Idara ya Maji na Nguvu ya Pine Tree ya Shamba la Maji ya Pine na Kiwanda cha Umeme wa Jua huko Tehachapi, Calif., Maili 115 kutoka LA. Irfan Khan / Los Angeles Times kupitia Picha za Getty
Aina nyingi za hafla mbaya zinaweza kuvuruga huduma ya umeme, pamoja na vimbunga, matetemeko ya ardhi, mafuriko, moto wa mwituni, joto kali, baridi kali na ukame uliopanuliwa. Maafa makubwa yanaweza kuwaacha maelfu ya watu gizani. Ganda la kufungia la Texas mnamo Februari liligongwa 40% ya uwezo wa umeme wa serikali.
Wakati wa hafla kama hizo, maeneo ambayo hayajaathiriwa yanaweza kuwa na nguvu za kuokoa. Kwa mfano, wakati wa kuzimika kwa umeme mnamo Februari huko Texas, huduma zilikuwa zikizalisha umeme kutoka kwa umeme wa maji katika Pasifiki ya Kaskazini Magharibi, gesi asilia Kaskazini Mashariki, upepo kwenye Milima ya kaskazini na nguvu ya jua Kusini Magharibi.
Leo haiwezekani kusonga umeme bila mshono kutoka upande mmoja wa Merika kwenda upande mwingine. Lakini kwa muongo mmoja uliopita, watafiti katika maabara za kitaifa na vyuo vikuu wamekuwa wakifanya kazi kwa karibu na wahandisi wa tasnia kubuni mfumo wa umeme wa nje ambao unaweza. Na Mpango wa Rais Biden wa miundombinu ingesonga upande huu kwa kutenga mabilioni ya dola ili kujenga njia za kusafirisha umeme zenye kiwango cha juu ambazo zinaweza "kuhamisha umeme wa bei rahisi, safi kwenda mahali inahitajika zaidi."
My utafiti wa uhandisi inazingatia mifumo ya umeme. Katika Chuo Kikuu cha Jimbo la Iowa tumefanya kazi kuhesabia faida ambazo macrogrids inaweza kuleta kwa Amerika Mifumo hii ya usambazaji wa uwezo mkubwa inaunganisha rasilimali za nishati na maeneo ya mahitaji makubwa ya umeme, inayojulikana kama vituo vya kupakia, katika maeneo makubwa ya jiografia.
Gridi ya umeme inahamisha nguvu kutoka kwa jenereta, ambazo mara nyingi ziko mbali na vituo vya idadi ya watu, kwenda kwa wateja wa nishati.
Mfumo wa kitaifa wa barabara kuu ya umeme
Dwight Eisenhower alikuwa akifikiria juu ya mfumo wa kitaifa wa barabara kuu kwa miongo kabla ya kuapishwa kama rais mnamo 1953. Eisenhower alisema kwamba mfumo kama huo "ulikuwa muhimu kwa ulinzi kama ilivyo kwa wetu uchumi wa kitaifa na usalama wa kibinafsi".
Congress ilikubali na kupitisha Sheria ya Barabara Kuu ya Misaada ya 1956, ambayo iliidhinisha serikali ya shirikisho kulipa 90% ya gharama ya mfumo huu wa Dola za Kimarekani bilioni 114, na serikali zikihusu zilizosalia.
Eisenhower alikuwa na wasiwasi juu ya kuhamisha miji katika tukio la vita vya nyuklia. Hoja ya usalama ya macrogrid inazingatia hafla kali ambazo zinaharibu gridi ya umeme. Na hoja ya uchumi inazingatia upepo wa kusonga, nishati ya jua na umeme wa maji kutoka maeneo ambayo ni mengi hadi maeneo yenye mahitaji makubwa ya umeme.
