En medio de congelación de ley de energía, Ohio puestos del mercado solar

por Mike Conley y Tim Maloney 17 de de abril de, el año 2015

(NOTA: Este es un trabajo en progreso Será un capítulo en el libro de próxima aparición "Poder para el Planeta" por Mike Conley.).

Cuatro líneas de fondo en la delantera:

• Que costaría más de $ 29 billones de dólares para generar energía eléctrica de carga base de Estados Unidos con una mezcla 50/50 de parques eólicos y solares, en parcelas de un total de la zona de Indiana. O:

• Que costaría más de $ 18 billones de dólares con energía solar concentrada (CSP) granjas en los desiertos del sudoeste, en parcelas de un total de la zona de West Virginia. O:

• Podríamos hacerlo por menos de $ 3 billones de dólares con la AP-1000 reactores de agua ligera, en parcelas que suman unas pocas millas cuadradas. O:

• Podríamos hacerlo por $ 1 billón con sales fundidas de los reactores de combustible líquido, en la misma cantidad de tierra, pero sin refrigeración por agua, no hay riesgo de colapsos, y la capacidad de utilizar nuestras reservas de "residuos" nucleares como combustible secundario.

Cualquier cosa que decidamos, tenemos que hacer nuestras mentes, y rápido. combustibles de carbono nos están matando y matando el planeta también. Y los buenos planetas son difíciles de conseguir.

Si usted piensa que puede gobernar el país en energía eólica y solar, más poder para usted.

Es una idea atractiva, pero antes de quedar casado con él, usted debe abrazar con una calculadora y averiguar exactamente lo que implica la relación a largo plazo.

Este ejercicio tiene aplicación en el mundo real. El 620 MW reactor nuclear (megavatios) de Vermont Yankee se cerró recientemente. Así eran las dos canciones reactores en San Onofre, lo que generó un total de 2,15 GW (gigavatios). Pero el público no fue de repente en una dieta de energía; a raíz de Fukushima, que eran simplemente más bien asustado de lo habitual sobre la energía nuclear.

En cualquier caso, la energía generada por estos reactores tendrá que ser sustituido, ya sea por la construcción de más plantas de energía o mediante la importación de la electricidad a partir de las instalaciones existentes.

Para hacer que los números más fácil pensar con, vamos a postular un reactor de 555 MW, que tiene un 90% de rendimiento en línea estándar de la industria (puesta fuera de reabastecimiento de combustible y mantenimiento) y proporciona una red de 500 MW, suficiente para suministrar electricidad a 500.000 personas viven en los estándares occidentales. La pregunta clave es la siguiente:

¿Qué se necesita para reemplazar un reactor que entrega 500 MW de carga base de energía (constante) con la energía eólica o solar?

Una vez que hemos dibujado a lápiz nuestra viento equivalente y parques solares, vamos a ser capaces de escalar ellos para ver lo que se necesitaría para alimentar cualquier pueblo, ciudad, estado o región o el país entero, en las energías renovables.

Las reglas del juego.

TheSolutionProject.Org tiene una propuesta detallada para alimentar a todo el país con fuentes renovables para el año 2050. Se trata de una impresionante pieza de trabajo, que presenta una mezcla de encargo de las energías renovables a la medida para cada estado, todo, desde la eólica terrestre y marina, de energía de las olas, techo solar, geotérmica , hidroeléctrica, y la lista continúa.

Los costos son compensados ​​por el aumento de la actividad económica de la construcción y operación de las plantas. Otras compensaciones importantes derivan de ahorro en asistencia sanitaria, mayor productividad, menores tasas de mortalidad, menor contaminación atmosférica y el calentamiento global. Sin embargo, dado que estos desplazamientos se aplican también a una red todo-nuclear, que se anulan a sí mismos.

En lugar de explorar cada tecnología del Proyecto Soluciones ofrece, simplificaremos las cosas y les dan su mejor ventaja al concentrarse en sus dos principales tecnologías en tierra-eólica y solar CSP (CSP vamos a explicar en breve.) Ambos sistemas están en el extremo inferior de las proyecciones de costos a largo plazo para las energías renovables.

En nuestro análisis comparativo, nos centraremos en siete parámetros:

• Acero
• Hormigón
• CO2 (de la producción material y el transporte)
• Área terrestre
• Deathprint (bajas de producción de energía)
• Karma de carbono (CO2 lograr el punto de equilibrio)
• Costo de construcción

La mayoría de ellas son obvias, pero "deathprint" y "karma de carbono" se merecen un poco de explicación. Vamos a entrar en el primero de ellos ahora, y guardar el otro para más adelante.

Deathprint.

No hay forma de producción de energía es, ni nunca ha sido, es totalmente seguro. A lo largo de los siglos, innumerables personas han resultado heridas y muertos por bestias de carga. Más se perdió la cosecha del aceite de madera, turba y ballena utilizado para cocinar, calefacción y luz de la lámpara. Millones de personas han muerto a causa de la minería del carbón, y millones más de quemarla. América pierde 13.000 personas al año debido a complicaciones de salud atribuidos a la contaminación de combustibles fósiles; China pierde alrededor de 500.000.

Aunque la energía hidroeléctrica es super-verde y libre de carbono, olvidamos con demasiada facilidad que en el último siglo, muchos miles de personas han muerto a causa de la construcción de presas y rupturas de presas. Incluso la energía solar tiene sus bajas. De hecho, más estadounidenses han muerto a causa de la instalación solar en el techo que nunca han muerto a causa de la construcción o uso de las centrales nucleares estadounidenses. Algunas personas murieron en los primeros días de la extracción de uranio, pero la causa real fue inhalar el polvo. máscaras adecuadas bajaron los índices de víctimas a casi cero.

Aunque los reactores producen casi el 20% del poder de Estados Unidos, y han estado en uso durante más de cincuenta años, ha habido sólo cinco muertes por accidentes de construcción e inspección. Sólo tres personas han muerto nunca por la producción real de la energía atómica estadounidense, cuando un reactor experimental sufrió una fusión parcial en 1961. Y para todo el pánico, paranoia y protestas sobre Three Mile Island, no una persona se había perdido. La peor dosis de radiación recibida por las personas más cercanas a la planta TMI era igual a la mitad del uno radiografía de tórax.

