Чи можуть всі американські автомобілі працювати на вітровій енергії? Сувора правда
Ми перестаємо розглядати електрику як простий товар. Йдеться не лише про виробництво та споживання. Необхідно враховувати поведінку людей. Зверніть увагу на ваш стиль водіння. Врахуйте спосіб життя. Далі прийміть до уваги примхи вітру та погоди.
Тепер уявіть, що це змішується. Який баланс? Коли вітрова енергія справді виробляє електрику? Коли водії справді потребують його?
Якщо подумати про це уважно, ви можете зробити висновок, що ні.
Ви маєте рацію. Принаймні частково. Ідеальна відповідь залежить від багатьох змінних. Можливо, але малоймовірно, що одного разу відповідь може стати так.
Проблеми культурних змін
Проблема вітряних турбін більше не є проблемою попиту та пропозиції. Скоріше, це питання соціальних та культурних змін у звичках та способі мислення.
Перехід від миль на галон до кіловат-годин на милю – це не просто заміна паливного бака на акумулятор. Це зміна ваших звичок водіння. Це пов’язано зі звичками у подорожах. Навіть те, як ми думаємо про роботу та поїздки на роботу, змінюється.
Але навіть якщо ці культурні традиції зміняться, все одно буде нестача вітрової енергії.
Звичайно, ви також можете генерувати необхідну вам електроенергію. Але якщо є достатньо вітряних ферм. Тільки якщо є достатньо способів розподілу енергії. Що якщо, що якщо, що якщо.
Вітер – непостійне явище. Незважаючи на сучасні методи прогнозування, він залежить від сезону. Залежить від шторму. Він змінюється та змінюється. Набагато більше, ніж поведінка людини.
Портфель, а не панацея
Вітрова енергія для автомобілів може стати частиною суміші альтернативних джерел енергії. Ця комбінація одного разу може замінити традиційні вугільні, газові та нафтові електростанції.
Дізнайтеся, чому вітрова енергія не забезпечує енергією автомобільного парку країни. Але вона може бути одним із інструментів у ширшому енергетичному наборі інструментів. Цей набір інструментів чекає, щоб зробити США більш екологічною та енергоефективною країною.
Вітер непередбачуваний
Чому електромобілі не можуть працювати виключно на енергії вітру?
Ще до того, як термін «глобальне потепління» став загальновживаним, професор Массачусетського технологічного інституту Стівен Коннорс вивчав перетин альтернативної енергетики та традиційної генерації електроенергії. Його висновки щодо використання електромобілів у країні є неоднозначними. Не пов’язані з географією. Йдеться про час.
Людей непокоїть те, звідки беруться електрони. Їм слід би питати, коли автомобілю вони потрібні.
“Одна з великих проблем з електромобілями полягає в тому, що люди хочуть заряджати їх уночі”, – сказав Коннорс. Ця практика ідеально вписується у характеристики традиційної мережевої інфраструктури. Більшість електроенергії у США, як і раніше, виробляється на парових турбінах, що спалюють природний газ, вугілля та нафту. Такі електростанції не люблять простоювати. Це неефективно. Тому вони продовжують працювати усю ніч. Це створює величезний надлишок дешевої електроенергії тоді, коли попит мінімальний. Якщо тільки у вас немає електромобіля, який заряджається о 2 годині ночі. Тоді цей надлишок стає вашою знижкою.
Вітрова енергія не дбає про ваш розклад або годинник у вашій країні. Вона залежить від погодних умов. Ці умови можна передбачити лише певною мірою. І вони рідко збігаються із поведінкою людей.
“Існує величезний розрив між способом заряджання електромобілів і доступністю вітрової енергії”, – сказав Коннорс.
Сезони не збігаються
Вітру буває не завжди. Це циклічно. Найсильніші вітри дмуть у зимові місяці. Але наші звички зарядки не змінюються в залежності від сезону. Ми підключаємо автомобілі так само в липні, як у січні.
У цих сезонних тенденціях є добові коливання. Вони варіюються в регіонах. Пік вітрів в одному штаті може припадати на затишшя в іншому. Ці прямі тенденції визначають фактичний обсяг виробленої енергії. Вітер може доповнювати мережу. Ми не можемо бути єдиним постачальником електроенергії по всій країні.
“Цей сезонний компонент поки що не задовольняє потреби”, – сказав Коннорс.
Чи може тільки вітрова енергія забезпечити електромобілі?
