В текущих методах оценки выбросов парниковых газов используются среднегодовые значения, хотя содержание углерода в электроэнергии в сети может сильно варьироваться в течение дня в некоторых местах. В документе показано, что к 2025 году использование среднегодовых значений в Калифорнии может превысить сокращение выбросов углерода, связанное с солнечной энергией, более чем на 50 процентов по сравнению со средними почасовыми показателями.
Один из выводов этого анализа заключается в том, что энергия ветра, а не солнечная энергия, должна стать следующей волной инвестиций для Калифорнии. Подобные анализы могут предложить различные варианты, такие как ядерная энергия, геотермальная энергия и передача на большие расстояния в других местах.
«Чтобы гарантировать 100-процентное сокращение выбросов от возобновляемых источников энергии, потребление энергии необходимо согласовывать с возобновляемыми источниками энергии на почасовой основе», – сказала Салли Бенсон, соавтор статьи и содиректор Института энергетики Прекурта.
«Простое приобретение большего количества солнечной энергии в сети, в которой уже много солнечной генерации, не приведет к нулевым выбросам», – также сказал Бенсон, профессор инженерного факультета энергетических ресурсов Школы наук о Земле, энергии и окружающей среде.
Годовой vs. почасовая бухгалтерия
Некоторые компании признают, что корпорации, которые заявляют, что они на 100% являются возобновляемыми источниками энергии, на самом деле не покрывают все свое энергопотребление за счет возобновляемых источников энергии. Вместо этого они покупают или производят достаточно возобновляемой энергии, чтобы покрыть 100 или более процентов их потребления электроэнергии в течение года. Для закупок энергии, в которых преобладает солнечная энергия, предприятие вырабатывает гораздо больше электроэнергии, чем потребляет во второй половине дня, и продает излишки. Затем в ночное время он покупает электроэнергию из сети, которая намного более углеродоемкая, если вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива.
Использование среднегодовых значений содержания углерода в электросети допустимо только тогда, когда колебания в возобновляемой генерации незначительны, или когда все избыточные возобновляемые источники энергии могут быть сохранены. Такие места, как Калифорния, Гавайи и некоторые европейские страны, испытывают большие колебания содержания углерода из-за существующих возобновляемых источников энергии, и еще не имеют достаточной емкости для хранения всей избыточной электроэнергии. В Калифорнии преднамеренное сокращение производства солнечной и ветровой энергии, или «сокращение», достигло 3 процентов от общего объема произведенной энергии за два месяца прошлого года, говорится в документе.
Таким образом, разница в экологических преимуществах ветра и солнца в сегодняшних методах учета не учитывает время суток, когда доставляется электроэнергия. Вместо этого разница между сокращением выбросов от ветровой и солнечной генерации связана только с разницей в углеродном следе между двумя технологиями.
«Как углеродный след крупного потребителя, так и экологическая ценность возобновляемых источников энергии зависят от сети, с которой они взаимодействуют», – сказал аспирант по энергетическим ресурсам Жак де Шалендар, ведущий автор исследования. "Использование почасовых данных – лучший способ измерить экологическую выгоду от возобновляемых источников энергии, и это будет все более актуальным, когда растет производство возобновляемых источников энергии."
Инвестиции в возобновляемые источники энергии, не связанные с солнечной энергией
Проблема с инвестированием в дополнительные солнечные панели в Калифорнии заключается в том, что выходная мощность часто не приводит к отключению генераторов, работающих на ископаемом топливе, потому что они уже простаивают в то время, когда солнечные панели будут вырабатывать электроэнергию. В тематическом исследовании, представленном в статье, который приблизительно соответствует гипотетической постоянной нагрузке в 1 мегаватт в Калифорнии, краткосрочные годовые и почасовые оценки углерода не показали значительных различий в 2018 году. Но к 2025 году два метода оценки сильно различались.
Используя годовой учет, стратегия 100-процентной солнечной энергии к 2025 году сократит выбросы углерода на 119 процентов от углеродного следа гипотетической компании. Однако, если использовать почасовые выбросы, это число сокращается до 66 процентов, согласно исследованию.
Для 100-процентной ветроэнергетической стратегии среднегодовые показатели показывают сокращение выбросов углерода на 131 процент, что на самом деле возрастает до 135 процентов при использовании почасовых данных.
«В Калифорнии газ часто является второстепенным источником выработки электроэнергии и имеет более высокий уровень выбросов, чем средняя мощность сети, поэтому покупка возобновляемых источников энергии может привести к чистому отрицательному углеродному следу», – сказал де Чалендар. «Потребитель, который на 100% использует возобновляемые источники энергии, может фактически уменьшить углеродный след сети в дополнение к своему собственному углеродному следу."
Хранилище энергии
Методы почасового учета углерода могут помочь крупным потребителям увеличить использование низкоуглеродной энергии из сети.
Имея более точную информацию, потребители могут гибко изменять потребление в то время суток, когда электроэнергия в сети наиболее чистая. Эти данные также могут помочь потребителям решить, следует ли им инвестировать в крупномасштабные проекты по хранению энергии как наиболее экономичный способ достижения своих целей по выбросам углерода. Это связано с тем, что накопление энергии позволяет потребителям получать электроэнергию из сети в периоды с низким уровнем выбросов углерода и хранить ее для дальнейшего использования.
Стэнфордский университет, например, недавно электрифицировал свою систему отопления и охлаждения и добавил теплоаккумулятор, чтобы сократить выбросы до трети от пикового уровня 2014 года. Согласно исследованию, опубликованному ранее в этом месяце авторами этой статьи, используя накопители энергии для максимизации покупок электроэнергии во второй половине дня, когда в энергосистеме Калифорнии преобладает солнечная энергия, Стэнфорд может сократить выбросы от отопления и охлаждения еще на 40 процентов.
В документе отмечается, что анализ конкретных мест может предложить различные типы инвестиций в низкоуглеродные технологии и стратегии для других регионов. В Великобритании, например, углеродоемкость энергосистемы в ночное время в настоящее время ниже, а это означает, что различные типы инвестиций в возобновляемые источники энергии или модели потребления могут быть лучше.
В качестве альтернативы, передача электроэнергии на большие расстояния может также позволить организациям транспортировать низкоуглеродную электроэнергию в другие места, когда существует избыток предложения, и получать низкоуглеродную электроэнергию при минимальном объеме производства электроэнергии из возобновляемых источников.
«Необходим прозрачный, точный и содержательный учет углерода», – сказал Бенсон. «И если все будет сделано правильно, мы сможем сделать правильные инвестиции в возобновляемые источники энергии и создать более устойчивую сеть."