Wat is er nodig om het elektriciteitsnet tegen 2035 koolstofarm te maken? Een nieuw rapport door het National Renewable Energy Laboratory (NREL) onderzoekt de soorten technologieën voor schone energie en de schaal en het tempo van implementatie die nodig zijn om tegen 100 in de Verenigde Staten 2035% schone elektriciteit of een net-nul elektriciteitsnet te bereiken. Dit zou een belangrijke opstap naar een economie-brede decarbonisatie tegen 2050.
De studie, uitgevoerd in samenwerking met het Amerikaanse ministerie van Energie en met financiële steun van het Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, is een eerste verkenning van de overgang naar een 100% schoon elektriciteitssysteem tegen 2035 — en helpt bij het vergroten van het begrip van zowel de kansen als de uitdagingen om het ambitieuze doel te bereiken.
Over het algemeen vindt NREL meerdere wegen naar 100% schone elektriciteit in 2035 die aanzienlijke voordelen zouden opleveren, maar de exacte technologiemix en kosten zullen worden bepaald door onderzoeks- en ontwikkelings (R&D), productie- en infrastructuurinvesteringsbeslissingen in het komende decennium.
"Er is niet één enkele oplossing voor de overgang van de energiesector naar hernieuwbare en schone energietechnologieën", zegt Paul Denholm, hoofdonderzoeker en hoofdauteur van de studie. "Er zijn verschillende belangrijke uitdagingen die we nog moeten begrijpen en die we de komende tien jaar moeten aanpakken om de snelheid en schaal van implementatie mogelijk te maken die nodig is om het 2035-doel te bereiken."
Het nieuwe rapport komt op de hielen van de inwerkingtreding van de mijlpaal Wet inflatievermindering (IRA), die — samen met de Bipartisan Infrastructuurwet (BIL) — zal naar schatting de uitstoot van broeikasgassen in de hele economie in de Verenigde Staten tegen 40 verminderen tot 2005% onder het niveau van 2030. eerste analyses schatten dat de netemissies tegen 68 zouden kunnen dalen tot 78% -2005% onder het niveau van 2030. De implicaties op langere termijn van de nieuwe wetten zijn onzeker, maar ze zullen ons waarschijnlijk niet helemaal naar 100% koolstofvrije elektriciteit brengen in 2035.
Geen van de in het rapport gepresenteerde scenario's bevat de IRA- en BIL-energievoorzieningen, maar de opname ervan zal naar verwachting de onderzochte 100%-systemen niet significant veranderen - en de inzichten van de studie over de implicaties van het bereiken van een decarbonisatie van de energiesector tegen 2035 worden verwacht nog te solliciteren.
Toekomstscenario's om de belangrijkste vragen te beantwoorden
Om te onderzoeken wat er nodig is om de Amerikaanse energiesector tegen 2035 volledig koolstofvrij te maken, heeft NREL tientallen jaren van onderzoek naar hooghernieuwbare energiesystemen gebruikt, van de Hernieuwbare elektriciteit Futures Study, naar de Onderzoek naar opslagtoekomst, naar de Onderzoek naar 100% hernieuwbare energie in Los Angeles, naar de Toekomstonderzoek elektrificatieEn nog veel meer.
Het openbaar beschikbare vlaggenschip gebruiken Regionaal energie-implementatiesysteem (ReEDS) capaciteitsuitbreidingsmodel, evalueerde NREL scenario's aan de aanbodzijde die een reeks mogelijke routes vertegenwoordigen naar een net-nul elektriciteitsnet in 2035 - van de meest tot de minst optimistische beschikbaarheid en kosten van technologieën.
In tegenstelling tot andere NREL-onderzoeken houden de studiescenario's van 2035 rekening met veel nieuwe factoren: een volledig decarbonisatietijdschema in 2035, hogere niveaus van elektrificatie en een daarmee gepaard gaande toename van de elektriciteitsvraag, een grotere vraag naar elektriciteit door technologieën voor de verwijdering van koolstofdioxide en de productie van schone brandstoffen, een grotere afhankelijkheid van bestaande commerciële technologieën voor de opwekking van hernieuwbare energie en een grotere diversiteit aan oplossingen voor seizoensopslag.
Voor elk scenario heeft NREL de goedkoopste investeringsportefeuille voor opwekking, energieopslag en transmissie gemodelleerd om veilige en betrouwbare stroom te behouden gedurende alle uren van het jaar.
"Voor het onderzoek heeft ReEDS ons geholpen te onderzoeken hoe verschillende factoren - zoals locatiebeperkingen of veranderende technologische kostenbesparingen - van invloed kunnen zijn op het vermogen om de implementatie van hernieuwbare en schone energietechnologie te versnellen", zegt Brian Sergi, NREL-analist en co-auteur van het onderzoek.
Technologie-implementatie moet snel worden opgeschaald
In alle gemodelleerde scenario's worden nieuwe technologieën voor schone energie op een ongekende schaal en in een ongekend tempo ingezet om tegen 100 2035% schone elektriciteit te bereiken. Zoals gemodelleerd, leveren wind- en zonne-energie 60-80% van de opwekking in de goedkoopste elektriciteitsmix in 2035 , en de totale opwekkingscapaciteit groeit tot ongeveer drie keer het niveau van 2020 in 2035 - inclusief een gecombineerde 2 terawatt aan wind en zon.
Om die niveaus te bereiken, zou tegen het einde van dit decennium 40-90 gigawatt extra zonne-energie op het net per jaar en 70-150 gigawatt wind per jaar nodig zijn in dit gemodelleerde scenario. Dat is meer dan vier keer het huidige jaarlijkse implementatieniveau voor elke technologie. Als er uitdagingen zijn met locatie en landgebruik om deze nieuwe generatiecapaciteit en bijbehorende transmissie te kunnen inzetten, helpt nucleaire capaciteit het verschil te maken en meer dan het dubbele van de huidige geïnstalleerde capaciteit tegen 2035.
In de vier scenario's wordt tegen 5 ook 8–3 gigawatt aan nieuwe waterkracht en 5–2035 gigawatt aan nieuwe geothermische capaciteit ingezet. 2 om ervoor te zorgen dat aan de vraag naar elektriciteit gedurende alle uren van het jaar wordt voldaan.
Seizoensopslag wordt belangrijk wanneer schone elektriciteit ongeveer 80%-95% van de opwekking uitmaakt en er een meerdaagse mismatch is tussen variabele vraag en aanbod van hernieuwbare energie. Seizoensopslag wordt in het onderzoek weergegeven als schone verbrandingsturbines op waterstof, maar het kan ook een verscheidenheid aan opkomende technologieën omvatten.
Over de scenario's heen varieert de seizoensgebonden opslagcapaciteit in 2035 van ongeveer 100 gigawatt tot 680 gigawatt. Om seizoensopslag van deze omvang te realiseren, is een substantiële ontwikkeling van infrastructuur nodig, waaronder brandstofopslag, transport- en pijpleidingnetwerken, en extra opwekkingscapaciteit die nodig is om schone brandstoffen te produceren.
Andere opkomende technologieën voor koolstofverwijdering, zoals directe luchtafvang, zouden in 2035 ook een grote rol kunnen spelen als ze kostenconcurrentievermogen kunnen bereiken.
"De VS kunnen 80%-90% schone elektriciteit krijgen met technologieën die vandaag beschikbaar zijn, hoewel het een enorme versnelling van de implementatiesnelheid vereist", zei Sergi. “Om van daar naar 100% te komen, zijn er veel potentieel belangrijke technologieën die nog niet op grote schaal zijn ingezet, dus er is onzekerheid over de uiteindelijke mix van technologieën die het energiesysteem volledig koolstofvrij kunnen maken. De technologiemix die uiteindelijk wordt bereikt, hangt af van de vooruitgang in R&D om de kosten en prestaties verder te verbeteren, evenals het tempo en de schaal van investeringen.”
In alle scenario's wordt op veel locaties ook aanzienlijke transmissie toegevoegd, meestal om energie uit windrijke regio's te leveren aan grote laadcentra in het oosten van de Verenigde Staten. Zoals gemodelleerd, is de totale transmissiecapaciteit in 2035 één tot bijna drie keer de huidige capaciteit, waarvoor tussen de 1,400 en 10,100 mijl aan nieuwe lijnen met hoge capaciteit per jaar nodig zou zijn, ervan uitgaande dat de nieuwbouw in 2026 begint.
