Přestáváme pohlížet na elektřinu jako na jednoduchou komoditu. Není to jen o výrobě a spotřebě. Je třeba brát ohled na chování lidí. Vezměte v úvahu svůj styl jízdy. Zvažte životní styl. Dále vezměte v úvahu rozmary větru a počasí.
Nyní si představte, že se to všechno mísí dohromady. Jaký je zůstatek? Kdy vlastně větrná energie vyrábí elektřinu? Kdy to řidiči opravdu potřebují?
Pokud se nad tím důkladně zamyslíte, možná dojdete k závěru, že ne.
Máš pravdu. Alespoň částečně. Ideální odpověď závisí na mnoha proměnných. Je možné, ale nepravděpodobné, že odpověď jednoho dne bude „ano“.
Výzvy kulturních změn
Problém s větrnými turbínami již není problémem nabídky a poptávky. Spíše jde o sociální a kulturní změny ve zvycích a způsobech myšlení.
Přechod z mil na galon na kilowatthodiny na míli není jen o výměně palivové nádrže za baterii. Jde o to změnit své řidičské návyky. Je to dáno cestovatelskými zvyklostmi. Mění se i způsob, jakým přemýšlíme o práci a dojíždění.
Ale i když se tyto kulturní tradice změní, větrné energie bude stále nedostatek.
Samozřejmě si můžete vyrobit i elektřinu, kterou potřebujete. Ovšem pouze v případě, že bude dostatek větrných elektráren. Pouze pokud existuje dostatek způsobů distribuce energie. Co kdyby, co kdyby, co kdyby.
Vítr je vrtkavý jev. Navzdory moderním metodám předpovědi záleží na ročním období. Záleží na bouřce. Mění se a mění. Mnohem víc než lidské chování.
Aktovka, ne všelék
Větrná energie pro automobily by mohla být součástí alternativního energetického mixu. Tato kombinace by jednou mohla nahradit tradiční uhelné, plynové a ropné elektrárny.
Zjistěte, proč větrná energie nepohání národní vozový park. Může však sloužit jako jeden nástroj v širší sadě energetických nástrojů. Tato sada nástrojů čeká na to, aby se USA staly zelenější a energeticky účinnější zemí.
Vítr je nepředvídatelný
Ještě předtím, než se pojem „globální oteplování“ stal běžným pojmem, profesor MIT Stephen Connors studoval průnik alternativní energie a tradiční výroby elektřiny. Její poznatky o používání elektrických vozidel v zemi jsou smíšené. To nemá nic společného s geografií. Je na čase.
Lidé se zajímají o to, odkud elektrony pocházejí. Měli by se zeptat, kdy je auto potřebuje.
„Jedním z velkých problémů elektrických vozidel je to, že je lidé chtějí nabíjet v noci,“ řekl Connors. Tato praxe dokonale zapadá do charakteristik tradiční síťové infrastruktury. Většina elektřiny ve Spojených státech je stále vyráběna parními turbínami spalujícími zemní plyn, uhlí a ropu. Takové elektrárny nerady zahálejí. Je to neúčinné. Takže pokračují v práci celou noc. Vzniká tak obrovský přebytek levné elektřiny v době, kdy je poptávka minimální. Pokud nemáte elektromobil, který se nabíjí ve 2 hodiny ráno. Pak se tento přebytek stane vaší slevou.
Větrná energie se nestará o váš rozvrh nebo hodiny ve vaší zemi. Záleží na povětrnostních podmínkách. Tyto podmínky lze předvídat jen do určité míry. A zřídka se shodují s lidským chováním.
„Mezi způsobem nabíjení elektrických vozidel a dostupností větrné energie je obrovský rozdíl,“ řekl Connors.
Roční období se neshodují
Ne vždy je vítr. Je to cyklické. Nejsilnější vítr fouká v zimních měsících. Ale naše nabíjecí návyky se s ročním obdobím nemění. Auta připojujeme stejně v červenci jako v lednu.
V těchto sezónních trendech existují denní variace. Liší se podle regionu. Špičkový vítr v jednom státě se může objevit během klidu v jiném. Tyto dopředné trendy určují skutečné množství vyrobené energie. Vítr může doplnit síť. Nemůžeme být jediným dodavatelem energie pro elektrická vozidla v celé zemi.
“Tato sezónní složka zatím neuspokojuje potřebu,” řekl Connors.
Může samotná větrná energie pohánět elektrická vozidla?
