Los estudiantes de la Primaria Kellogg Crear Renovables Empresas de Energía

La capacidad para producir electricidad sigue aumentando sin cesar como las economías de China, India, Brasil y otros países en desarrollo se expande rápidamente, y los países ricos aumentan su necesidad de electricidad para facilitar el almacenamiento digital y el automóvil eléctrico. No hay manera de detener el consumo de energía de cada vez mayor, ya que esto pondría fin a la marcha de la pobreza global y reducir los niveles de vida, incluso en los países ricos. El crecimiento de la producción de electricidad ha sido y continúa siendo alimentado por combustibles fósiles, especialmente el carbón, a pesar de los deseos en sentido contrario. Se espera que el uso mundial de carbón que aumente en un 1,1% anual durante los próximos veinte años; Se espera un crecimiento anual del 1,6% en los países en desarrollo para ser compensado por una disminución de 0,9% por año en los países de la OCDE. La reducción del consumo de carbón en la OCDE será compensada principalmente por un aumento anual del 1,2% en el gas natural para la generación de energía, mientras que el consumo de gas natural para aumentar el 1,7% por año a nivel mundial. Fuera deSin embargo, se espera que la OCDE, el gas natural para ser utilizado más para el transporte de la generación de energía.

También se espera que la energía renovable a ser más importante en el futuro, sobre todo en los países ricos. Se espera que la energía generada a partir de fuentes de energía renovables que crezca un 5,8% anual en los países de la OCDE (aunque desde una base mucho más pequeña que otras fuentes), mientras que se espera la generación nuclear se reduzca ligeramente y se espera que la energía hidroeléctrica para expandir ligeramente. Las investigaciones realizadas por mí y mis estudiantes graduados se ha centrado en la posibilidad de llevar las fuentes de energía renovables en las redes eléctricas. ¿Qué políticas son necesarias? ¿De qué manera los requisitos de almacenamiento de una dirección en la cara de la variabilidad en la energía producida por el viento, las olas, las mareas y el sol? Cómo neutro es la energía de biomasa?

Junto con la creciente demanda de electricidad y el deseo de reducir las emisiones de dióxido de carbono (CO2), no ha habido una discusión renovada en algunos sectores sobre la central nuclear de papel en el cumplimiento de los objetivos de reducción de emisiones de CO2. De hecho, un estudio realizado en California llegó a la conclusión de que no sería posible cumplir con los ambiciosos objetivos de ese estado de reducción de emisiones sin grandes inversiones en energía nuclear. Las recientes preocupaciones relacionadas con el fracaso de la central nuclear de Fukushima Daiichi en Japón para resistir un terremoto y el tsunami ha reducido ya bajo nivel de confianza de la sociedad en la seguridad de la energía nuclear. Como resultado, Alemania ha invertido en silencio en nuevas centrales eléctricas de carbón para mantener la capacidad de carga base. Sin embargo, las fuentes renovables de generación eléctrica, como la eólica, son vistos por muchos como una mejor alternativa a las fuentes de combustibles fósiles de energía para generar electricidad de forma segura y reducir las emisiones de CO2.

Viento plantea muchos retos para los operadores de sistemas eléctricos. Las velocidades del viento varían considerablemente y, a veces de forma inesperada en una hora, durante todo el día o la temporada, e incluso de un año a otro. La naturaleza intermitente de viento requiere que la generación eólica se complementará con rápido aumento gradual de la generación de copia de seguridad de la turbina de gas de ciclo abierto (OCGT) y / o plantas de energía diesel; esto da lugar a emisiones de CO2 significativas de estas plantas debido a los arranques y paradas más frecuentes y funcionamiento a menos que la capacidad óptima. Este problema se ve exacerbado por la capacidad de transmisión inadecuada. La capacidad de almacenar energía podría aliviar algunos de los problemas de intermitencia, pero las baterías no son simplemente a la altura en la escala necesaria. Sin embargo, la capacidad de almacenar la energía generada por el viento intermitente detrás de las presas hidroeléctricas, que son también relativamente rápido, de rampa puede compensar la variabilidad de las fuentes de energía eólica, solar, energía del oleaje y de las mareas.