De voordelen zijn hoger dan de kosten van een net-nul elektriciteitsnet
Over het geheel genomen constateert NREL in alle gemodelleerde scenario's dat de gezondheids- en klimaatvoordelen die gepaard gaan met minder emissies groter zijn dan de kosten van het elektriciteitssysteem om tot 100% schone elektriciteit te komen.
Om het elektriciteitsnet tegen 2035 koolstofarm te maken, variëren de totale extra energiesysteemkosten tussen 2023 en 2035 in scenario's van $ 330 miljard tot $ 740 miljard. De scenario's met de hoogste kosten hebben beperkingen op nieuwe transmissie en andere infrastructuurontwikkeling. In het scenario met de hoogste kosten is de hoeveelheid wind die kan worden geleverd aan bevolkingscentra beperkt en wordt meer opslag en nucleaire opwekking ingezet.
In alle scenario's is er echter een substantiële vermindering van fossiele brandstoffen die worden gebruikt om elektriciteit te produceren. Als gevolg van de verbeterde luchtkwaliteit worden de komende decennia tot 130,000 voortijdige sterfgevallen vermeden, wat $ 390 miljard tot $ 400 miljard zou kunnen besparen - genoeg om de kosten om het elektriciteitsnet koolstofarm te maken te overschrijden.
Wanneer rekening wordt gehouden met de vermeden kosten van schade door de gevolgen van klimaatverandering, zou een netto-nulnet meer dan 1.2 biljoen dollar extra kunnen besparen, wat in totaal een totaal netto voordeel voor de samenleving oplevert, variërend van 920 miljard tot 1.2 biljoen dollar.
"Het koolstofarm maken van het energiesysteem is een noodzakelijke stap om de ergste effecten van klimaatverandering te voorkomen", zegt Patrick Brown, NREL-analist en co-auteur van het onderzoek. "De voordelen van een koolstofvrij netwerk wegen zwaarder dan de kosten in elk van de meer dan 100 scenario's die in dit onderzoek zijn gemodelleerd, en versnelde kostendalingen voor hernieuwbare en schone energietechnologieën zouden tot nog grotere voordelen kunnen leiden."
Kritieke hindernissen voor het koolstofarm maken van de energiesector
Lagere technologiekosten alleen kunnen de transformationele verandering die in het onderzoek wordt beschreven, niet bereiken. NREL identificeert ook vier belangrijke uitdagingen die in het volgende decennium moeten worden aangepakt, door verder onderzoek en andere maatschappelijke inspanningen, om volledige decarbonisatie van de energiesector mogelijk te maken.
1. Dramatische versnelling van elektrificatie en verhoogde vraag naar efficiëntie
Elektrificatie van sommige energiediensten voor eindgebruik in de sectoren gebouwen, transport en industrie is een belangrijke strategie om die sectoren koolstofarm te maken. Toegenomen elektrificatie verhoogt op zijn beurt de totale vraag naar elektriciteit en de schaal van het energiesysteem dat koolstofarm moet worden. Door een efficiënter gebruik van elektriciteit in de gebouwen-, transport- en industriële sectoren mogelijk te maken, kan een kosteneffectieve transitie mogelijk worden gemaakt.
2. Nieuwe energie-infrastructuur snel geïnstalleerd in het hele land
Dit omvat het plaatsen en onderling verbinden van nieuwe installaties voor hernieuwbare energie en opslag met een snelheid die drie tot zes keer groter is dan de recente niveaus, wat de basis zou vormen voor een verdubbeling of verdrievoudiging van de capaciteit van het transmissiesysteem, het upgraden van het distributiesysteem, het bouwen van nieuwe pijpleidingen en opslag voor waterstof en koolstofdioxide, en/of de inzet van nucleaire en koolstofbeheertechnologieën. De wet op de inflatievermindering zou de noodzakelijke implementatie een vliegende start kunnen geven door deze kosteneffectiever te maken.
3. Uitgebreide productie- en toeleveringsketens voor schone energie
De ongekende inzetpercentages vereisen een overeenkomstige groei van grondstoffen, productiefaciliteiten en opgeleid personeel in de toeleveringsketens van schone energie. Verdere analyse is nodig om te begrijpen hoe de productie snel kan worden opgeschaald.