Leo gridi ya umeme ya Amerika Kaskazini ni kweli gridi tano, pia inajulikana kama unganisho. Mbili kubwa, Ushirikiano wa Mashariki na Magharibi, hufunika zaidi ya majimbo 48 ya chini na barabara kubwa za Canada, wakati gridi tatu ndogo zinahudumia Texas, Alaska na Quebec ya kaskazini. Kila moja ya gridi hizi hutumia kubadilisha sasa, au AC, kuhamisha umeme kutoka kwa jenereta kwenda kwa wateja.
Viunganishi vya Mashariki, Magharibi na Texas vinaunganishwa na high-voltage moja kwa moja sasa, au HVDC, mistari inayowezesha kupitisha nguvu kati yao. Vifaa hivi ni vya kuzeeka na inaweza tu kuhamisha idadi ndogo ya umeme kati ya gridi. Njia moja ya kufikiria macrogrid ni kama kufunika ambayo huunganisha gridi za Amerika zilizopo na inafanya iwe rahisi kusonga nguvu kati yao.
Macrogrid inayowezekana ya Amerika inayounganisha gridi za Mashariki, Magharibi na Texas na kuunganisha kwenye shamba za upepo za pwani. James McCalley, CC BY-ND
Kugawana nguvu katika mikoa yote
Rais Biden amependekeza hatua kubwa ya kufanikisha mabadiliko ya nishati safi huko Merika, pamoja kutengeneza nguvu ya umeme bila kaboni na 2035. Hii itahitaji kuongeza uwezo mpya mpya wa kuzalisha zaidi kwa miaka 15 ijayo.
Gharama za upepo na jua zimeshuka sana katika miaka ya hivi karibuni. Leo nguvu kutoka kwa mimea mpya, mikubwa ya upepo au mimea ya jua ni rahisi kuliko umeme kutoka mimea ya makaa ya mawe iliyopo. Walakini, mbadala zinaweza kutoa tu karibu 21% ya umeme wa Merika.
Macrogrid itapunguza gharama ya umeme kutoka kwa mimea mpya ya upepo na jua kwa njia mbili. Kwanza, ingewezesha nguvu inayoweza kurejeshwa ya hali ya juu - haswa upepo wa Magharibi na jua ya Kusini, na umeme wa umeme wa Canada - kusambaza vituo vya kupakia pwani. Ni bei rahisi kujenga mifumo ya usambazaji ambayo inaweza kusonga nguvu hii kwa umbali mrefu kuliko kuizalisha kutoka kwa rasilimali za jua zenye kiwango cha chini, dhaifu na upepo karibu na miji.
Pili, macrogrid ingefanya uwezekano wa kushiriki uzalishaji wa nishati na huduma za gridi kati ya mikoa. Mkakati huu unachukua faida ya utofauti wa wakati kwa sababu ya ukanda wa muda na ukweli kwamba mahitaji ya umeme huwa kilele katika nyakati fulani za siku, kama vile watu wanapofika nyumbani jioni. Na bei za umeme hupanda na kushuka wakati wa mchana na mahitaji.
Kwa mfano, saa 3 jioni Saa za Pasifiki, mahitaji ya umeme ni duni kwa Pwani ya Magharibi, ambayo inamaanisha kuwa gharama ya umeme huo pia ni ndogo. Umeme wa ziada wa Magharibi unaweza kutumiwa kusambaza mahitaji kwenye Pwani ya Mashariki, ambayo huongezeka kila siku wakati huo huo na hii saa 3 jioni pwani ya Magharibi "chini" ambayo hufanyika saa 6 jioni kwa saa za Mashariki. Masaa manne baadaye, wakati Pwani ya Magharibi inapigiza saa 7:10 za Saa za Pasifiki kila siku, ingekuwa saa XNUMX jioni kwenye Pwani ya Mashariki, ambayo ingekuwa na kizazi cha ziada kushiriki magharibi.
Kushiriki kwa uwezo pia kunafanya kazi kwa sababu mahitaji ya nguvu ya kilele ya kila mwaka hufanyika kwa nyakati tofauti za mwaka kwa mikoa tofauti. Kila mkoa unahitajika kupata uwezo wa kutosha wa kizazi ili kukidhi kiwango chake cha juu cha kila mwaka, na margin kadhaa kufunika kufeli kwa kizazi. Macrogrid itawezesha mikoa kushiriki uwezo wa ziada wa uzalishaji wakati hauhitajiki mahali hapa.
Mkakati huu hutoa faida hata wakati kilele cha kila mwaka katika mikoa miwili kinatofautiana kwa siku chache tu. Wakati zinatofautiana kwa wiki au miezi, malipo yanaweza kuwa makubwa. Kwa mfano, mahitaji ya nguvu katika Pasifiki ya Magharibi magharibi kawaida hupanda msimu wa baridi, kwa hivyo mkoa unaweza kukopa uwezo kutoka Kusini Magharibi na Midwest, ambapo mahitaji ya kilele katika msimu wa joto, na kinyume chake.
Uhamisho wa jengo huokoa pesa
Katika utafiti ambao nilichapisha mnamo 2020 na wenzangu wa kielimu na wa tasnia, tulionyesha kuwa bila macrogrid ingegharimu zaidi ya $ 2.2 trilioni kutoka 2024 hadi 2038 kukuza na kuendesha mfumo wa umeme wa taifa na kufikia 50% ya uzalishaji wa umeme mbadala mnamo 2038. Hii ni pamoja na gharama za kuongeza gigawati 600 za uwezo mpya wa kuzalisha ambayo itakuwa karibu kabisa na upepo na jua; gharama za uendeshaji kwa mabaki ya mimea na nguvu za nyuklia; na kujenga laini mpya za usafirishaji wa AC kuunganisha mitambo mpya ya umeme kwa wateja.
Walakini, tulihesabu kuwa ikiwa Amerika itatumia dola bilioni 50 kukuza macrogrid, jumla ya gharama ya muda mrefu ya kuendeleza na kuendesha mfumo wa umeme wa taifa na kufikia 50% ya umeme mbadala katika 2038 itapungua kwa zaidi ya $ 50 bilioni. Kwa maneno mengine, kwa kuwezesha kugawana nguvu katika mikoa yote na kutoa umeme wa hali ya juu unaoweza kurejeshwa kutoka maeneo ya mbali kupakia vituo, macrogrid ingejilipia yenyewe.
Watazamaji wengine wanaweza kuwa na wasiwasi kwamba gridi ya taifa iliyounganishwa itakuwa hatari zaidi kwa kuzima umeme kuliko mfumo wetu uliopo. Kwa kweli, macrogrid kweli inaweza kuaminika zaidi kwa sababu HVDC hutoa uwezo wa kudhibiti gridi kupitia vituo vyake vya kubadilisha fedha.
Viongozi wa tasnia na mawakili wa nishati safi wanatoa wito kwa Merika kufuata maendeleo ya macrogrid. Lakini Amerika ya Kaskazini iko kubaki nyuma wengi wa ulimwengu katika kukuza njia za umeme za kati ili kugonga rasilimali za nishati safi zenye gharama nafuu. Na ikiwa $ 50 bilioni inaonekana kama uwekezaji mkubwa, fikiria hii: Pia ni inakadiriwa gharama ya chini ya kukatika na spikes za bei ya nishati wakati wa kufungia kwa kina Texas.
