Old school: Μεγάλο μέρος του σταθμού παραγωγής ενέργειας και του δικτύου μεταφοράς στο οποίο βασιζόμαστε υπάρχει εδώ και δεκαετίες. andrewfhart/flickr, CC BY-SA
Το ηλεκτρικό δίκτυο είναι ένα εκπληκτικό ολοκληρωμένο σύστημα μηχανών που εκτείνεται σε μια ολόκληρη ήπειρο. Η Εθνική Ακαδημία Μηχανικών το έχει ονομάσει ένα από τα τα μεγαλύτερα επιτεύγματα μηχανικής του 20ου αιώνα. 
Είναι όμως και ακριβό. Σύμφωνα με την ανάλυσή μου, η τρέχουσα (αποσβεσμένη) αξία του ηλεκτρικού δικτύου των ΗΠΑ, που περιλαμβάνει σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, καλώδια, μετασχηματιστές και πόλους, είναι περίπου 1.5 έως 2 τρισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Η αντικατάστασή του θα κόστιζε σχεδόν 5 τρισεκατομμύρια δολάρια.
Αυτό σημαίνει ότι η ηλεκτρική υποδομή των ΗΠΑ, η οποία περιέχει ήδη τρισεκατομμύρια δολάρια βυθισμένου κεφαλαίου, θα χρειαστεί σύντομα σημαντικές συνεχείς επενδύσεις μόνο και μόνο για να διατηρηθούν τα πράγματα όπως είναι. Ένα εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που κατασκευάστηκε κατά τη διάρκεια της ταχείας επέκτασης του τομέα ηλεκτρικής ενέργειας τις δεκαετίες μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο είναι τώρα 40 ετών ή μεγαλύτερο, έχει αποπληρωθεί από καιρό και πιθανότατα πρέπει να αντικατασταθεί. Στην πραγματικότητα, η Αμερικανική Εταιρεία Πολιτικών Μηχανικών μόλις έδωσε ολόκληρη την ενεργειακή υποδομή α μετά βίας βαθμός D+.
Η σημερινή κυβέρνηση έχει δεσμευτεί να επενδύσει σε μεγάλο βαθμό σε υποδομές, γεγονός που εγείρει μια σειρά από ερωτήματα σχετικά με το ηλεκτρικό σύστημα: Πώς πρέπει να μοιάζει το ενεργειακό δίκτυο του μέλλοντος; Πώς επιτυγχάνουμε παροχή ενέργειας χαμηλών εκπομπών άνθρακα; Τι θα κοστίσει;
Οι υποδομές φαίνεται να είναι ένα ζήτημα που μπορεί να συγκεντρώσει υποστήριξη και στις δύο πλευρές του διαδρόμου. Αλλά για να πάρουμε σωστές αποφάσεις σχετικά με τις δαπάνες, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε την αξία του υπάρχοντος δικτύου.
Τρέχουσα κατάσταση μετάβασης
Το ηλεκτρικό δίκτυο προορίζεται να διαρκέσει δεκαετίες, ωστόσο λίγοι άνθρωποι συνειδητοποιούν ότι ολόκληρο το σύστημα πρέπει να εξισορροπεί τέλεια την προσφορά και τη ζήτηση σε χρονικά διαστήματα τόσο σύντομα όσο ένα δευτερόλεπτο. Κάθε watt ηλεκτρικής ενέργειας για το φωτισμό των σπιτιών, τη λειτουργία φορητών υπολογιστών ή των κλιματιστικών που λειτουργούν παράγεται ταυτόχρονα σε διαφορετικές τοποθεσίες, κυρίως από την καύση καυσίμων που περιστρέφουν μαγνήτες στις γεννήτριες. Ουσιαστικά δεν υπάρχει αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο. Αντίθετα, η περισσότερη ενέργεια αποθηκεύεται σε καύσιμα – άνθρακα, φυσικό αέριο, πυρηνικά προϊόντα και νερό πίσω από φράγματα, περιμένοντας την εντολή να μετατραπεί σε ηλεκτρική ενέργεια σε πραγματικό χρόνο.
Τοποθεσία και κατάσταση απόσβεσης όλων των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής των ΗΠΑ. Joshua Rhodes, EIA Form 860 δεδομένα.
Τα τελευταία χρόνια, το πού παίρνουμε τη δύναμή μας έχει αλλάξει δραματικά. Οι παλαιότερες γεννήτριες είναι μεγάλοι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, με πολλούς να βρίσκονται στο ανατολικό τμήμα των ΗΠΑ Οι πιο πρόσφατες προσθήκες ήταν μικρότερες και πιο απλές – σκεφτείτε ηλιακά πάνελ ταράτσας ή αιολικά πάρκα. Ορισμένοι ειδικοί είπαν ακόμη ότι αυτό το μοντέλο πιο κατανεμημένης παραγωγής πιο κοντά στο σημείο που καταναλώνεται η ισχύς – κατά μήκος της άκρης του δικτύου, αντί των κεντρικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής – είναι το νέος κανόνας.
