Sol och vind konkurrerar med kolkraftverk när det gäller energilagringssystem. AP Photo / Mel Evans

Kolfri energi: Blir svaret i vinden? Kanske, men vinden blåser inte alltid, inte heller lyser solen alltid. Den energi som alstras av vindkraft och solenergi är intermittent, vilket betyder att den genererade elen går upp och ner i enlighet med vädret.

Men utsignalen från elnätet måste kunna styras för att matcha den andra efterfrågan från konsumenterna. Så intermittensen av vindkraft och solenergi är en operativ utmaning för elsystemet.

Energilagring är en allmänt känd lösning på problemet med intermittent förnybar energi. Tanken är att lagring laddas upp när vinden blåser, eller solen skiner, sedan släpper ut senare när energin behövs. Lagring för gallret kan vara a kemiskt batteri som de vi använder i elektroniska enheter, men det kan också ha formen av pumpar vatten uppför en kulle till en behållare och generera el när den släpper ner eller lagrar och tömmer komprimerad luft i en underjordisk grotta.

Den mest använda energilagringen på elnätet pumpar vatten upp och sedan släpper det vid höga timmar för att driva en kraftsturbin. Vattenfall, CC BY-NC-ND

Motiverad med en uppfattning om att lagring är en "grön" teknik, främjar regeringarna i allt större utsträckning och distribuerad energilagring. Till exempel undertecknade New York Gov. Andrew Cuomo i november 2017 en proposition om mandat mål för lagring av 2030. Andra stater med liknande politik är Oregon, Massachusetts, Kalifornien och Maryland. Företag som Tesla har också varit branding lagringssystem som ren teknik.

Men gör stora lagringssystem lägre utsläpp i våra nuvarande nät? I en färsk studie, vi fann att detta inte nödvändigtvis är fallet - en återspegling av hur komplicerat elsystemet kan vara.

Kolens roll

Eftersom lagring kan möjliggöra förnybara energikällor för att möta förändrad efterfrågan, antar vi ofta att tekniken är i sig grön - det vill säga genom att lägga till förvaring och förnybar energi i nätet minskar vi utsläppen av växthusgaser. Det liknar att man märker att datorer kan ge utbildnings- och produktivitetsfördelar, och sedan antar att allt som en person gör på en dator är pedagogisk eller produktiv. För både energilagring och datorer beror det på hur du använder den.

I vår analys fann vi att lägga till lagringsburk, för vissa nät, ökar koldioxidutsläppen. Medan det inte är förståeligt vid första anblicken, är detta resultat meningsfullt när man tänker på hur elnätet drivs. I stort sett fungerar hela USA-nätet som en uppsättning regionala delnät som täcker USA som ett lapptäcke.

Tesla VD Elon Musk presenterar bolagets batteri för elnätet i 2015. AP Foto / Ringo HW Chiu

Energilagring har inga rökställningsemissioner som kol eller naturgaskraftverk. Men ny lagring påverkar driften av andra kraftverk i nätet, vilket resulterar i en ökning eller minskning av koldioxidutsläppen beroende på vilken typ av kraftverk som levererar el för den regionen.

I de flesta fall arbetar lagringssystem i USA för att maximera vinsten. För att göra detta köper lagring "lågt och säljer högt." El är typiskt billigt på natten när efterfrågan är låg och dyrare på dagtid, särskilt när människor kommer hem från jobbet och slår på en massa apparater. Så lagringssystemoperatörer tenderar att köpa på natten och sälja under dagen. Lagringens nettoeffekt på utsläpp beror därför på vilken typ av generatorer som används för att möta den nya efterfrågan på natten mot dagen.

I nät med mycket kolkraft - Midwestern, Western och Southern states lita starkt på kol - Kolanläggningarna brukar användas för att möta små förändringar i efterfrågan på natten. Naturgasväxter tenderar att fungera under dagen för att möta topp efterfrågan. I dessa elnät tenderar lagring att ladda upp med kolkraft på natten och förskjuta naturgaskraft under dagen.

Kolkraft är en smutsigare källa till el än naturgas, med cirka två gånger koldioxidutsläppen för varje producerad elprodukt. Därför, på platser där nytt lagringsutrymme innebär mer kol och mindre naturgasproduktion kommer lagring att öka de totala koldioxidutsläppen från nätet.

I Mellanvästern fann vi att lägga till en lagringskapacitet på 3-gigawattar, tillräckligt med ström för att leverera ungefär 500,000 US-hem, höjer koldioxidutsläpp som motsvarar att lägga till 6,700-bilar per år på vägen. Och eftersom mer lagring läggs till ökar koldioxidutsläppen.

Å andra sidan fann vi att i New York, en stat med mycket liten kolkraft, lägger lagring minskar koldioxidutsläppen. Mellanvästern är för närvarande det smutsigaste elnätet i USA, och New York är en av de renaste, så andra regioner skulle falla någonstans däremellan.