Якщо подивитися на дані, відповідь – ні. Інфраструктура електричної мережі США побудована для базового навантаження, тобто стабільної та передбачуваної потужності. Вітер непостійний. Технології накопичення енергії все ще розвиваються, але величезні об’єми енергії, необхідні для зарядки мільйонів автомобілів уночі, коли вітер стихає, створюють дефіцит.
Електричних мереж потрібно більше, ніж просто вітер. Потрібен мікс. Пікові газові електростанції можуть збільшити вироблення електроенергії, коли вітер припиняється. Гідроенергетика могла б заповнити цю прогалину. Хоча сонячна енергія корисна вдень, вона вирішує проблему зарядки вночі.
Позиція Коннорсу є простою. Ми намагаємося вставити квадратний штир (сезонний, що залежить від погоди) в отвір (цілодобовий, що вимагає зарядки вночі).
Звідки береться енергія?
Місце має менше значення, ніж час. Вітряні ферми в Техасі можуть генерувати надлишок електроенергії у березні. Але якщо цю енергію не можна зберегти чи транспортувати тоді й туди, де вона потрібна, її буде втрачено. Мережа – це акт балансування. В даний час баланс занадто сильно зміщений у бік традиційних джерел, що працюють цілодобово.
Вітер є частиною рішення. Але вона не є всім рішенням.
Скільки насправді нам потрібно вітру?
Повна заміна традиційного виробництва електроенергії потребує рішень для накопичення енергії, яких поки що не існує у масштабах, необхідних для цього. Акумулятори вдосконалюються. Гідроакумулюючі електростанції існують, але вони обмежені географічно. За відсутності великих потужностей накопичення енергії вітрова енергія залишається допоміжним джерелом.
Дисбаланс між виробництвом та споживанням електроенергії є ключовою проблемою. Електромобілі заряджаються вночі. Вітер часто дме сильніше взимку. Літні дні тихі. Мережа
Чому одного вітру недостатньо для забезпечення енергією всієї Америки?
Переведення національного автопарку на чисту вітрову енергію — це, швидше, гіпотетична теоретична вправа, ніж логістичний план. Перша перешкода? Весь автопарк має стати електричним. Навіть такі лідери галузі як Коннорс сумніваються, що цей перехід буде повністю реалізований до 2050 року.
Але припустимо, що це відбувається. Цифри не брешуть.
Поточні дані показують, що американці використовують 400 млн. галонів бензину для щоденних поїздок. Щоб проїхати таку відстань, сучасним електромобілям потрібно близько 40 кіловат-годин (кВт·год) енергії. Це засноване на консервативному середньому показнику 15 миль на галон. При цьому ігноруються рельєф місцевості, аеродинаміка та вага автомобіля. Масштаб проблеми все одно залишається очевидним.
Щоб замінити добове споживання бензину, виробникам довелося б виробляти 16 трильйонів кіловат-годин електроенергії на день. Це астрономічна цифра.
Розглянемо ситуацію на одного водія. Транспортні засоби використовують близько 500 галонів на рік. При витраті 40 кВт·год на галон це становить 20 000 кВт·год на рік. Цього запасу вистачає на 10 тисяч миль поїздок на роботу. У 2006 році на дорогах США було 251 мільйон легкових автомобілів. Якщо скласти все разом, вийде неймовірний попит.
Однак у 2007 році загальне виробництво електроенергії у Сполучених Штатах перевищило 4 трильйони мегават-годин. Один мегават-година відповідає 1000 кіловат-годин, тому загальний обсяг пропозиції великий. Але справа не лише у вітрі. Не все виробляється із відновлюваних джерел.
Висновок неминучий. Лише вітряних турбін недостатньо для забезпечення електроенергією електромобілів країни. Щоб заповнити цю прогалину, енергосистема повинна містити відновлювані джерела енергії.
Де вітер вписується в енергетичний мікс
Отже, якщо вітер не може впоратися із цим завданням самостійно, яку ж роль він відіграє насправді? Він працює як доповнення до базового навантаження, а не як самостійне рішення.
Вітряні ферми найкраще працюють у районах зі стабільним та швидким потоком повітря. Найкращими місцями для цього є Середній Захід та Техас. Але вітер непостійний. Коли вітер стихає, автомобіль також перестає заряджатися.
Саме тому важливі накопичувачі енергії у мережі та гібридні системи на основі відновлюваних джерел. Енергія вітру має бути збалансована із сонячною, гідроенергією або геотермальною енергією. Без такого розмаїття енергосистема стає нестабільною у періоди безвітря.
Технології електромобілів постійно розвиваються. Щільність акумуляторів продовжує зростати. Інфраструктура зарядних станцій розширюється. Однак важливим є джерело енергії. Опора виключно на вітрову енергію ігнорує реальність стабільності виробництва енергії.
Стійке майбутнє автомобільної промисловості не буде забезпечене за допомогою срібної кулі. Воно прийде через складну та взаємопов’язану енергетичну мережу. Вітер — це важлива нитка у цьому павутинні. Але він не є всією тканиною цілком.
Сезонні зміни є важливими. Однак вітер, як і раніше, є чистим відновлюваним джерелом енергії, і немає необхідності чекати дозволів.
Існує два основних типи турбін. Горизонтальна вісь виглядає як гігантський пропелер. Вони домінують у рекламі. Вертикальні турбіни відрізняються. Вони нагадують сучасні скульптури. Або гігантський віночок для збивання яєць, устромлений у поле.
Обидві моделі використовують модифіковані аеродинамічні профілі. Вітер дме на них. Він стає рушійною силою. Турбіна обертається. Виробляє електрику.
Ця енергія може або доповнювати велику електричну мережу або захоплюватися і зберігатися.
Ця математика має дивну перевагу. Це не лінійна залежність. Коли виробництво електроенергії лінійне, один оборот генератора виробляє одну кіловат-годину. Але енергія вітру може досягати кубічної залежності. За достатньої сили вітру вона може виробляти 3 кіловат-години енергії за один оборот. Це кубічний зв’язок. Більше швидкості – експоненційно більше потужності.
Незважаючи на ці фізичні переваги, вітряних ферм ще недостатньо. Кількість вітряних турбін все ще відносно невелика.
Дослідник енергетики з Массачусетського технологічного інституту (MIT) Стівен Коннорс вважає, що енергія вітру — це ще один шматочок головоломки. Він не очікує, що вона справлятиметься з основним навантаженням поодинці. Цей план включає набагато більший пакет. Геотермальна енергія. Гідроенергія. Сонячна енергія. Біомаса.
Ядерна енергія часто додається до цього списку. Безвуглецева. Підходить до профілю.
Ця комбінація енергії має розвиватися разом з іншими. електромобілі. І технологіями, що їх підтримують. Особливо «розумними» мережами. Ця мережа перенаправляє надмірну електроенергію. Отримує енергію там, де вона найпотрібніша. Розрахунки попиту реальному часі спрямовують ці зміни.
Але коли автомобілі справді наздоженуть цей прогрес?
Коннорс дивиться на 2050 рік. Принаймні це правда. Це його термін ідеального світу. Це визначення ідеального світу. Регулювання уряду є послідовним. Політика працює. Суспільна думка змінюється одночасно. Шлях у обіцяну землю пройшов гладко.
“Це трапляється рідко”, – сказав він.
Гібриди є добрим прикладом для вивчення. Toyota Prius вийшла на ринок США близько 10 років тому. То справді був перший комерційно життєздатний варіант. Тепер, понад десять років, вони стають звичайним варіантом вибору автомобіля.
Автомобільний парк оновлюється повільно. Потрібно від 15 до 20 років, перш ніж Китай повністю відмовиться від використання старих моделей. Замінить їх на нові. Електромобілі ще є комерційно життєздатними чи цілком прийнятими.
2050 – це ідеальна дата. Малоймовірно.
Прямо зараз вітер рухатиме більше дерев, аніж автомобілів. Але це може змінитись. У далекому майбутньому.
Для отримання додаткової інформації про відновлювані джерела енергії слідуйте за посиланнями на наступній сторінці.
Детальна інформація
Статті HowStuffWorks по темі
-
Як працюють гідроелектростанції
-
Як працює ядерна енергія
-
Як працюють електричні мережі
-
Як працюють сонячні елементи
-
Як працює енергія вітру
-
Як працюють зарядні пристрої для вітряних турбін
-
Як працює геотермальна енергія
-
Як працюють батареї електромобілів
Додаткові корисні посилання
-
Американська асоціація вітроенергетики
-
Міністерство енергетики США
-
Управління енергетичної інформації США
Джерела
– Американська асоціація вітроенергетики. (23 черв. 2010) http://www.awea.org/
- Коннорс, Стівен. Професор у Массачусетському технологічному інституті. Особисте інтерв’ю. Проведено 19 листопада 2009 року.
– Міністерство енергетики США. (23 черв. 2010) http://www.energy.gov/
- Управління енергетичної інформації США. (23 черв. 2010) http://www.eia.doe.gov/
