กริดที่หมุนเวียนได้ทั้งหมดจะหมายถึงกระแสไฟฟ้าและสายส่งมากขึ้น Russ Allison Loar / flickr, CC BY-NC-ND

ทางออกหลักที่จะ อากาศเปลี่ยนแปลง เป็นที่รู้จักกันดี - หยุดการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิล วิธีการทำเช่นนี้มีความซับซ้อนมากขึ้น แต่ในฐานะนักวิชาการที่ทำแบบจำลองพลังงานฉันและคนอื่น ๆ เห็นโครงร่างของอนาคตหลังเชื้อเพลิงฟอสซิล: เรา ผลิตกระแสไฟฟ้าด้วยแหล่งพลังงานหมุนเวียนและใช้พลังงานไฟฟ้าเกือบทุกอย่าง.

นั่นหมายถึงยานพาหนะและรถไฟที่ใช้ไฟฟ้าทำความร้อนอาคารด้วยไฟฟ้า ปั๊มความร้อนไฟฟ้า ประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม เช่นการผลิตเหล็กและการใช้พลังงานทดแทนเพื่อทำ ไฮโดรเจน (คล้ายกับก๊าซธรรมชาติ) สำหรับข้อกำหนดอื่น ๆ ดังนั้นจึงมุ่งเน้นไปที่การเปิดระบบสายส่งไฟฟ้าด้วยแหล่งพลังงานหมุนเวียน

แม้ว่าจะมีการถกเถียงกันว่าระบบไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนนั้นมีอยู่จริงหรือไม่ เป็นไปได้ และ เร็วแค่ไหน การเปลี่ยนแปลงสามารถทำได้ ที่นี่ฉันยืนยันว่าความเป็นไปได้ชัดเจนดังนั้นคำถามเฉพาะเรื่องการเปลี่ยนแปลงจึงมีความเกี่ยวข้อง

เทคโนโลยีที่เป็นที่รู้จัก

ฟาร์มกังหันลมในเท็กซัส เท็กซัส ได้ประมาณ 15% ของพลังงานไฟฟ้าจากลมใน 2017 DRAXIS / Flickr, CC BY-ND

งานวิจัยของฉันมุ่งเน้นไปที่ เศรษฐศาสตร์พลังงานทดแทน. เพื่อแสดงความเป็นไปได้และประมาณการค่าใช้จ่ายของระบบไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนนักวิจัยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่คำนวณการผลิตที่มีศักยภาพจากเทคโนโลยีที่แตกต่างกันในแต่ละจุดในเวลาตามสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลง แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าการรวมกันของแหล่งพลังงานไฟฟ้าและระบบเก็บพลังงานมีต้นทุนต่ำที่สุดในขณะที่ตอบสนองความต้องการเสมอ

การศึกษามากมาย แสดงให้เห็นว่ากริดไฟฟ้าทดแทนอย่างเต็มที่เป็นไปได้ใน ประเทศสหรัฐอเมริกา, ยุโรป, ออสเตรเลีย และที่อื่น ๆ เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันเพิ่งเสร็จสิ้นการศึกษาขนาดเล็กบนเกาะของประเทศ มอริเชียส. หมู่เกาะมีเสน่ห์ สถานที่สำหรับการเปลี่ยนทดแทนเริ่มต้นเนื่องจากขนาดเล็กความเรียบง่ายสัมพัทธ์และการพึ่งพาเชื้อเพลิงนำเข้า

มีจำนวนเป็น วิธีในการผลิตไฟฟ้าทดแทน: ไฮโดร, ลม, ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์, ความร้อนใต้พิภพและการเผาไหม้ชีวมวลในรูปแบบต่าง ๆ (เรื่องพืช) นอกเหนือจาก ปรับปรุงประสิทธิภาพ ใช้พลังงานน้อยลง เหล่านี้เป็นเทคโนโลยีที่ครบกำหนดพร้อมค่าใช้จ่ายที่ทราบ