A medida que contrastar y comparar los datos y cifras para un parque eólico, una granja solar, y un reactor, citaremos "deathprint" de cada tecnología, así como las bajas-teravatios por hora (TWh) atribuido a esa fuente de energía.

[NERD NOTA: Una teravatios es un billón de vatios. el consumo eléctrico de todo el planeta está a la vuelta 5 teravatios-hora. Una TWh (teravatios-hora) es un flujo constante de un billón de vatios de electricidad por un período de una hora.]

"Cualquiera que sople el viento, realmente no me importa." - Freddy Mercury

Una de las dificultades en la exploración de las energías renovables es que los números factor de capacidad están por todo el mapa. La Agencia de Información de Energía no está de acuerdo con el Departamento de Energía, y la industria de las energías renovables no está de acuerdo con los dos. Los fabricantes se quedan fuera de la contienda, solamente lo que indica "su máxima capacidad" de su dispositivo es, es decir, la mayoría de la energía que puede producir bajo condiciones ideales. Su kilometraje puede variar.

Debido a que el viento, como la solar, es una fuente de "intermitente" (flujos y reflujos, va y viene) la eficiencia de una turbina tiene que ser promediados a lo largo de un año, dependiendo de donde se utiliza. Pero vamos a aceptar la pretensión de la industria eólica del factor de capacidad mediana de 35% para los nuevos aerogeneradores terrestres situadas en los estados contiguos.

Y no vamos a parar allí. Porque si hacemos realmente construir una infraestructura nacional de las energías renovables, es lógico pensar que nos concentraremos nuestros parques eólicos en el que van a hacer el mayor bien, y construir líneas de transmisión rama para conectarlos a la red. Dado que la industria afirma un factor de capacidad EE.UU. máximo del 50% para las nuevas turbinas y una mediana de 35%, vamos a dividir la diferencia a un generoso 43%.

Para reunir 500 megavatios MWavg (promedio) de energía eólica en una región con un factor de capacidad del 43% (a menudo llamado "capacidad media"), necesitaremos suficientes turbinas para una capacidad máxima de 1.163 MWp (megavatios pico): 500 ÷ 0.43 = 1.163.

Vamos con turbinas modelo 2.5xl enormes de General Electric, que se utiliza en el parque eólico plana del Pastor en Oregon, una máquina top-of-the-line con una capacidad máxima de 2,5 MW. Lápices que fuera a 465 "spinners" (1.163 ÷ 2,5 = 465.)

Cada conjunto está realizado con 378 toneladas de acero, y el generador tiene una media tonelada de imanes de neodimio, un elemento de tierras raras actualmente disponible sólo en China, donde se extrae con una indiferencia atroz para el medio ambiente y la seguridad del trabajador. Y, el 300-pie. torre requiere una base de hormigón de 1.080 toneladas.

[NERD NOTA: Un "t" es una tonelada métrica, que es de 1.000 kilogramos-2,204.62 libras para ser exactos. Y no, no se pronuncia "tonnie" o "Tonay." Una tonelada es una tonelada.]

El costo de instalación de un GE 2.5xl es de aproximadamente $ 4,7 millones, lo que incluye la conexión a la red eléctrica local. Que se convierte a US $ 1,9 millones por MWp.

En este ejercicio, no estamos Factoring en el costo de la tierra, o el costo de una línea de transmisión sucursal si nuestra granja renovables no está al lado de la red. Pero la figura alrededor de $ 1 millón de dólares por milla en piezas y mano de obra para instalar una línea de rama, además de la tierra.

Las energías renovables, como la mayoría de las cosas, tiene su propia huella de CO2.

La producción de acero emite 1,8 toneladas de CO2 por tonelada, y la producción de hormigón emite 1,2 toneladas de CO2 por tonelada. Por lo que sólo la materia prima para la turbina solo 2.5xl "costos" de GE 1.976 toneladas de emisiones de CO2. [(378 x 1,8) (1.080 x 1,2) = 1,976.4]

Les daremos un pase en el CO2 emitido durante la fabricación de piezas y montaje, pero que realmente debería incluir los gastos de envío, porque estas cosas pesan 378 toneladas. Y, los motores se hacen en China y Alemania, las hojas están hechas en Brasil, que hacen un poco de montaje en la Florida, y las secciones de la torre se hacen en Utah. Eso es una gran cantidad de carga que se eslinga alrededor del planeta.

Sin embargo, para simplificar las cosas, y para ser más que justo, sólo tendremos que figura sobre el envío de todo, desde China a la costa oeste, y cancelamos todas las emisiones de CO2 de fabricación y montaje, y el transporte de la tierra en ambos extremos. Así que 378 toneladas a 11 gramos de CO2 (equivalente) por tonelada-milla, enviados 5.586 millas de Shanghai a San Francisco, sale a 23,2 toneladas por turbina.

A pesar de que no vamos a calcular el precio de la tierra, vamos a añadir la extensión de la superficie. Turbinas necesita una gran cantidad de espacio lateral, porque tienen que ser lo suficientemente lejos el uno del otro para coger una brisa sin ser molestados. Puede ser difícil darse cuenta de lo grande que estas cosas se imaginan-747 con un cubo en su vientre, colgando del techo de un edificio de 30 pisos y dando vueltas como un molinillo de viento.

Cada turbina necesitará un pedazo de tierra 0.23 / km2 (kilómetros cuadrados), o de 550 yardas en un lado. Una regla empírica es calcular en cuatro grandes turbinas por kilómetro cuadrado, o diez por milla cuadrada. Pero antes de poner los números juntos, hay dos cosas a tener en cuenta.

Parques eólicos y solares son plantas de gas.

No tome nuestra palabra para ella; escuchar a este chico en su lugar, una de las voces más famosas del movimiento de la energía renovable:

"Necesitamos unos 3.000 pies de altitud, necesitamos un terreno plano, necesitamos 300 días de sol, y tenemos que estar cerca de una tubería de gas. Debido a todas estas grandes plantas solares-ya sea eólica o solar, todo el mundo está mirando a gas como combustible suplementario. Las plantas que estamos construyendo, las plantas eólicas y solares, las plantas son plantas de gas. "- Robert F. Kennedy, Jr., miembro de la junta de BrightSource, constructores de la granja solar Ivanpah en la frontera CA / NV.