Pokud se podíváte na data, odpověď je ne. Infrastruktura elektrické sítě v USA je postavena pro základní zatížení, což je stabilní a předvídatelný výkon. Vítr je vrtkavý. Technologie skladování energie se stále vyvíjejí, ale obrovské množství energie potřebné k nabíjení milionů aut v noci, když vítr utichne, způsobuje její nedostatek.
Elektrické sítě potřebují víc než jen vítr. Potřebujete mix. Plynové špičkové elektrárny mohou zvýšit produkci elektřiny, když vítr ustane. Vodní energie by mohla tuto mezeru vyplnit. Sluneční energie je sice užitečná přes den, ale neřeší problém nočního nabíjení.
Connorsova pozice je jednoduchá. Snažíme se nasadit čtvercový kolík (sezónní, závislý na počasí) do kulatého otvoru (24/7, vyžadující nabíjení v noci).
Odkud se bere energie?
Místo záleží méně než čas. Větrné farmy v Texasu by mohly v březnu vyrábět přebytečnou energii. Pokud však tato energie nemůže být uložena nebo transportována, kdy a kde je potřeba, bude ztracena. Networking je balancování. V současné době je rovnováha příliš vychýlena směrem k tradičním zdrojům 24/7.
Vítr je součástí řešení. Ale to není celé řešení.
Kolik větru skutečně potřebujeme?
Úplná náhrada tradiční výroby elektřiny vyžaduje řešení pro skladování energie, která dosud neexistují v rozsahu, který je k tomu zapotřebí. Baterie se zlepšují. Přečerpávací elektrárny existují, ale jsou geograficky omezené. Při absenci velkých energetických skladovacích kapacit zůstává větrná energie pomocným zdrojem.
Klíčovým problémem je nerovnováha mezi výrobou a spotřebou elektřiny. Elektromobily se v noci nabíjejí. V zimě často fouká silnější vítr. Letní dny jsou tiché. Síť
Proč vítr sám o sobě nestačí k pohonu celé Ameriky?
Přeměna národního vozového parku na čistou větrnou energii je spíše hypotetickým teoretickým cvičením než logistickým plánem. První překážka? Celá flotila se musí stát elektrickou. Dokonce i lídři v oboru jako Connors pochybují, že přechod bude plně realizován do roku 2050.
Ale předpokládejme, že se tak stane. Čísla nelžou.
Současná data ukazují, že Američané spotřebují 400 milionů galonů benzínu na každodenní cestování. K ujetí této vzdálenosti potřebují moderní elektrická vozidla asi 40 kilowatthodin (kWh) energie. To je založeno na konzervativním průměru 15 mpg. To ignoruje terén, aerodynamiku a hmotnost vozu. Rozsah problému je stále zřejmý.
Aby výrobci nahradili denní spotřebu benzinu, museli by vyrobit 16 bilionů kilowatthodin elektřiny denně. Toto je astronomický údaj.
Uvažujme situaci pro jednoho řidiče. Vozidla spotřebují asi 500 galonů ročně. Při 40 kWh na galon je to 20 000 kWh za rok. Tato rezerva vystačí na 10 000 mil dojíždění. V roce 2006 bylo na amerických silnicích 251 milionů osobních vozidel. Když to všechno sečtete, celková poptávka je neuvěřitelná.
V roce 2007 však celková výroba elektřiny ve Spojených státech přesáhla 4 biliony megawatthodin. Jedna megawatthodina se rovná 1000 kilowatthodinám, takže celková zásoba je velká. Ale není to jen o větru. Ne vše pochází z obnovitelných zdrojů.
Závěr je nevyhnutelný. Samotné větrné turbíny k pohonu elektrických vozidel v zemi nestačí. K zaplnění této mezery musí energetický systém zahrnovat obnovitelné zdroje energie.
Kde vítr zapadá do energetického mixu
Pokud tedy vítr nezvládne tuto práci sám, jakou roli ve skutečnosti hraje? Funguje spíše jako doplněk k základnímu zatížení než jako samostatné řešení.
Větrné elektrárny fungují nejlépe v oblastech se stabilním a rychlým prouděním vzduchu. Nejlepšími místy jsou Středozápad a Texas. Ale vítr je vrtkavý. Když vítr utichne, auto se také přestane nabíjet.
To je důvod, proč jsou důležité systémy skladování energie v síti a obnovitelné hybridní systémy. Větrná energie musí být vyvážena solární, vodní nebo geotermální energií. Bez takové rozmanitosti se energetický systém během období klidu stává nestabilním.
