Ladang Angin Pohon Pinus dan Pembangkit Listrik Tenaga Surya Departemen Air dan Tenaga Los Angeles di Tehachapi, California, 115 mil dari LA. Irfan Khan / Los Angeles Times melalui Getty Images
Berbagai macam kejadian ekstrim dapat mengganggu pelayanan listrik, termasuk angin topan, gempa bumi, banjir, kebakaran hutan, panas yang ekstrim, dingin yang ekstrim dan kekeringan yang berkepanjangan. Bencana besar bisa membuat ribuan orang dalam kegelapan. Deep freeze Texas pada bulan Februari dirobohkan 40% dari kapasitas pembangkit listrik negara bagian.
Selama acara seperti itu, wilayah yang tidak terpengaruh mungkin memiliki daya cadangan. Misalnya, selama pemadaman Februari di Texas, utilitas menghasilkan listrik dari tenaga air di Pasifik Barat Laut, gas alam di Timur Laut, angin di Dataran utara, dan tenaga surya di Barat Daya.
Saat ini tidak mungkin untuk memindahkan listrik dengan mulus dari satu ujung AS ke ujung lainnya. Namun selama dekade terakhir, para peneliti di laboratorium nasional dan universitas telah bekerja sama dengan insinyur industri untuk merancang sistem kelistrikan antarnegara bagian yang dapat melakukannya. Dan Rencana infrastruktur Presiden Biden akan bergerak ke arah ini dengan mengalokasikan miliaran dolar untuk membangun saluran transmisi tegangan tinggi yang dapat "memindahkan listrik yang lebih murah dan lebih bersih ke tempat yang paling membutuhkannya".
My penelitian teknik berfokus pada sistem tenaga listrik. Di Iowa State University kami telah bekerja untuk mengukur manfaat yang dapat diberikan makrogrid ke AS Sistem transmisi berkapasitas tinggi ini menghubungkan sumber daya energi dan area dengan permintaan listrik tinggi, yang dikenal sebagai pusat beban, di seluruh wilayah geografis yang luas.
Jaringan listrik memindahkan daya dari generator, yang seringkali terletak jauh dari pusat populasi, ke pelanggan energi.
Sistem jalan raya nasional untuk listrik
Dwight Eisenhower telah memikirkan tentang sistem jalan raya antarnegara bagian nasional selama beberapa dekade sebelum ia dilantik sebagai presiden pada tahun 1953. Eisenhower berpendapat bahwa sistem seperti itu "diperlukan untuk pertahanan seperti halnya untuk kita. ekonomi nasional dan keamanan pribadi. "
Kongres setuju dan mengesahkan Federal-Aid Highway Act tahun 1956, yang memberi wewenang kepada pemerintah federal untuk membayar 90% dari biaya sistem US $ 114 miliar ini, dengan negara bagian menanggung sisanya.
Eisenhower mengkhawatirkan mengevakuasi kota jika terjadi perang nuklir. Argumen keamanan untuk makrogrid berfokus pada peristiwa ekstrem yang mengganggu jaringan listrik. Dan argumen ekonomi berpusat pada pemindahan tenaga angin, matahari, dan hidro dari daerah-daerah yang melimpah ke daerah-daerah dengan kebutuhan listrik yang tinggi.
Saat ini jaringan listrik Amerika Utara sebenarnya lima kotak, juga dikenal sebagai interkoneksi. Dua jaringan besar, Interkoneksi Timur dan Barat, mencakup sebagian besar 48 negara bagian yang lebih rendah dan sebagian besar wilayah Kanada, sementara tiga jaringan yang lebih kecil melayani Texas, Alaska, dan Quebec bagian utara. Masing-masing grid ini menggunakan arus bolak-balik, atau AC, untuk memindahkan listrik dari generator ke pelanggan.
Konten terkait
Interkoneksi Timur, Barat dan Texas dihubungkan oleh arus searah tegangan tinggi, atau HVDC, garis yang memungkinkan untuk mentransmisikan daya di antara mereka. Fasilitas ini sudah tua dan hanya dapat mentransfer listrik dalam jumlah kecil antar grid. Salah satu cara untuk membayangkan makrogrid adalah sebagai hamparan yang menyatukan kisi AS yang ada dan membuatnya lebih mudah untuk memindahkan daya di antara keduanya.
Sebuah makrogrid AS potensial yang menghubungkan jaringan Timur, Barat dan Texas dan menghubungkan ke ladang angin lepas pantai. James McCalley, CC BY-ND
Berbagi kekuatan lintas wilayah
Presiden Biden telah mengusulkan tindakan sweeping untuk mencapai transisi energi bersih di AS, termasuk membuat tenaga listrik bebas karbon pada tahun 2035. Ini akan membutuhkan penambahan banyak kapasitas pembangkit baru yang dapat diperbarui selama 15 tahun ke depan.
Biaya tenaga angin dan matahari telah turun drastis dalam beberapa tahun terakhir. Saat ini listrik dari pembangkit listrik tenaga angin atau surya baru berskala besar lebih murah daripada listrik dari pembangkit listrik tenaga batubara yang ada. Namun, energi terbarukan hanya menyediakan sekitar 21% listrik AS.
Makrogrid akan mengurangi biaya listrik dari pembangkit tenaga angin dan surya baru dengan dua cara. Pertama, itu akan memungkinkan tenaga terbarukan berkualitas tinggi - terutama angin Midwestern dan matahari Selatan, dan berpotensi tenaga air Kanada - untuk memasok pusat beban pesisir. Lebih murah membangun sistem transmisi yang dapat memindahkan daya ini dalam jarak jauh daripada menghasilkannya dari sumber daya matahari dan angin yang berkualitas lebih rendah dan lebih lemah yang lebih dekat ke kota.