Ampliación de parques eólicos y solares están en la posición embarazosa de tener que utilizar generadores de gas para suavizar el flujo errático de su energía intermitente. Es como aparecer en una reunión de AA con el alcohol en su aliento.

Aún así, se considera una solución medianamente decente, pero sólo porque eólica y solar contribuyen con un porcentaje tan bajo de la energía en la parrilla. Pero si las energías renovables esperas ser más del 15% de la energía de nuestra imagen, van a tener que perder las ruedas de entrenamiento, y sólo hay una manera de hacerlo. Lo que nos lleva a la otra cosa que tenemos que tener en cuenta. Y éste es un acuerdo para romper por sí mismo.

Almacen de energia.

Para los cables de cantar, se necesita un coro de generadores zumbido de distancia en perfecta armonía. Y para las granjas de energía intermitentes para unirse al coro como miembros de pleno derecho, primero tendrán que almacenar todos los chorros y los torrentes de energía que producen, y luego soltarlo en una corriente suave, regulada con precisión.

En este momento, las contribuciones de tartamudeo que la energía solar residencial o la explotación de las energías renovables ocasional alimentar la red no son un problema. Está en cantidades tan pequeñas que el "ruido" que genera no es perceptible. La cantidad de corriente de la red eléctrica nacional es enorme en comparación, generada por miles de turbinas finamente sintonizados a nuestra carbono de los combustibles, la energía nuclear y las centrales hidroeléctricas. Estas máquinas gigantescas operan 24/7/365, la entrega de una corriente sólida de alimentación de CA a una 60Hz suave.

Eso es energía de carga base, y cada pieza de equipo que tenemos, desde la presa Hoover a su timbre-está diseñado para producirlo, transmitir, o correr en él. toda nuestra infraestructura de energía se ha construido en torno a esa idea. jugo entrecortado simplemente no lo hará.

(Para una explicación más detallada de por qué esto es así, por favor ver nuestro artículo "")

hum dinamo.

Un metro cúbico (m3) de H2O pura = una tonelada métrica (~ 2.200 libras) = ​​1.000 kilogramos = 1,000 litros. Y un litro = 1 kilogramo (2,2 libras ~) = 1,000 gramos = 1,000 cm3 (centímetros cúbicos). Y uno cm3 de agua = un gramo, de ahí la palabra "kilogramo", lo que significa 1.000 gramos. Y una tonelada es un millón de gramos.

Ya ha deducido que las medidas lineales métricas están relacionados con el mismo volumen de agua: Un metro es la longitud de un lado de un cubo de una tonelada de agua, y un centímetro es la longitud de un lado de un cubo de un gramo de agua.

mediciones de energía métricas se basan en otra cosa que es exactamente el mismo en todo el mundo: la fuerza del agua que cae. Un centímetro cúbico (un gramo) de agua, cayendo a una distancia de 100 metros (unos 378 pies) tiene una energía equivalente a la vuelta de una "julios" (James Prescott Joule fue un físico británico y cerveza en la década de 1800, que supuso un montón de esta materia hacia fuera.)

Un julio por segundo = un vatio. (Energía utilizada o almacenada con el tiempo = potencia. Un julio es la energía, un vatio es poder.) Un millón de gramos (una tonelada) La caída de 100 metros por segundo = un millón de julios por segundo = un millón de vatios, o un megavatio (MW) . Una MW para 3600 segundos (una hora) = un MWh (megavatios-hora).

No llaman a esto un planeta de agua para nada.

Lo que nos lleva de nuevo a hidrobombeo almacenamiento de energía.

Para almacenar el valor de la energía producida por un parque eólico de 500 MW de una hora, tendremos que soltar 500 toneladas métricas (metros cúbicos) de agua por segundo por una hora entera, se establece un conjunto de tubos de 100 metros de largo, para hacer girar una serie de turbinas en la parte inferior de la gota. (Por el momento, vamos a dejar de lado la pérdida de energía debido a la fricción en las tuberías, y la eficiencia de menos-que-perfecta de las turbinas.)

Eso es de 1.800.000 toneladas por hora, lo cual es una gran cantidad de agua. ¿Cuánto exactamente? Alrededor de dos veces el volumen de la porción de la planta por encima del Empire State Building, que ocupa 1,04 millones de metros cúbicos de espacio (si se arroja en el sótano).

Recuerde, eso es sólo una hora de hidrobombeo. Para llevarlo a cabo, nuestro parque eólico tendrá dos cuencas, cada uno de ellos el volumen de dos edificios Empire State (!), Con una caída de 100 metros de altura entre ellos. Y, las cuencas tendrán que ser cerrado para minimizar la evaporación.

Dos ESB (edificios Empire State) es un enorme volumen de agua para dedicar a una hora de almacenamiento de energía, sobre todo cuando podríamos estar entrando en una sequía de siglos de duración inducida por el cambio climático. La reposición de nuestro suministro de agua debido a la evaporación no será una opción fácil, y es probable que molestar a los vecinos, que probablemente se combaten guerras por el agua con la gente corriente arriba.

Lo sentimos, no hay almuerzo gratis. universo equivocado.

La conversión de una forma de energía a otra siempre resulta en una pérdida, y se bombea sistemas hidroeléctricos pueden consumir casi el 25% de la energía almacenada en ellos. Pero vamos a ser generoso y calculamos el 20%. Que todavía significa que tenemos que hacer crecer nuestro parque eólico de 465 a 581 de la turbina turbinas para obtener la salida que necesitamos.

Y recuerda, sólo estamos almacenando una hora de energía. Si nuestro parque eólico recibe dos horas de calma total, estamos fuera de suerte. Y dos horas de calma chicha no es en absoluto raro. Pero con una rejilla renovables de energía nacional, tal vez podamos importar algo de energía solar a partir de Arizona. Tal vez. A menos que esté nublado en Arizona, o sea después de la puesta del sol.

Suspiro ... Al empezar a pensarlo bien, es claro que se vuelve bastante usted tiene que averiguar en al menos un día completo de almacenamiento. Algunas personas le dirán a la figura en una semana, pero como se verá, ni un solo día es suficiente para freír la calculadora.

El Departamento de Energía estima que de circuito cerrado de bombeo debería costar alrededor de $ 2 mil millones para una gigavatios-hora, o $ 2 millones de dólares por megavatio-hora. En primer lugar vamos a añadir las turbinas adicionales, y luego vamos a tirar la PHES. (¿Estás sentado?)

Un parque eólico de carga base 500 MWavg con hidrobombeo almacenamiento de energía.

Para obtener 500 MWavg en una región con una capacidad media de 43%, necesitaremos 465 turbinas con una capacidad de 2,5 MW pico: [(500 ÷ 2,5) = 200. (200 ÷ 0,43) = 465].

Además de eso, tendremos que compensar la pérdida de energía del 20% para el almacenamiento de agua por bombeo, por lo que necesitaremos un gran total de 581 turbinas (465 ÷ 0,80 = 581.)

• Acero ................................................ 219,618 toneladas
• CO2 de acero ................................. 395.312 t
• Hormigón .......................................... 627 480 t
• CO2 de hormigón ........................... 752.976 t

Para pagar esta deuda de carbono-karma, nuestro parque eólico tendrá que hacer valer mediante la producción de energía libre de carbono de al menos 4.320 horas, o 181 días. (2,17 millones de toneladas de CO2 ÷ 12.000 toneladas por día ahorrado por 500 MW de producción de energía limpia = 180.83) suena bastante bien, hasta que vea qué tan rápido un reactor de 500 MW se redime.

"Dirija sus pies hacia el lado soleado de la calle." - Louis Armstrong

Una buena canción para vivir. Excepto que hay una buena probabilidad de que, al igual que nuestro parque eólico, nuestra granja solar será millas de cualquier calle o carretera. Como el viento, solar necesita un montón de tierra, y el más barato, mejor. Libre es mejor que barato, pero eso significa que probablemente va a ser un parche sombrío de la vida silvestre federal 50 millas de la nada.

En América del Norte, el factor de capacidad para PV (fotovoltaica) paneles solares medias 17% de la capacidad máxima de la etiqueta, debido a cosas como la latitud, el ángulo estacional del sol, nubes, y la noche. El polvo en los paneles puede reducir el promedio de 15%. Pero vamos a utilizar una tecnología mucho mejor que la energía solar fotovoltaica.

Sol en una paja.

Vamos a modelar nuestra granja solar después de la 150 MWp (megavatios pico) Estación de Andasol en Andalucía, España. Su tecnología de energía solar concentrada (CSP) es mucho más eficiente y rentable que los paneles fotovoltaicos, y utiliza sólo una fracción de la tierra. En lugar de paneles planos con elementos fotoeléctricos, Andasol tiene bastidores de simples espejos cilindro parabólicos ( "sol") canalones que calientan una tubería suspendida en el canal, que lleva una mezcla 60/40 de sales fundidas de nitrato de sodio y nitrato de potasio.

Andasol reclama un factor de capacidad friolera de 41% debido a su gran altura y el clima semi-árido, pero en realidad es del 37,7%. Dicen que tienen una granja de 150 MWp que produce un total anual de 495 GWh, de modo que se creen que están engañando?

[NOTA NERD: 150 MWp X 8.760 horas al año = 1.314 GWh. 495 ÷ 1.314 = 0,3767, o 37.67%. Por lo tanto, allí.]

Pero aparte de eso poco de bombo, que sí tienen un buen sistema, y ​​un factor importante es la eficiencia de su sistema de almacenamiento térmico en sales fundidas. Sólo cuesta 13% de toda la planta, el sistema de almacenamiento puede generar potencia máxima durante 7,5 horas a la noche o en días nublados. Y recuerda, la potencia pico de Andasol es 150MW.

Esto significa que en caso de necesidad, se pueden entregar hasta un 83% de su capacidad media todos los días de almacenamiento a solas. (37,7% de los 150 MWp = 56,5 MWavg / hr. 56,5 MW x 24 horas = 1.357 MWavg / día. 150 MWp X 7,5 horas = 1.125. MW 1.125 ÷ 1.357 = 0.829, o el 83%.) Lo que esto significa es que el concepto de almacenamiento de sales fundidas se puede aprovechar para producir energía de carga base.

La planta de Andasol es compacto, por lo que las instalaciones solares van: Uso de 162,4 toneladas de acero y 520 toneladas de hormigón por MWp, los $ 380 millones (USD) instalación produce 56,5 MWavg de 150 MWp en sólo 2 kilómetros cuadrados de sunbaked alto desierto. Eso es $ 2,53 millones por MWp, o alrededor de $ 6,85 millones por MWAV.

Pero dado que queremos producir verdadera energía de carga base, tendremos que volver a pensar en el sistema. almacenamiento de calor es todo bien y bueno para el "equilibrio de carga", que está destinado a suavizar las caídas y los golpes de la producción y la demanda a lo largo de varias horas. Pero el calor se disipa-use bien o se pierde y carga base es una propuesta de 24 horas. Así que hay un punto de rendimientos decrecientes para el almacenamiento térmico en sales fundidas, y Andasol calculó que 7,5 horas fue lo más lejos que podían empujarlo. Tomaremos sus consejos, y proceda de allí.

La producción de 500 MW de carga base con energía solar concentrada.

Vamos a tener que poner toda la energía que generamos en el almacenamiento, escalonando el feed-in de sol a sol. Para ello, tendremos que cultivar la planta en 3,2 veces (24 hrs ÷ 7,5 = 3,2). Al igual que nuestro parque eólico-acumulación por bombeo, nuestra energía CSP será distribuida desde el almacenamiento a una velocidad constante de 500 MW de energía de carga base, con un "margen" de 24 horas de operación continua-significado si sabemos que vamos a estar fuera de línea debido a que una gran tormenta está entrando, los maestros de la red tendrán 24 horas para alinear otro productor que puede llenar. con plantas de energías renovables suficientes de carga base en bastantes regiones del país, las 24 horas (esperemos) será suficiente.