4. Voortdurende ondersteuning van onderzoek, ontwikkeling, demonstratie en implementatie om opkomende technologieën op de markt te brengen
Technologieën die tegenwoordig op grote schaal worden ingezet, kunnen tegen 2035 het grootste deel van de Amerikaanse elektriciteit leveren in een sterk koolstofarme energiesector, maar het bereiken van een netto-nul-elektriciteitssector tegen de laagste kosten vereist vooruitgang in O&O in opkomende technologieën, met name om de laatste 10% te overwinnen tot volledige decarbonisatie.
NREL heeft onderzocht hoe de laatste 10% uitdaging kan worden opgelost, inclusief schetsen belangrijke onopgeloste technische en economische overwegingen en modellenwerk mogelijke trajecten en systeemkosten om 100% schone elektriciteit te realiseren.
NREL heeft onderzocht hoe de laatste 10% uitdaging kan worden opgelost, inclusief het schetsen van belangrijke onopgeloste technische en economische overwegingen en het modelleren van mogelijke paden en systeemkosten om 100% schone elektriciteit te bereiken.
Toch zou de overgang van een 90% schoon net naar volledige decarbonisatie kunnen worden versneld door grootschalige, gecommercialiseerde implementatieoplossingen te ontwikkelen voor schone waterstof en andere koolstofarme brandstoffen, geavanceerde nucleaire, prijsafhankelijke vraagrespons, koolstofafvang en -opslag, directe lucht vastleggen en geavanceerde rasterbesturingen. Deze gebieden zijn rijp voor verdere O&O.
"Als een van de ambitieuze taken die in de studie worden beschreven niet wordt uitgevoerd, zal het waarschijnlijk moeilijker worden om tegen 2035 een net-zero grid te realiseren", zegt Trieu Mai, NREL-analist en co-auteur van de studie. “Het onderzoek identificeert onderzoeksvragen die we verder willen onderzoeken. Bij NREL zullen we deze complexe vragen blijven onderzoeken om de meest haalbare weg te vinden voor de grote uitdaging die voor ons ligt.”
Aanzienlijk toekomstig onderzoek is nodig om een beter inzicht te krijgen in de implicaties voor de werking van het elektriciteitssysteem, de betrouwbaarheid van het net, de effecten op het distributiesysteem, de investeringskosten en -adoptie voor elektrificatie en efficiëntie, en investeringskosten voor de infrastructuur voor de productie van schone brandstoffen. Vereisten en beperkingen van hulpbronnen, waaronder land en water; toeleveringsketen en personeelsvereisten; en andere overwegingen voor het koolstofvrij maken van de economie zullen ook in overweging moeten worden genomen.
Lees meer over NREL's energie analyse en onderzoek naar modernisering van het net.
” data-medium-file=”https://cleantechnica.com/files/2022/09/20220830-nrel-gpac-denholm-100by2035-infographic-1-322×400.png” data-large-file=”https://cleantechnica.com/files/2022/09/20220830-nrel-gpac-denholm-100by2035-infographic-1-644×800.png” loading=”lazy” class=”aligncenter wp-image-275934 size-full” src=”https://cleantechnica.com/files/2022/09/20220830-nrel-gpac-denholm-100by2035-infographic-1.png” alt width=”820″ height=”1018″ srcset=”https://cleantechnica.com/files/2022/09/20220830-nrel-gpac-denholm-100by2035-infographic-1.png 820w, https://cleantechnica.com/files/2022/09/20220830-nrel-gpac-denholm-100by2035-infographic-1-322×400.png 322w, https://cleantechnica.com/files/2022/09/20220830-nrel-gpac-denholm-100by2035-infographic-1-644×800.png 644w, https://cleantechnica.com/files/2022/09/20220830-nrel-gpac-denholm-100by2035-infographic-1-768×953.png 768w” sizes=”(max-width: 820px) 100vw, 820px”>
Met dank aan energie.gov
Waardeer je de originaliteit van CleanTechnica en de berichtgeving over cleantech? Overweeg om een te worden CleanTechnica-lid, ondersteuner, technicus of ambassadeur - of een beschermheer op Patreon.
Wil je geen cleantech verhaal missen? Meld je aan voor dagelijkse nieuwsupdates van CleanTechnica op e-mail. Of volg ons op Google Nieuws!
Heeft u een tip voor CleanTechnica, wilt u adverteren of een gast voorstellen voor onze CleanTech Talk-podcast? Neem hier contact met ons op.