ความเป็นไปได้อื่น ๆ ได้แก่ คลื่นน้ำขึ้นน้ำลง และ มุ่งเน้นพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งตัวสะท้อนแสงจะมุ่งเน้นไปที่แสงอาทิตย์เพื่อผลิตพลังงาน ในขณะที่สิ่งเหล่านี้อาจถูกนำมาใช้ในอนาคตความจำเป็นในการจัดการกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นเรื่องเร่งด่วนและในการประเมินของฉัน

ความคิดเห็นเกี่ยวกับ พลังงานนิวเคลียร์ ทำงานที่แข็งแกร่งซึ่งเป็นการสนทนาอื่น แต่แบบจำลองแสดงให้เห็นว่าสหรัฐอเมริกาไม่ต้องการพลังงานนิวเคลียร์เพื่อออกจากเชื้อเพลิงฟอสซิล

ตารางแห่งอนาคต

ระบบพลังงานทดแทนเป็นแบบระบุตำแหน่งที่ตั้ง: ระบบที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับทรัพยากรของสถานที่ (มันมีลมแรงหรือไม่) รูปแบบชั่วคราวของมัน (ความถี่ลมแรงบ่อยแค่ไหน?) และแหล่งพลังงานเสริม (มีพลังน้ำสำหรับการสำรองหรือไม่) แม้จะมีความอ่อนไหวต่อตำแหน่งนี้การศึกษาในสถานที่ที่แตกต่างกันก็กำลังค้นหาผลลัพธ์ที่คล้ายกัน

การมีแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่หลากหลายสามารถลดต้นทุนได้ โดยเฉพาะแสงอาทิตย์และลมกำลัง ประกอบ ถ้าฤดูแดดไม่ใช่ฤดูลมแรง แบบจำลองพบว่าการรวมกันของทั้งสองแบบนั้นมักจะมีราคาถูกกว่าแบบเดี่ยว

สำหรับเทคโนโลยีส่วนใหญ่ ขนาดใหญ่ลดต้นทุน. ตัวอย่างเช่นในสหรัฐอเมริกาฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดใหญ่สามารถใหญ่กว่า 1,000 ได้มากกว่าระบบหลังคาที่อยู่อาศัยและมากกว่าครึ่งหนึ่งของค่าใช้จ่าย เพื่อลดต้นทุนเราสร้างระบบที่มีขนาดใหญ่

การสร้างโครงการพลังงานหมุนเวียนขนาดใหญ่เช่นโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ 550-megawatt ในทะเลทรายโมฮาวีในรัฐแคลิฟอร์เนียนำไปสู่การลดต้นทุนการผลิตพลังงาน กระทรวงมหาดไทยของสหรัฐอเมริกา, CC BY-SA

เนื่องจากสภาวะสุริยะและลมแตกต่างกันไปตามภูมิทัศน์ระบบ ต้นทุนลดลงเมื่อพื้นที่การผลิตเพิ่มขึ้นดังนั้นจะต้องมี กริดไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง เพื่อย้ายกระแสไฟฟ้าจากสถานที่ที่มีอุปทานไปยังสถานที่ที่ต้องการ นอกจากนี้เรายังต้องการพลังงานเพิ่มเติมสำหรับการใช้งานเช่นการขนส่งที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งหมายความว่ากริดจะต้องเติบโต

การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการใช้กริดไฟฟ้าที่มีพลังงานหมุนเวียนแปรปรวนจะ รวมถึงไม่ได้ใช้หรือทิ้งพลังงานบางส่วน บางครั้งกลยุทธ์ที่ช่วยลดต้นทุนเมื่อเทียบกับการจัดเก็บพลังงานส่วนเกินอยู่เสมอ

