач. Хотя это никогда не бывает так, многие оценки были сделаны для стран с достаточно маленькими сетями, поэтому разница незначительна, и Джейкобсон утверждает, что более крупные страны, такие как США, можно разбить на более мелкие сети, чтобы сделать идеальную передачу менее проблемой. Исследователи устранили дополнительные неопределенности, смоделировав сценарии с высокими, средними и низкими затратами энергии, ущербом от загрязнения воздуха и ущерба климату.
Работа намеренно сосредоточена только на ветровой, водной и солнечной энергии и исключает ядерную энергию, «чистый уголь» и биотопливо. Ядерная энергетика исключена, потому что между планированием и эксплуатацией требуется 10-19 лет, она сопряжена с высокими затратами и общепризнанными рисками расплавления, распространения оружия, добычи полезных ископаемых и образования отходов. «Чистый уголь» и биотопливо не включены, поскольку они вызывают сильное загрязнение воздуха и по-прежнему выделяют в 50 раз больше углерода на единицу энергии, чем энергия ветра, воды или солнца.
Одна проблема, часто обсуждаемая с ветровой и солнечной энергией, заключается в том, что они могут быть не в состоянии надежно согласовать поставки энергии с потребностями сети, поскольку они зависят от погодных условий и времени года. Этот вопрос непосредственно рассматривается в настоящем исследовании в 24 регионах мира. Исследование показывает, что спрос может быть удовлетворен за счет прерывистых поставок и хранения по всему миру. Джейкобсон и его команда обнаружили, что электрификация всех энергетических секторов на самом деле создает более гибкий спрос на энергию. Гибкий спрос - это спрос, который не нужно удовлетворять немедленно. Например, аккумулятор электромобиля можно заряжать в любое время дня и ночи, а водонагреватель с электрическим тепловым насосом может нагревать воду в любое время дня и ночи. Поскольку электрификация всех энергетических секторов создает более гибкий спрос, согласование спроса с предложением и хранением становится проще в мире чистой возобновляемой энергии.
Джейкобсон также отмечает, что дорожные карты, предлагаемые в этом исследовании, не являются единственно возможными, и указывает на работу, проделанную 11 другими группами, которые также нашли возможные пути к 100% чистой возобновляемой энергии. «Мы просто пытаемся изложить один сценарий для 143 стран, чтобы дать людям в этих и других странах уверенность в том, что да, это возможно. Но есть много решений и множество сценариев, которые могли бы сработать. Вы, вероятно, не сможете точно предсказать, что произойдет, но вам не нужно искать иголку в стоге сена. В этом стоге сена много иголок."