Aunque la capacidad solar en los promedios de Estados Unidos 17%, que es una absoluta certeza de que, si hacemos vamos con una infraestructura nacional de energías renovables, vamos a poner las plantas de CSP en los desiertos del suroeste, donde van a hacer el mayor bien. Y si algunos de ellos terminan a 50 millas de la nada, que sólo va a ser otros $ 50 millones de dólares al pop (sin contar el corredor de transmisión) para engancharlos a la red. ¿Qué es calderilla, dada la etiqueta general de precios.

Los desiertos de California tienen un factor de capacidad de CSP del 33%, por lo que vamos a rodar con eso. Recuerde, Andasol es desierto, y la mayoría de nuestros postres son a baja altitud, con el aire más grueso que el sol atravesar. Pero los EE.UU. sigue siendo CSP país.

Un sistema de carga base CSP 500 MWavg.

Al capacidad media de 33%, necesitaremos 1.515 MWp de CSP (500 ÷ 0,33 = 1,515). A continuación, vamos creciendo la planta en un 3,2 X para obtener almacenamiento de 24 horas, para un total de 4.848 MWp.

• Acero ................................................ .. 787,315 toneladas
• CO2 (de acero) ................................. 1,42 millones de toneladas
• Hormigón .......................................... .. 2,52 millones de toneladas
• CO2 (de hormigón) ........................... 3,02 millones de toneladas
• .......................................... Total de CO2. 4,44 millones de toneladas
• Terreno: (0,013 km2 / MWp X 4.848) ....... 63 km2 (7,9 km / lateral)

24.3 sq. Millas (4,9 millas / lateral)

• Deathprint .......................................... 0,44 muertes por cada TWh (para la energía solar)
• karma de carbono .................................... 370 días
• Costo (4.848 X $ 2,53 M / MWp) .......... $ 12.3 mil millones

Está a menos de un tercio del coste de viento, pero aún así es suficiente para que se ...

Ir nuclear!

En lugar de una granja de las energías renovables presupuesto que revienta que ocupa la mitad de la comarca, podríamos ir con un reactor de Gen 3+ lugar, como la avanzada, seguridad pasiva Westinghouse AP-1000 Light Water Reactor (LWR). Dos están en construcción en Vogtle, GA por $ 7 mil millones cada uno.

Cuatro más están en construcción en China. No vamos a saber realmente lo que los puntos de acceso chinos costarán hasta que se cortan las cintas, pero sin duda va a ser una fracción de nuestro costo, porque no están pagando intereses sobre el préstamo, o cualquier prima de seguros, o se bifurcan en exorbitantes honorarios de licencias e inspección.

Asimismo, no tienen que lidiar con largos y costosos retrasos de las demandas, protestas, y similares. Que no acaba de costar una fortuna en honorarios legales; También se los comen vivos pago de intereses sobre el préstamo. Por lo que los chinos van a descubrir lo que realmente cuesta a poco construir uno. Y que habrá un número muy interesante y significativo.

Con un rendimiento de 90% en línea, el 1.117 MWp AP-1000 produce 1.005 MWavg de energía de carga base. Y puesto que la AP tiene la tecnología escalable, las piezas y mano de obra para un tamaño medio de AP debe ser aproximadamente proporcional.

Instalación de un nuevo 555 MWp / 500 MWavg Gen 3+ reactor de agua ligera.

El AP-1000 requiere 58.000 toneladas de acero y 93.000 toneladas de hormigón. Corte que aproximadamente la mitad, nuestra "AP-500" necesitará:

• Acero .......................................... .. 28,818 toneladas
• CO2 de acero ............................ 51.872 t
• Hormigón ………………………………. 46.208 t
• ..................... CO2 de hormigón. 55.450 t
• Total CO2 .................................... 107.322 t
• Tierra (igual que el AP-1000) ............ 0,04 km2 (200 metros / lateral)

0,015 sq. Millas (unos 8 campos de fútbol)

• Deathprint ................................. .. 0,04 muertes por cada TWh
• karma de carbono ........................... .. 9 días
• Costo ($ 7,27 millones de X 555) ......... $ 4,03 mil millones

Revisemos.

Hemos estado abrazados con una calculadora, pensando en la posibilidad de ir con una luz de 500 MW reactor de agua, o un viento de 500 MW o granja solar.

Hasta el momento, el viento es un peso de $ 26,7 mil millones, CSP solar en $ 12.3 mil millones, y un Gen-3 Reactor de agua ligera a $ 4,03 mil millones. La tierra, acero y hormigón para el reactor es minúsculo, el material para la energía eólica o solar es sustancialmente mayor, y la tierra para el parque eólico es suficiente para que se desmayo.

Pero espera, se pone peor…

Un reactor tiene una vida útil de 60 años. Las energías renovables, no tanto.

La industria cree que los aerogeneradores tendrán una duración de 20-25 años, y que los espejos cilindro-CSP tendrán una duración de 30-40 años. Pero en realidad nadie sabe a ciencia cierta: los primeros generadores fotovoltaicos a gran escala, por ejemplo, son tan sólo 15 años de edad, y CSP es más joven que eso. Y hay más pruebas de que las turbinas de viento solamente tendrán una duración de 15 años.

Por supuesto, cuando llegue el momento que van a probablemente sólo reemplazan el generador, no todo el artilugio. Y para refrescar una granja CSP, probablemente simplemente intercambiar los espejos, y tal vez los tubos de sales fundidas, y utilizan los mismos bastidores. Y debemos suponer que todo el equipo de reemplazo será mejor, o más barato, o ambos.

Así que de una gran cantidad de optimismo y una fe inquebrantable en el ingenio yanqui, vamos a añadir otro 50% para extender la vida de nuestras fuentes de energía renovables a 60 años.

Poner todo en perspectiva.

Para una planta de energía de carga base 500 MWavg con una vida útil de 60 años, suficiente para suministrar electricidad a 500.000 personas que viven en los estándares occidentales:

Tierra:

• Viento: 119 km2 ......... .. dos tercios de Washington, DC
• CSP: 63 km2 ............... un tercio de Washington, DC
• Nuclear: 0,04 km2 ....... la mitad de los terrenos de la Casa Blanca

(0,03% de viento / 0,06% de la CSP)

Deathprint:

• Viento ........................... 0,15 muertes / TWh
• CSP ............................ 0,44 muertes / TWh
• Nucleares ..................... .. 0,04 muertes / TWh

(26% de viento / 9% de la energía solar)

Karma de carbono:

• Viento ............................ 181 días
• CSP ............................ 370 días
• Nucleares ..................... .. 9 días

(7,6% de viento / 3,3% de la CSP)

60 años Costo:

• Viento ........................ .. $ 40 mil millones (casi el 10 X nuclear)
• CSP ........................... $ 18,5 mm (más de 4,5 X nuclear)
• ..................... Nuclear. $ 4,03 mil millones

(10% de viento / 22% de CSP)

Un paso a la vez.

