Όλα έχουν να κάνουν με την πυκνότητα ισχύος και τη χρήση γης...
Η αντικατάσταση των ορυκτών καυσίμων στις ΗΠΑ με αιολική και ηλιακή ενέργεια θα απαιτούσε περίπου τόση γη, όσο το Τέξας και η Καλιφόρνια μαζί.
*του Dr. Matthew Wielicki*
Τι είναι η πυκνότητα ισχύος;
Η πυκνότητα ισχύος αναφέρεται στην ποσότητα ισχύος που μπορεί να παραχθεί ανά μονάδα επιφάνειας ή όγκο μιας πηγής ισχύος. Είναι ένα μέτρο του πόση ενέργεια μπορεί να εξαχθεί από μια δεδομένη περιοχή ή όγκο μιας πηγής ενέργειας. Η πυκνότητα ισχύος είναι μια σημαντική έννοια στην παραγωγή ενέργειας, επειδή καθορίζει πόση ενέργεια μπορεί να παραχθεί από μια δεδομένη χερσαία περιοχή ή πόσος εξοπλισμός χρειάζεται για να παραχθεί μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας.
Οι διαφορετικοί ενεργειακοί πόροι έχουν διαφορετική πυκνότητα ισχύος. Για παράδειγμα, τα ορυκτά καύσιμα έχουν σχετικά υψηλή πυκνότητα ισχύος, επειδή μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας μπορεί να εξαχθεί από μια μικρή ποσότητα καυσίμου. Η πυρηνική ενέργεια έχει επίσης υψηλή πυκνότητα ισχύος, επειδή μια μικρή ποσότητα πυρηνικού καυσίμου μπορεί να παράγει μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η ηλιακή, η αιολική και η υδροηλεκτρική ενέργεια έχουν γενικά χαμηλότερη πυκνότητα ισχύος από τα ορυκτά καύσιμα και την πυρηνική ενέργεια. Όσον αφορά την πυκνότητα ισχύος, η σειρά των ενεργειακών πόρων από την υψηλότερη προς τη χαμηλότερη, είναι συνήθως η πυρηνική ενέργεια, τα ορυκτά καύσιμα (άνθρακας, πετρέλαιο και φυσικό αέριο), η υδροηλεκτρική ενέργεια, η αιολική ενέργεια και η ηλιακή ενέργεια.
Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η πυκνότητα ισχύος ενός συγκεκριμένου ενεργειακού πόρου μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με διάφορους παράγοντες, όπως η ποιότητα του πόρου, η αποτελεσματικότητα της τεχνολογίας που χρησιμοποιείται για την αξιοποίησή του και η γεωγραφία της τοποθεσίας.
Από πού προμηθεύονται οι ΗΠΑ την ηλεκτρική ενέργεια;
Στις ΗΠΑ, η ηλεκτρική ενέργεια παράγεται από διάφορες πηγές ενέργειας, όπως:
Φυσικό αέριο: Τα τελευταία χρόνια, το φυσικό αέριο έχει γίνει η πιο κοινή πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής φυσικού αερίου καίνε αέριο για να παράγουν ατμό που περιστρέφει τουρμπίνες, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια.
Άνθρακας: Αν και η χρήση άνθρακα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει μειωθεί τα τελευταία χρόνια, εξακολουθεί να είναι μια σημαντική πηγή ενέργειας στις ΗΠΑ. Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα καίνε άνθρακα για να παράγουν ατμό που περιστρέφει τους στρόβιλους, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια.
Πυρηνική ενέργεια: Οι πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής χρησιμοποιούν τη θερμότητα που παράγεται από τις πυρηνικές αντιδράσεις, για να παράγουν ατμό που γυρίζει τουρμπίνες, παράγοντας ηλεκτρική ενέργεια. Η πυρηνική ενέργεια παρέχει σημαντική ποσότητα ισχύος βασικού φορτίου στις ΗΠΑ.
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας: Οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως η αιολική, η ηλιακή, η υδροηλεκτρική και η γεωθερμική ενέργεια γίνονται επίσης όλο και πιο σημαντικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ. Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια είναι οι ταχύτερα αναπτυσσόμενες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ και η υδροηλεκτρική ενέργεια παρέχει σημαντική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας σε ορισμένες περιοχές.
Πετρέλαιο: Οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση πετρελαίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας σε ορισμένες περιοχές των ΗΠΑ, ιδιαίτερα σε περιόδους υψηλής ζήτησης.
Άλλες πηγές: Άλλες πηγές ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ περιλαμβάνουν τη βιομάζα, η οποία περιλαμβάνει την καύση ξύλου, γεωργικών απορριμμάτων και άλλων οργανικών υλικών και το αέριο υγειονομικής ταφής, που περιλαμβάνει τη δέσμευση αερίου μεθανίου από τους χώρους υγειονομικής ταφής και την καύση του για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ποιο είναι το κόστος της αιολικής και της ηλιακής ενέργειας σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα;
Σε ορισμένες περιπτώσεις, η ανανεώσιμη ενέργεια είναι πλέον φθηνότερη από τα ορυκτά καύσιμα, όσον αφορά το κόστος ανά κιλοβατώρα (kWh) για τον τελικό χρήστη. Το κόστος των τεχνολογιών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως η ηλιακή, η αιολική και η υδροηλεκτρική ενέργεια μειώνεται ραγδαία τα τελευταία χρόνια λόγω της τεχνολογικής προόδου, των οικονομιών κλίμακας και της υποστήριξης της πολιτικής. Ωστόσο, για να ληφθεί υπόψη η ισχύς βασικού φορτίου, πρέπει επίσης να συμπεριληφθούν τα κόστη που σχετίζονται με την αποθήκευση των μπαταριών.
Σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (IRENA), το παγκόσμιο σταθμισμένο μέσο ισοπεδωμένο κόστος ηλεκτρικής ενέργειας (LCOE) των ηλιακών φωτοβολταϊκών (PV) και της χερσαίας αιολικής ενέργειας μειώθηκε κατά 85% και 49% αντίστοιχα μεταξύ 2010 και 2020. Το LCOE είναι το κόστος παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια ζωής ενός έργου ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και περιλαμβάνει όλα τα έξοδα κατασκευής, λειτουργίας και συντήρησης του έργου, καθώς και το κόστος χρηματοδότησής του.
Ενώ το αρχικό κόστος των έργων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μπορεί να εξακολουθεί να είναι υψηλότερο από τα έργα που βασίζονται σε ορυκτά καύσιμα, τα μακροπρόθεσμα οφέλη και το χαμηλότερο λειτουργικό κόστος των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας μπορούν να το καταστήσουν μια πιο οικονομική επιλογή μακροπρόθεσμα.
Ποιο είναι το αποτύπωμα χρήσης γης του ανέμου και της ηλιακής ενέργειας σε σύγκριση με τα ορυκτά καύσιμα;
Το αποτύπωμα χρήσης γης για την αιολική και την ηλιακή ενέργεια είναι γενικά μεγαλύτερο από αυτό για τα ορυκτά καύσιμα.
Για την αιολική ενέργεια, απαιτείται γη για την τοποθέτηση ανεμογεννητριών και συναφών υποδομών, όπως δρόμοι πρόσβασης και γραμμές μεταφοράς. Σύμφωνα με το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (NREL), το αποτύπωμα χρήσης γης για ένα αιολικό πάρκο μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με παράγοντες όπως το μέγεθος και η απόσταση της τουρμπίνας, αλλά ένα τυπικό αιολικό πάρκο μεγάλης κλίμακας μπορεί να απαιτεί μεταξύ 30 και 200 στρέμματα ανά μεγαβάτ εγκατεστημένης χωρητικότητας.
Για την ηλιακή ενέργεια, απαιτείται γη για την τοποθέτηση ηλιακών συλλεκτών και συναφών υποδομών, όπως δρόμοι πρόσβασης και υποσταθμοί. Και πάλι, το αποτύπωμα χρήσης γης για ένα ηλιακό πάρκο μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με παράγοντες όπως η απόδοση και η απόσταση των πάνελ, αλλά ένα τυπικό ηλιακό πάρκο μεγάλης κλίμακας μπορεί να απαιτεί από 5 έως 10 στρέμματα ανά μεγαβάτ εγκατεστημένης ισχύος, σύμφωνα με το NREL.
Η περιοχή χρήσης γης για ορυκτά καύσιμα μπορεί επίσης να είναι σημαντική, ιδιαίτερα για την εξόρυξη και τη μεταφορά καυσίμων. Για παράδειγμα, οι εργασίες εξόρυξης άνθρακα μπορεί να απαιτούν σημαντική έκταση γης για τοποθεσίες ορυχείων, εγκαταστάσεις αποθήκευσης και υποδομές μεταφορών. Ομοίως, οι εργασίες γεώτρησης πετρελαίου και φυσικού αερίου μπορεί να απαιτούν σημαντική έκταση γης για τοποθεσίες γεωτρήσεων, εγκαταστάσεις αποθήκευσης και αγωγούς.
Πώς είναι η χρήση γης για αυτούς τους πόρους στις ΗΠΑ σήμερα;
Στις ΗΠΑ η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από ορυκτά καύσιμα, η οποία περιλαμβάνει σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας (0,15 εκατ. στρέμματα), δουλειές αγωγών πετρελαίου και φυσικού αερίου (4,8 εκατ. στρέμματα), εργασίες γεώτρησης πετρελαίου και φυσικού αερίου (3,0 εκατ. στρέμματα), καθώς και εξόρυξη άνθρακα και μεταφορά και αποθήκευση (0,6 εκατ. στρέμματα), απαιτεί συνολικά περίπου 8,5 εκατ. στρέμματα και παράγει το 80% της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Αντίθετα, η ηλιακή και η αιολική ενέργεια απαιτούν 7,1 εκατομμύρια στρέμματα και παράγουν περίπου το 5% της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται στις ΗΠΑ.
Προκειμένου η αιολική και η ηλιακή ενέργεια να αντικαταστήσουν τα ορυκτά καύσιμα, θα απαιτηθούν περίπου 284 εκατομμύρια στρέμματα γης, περίπου όσο το Τέξας και η Καλιφόρνια μαζί και αυτό θα είχε καταστροφικές συνέπειες για την απώλεια οικοτόπων και ειδών της χλωρίδας και πανίδας. Η αιολική και η ηλιακή ενέργεια έχουν σημαντικές εφαρμογές και θα παραμείνουν μια πτυχή της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στις ΗΠΑ, ωστόσο δεν θα αντικαταστήσουν ποτέ τα ορυκτά καύσιμα για την ισχύ βασικού φορτίου.