ถึงกระนั้นบางรูปแบบของ ไฟฟ้าเก็บ มันจำเป็น. แบตเตอรี่ทำงานได้ดีสำหรับการปรับความผันผวนในระยะสั้นให้ราบรื่น แต่สำหรับการเก็บพลังงานเป็นเวลาหลายชั่วโมงหรือหลายวัน ปั๊มน้ำที่เก็บน้ำ ราคาไม่แพง พลังน้ำที่สูบแล้วใช้พลังงานพิเศษในตารางเพื่อสูบน้ำขึ้นเขาและเมื่อต้องการพลังงานน้ำจะไหลกลับลงมาเพื่อสร้างพลังงานในกังหัน สหรัฐอเมริกามีตัวอย่างที่มีอยู่และ สถานที่ที่เป็นไปได้หลายแห่ง. ด้วยการขยายกริดการจัดเก็บอาจอยู่ห่างจากผู้ใช้

ไฟฟ้าพลังน้ำและพลังงานชีวมวลมีอยู่ตามความต้องการดังนั้นการมีสิ่งเหล่านี้ในกริดไฟฟ้าทดแทนทำให้ความต้องการการจัดเก็บพลังงานลดลงและลดค่าใช้จ่าย ทั้งสองมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่ต้องจัดการ

บริหารข้อมูลพลังงานสหรัฐ, CC BY

ไฟฟ้าพลังน้ำสามารถเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศในท้องถิ่น การเผาไหม้ ชีวมวลปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาแต่การศึกษาที่ฉันทำงานแสดงให้เห็นว่าการปล่อยก๊าซชีวมวล ย้อนกลับได้ และเห็นได้ชัดว่าเป็นคาร์บอนที่ดีกว่าในการปล่อยเชื้อเพลิงฟอสซิล การพัฒนาอย่างยั่งยืนยังขึ้นอยู่กับการจัดการทุ่งหญ้าชีวมวลและป่าไม้ บันทึกการติดตามของมนุษย์ในสิ่งนี้ ไม่ได้เป็นตัวเอก.

ระบบพลังงานทดแทนต้องการที่ดิน การศึกษาในสหรัฐอเมริกา แสดงให้เห็นว่าการจัดหาไฟฟ้าทั้งหมดจากลมน้ำและพลังงานแสงอาทิตย์จะต้องใช้พื้นที่ 0.42% ของพื้นที่รวมทั้ง 1.6% ของพื้นที่ที่ดินสำหรับช่องว่างระหว่างกังหันลม พลังงานชีวมวลนั้นต้องการที่ดินมากกว่าลมหรือแสงอาทิตย์ดังนั้นชีวมวลจึงเป็นส่วนเล็ก ๆ ของพลังงานทดแทน

ปัญหาและอุปสรรคที่แท้จริงคือการเมืองและวัฒนธรรม

กริดไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนในอนาคตที่มีการใช้พลังงานไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องอาจจะใช่หรือไม่ ลดต้นทุนพลังงาน. แต่การหลีกเลี่ยงผลกระทบที่เลวร้ายที่สุดของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศหมายถึงการเลิกใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลไม่ว่าจะเป็นการประหยัดเงินหรือไม่ก็ตาม อย่างไรก็ตามการเปลี่ยนทดแทนจะเร็วขึ้นและง่ายขึ้นหากมีราคาไม่แพง

In มอริเชียสการศึกษาของเราพบว่าต้นทุนพลังงานทดแทนมีความคล้ายคลึงกับต้นทุนในปัจจุบันโดยอิงจากต้นทุนเงินทุนปัจจุบันสำหรับพลังงานหมุนเวียน บางการศึกษา ยังหาค่าใช้จ่ายสำหรับพลังงานทดแทนในอนาคตที่จะต่ำกว่าต้นทุนเชื้อเพลิงฟอสซิลในปัจจุบันในกรณีที่มีแนวโน้มว่าค่าใช้จ่ายจะลดลงเมื่อเราสร้างระบบพลังงานหมุนเวียนมากขึ้นและทำได้ดีกว่า

และนั่นคือจากมุมมองทางเทคนิค การรวมกันของแหล่งพลังงานหมุนเวียนและการจัดเก็บพลังงาน - การรวมกันที่เฉพาะเจาะจงขึ้นอยู่กับเงื่อนไขและความต้องการในท้องถิ่น - สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าทั้งหมดที่จำเป็นในราคาที่เหมาะสมและจะช่วยลดมลพิษทางอากาศในการบูต

แต่นโยบายของรัฐบาลจำเป็นต้องเปลี่ยนไปใช้พลังงานหมุนเวียน การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นต้นทุนภายนอกที่เกิดจากสังคมไม่ใช่จากผู้ผลิตพลังงานดังนั้นกลไกตลาดเพียงอย่างเดียวจะไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลง นอกเหนือจากการวางราคาคาร์บอน (อาจด้วย เงินปันผลคืนสู่สาธารณะ) รัฐบาลสามารถสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นได้ง่ายขึ้น และจำเป็นต้องได้รับการสนับสนุนจากสาธารณะ: ยกตัวอย่างเช่นการยอมรับของสายส่งเพื่อเคลื่อนย้ายกระแสไฟฟ้าจาก Great Plains ที่มีลมแรงไปยังใจกลางเมืองเป็นความท้าทายอีกประการหนึ่งสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าหมุนเวียนทั้งหมด

โครงการในระดับของการเปลี่ยนแปลงระบบพลังงานจะ สร้างงาน - งานหลายอย่าง - ซึ่งอาจเป็นตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจที่สำคัญที่สุดสำหรับพลเมือง

งานวิจัยจากฉันและคนอื่น ๆ แสดงให้เห็นว่ากริดไฟฟ้าทดแทนอย่างสมบูรณ์เป็นไปได้ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบัน ณ ราคาปัจจุบัน อุปสรรคในการใช้พลังงานหมุนเวียนเป็นเรื่องการเมืองและวัฒนธรรมมากกว่าเทคโนโลยีหรือเศรษฐกิจ

เกี่ยวกับผู้เขียน

David Timmonsรองศาสตราจารย์วิชาเศรษฐศาสตร์ มหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์บอสตัน

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

หนังสือที่เกี่ยวข้อง

การเบิกถอน: แผนที่ครอบคลุมมากที่สุดที่เคยเสนอเพื่อย้อนกลับภาวะโลกร้อน

โดย Paul Hawken และ Tom Steyer
เมื่อเผชิญกับความกลัวและความไม่แยแสอย่างกว้างขวางกลุ่มนักวิจัยผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศได้มารวมตัวกันเพื่อเสนอชุดโซลูชั่นที่สมจริงและเป็นตัวหนาสำหรับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ หนึ่งร้อยเทคนิคและวิธีปฏิบัติมีอธิบายไว้ที่นี่ - บางคนรู้จักกันดี บางอย่างที่คุณอาจไม่เคยได้ยิน พวกเขามีตั้งแต่พลังงานสะอาดไปจนถึงการให้ความรู้แก่เด็กผู้หญิงในประเทศที่มีรายได้ต่ำถึงแนวทางการใช้ที่ดินที่ดึงคาร์บอนออกจากอากาศ การแก้ปัญหาที่มีอยู่เป็นไปได้ทางเศรษฐกิจและชุมชนทั่วโลกกำลังออกกฎหมายเหล่านี้ด้วยทักษะและความมุ่งมั่น วางจำหน่ายใน Amazon