Por supuesto, $ 4,03 mil millones sigue siendo un buy-in fuerte. Sin embargo, las empresas de energía pronto será capaz de comprar pequeñas reactores construidos en fábrica de uno en uno, y la banda juntos para que coincida con la salida de un reactor grande. Estos nuevos reactores serán pie fuera seguro, con una carga de combustible de 30 años para la operación continua a pensar "batería nuclear." Bienvenido al mundo de los reactores pequeños modulares (SMR).

Durante la próxima década, varios RLG Gen-3 y Gen-4 están llegando al mercado. Los criterios para la Gen-4 reactores son un sistema autónomo con alta resistencia a la proliferación, la refrigeración pasiva, y un perfil muy bajo de residuos. La mayoría de Gen-4s no necesitarán un sistema de enfriamiento externo, lo que requiere el acceso a un cuerpo de agua. Que van a ser colocados allí donde se necesite el poder, incluso en el desierto más duro.

Por un buy-in más bajo y un tiempo de arranque mucho más rápido, podrás instalar un SMR inicial y hacer rodar los beneficios en la siguiente, la construcción de su planta en etapas modulares y alcanzando su capacidad objetivo tan rápido, si no se más rápido, que la construcción de un reactor grande. Y que está produciendo energía para sus clientes en cada paso del camino.

Así que en lugar de obtener un préstamo de $ 4 millones de dólares y la construcción de un reactor único, de gran masa como un construido a mano, uno-de-una especie de automóviles de lujo, que podría estar en funcionamiento con un pequeño reactor de producción masiva $ 1 mil millones en su lugar, con quizás 20% de la producción, entregado e instalado por la fábrica. Y tan pronto como usted está en el negro, acaba de obtener otro.

Lo desalentador sobre la construcción de una gran planta de energía es algo más que el buy-in llamativos. Es también la marcha larga y lenta a través del "valle de la muerte" -que tramo de tiempo (que podrían pasar años, incluso décadas) cuando haya una hemorragia de dinero y no obtener una ganancia, lo que le hace mucho más vulnerables a las demandas, acoso , protestas y otras demoras.

Ir a lo grande - una infraestructura nacional de energía libre de carbono.

Una red de energía robusta sería el modelo de la Internet de una red de miles de nodos del tamaño adecuado, totalmente independientes. Si un nodo está abajo, el negocio está simplemente encamina a su alrededor. Y dentro de estos nodos son las unidades más pequeñas que también pueden mantenerse por sí mismas, que interactúan con el área local, así como el sistema nacional.

Pequeños reactores modulares pueden estar situados prácticamente en cualquier lugar, el cambio de nuestra red en formas fundamentales, si un reactor tiene que ser cerrado, toda la planta de energía no tiene que estar en línea. plantas de energía Behemoth, sus corredores de transmisión que marchan sobre vastos paisajes, ya no sirven como pivotes o caer como fichas de dominó. Una vez que una proposición de arriba hacia abajo para grandes jugadores, energía de carga base llegará a ser distribuido, en red, local, independiente, confiable, seguro y barato.

Aparte de la creciente amenaza del calentamiento global, la productividad y la vida perdida de apagones es inmensa, y seguramente empeorará con los negocios como de costumbre. Ad medida que nuestra población sigue creciendo, lo que ahorramos energía va a ser rápidamente consumida por los aparatos aún más el ahorro de energía.

La pobreza y la escasez de energía se correlaciona fuertemente, junto con la mala salud y la mala nutrición. A menos que comencemos desalinizar el agua que necesitamos, guerras abiertas pronto serán por el agua potable. Energía verdaderamente es el elemento vital de la civilización.

Una palabra o dos acerca de gas natural.

las plantas a gas son mucho menos costosas que las plantas nucleares, o incluso plantas de carbón, que normalmente van por alrededor de $ 2 por vatio instalado. Las centrales nucleares, incluso en Estados Unidos, podría ser tan barato como las plantas de carbón si el proceso regulatorio y la construcción fueron de la línea de montaje de fabricación racionalizada solo será un enorme avance. Aún así, una planta de gas es aproximadamente un tercio del precio de una planta de carbón, que suena muy bien. Pero el problema con una planta de gas es el gas.

las emisiones de CO2 provenientes de la quema de "gas natural" (el término educado para "metano") son un 50% menos que el carbón, que es una mejora sustancial, pero sigue contribuyendo al calentamiento global. Se ha dicho que el gas natural es sólo una manera más lenta, más barato para matar el planeta, y lo es. Pero es aún peor que la mayoría de la gente se da cuenta, porque cuando el metano se escapa antes de que pueda quemarlo (y cualquier infraestructura de gas se escapará) es un gas de efecto invernadero que es 105 veces más potente que el CO2. (Si te sirve de consuelo, ese número se reduce a "sólo" unas 20 veces después de algunas décadas.)

Otro problema con el gas natural es que es más caro en el extranjero. No parece que a primera vista como un gran problema, ya que siempre hemos querido una abundante fuente barata de energía doméstica. Pero una vez que empezamos a exportar metano en volumen (los puertos especializados y los petroleros están en el tablero de dibujo), ¿por qué el gas agricultores venden aquí por $ 3 cuando pueden vender por allí por $ 12?

Una nota final sobre el gas natural: Incluso si todo nuestro gas de esquisto era recuperable (que no lo es), que sólo duraría 80-100 años. Pero tenemos suficiente torio, un combustible nuclear de fácil extracción y barata refinada, para una duración de, literalmente, miles de años.

