view in publisher's site

The Value of Inter-Regional Coordination and Transmission in Decarbonizing the US Electricity System

Highlights•US electricity demand can be met with currently available zero-carbon technologies•Inter-regional coordination and transmission construction significantly reduce cost•Nuclear, if available, plays a smaller role than renewables at central cost projections•Nationally planned decarbonization is more efficient than state or regional approachesContext & ScaleAverting the worst effects of climate change requires decarbonizing the electricity sector as rapidly as possible. Given the urgency of action and the uncertainty inherent in new technology development, it is prudent to explore zero-carbon electricity systems limited to technologies currently being deployed at gigawatt-scale. Here, we model zero-carbon electricity systems for the continental US using solar photovoltaics, wind power, existing hydropower, lithium-ion batteries, and transmission, incorporating 7 years of hourly weather data from tens of thousands of available sites. New and existing long-distance transmission significantly reduces the system cost of electricity and the amount of energy storage required for reliable zero-carbon electricity. Streamlining the planning and permitting process for new transmission and coordinating decarbonization at the national (rather than state) level could enable a more efficient and rapid transition to a zero-carbon electricity system.SummaryPreventing global warming in excess of 1.5°C–2°C requires a transition to zero-carbon electricity systems by midcentury along with the widespread electrification of other sectors. Current state-level renewable portfolio standards and regional transmission arrangements do not capture the benefits of inter-regional transmission or coordination of planning and dispatch for renewable-energy integration. Here, using a co-optimized capacity-planning and dispatch model over 7 years of hourly operation, we show that inter-state coordination and transmission expansion reduce the system cost of electricity in a 100%-renewable US power system by 46% compared with a state-by-state approach, from 135 $/MWh to 73 $/MWh. Sensitivity analyses show that reductions in the cost of photovoltaics, wind, and lithium-ion batteries lead to the lowest electricity costs for systems in which transmission expansion is allowed, while cost reductions for nuclear power or long-duration energy storage lead to greater electricity cost reductions for isolated systems.Graphical AbstractDownload : Download high-res image (229KB)Download : Download full-size image

ارزش هم‌کاری و انتقال بین‌منطقه‌ای در کربن زدایی سیستم برق ایالات‌متحده

* هماهنگی بین‌منطقه‌ای و ساخت انتقال به طور قابل‌توجهی هزینه را کاهش می‌دهد * هسته‌ای، اگر در دسترس باشد، نقش کمتری از انرژی‌های تجدید پذیر در پیش‌بینی‌های هزینه مرکزی ایفا می‌کند * کربن زدایی برنامه‌ریزی‌شده ملی موثرتر از روش دولتی یا منطقه‌ای است. با توجه به ضرورت اقدام و عدم قطعیت ذاتی در توسعه فن‌آوری جدید، عاقلانه است که سیستم‌های برق بدون کربن محدود به فن‌آوری‌هایی که در حال حاضر در مقیاس گیگاوات مورد استفاده قرار می‌گیرند را بررسی کنیم. در اینجا، ما سیستم‌های برق بدون کربن برای قاره آمریکا را با استفاده از فوتوولتاییک خورشیدی، توان باد، برق آبی موجود، باتری‌های لیتیوم - یونی، و انتقال، شامل ۷ سال داده‌های هواشناسی ساعتی از ده‌ها هزار سایت موجود، مدلسازی می‌کنیم. انتقال راه دور جدید و موجود به طور قابل‌توجهی هزینه سیستم برق و مقدار ذخیره‌سازی انرژی مورد نیاز برای الکتریسیته صفر کربن قابل‌اطمینان را کاهش می‌دهد. گسترش فرآیند برنامه‌ریزی و صدور مجوز برای انتقال و هماهنگی کربن زدایی جدید در سطح ملی (به جای حالت)می‌تواند یک انتقال کارآمدتر و سریع‌تر به سیستم برق صفر - کربن را ممکن سازد. چکیده جلوگیری از گرم شدن جهانی هوای کره زمین در بیش از ۱.۵ درجه سانتیگراد - ۲ درجه سانتیگراد نیاز به یک انتقال به سیستم‌های برق صفر - کربن تا اواسط قرن همراه با برق‌رسانی گسترده سایر بخش‌ها دارد. استانداردهای فعلی انرژی‌های تجدیدپذیر در سطح کشور و ترتیبات انتقال منطقه‌ای مزایای انتقال بین منطقه‌ای یا هماهنگی برنامه‌ریزی و ارسال برای یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر را در بر نمی‌گیرد. در اینجا، با استفاده از یک مدل برنامه‌ریزی ظرفیت و توزیع بهینه در طول ۷ سال عملیات ساعتی، نشان می‌دهیم که هماهنگی بین‌ایالتی و توسعه انتقال هزینه سیستم برق در یک سیستم قدرت ۱۰۰ % - تجدید پذیر ایالات‌متحده را در مقایسه با رویکرد دولت به دولت، از ۱۳۵ $ / MWh به ۷۳ $ / MWh، ۴۶ % کاهش می‌دهد. تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که کاهش در هزینه باتری‌های فتوولتاییک، بادی، و لیتیوم - یونی منجر به کم‌ترین هزینه برق برای سیستم‌هایی می‌شود که در آن‌ها توسعه انتقال مجاز است، در حالی که کاهش هزینه برای انرژی هسته‌ای یا ذخیره انرژی طولانی‌مدت منجر به کاهش هزینه برق بیشتر برای سیستم‌های مجزا می‌شود.
ترجمه شده با

سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.