多种极端事件可以扰乱电力服务,包括飓风、地震、水灾、火灾,酷热、严寒和干旱。重大灾害会使成千上万的人在黑暗中。淘汰2月德州深度冻结40%的发电能力。

在此类事件中,影响区域可能备用。例如,在2月份停电在德克萨斯州,公用事业从水力发电在太平洋西北地区,天然气在东北,风在北部平原西南部和太阳能。

今天是不可能将电力无缝地从美国的一端到另一个。但在过去的十年里,国家实验室和大学的研究人员与工业工程师密切合作设计一个州际电力系统。和总统拜登的基础设施计划将朝这个方向分配数十亿美元建造高压输电线路,可以“更便宜,更清洁的电力到最需要的地方。”

我的工程研究专注于电力系统。爱荷华州立大学我们量化macrogrids可以带来的好处,美国这些大容量传输系统互连能源资源和电力需求高的地区,被称为负荷中心,在大的地理区域。国家公路系统电能

艾森豪威尔一直在思考国家州际高速公路系统几十年来,之前,他在1953年就任总统。艾森豪威尔认为,这样一个系统是“必要的防御,因为它是我们的国民经济和人身安全。”

国会同意了,通过了1956年的《联邦助建公路法案,该法案授权联邦政府支付90%的成本1140亿美元体系,与国家覆盖了休息。

艾森豪威尔是担心疏散城市在发生核战争。安全理由macrogrid关注极端事件,扰乱电网。和经济论证中心移动风能、太阳能和水力发电领域他们丰富的地区高功率需求。

今天,北美电网实际上是5个网格,也被称为互联。两个大的,东部和西部互联,覆盖大部分的48个州和加拿大的大片,而三个小网格服务德克萨斯州,阿拉斯加和魁北克省北部。每一个网格使用交流或交流,将电力从发电机给客户。

东部、西部和德克萨斯州互联是联系在一起的高压直流、直流线路,有可能他们之间传输能量。这些设施老化和只能传输少量的电之间的网格。把macrogrid的一个方法是作为一个覆盖,并美国现有的网格,使它更容易移动电源。

跨区域共享权力

总统拜登提出了全面行动,实现在美国清洁能源过渡,包括到2035年使电力无碳。这将需要增加很多新的可再生发电能力在未来15年。

风能和太阳能成本近年来大幅下降。今天新力量,大型风力或太阳能发电厂比电便宜现有煤电厂。然而,可再生能源只提供美国大约21%的电力。

macrogrid会减少新风能和太阳能电厂的发电成本也在两个方面。首先,它将使高质量的可再生能源——主要是中西部的风能和太阳能,南部沿海和潜在的加拿大水电供应负荷中心。便宜建立长距离传输系统能够将这种力量比生成从低质量,较弱的太阳能和风能资源接近城市。

第二,macrogrid将能够共享能源生产和网格服务之间的地区。这种策略利用时间差异由于时区和电力需求倾向于这一事实在一天中的某些时候达到顶峰,比如当人们在晚上到家。和白天电价上升和下降的需求。

例如,在下午3点。太平洋时间,西海岸电力需求相对较低,这意味着,电力的成本也低。西方电可以用来供应过剩需求在东海岸,这山峰每日同时与这3点。西海岸“低”,发生在下午6点。东部时间。四小时后,当西海岸达到7点。太平洋时间每日高峰,10点在东海岸,这将有额外的一代分享西。

能力共享还因为年度峰值功率需求发生在一年的不同时间不同的地区。每个区域需要获得足够的发电能力,以满足其年度高峰负荷,与一些保证金支付代失败。macrogrid将使地区分享多余的发电能力在本地的时候不需要。

这个策略提供了好处,即使年度高峰两个地区相差几天。当他们相差几周或几个月,可以大回报。例如,电力需求在太平洋西北地区典型的山峰在冬天,所以该地区可以借贷能力从西南地区和中西部,在需求高峰在夏天,反之亦然。

构建传输节省金钱

在2020年发表的一项研究,我与学术和行业的同事,我们表明,没有macrogrid成本超过2.2万亿美元从2024年到2038年开发和经营国家的电力系统,并在2038年实现50%的可再生能源发电。这包括增加600兆瓦的新发电能力的成本几乎完全将风能和太阳能;剩下的化石和核电站的运营成本;和建立新客户交流输电线路连接新的发电厂。

然而,我们计算,如果美国花了500亿美元发展macrogrid,发展和运营的长期总成本国家的电力系统,并在2038年实现50%的可再生电力将减少超过500亿美元。换句话说,通过跨地区和分享权力交付高质量的可再生能源从偏远地区到负荷中心,macrogrid将得到更为丰厚的回报。

一些观察人士可能会担心一个全国连接电网将比我们现有的系统更容易受到层叠停电。事实上,macrogrid会更可靠,因为直流提供增加网格控件功能通过其灵活的转换站。

行业领导者和清洁能源的拥护者呼吁美国坚持macrogrid发展。但北美落后世界上大多数发展中区际电线利用低成本的清洁能源。如果500亿美元看起来像一个大投资,考虑一下:这也是估计最低成本中断和能源价格上涨在德州深度冻结。

詹姆斯d·McCalley电气工程教授爱荷华州立大学

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