El gas natural es un alto algodón de azúcar. La industria podría tener 10 años de buenos momentos en el horizonte, pero no me gustaría convertir mi coche si fuera tú. Ir eléctrica, pero cuando lo hace, darse cuenta de que su tubo de escape está abajo en la planta de energía. Así que insistir en la conexión a una red de libre de carbono. De lo contrario, simplemente va a conducir un quemador de carbón.

Lo que nos lleva de nuevo a las energías renovables frente nucleares, las dos únicas fuentes de energía libres de carbono a gran escala disponibles para nosotros en el corto plazo. Y puesto que todo lo que tenemos es a corto plazo para obtener este derecho, que será mejor que callamos abajo y tomar algunas decisiones.

Estados Unidos tiene 100 plantas de energía nuclear. Necesitamos cientos más.

Reactores producen casi el 20% de la energía eléctrica de los Estados Unidos, casi toda ella de carbono libre. Y si usted está preocupado por la proliferación de las armas nucleares, es posible que le interese saber que durante los últimos 25 años, la mitad de la energía que se ha generado por el material que se recuperó de desmantelar bombas nucleares soviéticas. (Y para que lo sepas, reactores de energía son totalmente inadecuados para producir material para armas nucleares, y las trazas de plutonio en sus barras de combustible gastado es prácticamente imposible de usar en un arma. Pero ese es el tema para otro artículo.)

Muchos de nuestros reactores se están acercando a la edad de jubilación, y últimamente ha habido algunos clamor acerca de cómo reemplazarlos. Los mejores candidatos-distintos de un nuevo gas y las energías renovables naturales reactor son. (Nadie es un gran fan de carbón, con excepción de los peces gordos de la compañía de carbón y la gente en el campo de hacer el trabajo duro para ellos. Y, por supuesto, sus grupos de presión).

Si la espesura anterior de números no le ha convencido hasta ahora, o si todavía estás solo fundamentalmente opuesta a la energía nuclear, vamos a aplicar los números a la red nacional. Vamos a ver lo que se necesitaría para cerrar todos los reactores de América, al igual que cierran Vermont Yankee y San Onofre, y reemplazarlos con toda energía eólica y solar. Y sólo por diversión, también cambiaremos nuestras plantas de energía de combustibles fósiles, hasta que todo el país se está ejecutando en las energías renovables limpias y verdes.

Un repaso de las reglas del juego.

TheSolutionsProject.Org tiene un buffet de las energías renovables que han mezclarse y combinarse, dependiendo de la disponibilidad de energía renovable en cada estado. Pero hay que tener en cuenta que la energía eólica terrestre y solar CSP son dos de las tecnologías de menor costo en su caja de herramientas, y que la combinación de las energías renovables reales respecto a cualquier estado probablemente será más complejo y más caro de lo que lo estaré por en la siguiente sección.

Hasta el momento, hemos hizo lo imposible para darle todas las ventajas de las energías renovables, de los números de capacidad media de las estimaciones de CO2 a hidrobombeo la eficiencia de los costos de reemplazo de equipos. La proyección de la forma en todo el país pueda funcionar con energía eólica y solar por sí sola no es más que un ejercicio para las comparaciones del estadio de béisbol. Su kilometraje definitivamente variar, y probablemente no de una manera que le gustaría.

"Viva mi fantasía." - Lourde

Así que después de todo lo que hemos pasado juntos, a pesar de ello prefiere para dirigir el país en el viento y la energía solar? Bueno, está bien, entonces vamos a hacer números y ver lo que se necesita.

de América del carbón, el gas, el petróleo y las centrales nucleares generan una energía de carga base combinada de 405 GWavg, o "gigavatios promedio." (Recuerde, un gigavatios es mil megavatios.) Vamos a sustituir todos ellos con una mezcla 50/50 de eólica terrestre y CSP, y puesto que nuestras necesidades de energía están en constante crecimiento, vamos a redondear hasta un total de 500 GW, lo que probablemente lo que necesitamos en el momento de terminar un proyecto nacional como este. Algunos dicen que deberíamos estabilizará o reducir el consumo mediante la conservación y el uso de dispositivos más eficientes, lo cual es cierto en principio. Pero en la práctica, la naturaleza humana es tal que cualquier energía que ahorramos, que acabamos de engullir con más aparatos. Así que será mejor figura de 500 GW.

Para generar esta energía con 1.000 de nuestros 500 MW de renovables granjas, vamos a poner 500 parques eólicos en la región central (y esperamos que los patrones de viento no cambian ...) y vamos a poner 500 granjas de CSP en el suroeste desiertos, todo de la misma en terrenos federales libre y conectado a la red. Aparte de las líneas de transmisión sea cual sea la rama que necesitaremos (que será calderilla), he aquí la verdad:

Alimentación de los EE.UU. con 500 granjas eólicas y termosolares 500, en 500 MWavg cada uno.

• Acero .................. .. 503 millones de toneladas (5,6 veces la producción anual de EE.UU.)
• Hormigón ............ .. 1,57 mil millones de t (3,2 veces la producción anual de EE.UU.)
• ..................... CO2. 3.3 mil millones de t (todos los turismos de Estados Unidos para 2,5 años)
• Tierra ..................... 91.000 km2 (302 km / lateral)

35.135 sq. Millas (169 millas / lateral)

(El tamaño de Indiana)

• 60 años ......... costo $ 29.25 billones de dólares

Eso es 29 veces en el 2014 el presupuesto federal discrecional.

Si podemos convencer al vestíbulo del viento que están superados por el CSP, podríamos hacer todo el proyecto por mucho menos, y poner toda la enchilada en el desierto:

Alimentación de los EE.UU. con 1.000 granjas de CSP, produciendo 500 MWavg cada uno.

• Acero ................... 787 millones de toneladas (1,6 veces la producción anual de EE.UU.)
• Hormigón …………. 2,52 mil millones de t (5.14 tiempos de producción anual de EE.UU.)
• CO2 ..................... 3,02 mil millones de t (todos los vehículos de pasajeros de Estados Unidos para 2,3 años)
• Tierra .................. .. 63.000 km2 (251 km / lateral)

24.234 sq. Millas (105,8 millas / lateral)

(El tamaño de West Virginia)

• costó 60 años ....... $ 18.45 billones de dólares

Eso es 18 veces el presupuesto federal de 2014.

O, podríamos alimentar los EE.UU. con 500 reactores AP-1000.

Tiene una potencia de 1.117 MWp, y con el tiempo de funcionamiento típico de un reactor de 90%, un AP-1000 entregará 1.005 MWAV. Quinientos puntos de acceso producirá 502,5 GWav, en sustitución de todas las plantas existentes de energía eléctrica de Estados Unidos, incluyendo el nuestro envejecimiento de la flota de reactores.

El AP-1000 utiliza 5.800 toneladas de acero, 90.000 toneladas de hormigón, con un karma de carbono combinado de 115.000 t de CO2 que se puede pagar en menos de 5 días. Toda la planta requiere 0.04km2, un pedazo de tierra a sólo 200 metros de lado, junto a un amplio cuerpo de agua para la refrigeración. (Recuerde que es un reactor Gen-3 La mayoría de Gen-4 reactores no necesitan refrigeración externa..) He aquí las cifras:

• Acero .......... 2,9 millones de toneladas (0,5% de W & CSP / 0,36% de la CSP)
• Hormigón ... 46,5 millones de toneladas (3,3% de W & CSP / 1,8% de la CSP)
• CO2 ......... .. 59,8 millones de toneladas (2% de W & CSP / 1,5% de la CSP)
• Tierra .......... 20.8 km2 (4.56 km / lateral) (0,028% W & CSP / 0,07% de la CSP)

1.95 sq. Millas (1,39 millas / lateral)

(1,5 veces el tamaño de Central Park)

• 60 años coste ......... $ 2.94 billones de dólares

Eso es 2,9 veces el presupuesto federal de 2014.

Pequeños reactores modulares pueden costar una cuarta parte o la mitad de nuevo como mucho, pero la entrada es significativamente menor, la acumulación de salida es mucho más rápido (aviones de imágenes que salen de la línea de montaje), los recursos y el CO2 son tan minúsculo, y puede ser más ampliamente distribuido, lo que garantiza la resistencia de la red con múltiples nodos.

O por sólo $ 1 billón, podríamos alimentar a todo el país con el MSR.

El reactor de sales fundidas fue inventado por Alvin Weinberg y Eugene Wigner, los mismos americanos que le ocurrió el reactor de agua ligera (LWR). El MSR de combustible líquido mostró una gran promesa durante más de 20.000 horas de investigación y desarrollo en el Oak Ridge National Labs a finales de los años 60 y principios de los 70, pero fue dejado de lado por Richard Nixon para ayudar a sus amigos en California, que quería desarrollar otro tipo de del reactor (que no funcionó tan bien.)

proponentes MSR de hoy en día están seguros de que cuando la investigación y el desarrollo se reanudaron y llevados a la velocidad, la producción de la línea de montaje del MSR podría iniciarse dentro de los cinco años. El coste de toda esta actividad sería de alrededor de $ 5 mil millones, sustancialmente menor que el costo de un reactor AP-1000 en Vogtle, Georgia.

Varios análisis de costos en los diseños del MSR se han realizado a lo largo de los años, con un promedio de $ 2 por vatio instalado, más barato que una planta de carbón, y mucho más limpio y más seguro también. Un verdadero reactor de Gen-4, el MSR tiene varias ventajas:

• No puede fundir
• No se necesita un sistema de refrigeración externo
• Es natural y automáticamente autorregula
• Siempre funciona a presión atmosférica
• No se extenderá contaminantes si está dañado o destruido
• Puede ser instalado en cualquier lugar literalmente
• Puede ser modificado para criar combustible por sí mismo y otros reactores
• Es totalmente poco práctico para la fabricación de armas
• Puede ser configurado para consumir "residuos" de combustible nuclear como
• Se puede pagar por sí mismo a través de la producción de isótopos para la medicina, la ciencia y la industria
• Puede ser alimentado por el torio, cuatro veces más abundante que el uranio y encontrar en todo el mundo, particularmente en América (que es incluso en nuestra arena de la playa.)

Ya que nunca funciona bajo presión, un MSR no necesita una cúpula de contención, una de las partes más caras de una planta nuclear tradicional. Y MSR no necesitan componentes de alta presión exóticos, tampoco. El reactor es la simplicidad misma.

En general, los requisitos de acero y hormigón de un MSR serán significativamente menos de una AP-1000, o cualquier otro combustible sólido, de alta presión, reactor refrigerado por agua, incluyendo los reactores de pequeña modular.

Mientras que los RLG son un gran avance con respecto al tradicional de reactores de agua ligera, y son máquinas mucho más seguro, el MSR de combustible líquido se encuentra en una clase propia. Es un enfoque completamente diferente al diseño del reactor, que siempre ha utilizado refrigerantes que son fundamentalmente y, a menudo con violencia incompatible con el combustible.

Como dice el viejo refrán, "Todo va bien hasta que algo va mal." Y las pocas veces que los LWR han ido mal, todo el planeta se asustó. Como consecuencia de esas tres principales incidentes de sólo uno de los cuales (Chernobyl) nunca ha matado a nadie, la forma más segura de la producción a gran escala de energía libre de carbono en la historia del mundo fue casi dejado de lado para siempre.

Las diferencias clave en el diseño de MSR es que el combustible es perfectamente compatible con el refrigerante, porque el refrigerante es el combustible y el combustible es el refrigerante, naturalmente, se expanden y contraen para mantener una temperatura de funcionamiento seguro y estable.

Solían bromear en Oak Ridge que lo más difícil de probar el MSR fue encontrar algo que hacer. El reactor puede funcionar prácticamente en sí, y se apagará automáticamente si hay un diseño inherentemente "walk-away seguro" un problema. Y no a causa de la ingeniería inteligente, pero debido a las leyes de la física.

Wigner y Weinberg deberían haber recibido el Premio Nobel. El MSR es tan diferente. El combustible líquido cambia todo. El combustible líquido es un negocio muy grande.

La línea de fondo

La única forma en que vamos a alimentar a la nación-por no hablar de la energía libre de carbono planeta-encendido es con la energía nuclear. Y cuanto antes todos nos damos cuenta de que, mejor.

Hay mucho trabajo por hacer!

Ver otro capítulo de previsualización

Copyright © 2015 por Michael Sean Conley. Todos los derechos reservados.