Technologie elektrických vozidel se neustále vyvíjí. Hustota baterií se stále zvyšuje. Infrastruktura dobíjecích stanic se rozšiřuje. Důležitý je však zdroj energie. Spoléhat se pouze na větrnou energii ignoruje realitu udržitelné výroby energie.
Udržitelné budoucnosti automobilového průmyslu nelze dosáhnout stříbrnou kulkou. Bude procházet složitou a propojenou energetickou sítí. Vítr je v tomto webu důležitým vláknem. Ale není to celá látka.
Důležité jsou sezónní změny. Vítr je však stále čistý, obnovitelný zdroj energie a není třeba čekat na povolení.
Existují dva hlavní typy turbín. Vodorovná osa vypadá jako obří vrtule. Dominují reklamě. Vertikální turbíny jsou různé. Připomínají moderní sochy. Nebo obří šlehač vajec uvíznutý v poli.
Oba modely využívají upravené aerodynamické profily. Vítr na ně fouká. Stává se hnacím motorem. Turbína se otáčí. Vyrábí elektřinu.
Tato energie může buď doplňovat větší elektrickou síť, nebo být zachycena a uložena.
Tato matematika má zvláštní výhodu. Nejedná se o lineární vztah. Když je výroba elektřiny lineární, jedna otáčka generátoru vyrobí jednu kilowatthodinu. Ale větrná energie může dosáhnout kubické závislosti. Při dostatečné síle větru dokáže vyrobit 3 kilowatthodiny energie na otáčku. Toto je kubický vztah. Vyšší rychlost rovná se exponenciálně větší výkon.
Navzdory těmto fyzickým výhodám větrné elektrárny stále nestačí. Počet větrných turbín je stále relativně malý.
Výzkumník energetiky z Massachusetts Institute of Technology (MIT) Stephen Connors říká, že větrná energie je jen dalším kouskem skládačky. Nečeká, že hlavní nápor pracovní zátěže zvládne sama. Tento plán obsahuje mnohem větší balíček. Geotermální energie. Vodní energie. Solární energie. Biomasa.
Na tento seznam se často přidává také jaderná energie. Bez uhlíku. Vyhovuje profilu.
Tato kombinace energie se musí vyvíjet s ostatními. elektromobily. A technologie, které je podporují. Zejména chytré sítě. Tato síť přesměrovává přebytečnou elektřinu. Přijímá energii tam, kde je nejvíce potřeba. Tyto změny řídí výpočty poptávky v reálném čase.
Kdy to ale auta opravdu doženou?
Connors se dívá do roku 2050. Alespoň je to pravda. Toto je jeho termín pro ideální svět. To je jeho definice ideálního světa. Nařízení vlády je konzistentní. Politika funguje. Veřejné mínění se zároveň mění. Cesta do země zaslíbené proběhla hladce.
“To se stává zřídka,” řekl.
Hybridy jsou dobrým příkladem ke studiu. Toyota Prius vstoupila na americký trh zhruba před 10 lety. To byla první komerčně životaschopná možnost. Nyní, o více než deset let později, se stávají běžnou volbou automobilů.
Parkoviště se pomalu obnovuje. Bude trvat 15 až 20 let, než Čína úplně vyřadí starší modely. Nahradí je novými. Elektromobily zatím nejsou komerčně životaschopné nebo plně akceptované.
2050 je ideální datum. Nepravděpodobné.
Právě teď vítr pohne více stromy než auty. Ale to se může změnit. V daleké budoucnosti.
Další informace o obnovitelné energii naleznete na odkazech na další stránce.
Podrobnosti
Související články HowStuffWorks
-
Jak fungují vodní elektrárny?
-
Jak funguje jaderná energie?
-
Jak fungují elektrické sítě
-
Jak fungují solární články
-
Jak funguje větrná energie
-
Jak fungují nabíječky větrných turbín
-
Jak funguje geotermální energie
-
Jak fungují baterie pro elektromobily?
Další užitečné odkazy
-
Americká asociace pro větrnou energii
-
Ministerstvo energetiky USA
-
US Energy Information Administration
Zdroje
-
Americká asociace pro větrnou energii. (23. června 2010) http://www.awea.org/
-
Connorsi, Stephene. Profesor na Massachusetts Institute of Technology. Osobní pohovor. Provedeno 19. listopadu 2009.
-
Ministerstvo energetiky USA. (23. června 2010) http://www.energy.gov/
-
US Energy Information Administration. (23. června 2010) http://www.eia.doe.gov/
