Представьте себе Лос-Анджелес, свободный от смога, где электромобили курсируют по бесшумным автострадам, солнечные панели покрывают крыши, а электростанции работают на тепле из-под земли, от воющих ветров и от палящего солнца пустыни.Новое исследование Стэнфордского университета показало, что технически и экономически целесообразно преобразовать универсальную энергетическую инфраструктуру Калифорнии в инфраструктуру, работающую на экологически чистых возобновляемых источниках энергии. Опубликованный в Energy, план показывает путь к устойчивому, недорогому и надежному энергоснабжению в Калифорнии, что может создать десятки тысяч рабочих мест и сэкономить миллиарды долларов на затратах на здравоохранение, связанных с загрязнением окружающей среды.«В случае реализации этот план устранит смертность от загрязнения воздуха и выбросы в результате глобального потепления в Калифорнии, стабилизирует цены и создаст рабочие места — обратная сторона медали», — сказал Марк З. Якобсон, ведущий автор исследования и профессор гражданской и экологической инженерии из Стэнфорда. . Он также является директором Стэнфордской программы по атмосфере и энергии и старшим научным сотрудником Стэнфордского института окружающей среды Вудса и Института энергетики Прекурта.
В исследовании Якобсона излагается план по удовлетворению всех потребностей Золотого штата в транспорте, электроэнергии, промышленности, отоплении и охлаждении энергии с помощью возобновляемых источников энергии к 2050 году. В нем подсчитывается количество новых устройств и созданных рабочих мест, требуемые территории на суше и в океане, а также стратегии. необходимо для изменения инфраструктуры.
Он также предоставляет новые оценки воздействия и затрат на смертность и заболеваемость загрязнением воздуха, основанные на данных о качестве воздуха за несколько лет. План аналогичен плану, разработанному Якобсоном и другими исследователями для штата Нью-Йорк.
В исследовании делается вывод о том, что, хотя преобразование ветра, воды и солнечного света может привести к увеличению первоначальных капитальных затрат, таких как стоимость строительства электростанций на возобновляемых источниках энергии, эти затраты со временем будут более чем компенсированы за счет устранения затрат на топливо. Согласно исследованию, полный переход снизит потребность в электроэнергии для конечных потребителей в Калифорнии примерно на 44 процента и стабилизирует цены на энергию, поскольку затраты на топливо будут равны нулю.
Это также принесет чистую прибыль после учета потерь рабочих мест в сфере ископаемого топлива и ядерной энергетики примерно в 220 000 рабочих мест в производстве, установке, строительстве и эксплуатации технологий. Вдобавок к этому штат будет получать чистую прибыль от этих рабочих мест в размере около 12 миллиардов долларов в год.Согласно расчетам исследователей, один из сценариев предполагает, что все потребности Калифорнии в электроэнергии к 2050 году могут быть удовлетворены с помощью различных источников, в том числе:25000 береговых ветряных турбин мощностью 5 мегаватт
1200 солнечных электростанций с концентрацией 100 мегаватт15 миллионов 5-киловаттных фотоэлектрических систем на крышах жилых домов72 геотермальных станции мощностью 100 мегаватт5000 волновых устройств мощностью 0,75 мегаватт
3400 приливных турбин мощностью 1 мегаваттВ исследовании говорится, что если Калифорния перейдет на ветер, воду и солнечный свет в качестве возобновляемых источников энергии, количество смертей, связанных с загрязнением воздуха, снизится примерно на 12 500 в год, и штат сэкономит около 103 миллиардов долларов, или около 4,9 процента валового внутреннего продукта штата в 2012 году, в сопутствующие расходы на здоровье каждый год. В исследовании также оценивается, что результирующее сокращение выбросов сократит глобальные затраты на изменение климата в 2050 году, такие как береговая эрозия и экстремальный погодный ущерб, примерно на 48 миллиардов долларов в год.«Я думаю, что наиболее интересным открытием является то, что этот план сократит социальные издержки, связанные с загрязнением воздуха и изменением климата, примерно на 150 миллиардов долларов в год в 2050 году, и что эта экономия окупит всю новую генерацию энергии всего за семь лет», — говорится в исследовании. соавтор Марк Делукки из Калифорнийского университета в Дэвисе.
«Технологии, необходимые для быстрого перехода к универсальной энергетической системе штата на основе возобновляемых источников энергии, доступны сегодня», — сказал Энтони Инграффеа, профессор инженерных наук Корнельского университета и соавтор исследования. «Как и у Нью-Йорка, у Калифорнии есть ясный выбор: удвоить потребление ископаемого топлива 20-го века или ускориться в направлении экологически чистой энергии будущего».В настоящее время большая часть энергии Калифорнии поступает из нефти, природного газа, ядерной энергетики и небольшого количества угля.
Согласно плану, который продвигают Джейкобсон и его коллеги-исследователи, 55,5% энергии штата для всех целей будет поступать из солнечной энергии, 35% — за счет ветра, а оставшаяся часть — за счет комбинации гидроэлектрической, геотермальной, приливной и волновой энергии.Все автомобили будут работать на аккумуляторных батареях и / или водородных топливных элементах.
Электрические воздушные и наземные тепловые насосы, геотермальное тепло, теплообменники и резервные электрические резистивные нагреватели заменят природный газ и масло для отопления и кондиционирования дома. Водонагреватели с воздушным и наземным тепловым насосом, работающие от электричества, и солнечные подогреватели горячей воды будут обеспечивать горячей водой дома. Высокие температуры для промышленных процессов можно получить с помощью электричества и сжигания водорода.
Для обеспечения надежности сети в плане изложены несколько методов согласования предложения возобновляемой энергии со спросом и сглаживания изменчивости ресурсов ветра, воды и солнечного света. К ним относятся система управления сетью, позволяющая сдвинуть время спроса, чтобы оно лучше соответствовало срокам подачи электроэнергии; и «завышение размеров» пиковой генерирующей мощности для минимизации времени, когда доступная мощность меньше потребности.
Исследование ссылается на ранее опубликованный анализ, который продемонстрировал, что Калифорния может обеспечить надежную сеть с почти 100-процентной чистой возобновляемой энергией.Площадь новой энергетической инфраструктуры составит около 0,9 процента территории Калифорнии, в основном это солнечные электростанции. Расстояние между ветряными турбинами, которые могут использоваться для различных целей, включая сельское хозяйство и пастбищные угодья, составляет еще 2,77 процента.
«Я считаю, что с этими планами люди и политические лидеры Калифорнии и Нью-Йорка смогут наметить новый путь вперед для нашей страны и всего мира», — сказал соавтор исследования Роберт Ховарт, профессор экологии и экологической биологии Корнельского университета. .Авторы исследования разрабатывают аналогичные планы для всех штатов США. Для этого исследования они не взяли финансирования ни у какой группы интересов, компании или государственного учреждения.