Στο μέλλον, μπορούμε είτε να δημιουργήσουμε το δίκτυο με τον ίδιο τρόπο που κάναμε πριν ή μπορούμε να επενδύσουμε σε νέες τεχνολογίες που μπορούν να προσφέρουν την ίδια υπηρεσία αλλά με χαμηλότερο κόστος.
Και πώς θα μπορούσαμε να το κάνουμε πιο καθαρό; Μερικοί άνθρωποι πιστεύουν ότι το πλέγμα μπορεί λειτουργούν πλήρως με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Άλλοι λένε ότι ο καλύτερος τρόπος «απανθρακοποίησης» ή μείωσης των εκπομπών άνθρακα για το ενεργειακό σύστημα στο σύνολό του είναι εκτεταμένη ηλεκτροδότηση του κλάδους της βιομηχανίας και των μεταφορών.
Αλλά για να απαντήσουμε πόσο θα κοστίζουν τέτοιες μεταβάσεις, πρέπει να γνωρίζουμε: Τι κοστίζει το τρέχον δίκτυο; Πόσο αξίζει αυτή τη στιγμή όλο το σκυρόδεμα, ο χάλυβας, το πυρίτιο κ.λπ. που έχουμε ήδη εγκαταστήσει στο έδαφος; Για να βοηθήσω τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής και τους σχεδιαστές που αντιμετωπίζουν το όραμά τους για το μέλλον, άρχισα να απαντήσω σε αυτό το ερώτημα.
Τι συνθέτει το πλέγμα;
Για αυτήν την άσκηση, έχω περιορίσει το «πλέγμα» στα ακόλουθα μέρη:
- Σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας
- Γραμμές μεταφοράς υψηλής και χαμηλής τάσης, που μεταφέρουν ρεύμα σε μεγάλες αποστάσεις
- Γραμμές διανομής, οι οποίες μεταφέρουν ρεύμα απευθείας σε κτίρια ή άλλα τελικά σημεία
- Υποσταθμοί δρομολόγησης ισχύος στο δίκτυο μεταφοράς
- Υποσταθμοί στο δίκτυο διανομής
- Μετασχηματιστές που αλλάζουν τάσεις στο δίκτυο διανομής
Αυτός ο υπολογισμός αφήνει εκτός πρόσθετα και απαραίτητα στοιχεία του δικτύου, όπως το ηλεκτρικό καλώδιο μέσα στο σπίτι σας, μετρητές στους ηλεκτρικούς πίνακες σε σπίτια και κτίρια και συσκευές τελικής χρήσης που καταναλώνουν την ηλεκτρική ενέργεια.
Συνδυάζοντας μια ποικιλία δημόσιων αναφορών και χρησιμοποιώντας ενημερωμένες εκτιμήσεις για νέες κατασκευές και τυπικές προσεγγίσεις για την εκτίμηση των αποσβέσεων, ποσοτικοποιήσαμε την αξία των περιουσιακών στοιχείων της χώρας για παραγωγή, μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η συνολική ισχύς αυτών των σταθμών παραγωγής ενέργειας είναι περίπου 1.15 terawatts. Αυτή είναι η ικανότητα παραγωγής περίπου 1,000 αντιδραστήρων πυρηνικής ενέργειας (οι ΗΠΑ έχουν σήμερα περίπου 100). Όπως μπορείτε να φανταστείτε, θα ήταν δαπανηρή η αντικατάστασή του. Μόνο για τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής, η αξία αντικατάστασης είναι σχεδόν 2.7 τρισεκατομμύρια δολάρια και η υποτιμημένη αξία, ή η πρόχειρη τρέχουσα αξία, είναι σχεδόν 1 τρισεκατομμύριο δολάρια. Συνολικά, η κατανομή της αξίας είναι περίπου 56 τοις εκατό εργοστάσιο ηλεκτροπαραγωγής, 9 τοις εκατό σύστημα μεταφοράς και 35 τοις εκατό σύστημα διανομής.
Ανάλυση της αντικατάστασης και της υποτιμημένης αξίας ηλεκτρικής υποδομής των ΗΠΑ. Πολλές από τις υποκείμενες πηγές δεδομένων, συμπεριλαμβανομένης της ΕΠΕ, είναι οι ίδιες με αυτές που χρησιμοποιήθηκαν πρόσφατα στη μελέτη Πλήρους Κόστους Ηλεκτρικής Ενέργειας του Ινστιτούτου Ενέργειας UT-Austin. Χρησιμοποιήσαμε ένα απλουστευμένο χρονοδιάγραμμα απόσβεσης που λήγει σε μια αξία απόσβεσης 15 τοις εκατό του αρχικού κόστους στο τέλος της αναμενόμενης διάρκειας ζωής του. Τζόσουα Ρόδος
Ποια πορεία προς τα εμπρός;
Αν θέλουμε να έχουμε ένα καθαρότερο ενεργειακό μέλλον, υπάρχουν πολλά μονοπάτια για να φτάσουμε εκεί. Ωστόσο, υποθέτω ότι η φθηνότερη και πιο πιθανή οδός θα είναι αυτή που θα αξιοποιήσει καλύτερα, όχι θα αντιγράψει, την υποδομή που ήδη έχουμε. Ένα από τα πιο «plug and play» μονοπάτια (και αυτό που βλέπουμε σήμερα) είναι η μετατροπή από την παραγωγή άνθρακα σε αέριο σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που μπορούν να χρησιμοποιήσουν υπάρχοντα καλώδια, πόλους και υποδομές νερού.