Kedua, makrogrid memungkinkan pembagian produksi energi dan layanan jaringan antar wilayah. Strategi ini memanfaatkan perbedaan waktu karena zona waktu dan fakta bahwa permintaan listrik cenderung meningkat memuncak pada waktu-waktu tertentu dalam sehari, seperti saat orang tiba di rumah pada malam hari. Dan harga listrik naik dan turun sepanjang hari dengan permintaan.
Misalnya, pada pukul 3 sore Waktu Pasifik, kebutuhan listrik di Pantai Barat relatif rendah, yang berarti biaya listrik tersebut juga rendah. Kelebihan listrik Barat dapat digunakan untuk memasok permintaan di Pantai Timur, yang mencapai puncaknya setiap hari bersamaan dengan "rendah" pantai Barat pukul 3 sore yang terjadi pada pukul 6 sore Waktu Bagian Timur. Empat jam kemudian, ketika Pantai Barat mencapai puncak hariannya pada pukul 7 Waktu Pasifik, saat itu pukul 10 malam di Pantai Timur, yang akan memiliki generasi ekstra untuk berbagi ke arah barat.
Pembagian kapasitas juga berhasil karena permintaan daya puncak tahunan terjadi pada waktu yang berbeda dalam setahun untuk wilayah yang berbeda. Setiap wilayah diharuskan memiliki akses ke kapasitas pembangkitan yang cukup untuk memenuhi beban puncak tahunannya, dengan beberapa margin untuk menutupi kegagalan pembangkitan. Makrogrid akan memungkinkan kawasan berbagi kelebihan kapasitas pembangkit saat tidak diperlukan secara lokal.
Strategi ini memberikan manfaat meskipun puncak tahunan di dua wilayah hanya berbeda dalam beberapa hari. Ketika mereka berbeda dalam beberapa minggu atau bulan, hasilnya bisa besar. Misalnya, permintaan listrik di Pacific Northwest biasanya mencapai puncaknya pada musim dingin, sehingga wilayah tersebut dapat meminjam kapasitas dari Southwest dan Midwest, di mana permintaan mencapai puncaknya pada musim panas, dan sebaliknya.
Membangun transmisi menghemat uang
Dalam sebuah studi yang saya terbitkan pada tahun 2020 dengan kolega akademis dan industri, kami menunjukkan bahwa tanpa makrogrid itu akan memakan biaya lebih dari $ 2.2 triliun dari 2024 hingga 2038 untuk mengembangkan dan mengoperasikan sistem tenaga listrik nasional dan mencapai 50% pembangkit listrik yang dapat diperbarui pada tahun 2038. Ini termasuk biaya penambahan 600 gigawatt kapasitas pembangkit baru yang hampir seluruhnya terdiri dari tenaga angin dan matahari; biaya pengoperasian pembangkit listrik tenaga fosil dan nuklir yang tersisa; dan membangun jalur transmisi AC baru untuk menghubungkan pembangkit listrik baru ke pelanggan.
Namun, kami menghitung bahwa jika AS menghabiskan $ 50 miliar untuk mengembangkan makrogrid, total biaya jangka panjang untuk mengembangkan dan mengoperasikan sistem tenaga listrik negara dan mencapai 50% listrik terbarukan pada tahun 2038 akan berkurang lebih dari $ 50 miliar. Dengan kata lain, dengan memungkinkan untuk berbagi daya di seluruh wilayah dan memberikan daya terbarukan berkualitas tinggi dari daerah terpencil ke pusat beban, makrogrid akan lebih dari sekadar membayar sendiri.
Beberapa pengamat mungkin khawatir bahwa jaringan yang terhubung secara nasional akan lebih rentan terhadap pemadaman berjenjang daripada sistem kami yang ada. Faktanya, makrogrid sebenarnya akan lebih andal karena HVDC menyediakan kemampuan kontrol grid yang ditingkatkan melalui stasiun konverternya yang fleksibel.
Pemimpin industri serta pendukung energi bersih menyerukan AS untuk mengejar pembangunan makrogrid. Tapi Amerika Utara tertinggal sebagian besar dunia sedang mengembangkan saluran listrik antarwilayah untuk memanfaatkan sumber daya energi bersih berbiaya rendah. Dan jika $ 50 miliar tampak seperti investasi besar, pertimbangkan ini: Ini juga perkiraan biaya minimum pemadaman dan lonjakan harga energi selama pembekuan dalam di Texas.
Tentang Penulis
James D. McCalley, Profesor Teknik Elektro, Iowa State University
Buku terkait
Drawdown: Rencana Komprehensif yang Paling Sering Diusulkan untuk Menghilangkan Pemanasan Global
oleh Paul Hawken dan Tom Steyer
Dalam menghadapi ketakutan dan apati yang meluas, sebuah koalisi internasional para peneliti, profesional, dan ilmuwan telah berkumpul untuk menawarkan serangkaian solusi realistis dan berani untuk perubahan iklim. Seratus teknik dan praktik dijelaskan di sini — beberapa diketahui dengan baik; beberapa Anda mungkin belum pernah mendengarnya. Mulai dari energi bersih hingga mendidik anak perempuan di negara berpenghasilan rendah hingga praktik penggunaan lahan yang menarik karbon dari udara. Solusi yang ada, layak secara ekonomi, dan komunitas di seluruh dunia saat ini menerapkannya dengan keterampilan dan tekad. Tersedia di Amazon
Merancang Solusi Iklim: Panduan Kebijakan untuk Energi Karbon Rendah
oleh Hal Harvey, Robbie Orvis, