Это непростая задача. Но теперь, в новом исследовании, Марк З. Якобсон, профессор гражданской и экологической инженерии в Стэнфорде, и его коллеги, в том числе Калифорнийский университет. Исследователь из Беркли Марк Делукки первым обрисовал в общих чертах, как каждое из 50 штатов может достичь такого перехода к 2050 году.
Планы 50 отдельных штатов призывают к агрессивным изменениям как в инфраструктуре, так и в том, как мы в настоящее время потребляем энергию, но указывают на то, что преобразование происходит. технически и экономически возможно за счет широкого внедрения существующих технологий.«Основными препятствиями являются социальные, политические и побуждающие к изменениям отрасли промышленности. Один из способов преодоления препятствий — информировать людей о возможных возможностях», — сказал Джейкобсон, который также является старшим научным сотрудником Стэнфорд-Вудского института окружающей среды и Институт энергетики Прекурта. «Показав, что это технологически и экономически возможно, это исследование могло бы снизить барьеры на пути крупномасштабной трансформации».
Исследование опубликовано в онлайн-издании Energy and Environment Sciences.Якобсон и его коллеги начали с тщательного изучения текущих потребностей в энергии в каждом штате и того, как эти потребности изменятся в обычных условиях к 2050 году. Чтобы создать полную картину использования энергии в каждом штате, они изучили использование энергии в четырех секторах: жилом, коммерческом, промышленном и транспортном.
Затем для каждого сектора они проанализировали текущее количество и источник потребляемого топлива — уголь, нефть, газ, ядерную энергию, возобновляемые источники энергии — и рассчитали потребности в топливе, если бы все использованное топливо было заменено электричеством. Это очень сложный шаг — он предполагает, что все автомобили на дорогах станут электрическими, а дома и промышленность перейдут на полностью электрифицированные системы отопления и охлаждения.
Но Джейкобсон сказал, что их расчеты основаны на интеграции существующих технологий, и экономия энергии будет значительной.«Когда мы сделали это во всех 50 штатах, к 2050 году мы увидели сокращение общего спроса на электроэнергию для конечного потребления», — сказал Якобсон. «Около 6 процентных пунктов из этого получено за счет повышения эффективности инфраструктуры, но большая часть — это результат замены существующих источников и использования энергии сгорания электричеством».
Следующим шагом было выяснить, как запитать новую электрическую сеть. Исследователи сосредоточились на удовлетворении новых потребностей каждого штата в электроэнергии, используя только возобновляемые источники энергии — ветровые, солнечные, геотермальные, гидроэлектрические и небольшие количества приливов и волн, — доступные каждому штату.
Они проанализировали степень воздействия солнца в каждом штате и выяснили, на скольких не затененных крышах, выходящих на юг, можно разместить солнечные батареи. Они разработали и изучили карты ветров и определили, можно ли использовать местные морские ветряные турбины. Геотермальная энергия была доступна по разумной цене только в 13 штатах.
План практически не предусматривает строительства новых плотин гидроэлектростанций, но учитывает выгоду от повышения эффективности существующих плотин.В отчете излагаются индивидуальные дорожные карты для каждого штата по достижению 80-процентного перехода к 2030 году и полной конверсии к 2050 году. Якобсон сказал, что несколько штатов уже находятся в процессе. Штат Вашингтон, например, мог бы относительно быстро перейти на полностью возобновляемые источники энергии благодаря тому факту, что более 70 процентов его нынешней электроэнергии поступает из существующих гидроэнергетических источников.
Это соответствует примерно 35 процентам универсальной мощи штата, если Вашингтон был бы на 100 процентов электрифицирован; ветер и солнце могут заполнить большую часть оставшейся части.Айова и Южная Дакота также имеют хорошее положение, поскольку они уже вырабатывают почти 30 процентов своей электроэнергии за счет энергии ветра. Калифорния, которая была центром второй после Нью-Йорка дорожной карты Якобсона по возобновляемым источникам энергии, уже приняла некоторые предложения его группы и планирует к 2030 году на 60 процентов электрифицировать возобновляемые источники энергии.
План требует, чтобы не более 0,5 процента земель любого штата было покрыто солнечными батареями или ветряными турбинами. Первоначальная стоимость изменений будет значительной, но ветер и солнечный свет бесплатны. Таким образом, общий разброс затрат во времени будет примерно равен стоимости инфраструктуры, обслуживания и производства ископаемого топлива.
«Если учесть затраты на здоровье и климат, а также рост цен на ископаемое топливо, — ветер, вода и солнечная энергия составляют половину стоимости традиционных систем», — сказал Якобсон. «Преобразование этого масштаба также приведет к созданию рабочих мест, стабилизации цен на топливо, уменьшению проблем со здоровьем, связанных с загрязнением, и устранению выбросов в Соединенных Штатах. Обратной стороны преобразования очень мало, по крайней мере, на основе этой науки».Джейкобсон сказал, что если конверсия будет осуществляться в точном соответствии с его планом, сокращение загрязнения воздуха в США может предотвратить смерть примерно 63000 американцев, которые ежегодно умирают от причин, связанных с загрязнением воздуха. Это также устранило бы выбросы в США парниковых газов, производимых из ископаемого топлива, которые в противном случае стоили бы миру 3,3 триллиона долларов в год к 2050 году.
Интерактивная карта с кратким описанием планов для каждого штата доступна на http://www.thesolutionsproject.org.