Στο άλλο άκρο του φάσματος, μια οικονομία υδρογόνου θα απαιτούσε τεράστιες νέες επενδύσεις σε νέα είδη τεχνολογίας, επομένως θα αξιοποιούσε λιγότερο από αυτό που έχουμε σήμερα. Για παράδειγμα, θα χρειαστεί να φτιάξουμε χώρους για την παραγωγή και αποθήκευση υδρογόνου. Από την άλλη πλευρά, έχει τη δυνατότητα να είναι πιο ανθεκτική και βιώσιμη.
Εμφάνιση της ηλικίας τους: Η αναβάθμιση των γραμμών μεταφοράς θα μπορούσε να φέρει ηλιακή και αιολική ενέργεια από απομακρυσμένες περιοχές της χώρας όπου βρίσκονται οι άνθρωποι, κάτι που θα βοηθούσε να γίνει το δίκτυο καθαρότερο και ενδεχομένως χαμηλότερες τιμές. indigoskies/flickr, CC BY-NC-ND
Ένας τομέας που φαίνεται πολλά υποσχόμενος για επενδύσεις σε υποδομές είναι η αναβάθμιση του δικτύου μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας χύδην. Αυτές οι αναβαθμίσεις θα μπορούσαν να επιτρέψουν τη ροή ρεύματος μεταξύ περιοχών των ΗΠΑ και θα ήταν παρόμοιες με το πώς το σύστημα διακρατικών αυτοκινητοδρόμων μείωσε το επιχειρηματικό κόστος σε ολόκληρη τη χώρα μειώνοντας σημαντικά τον χρόνο που χρειάστηκε για τη μεταφορά αγαθών και υπηρεσιών σε ολόκληρη την αχανή χώρα μας.
Υπάρχουν περιοχές των ΗΠΑ όπου η ενέργεια παράγεται φθηνότερα και με λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από ό,τι σε άλλες περιοχές. Η επέκταση των γραμμών μεταφοράς σε περιοχές της χώρας που διαθέτουν καλούς αιολικούς και ηλιακούς πόρους μπορεί να προσφέρει ενέργεια με πολύ χαμηλό κόστος στους χρήστες. Το πρόβλημα είναι ότι αυτές οι περιοχές δεν είναι πάντα εκεί που είναι ο κόσμος, επομένως για να φέρουμε αυτή τη δύναμη στους ανθρώπους, χρειαζόμαστε ένα ισχυρό δίκτυο μεταφοράς.
Τα δίκτυα διανομής – το τμήμα του δικτύου που παρέχει ενέργεια απευθείας στα κτίρια – μπορούν επίσης να ενσωματώσουν περισσότερη ηλιακή ενέργεια χωρίς πολύ πρόσθετο κόστος στη λειτουργία του δικτύου. Αλλά μόλις η ηλιακή χωρητικότητα φτάσει σε ένα ορισμένο ποσοστό της ζήτησης ενέργειας στο τοπικό δίκτυο, το οποίο ποικίλλει ανάλογα με την τοποθεσία, τότε προκύπτουν περισσότερα έξοδα.
Στο τέλος, οι καταναλωτές ή οι φορολογούμενοι καταλήγουν πάντα να πληρώνουν για αυτά τα έργα αναβάθμισης, αλλά τα οφέλη μπορεί να υπερτερούν του κόστους. Η επέκταση του ηλεκτρικού του δικτύου από το Τέξας επέτρεψε πολύ περισσότερη αιολική ενέργεια για να φτάσει στα κέντρα φόρτωσης η οποία, μαζί με την πτώση των τιμών του φυσικού αερίου, έχει μειώσει το κόστος της χονδρικής αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Αυτά τα χαμηλότερα κόστη είναι τότε μεταβιβάζονται στους συντελεστές.
Δεν υπάρχει δρόμος που να μην απαιτεί επενδύσεις – ακόμη και μόνο η διατήρηση αυτού που έχουμε θα κοστίσει εκατοντάδες δισεκατομμύρια, αν όχι τρισεκατομμύρια, δολάρια την επόμενη δεκαετία. Το μεγαλύτερο ερώτημα είναι: Καθώς συνεχίζουμε να αντικαθιστούμε και να ξαναχτίζουμε αυτό το εκπληκτικό πλέγμα, σε ποιες τεχνολογίες πρέπει να επικεντρωθούμε;
Σχετικά με το Συγγραφέας
Joshua D. Rhodes, Μεταδιδακτορικός Ερευνητής Ενέργειας, Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Όστιν
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στις Η Συνομιλία. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Σχετικά βιβλία
at InnerSelf Market και Amazon