Kuhusu Mwandishi
James D. McCalley, Profesa wa Uhandisi wa Umeme, Iowa State University
Vitabu kuhusiana
Upungufu: Mpango wa Kisiasa Zaidi Uliopendekezwa Kugeuza Upepo wa Ulimwenguni
na Paul Hawken na Tom Steyer
Katika uso wa hofu na upendeleo usioenea, muungano wa kimataifa wa watafiti, wataalamu, na wanasayansi wamekusanyika ili kutoa suluhisho la ufumbuzi wa hali ya hewa na kweli. Mbinu na mazoea mia moja huelezea hapa-baadhi yanajulikana; baadhi huenda haujawahi kusikia. Zinatoka kutoka nishati safi ili kuwaelimisha wasichana katika nchi za kipato cha chini kwa njia za matumizi ya ardhi ambayo huvuta kaboni nje ya hewa. Ufumbuzi unawepo, ni wa kiuchumi unaofaa, na jamii duniani kote sasa huwafanya kwa ustadi na uamuzi. Inapatikana kwenye Amazon
Kuunda Solutions ya Hali ya Hewa: Mwongozo wa Sera kwa Nishati ya Chini ya Carbon
na Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Pamoja na athari za mabadiliko ya hali ya hewa tayari juu yetu, hitaji la kupunguza uzalishaji wa gesi chafu sio tu chini ya haraka. Ni changamoto kubwa, lakini teknolojia na mikakati ya kuikabili ipo leo. Seti ndogo ya sera za nishati, iliyoundwa na kutekelezwa vizuri, inaweza kutuweka kwenye njia ya maisha ya chini ya kaboni. Mifumo ya nishati ni kubwa na ngumu, kwa hivyo sera ya nishati lazima izingatiwe na gharama nafuu. Mbinu za ukubwa mmoja hazitakamilisha kazi. Watunga sera wanahitaji rasilimali iliyo wazi, kamili inayoelezea sera za nishati ambazo zitakuwa na athari kubwa kwa hali yetu ya hewa ya hali ya hewa, na inaelezea jinsi ya kuunda sera hizi vizuri. Inapatikana kwenye Amazon
Hii Mabadiliko Kila kitu: Capitalism vs Hali ya Hewa
na Naomi Klein
In Hii Mabadiliko Kila kitu Naomi Klein anasema kwamba mabadiliko ya hali ya hewa sio suala jingine tu linalofaa kati ya kodi na huduma za afya. Ni alarm ambayo inatuita sisi kurekebisha mfumo wa kiuchumi ambao tayari hutuvunja kwa njia nyingi. Klein hujenga jinsi ya kupunguza kasi ya uzalishaji wetu wa chafu ni fursa nzuri zaidi kwa wakati huo huo kupunguza kupunguza kutofautiana, kufikiri tena demokrasia zetu zilizovunjika, na kujenga upya uchumi wetu wa ndani. Anafunua kukata tamaa ya kiitikadi ya wasioko wa mabadiliko ya hali ya hewa, udanganyifu wa Kiislamu wa wasiokuwa geoengineers, na kushindwa kwa kutisha kwa mipango mingi ya kijani. Na anaonyesha kwa nini soko haliwezi-na haiwezi kurekebisha mgogoro wa hali ya hewa lakini badala yake hufanya mambo kuwa mabaya zaidi, na njia za uchimbaji wa uharibifu wa mazingira, na uhamasishaji mkubwa wa maafa. Inapatikana kwenye Amazon
Kutoka kwa Mchapishaji:
Ununuzi kwenye Amazon huenda ukapoteza gharama ya kukuleta InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, na Hali ya hewaImpactNews.com bila gharama na bila watangazaji ambao wanafuatilia tabia zako za kuvinjari. Hata kama wewe bonyeza kiungo lakini usiupe bidhaa hizi zilizochaguliwa, kitu kingine chochote unachotumia katika ziara hiyo hiyo kwenye Amazon hutupa tume ndogo. Hakuna gharama ya ziada kwako, kwa hiyo tafadhali shiriki katika jitihada. Unaweza pia tumia kiungo hiki kutumia Amazon wakati wowote ili uweze kusaidia kusaidia jitihada zetu.
Makala hii imechapishwa tena kutoka Mazungumzo chini ya leseni ya Creative Commons. Soma awali ya makala.