Inte alltid lätt att vara grön

Så hur kan gridplanerare uppnå löftet om ett lyckligt äktenskap mellan lagring och förnybar energi, förutsatt att de måste bo i samma hus med crusty old Uncle Coal?

En möjlighet är att även om lagring fungerar för att maximera vinsten, kan tillräckligt med vind och sol till nätet motverka kolens effekt. Med tillräcklig överskottsförnybar energi skulle lagring i vilken form som helst - batterier eller vattenreservoarer - till exempel använda sol och vind eftersom de är de billigaste källorna när strömförsörjningen överstiger efterfrågan. Lagring skulle ändå skifta kolkraft från natt till dag, men att göra det möjligt för förnybar energi skulle vara tillräckligt för att kompensera för de extra utsläppen.

Reglerna kan utformas så att energilagringssystem laddar upp med överskottsenergi från vind och sol, vilket är ett steg mot lagringsrenare. petrmalinak / Shutterstock.com

Vi studerade detta och fann att för Midwest-nätet finns det en vändpunkt när vind och sol når upp till 18 procent av den totala produktionskapaciteten: Vid den tidpunkten lägger lagringen på att minska, snarare än att öka utsläppen. Den nuvarande antagningsnivån är 10 procent, så det tar lite tid innan lagring i Mellanvästern minskar utsläppen.

Ett annat alternativ är att ändra hur lagringen drivs. Med ett blygsamt pris på kol, skulle kostnaden för olika generatorer skifta så att lagring kostar mindre ofta från kolanläggningar, vilket minskar utsläppen även i det kol-tunga Midwest-nätet.

Medan en nationell kolskatt inte ser sannolikt ut inom den närmaste framtiden finns det andra vägar för att säkerställa gröna resultat från lagring. Till exempel kan stater införa politik som uppmuntrar till mer användning av koldioxidutsläpp i stället för kol.

Oavsett lagring hjälper oss alltid att använda fler av våra lågkostade elkällor. Frågan är om det är kol, kärnkraft eller förnybar energi.

Om författaren

Naga Srujana Goteti, doktorand i energi och hållbarhet, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, biträdande professor i offentlig politik, Rochester Institute of Technology, och Eric Williams, docent of Sustainability, Rochester Institute of Technology

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

Drawdown: Den mest omfattande planen som någonsin föreslagits för att omvända global uppvärmning

av Paul Hawken och Tom Steyer
Mot bakgrund av utbredd rädsla och apati har en internationell koalition av forskare, yrkesverksamma och forskare kommit ihop för att erbjuda en rad realistiska och djärva lösningar på klimatförändringen. Ett hundra tekniker och metoder beskrivs här-några är välkända; något du kanske aldrig har hört talas om. De sträcker sig från ren energi för att utbilda flickor i låginkomstländer till markanvändningspraxis som drar kol ut ur luften. Lösningarna finns, är ekonomiskt lönsamma och samhällen runt om i världen håller för närvarande på att anta dem med skicklighet och beslutsamhet. Finns på Amazon

Utformning av klimatlösningar: En policyhandbok för lågkol Energi

av Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Med effekterna av klimatförändringar redan på oss är behovet av att minska de globala utsläppen av växthusgaser inget mindre än brådskande. Det är en skrämmande utmaning, men teknologierna och strategierna för att möta den finns idag. En liten uppsättning energipolicyer, utformade och genomförda väl, kan sätta oss på vägen till en koldioxidsnål framtid. Energisystem är stora och komplexa, så energipolitiken måste vara fokuserad och kostnadseffektiv. One-size-fits-all-tillvägagångssätt gör helt enkelt inte jobbet gjort. Politiska beslutsfattare behöver en tydlig och omfattande resurs som beskriver energipolitiken som kommer att ha störst inverkan på vår klimatframtid och beskriver hur man utformar dessa policyer väl. Finns på Amazon

Detta förändrar allt: Kapitalism vs. Klimat

av Naomi Klein
In Detta förändrar allt Naomi Klein hävdar att klimatförändringen inte bara är en annan fråga som ska lämnas snyggt mellan skatter och hälsovård. Det är ett larm som kräver att vi fixar ett ekonomiskt system som redan misslyckas på många sätt. Klein bygger noggrant fallet för hur massivt att minska våra utsläpp av växthusgaser är vår bästa chans att samtidigt minska ojämlikheterna i olikheterna, återinföra våra brutna demokratier och bygga om våra slagna lokala ekonomier. Hon avslöjar den ideologiska desperationen av klimatförändringsförnekarna, de geoengineers messianiska vansinne och den tragiska defeatismen av alltför många vanliga gröna initiativ. Och hon visar exakt varför marknaden inte har och kan inte fixa klimatkrisen, men kommer istället att göra saker värre, med alltmer extrema och ekologiskt skadliga utvinningsmetoder, tillsammans med katastrofal katastrofkapitalism. Finns på Amazon

Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.