Las centrales nucleares son un medio alternativo para reducir las emisiones de CO2 procedentes de la generación de electricidad. Tienen altos factores de capacidad y otras características operativas que les permitan sustituir las instalaciones de carga base de carbón y de turbinas de gas de ciclo cerrado (CCGT) que satisfacen la mayor parte de la carga de un sistema. Un estudio del MIT recomienda que, si se necesitan reducciones significativas de las emisiones globales de CO2 para estabilizar el clima, la capacidad instalada tendrá que aumentar desde el actual 100 GW a 300 GW en los Estados Unidos en 2050 y desde 340 a 1000 GW GW a nivel mundial. Pero estos son objetivos ambiciosos.

Desde un punto de vista ambiental, el viento y la energía nuclear tienen varios inconvenientes. Las turbinas eólicas son poco atractivo visualmente, el ruido de la turbina podría tener un impacto negativo en las granjas eólicas de salud y matar a muchas aves, incluyendo aves rapaces y aves consideradas especies en riesgo. Debido a que los parques eólicos se encuentran dispersos por todo el paisaje, los costos de las líneas de transmisión y los factores externos asociados (la gente no quiere vivir cerca de líneas de transmisión) podría ser un obstáculo para su viabilidad económica posible. Sin embargo, la eliminación y el transporte de los residuos nucleares, y los temores asociados a un accidente nuclear potencial, ataques terroristas y la proliferación nuclear, son los principales inconvenientes de la energía nuclear.

En nuestra investigación, hemos desarrollado modelos simples y complejas de las redes eléctricas. Debido a los incentivos del mercado se consideran más eficiente que la regulación, empleamos un impuesto al carbono para incentivar el desmantelamiento de la capacidad de generación a carbón y las nuevas inversiones en energía renovable (eólica y la biomasa en nuestro modelo), así como las inversiones en seguridad nuclear, gas natural y ' "carbón limpio. En nuestro análisis, se penaliza cada vez más la producción de combustibles fósiles de energía eléctrica.

Nos centramos en el sistema eléctrico de Alberta, ya que tiene una alta proporción de los activos de generación de combustibles fósiles, la reducción o eliminación de los cuales se traduciría en un ahorro sustancial de CO2. Además, existe el potencial para enlazar a Columbia Británica a través de una de Interconexión de transmisión existente. La ventaja de la Interconexión interprovincial es que BC está dominado por los activos hidroeléctricos a gran escala, por lo que la energía eólica generada en Alberta puede ser fácilmente almacenado en los embalses de BC. Actualmente la mayor parte de las necesidades de electricidad de Alberta se cumplen por las plantas que queman carbón o gas natural, con menor producción de energía hidroeléctrica, la biomasa y, más recientemente, las fuentes eólicas. En respuesta a una carga cada vez mayor y creciente ambientalismo relacionada con las altas emisiones de CO2 de la producción de arenas bituminosas, el viento y las alternativas nucleares a carbón y gas natural son vistos cada vez más como opciones viables.

Consideremos primero el caso en el que no se permite la inversión en energía nuclear. Entonces, cuando aumentamos el impuesto sobre el carbono a $ 50 por tonelada de CO2 (t CO2) o superior, las plantas de carbón comienzan a ser encargado por DE y se añadió más viento al sistema. A medida que el impuesto sobre el carbono se ratcheted hacia arriba desde $ 50 a $ 200 por tonelada de CO2, la generación de carbón de inmediato se abandona sustituido en su totalidad por el viento y el gas natural. Existe también la actividad a lo largo del Intertie a BC: Cualquier exceso de producción eólica producida durante las horas pico bajos se vende a BC (a un precio bajo) y se almacena detrás de las presas hidroeléctricas antes de Cristo. Durante las horas pico, el operador del sistema de Alberta de recompra hidroeléctrica de BC, según sea necesario (es decir, en función de la producción eólica disponible en ese momento), aunque a un precio más alto de lo que vende ese poder, para empezar.