การออกแบบโซลูชั่นภูมิอากาศ: คู่มือนโยบายสำหรับพลังงานคาร์บอนต่ำ

โดย Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
จากผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นกับเราแล้วความจำเป็นในการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกจึงเป็นเรื่องเร่งด่วน เป็นความท้าทายที่น่ากลัว แต่เทคโนโลยีและกลยุทธ์ที่จะตอบสนองมันมีอยู่ในปัจจุบัน นโยบายพลังงานชุดเล็ก ๆ ซึ่งได้รับการออกแบบและดำเนินการอย่างดีสามารถนำเราไปสู่อนาคตคาร์บอนต่ำได้ ระบบพลังงานมีขนาดใหญ่และซับซ้อนดังนั้นนโยบายพลังงานต้องเน้นและคุ้มค่า วิธีการขนาดเดียวที่เหมาะกับทุกคนจะไม่ทำให้งานสำเร็จลุล่วง ผู้กำหนดนโยบายต้องการทรัพยากรที่ชัดเจนและครอบคลุมซึ่งสรุปนโยบายด้านพลังงานที่จะมีผลกระทบมากที่สุดต่อสภาพภูมิอากาศในอนาคตของเราและอธิบายวิธีการออกแบบนโยบายเหล่านี้ให้ดี วางจำหน่ายใน Amazon

นี้ทุกอย่างเปลี่ยนแปลง: ทุนนิยมกับสภาพภูมิอากาศ

โดย Naomi Klein
In นี้ทุกอย่างเปลี่ยนแปลง นาโอมิไคลน์ให้เหตุผลว่าการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศไม่ได้เป็นเพียงปัญหาอีกอย่างที่ต้องยื่นระหว่างภาษีและการดูแลสุขภาพ มันเป็นสัญญาณเตือนที่เรียกร้องให้เราแก้ไขระบบเศรษฐกิจที่ทำให้เราล้มเหลวในหลาย ๆ ด้าน ไคลน์อย่างพิถีพิถันสร้างกรณีสำหรับวิธีการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกของเราอย่างหนาแน่นเป็นโอกาสที่ดีที่สุดของเราในการลดความไม่เท่าเทียมกันที่อ้าปากค้างพร้อมจินตนาการจินตนาการประชาธิปไตยที่แตกสลายของเราและสร้างเศรษฐกิจท้องถิ่นที่น่าเกรงขามของเรา เธอแสดงให้เห็นถึงความสิ้นคิดในเชิงอุดมการณ์ของผู้ปฏิเสธการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศความหลงผิดของศาสนพยากรณ์ที่จะเป็น geoengineers และความพ่ายแพ้อันน่าเศร้าของการริเริ่มสีเขียวที่สำคัญมากเกินไป และเธอแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าทำไมตลาดไม่ได้ - และไม่สามารถ - แก้ไขวิกฤติสภาพภูมิอากาศได้ แต่จะทำให้สิ่งต่าง ๆ แย่ลงด้วยวิธีการสกัดที่รุนแรงและเป็นอันตรายต่อระบบนิเวศมากขึ้นพร้อมกับระบบทุนนิยมจากภัยพิบัติอาละวาด วางจำหน่ายใน Amazon

จากสำนักพิมพ์:
การซื้อใน Amazon ไปเพื่อชดใช้ค่าใช้จ่ายในการนำคุณ InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, และ ClimateImpactNews.com ไม่มีค่าใช้จ่ายและไม่มีผู้โฆษณาที่ติดตามพฤติกรรมการท่องเว็บของคุณ แม้ว่าคุณจะคลิกที่ลิงค์ แต่อย่าซื้อผลิตภัณฑ์ที่เลือกเหล่านี้ แต่อย่างอื่นที่คุณซื้อในการเข้าชมครั้งเดียวกันบน Amazon จะจ่ายค่าคอมมิชชั่นให้เราเล็กน้อย ไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับคุณดังนั้นโปรดช่วยสนับสนุนด้วย นอกจากนี้คุณยังสามารถ ใช้ลิงค์นี้ ใช้กับ Amazon ได้ตลอดเวลาเพื่อให้คุณสามารถช่วยสนับสนุนความพยายามของเรา