Curiosamente, mientras que una gran cantidad de capacidad de aire se añade al sistema, la inversión en capacidad de gas comienza a rivalizar con la de la capacidad de carbón que fue desplazado. De hecho, a pesar de enormes inversiones en capacidad de generación eólica adicional, el aumento de la capacidad de generación de gas es igual a la de la capacidad de carbón que se desplaza. energía de carga base previamente producida por el carbón es sustituida por una capacidad de gas natural, pero la capacidad de gas natural adicional también se instala para prestar apoyo a las rápidas fluctuaciones en la producción eólica y más allá de lo que puede ser manejado a través del intercambio con el sistema de la Columbia Británica.

Mediante la sustitución térmica de carbón con una combinación de viento y la capacidad de gas natural, las emisiones de CO2 en Alberta pueden reducirse alrededor de un 55 a un poco más del 65 por ciento, dependiendo de los supuestos con respecto a la capacidad de la Interconexión entre Alberta y BC (es decir, la capacidad de almacenar y recuperar la energía eólica intermitente). Estos son reducciones significativas, pero pueden atribuirse en parte a las condiciones ideales de comercio, un impuesto sobre el carbono potencialmente inaceptables, y la instalación de aerogeneradores en 5000 de la capacidad de 2.3 MW a través del paisaje sur de Alberta.

Cuando las inversiones en las centrales nucleares están permitidos junto con el viento y el gas natural, el carbón es conducido de nuevo fuera del modelo. Sin embargo, hay muy poca inversión en nuevas turbinas de viento (más allá de los que ya están en su lugar). Por el contrario, la energía nuclear y el gas natural sustituir la capacidad de carbón casi uno por uno a los precios del carbono de $ 150 / t CO2 o menos; a un impuesto sobre el carbono superior, parte de la capacidad original de gas natural es en realidad dado de baja con el carbón capacidad nuclear por completo la sustitución, pero sólo si se aumenta la capacidad de transmisión de la Interconexión a BC.

Las centrales nucleares operan a un costo muy bajo, pero no pueden ser en rampa arriba o hacia abajo. Por lo tanto, se usan mejor como plantas de carga base. Mientras mejorada de almacenamiento de energía eléctrica a través de una mayor capacidad de Interconexión a BC está destinado a mitigar la intermitencia asociada a la energía eólica, la energía nuclear puede tomar ventaja de este almacenamiento para que sea una opción más atractiva que el viento. Pero la razón principal por la cual nuclear outcompetes viento, a pesar de sus costos extremadamente altos de construcción y desmantelamiento, se refiere a la cantidad de capacidad de gas natural necesario. Con viento, gas natural capacidad de generación aumentos de bloqueo de paso con el aumento de la capacidad instalada de viento a pesar de la disponibilidad de almacenamiento de energía intermitente en otro lugar. Por lo tanto, mientras que los impuestos de carbono potencialmente podrían incentivar la reducción de emisiones de CO2 de más del 65% cuando el viento y el gas sustituir al carbón como fuente de energía, las emisiones podrían reducirse en un 90% o más si la energía nuclear se permitió en el mismo sistema.

Nuestra investigación indica que la reducción de emisiones similares están potencialmente disponibles en Nueva Escocia una vez que su red de energía está vinculada a Terranova. Sin embargo, este ahorro sólo pueden esperarse en los sistemas que actualmente dependen en gran medida de la generación de combustibles fósiles, especialmente el carbón - es como recoger fruta madura. Sin embargo, otros han encontrado, asimismo, que se prefiere la energía nuclear al viento y otras fuentes renovables (por ejemplo, véase el artículo "sol, el viento y Descarga" en The Economist 26 de julio de 2014).

Por último, estamos investigando la posibilidad de que la quema de biomasa para generar electricidad, que muchas jurisdicciones están adoptando como un medio para satisfacer los objetivos de energías renovables. Por ejemplo, Europa espera que la biomasa se reunirán un tercio o más de sus objetivos de energía renovable. La biomasa se considera ser carbono neutral ya que el CO2 emitido en el momento de la quema se elimina posteriormente de la atmósfera a través de la captación para el cultivo de árboles. Nuestra investigación indica que el carbono está lejos de ser neutral y sólo es neutral si el calentamiento global no es considerado como un asunto urgente. Si hay alguna urgencia para abordar el cambio climático ahora en lugar de retrasar al futuro, el uso de la biomasa para generar electricidad puede aumentar tasa prevista del planeta del calentamiento.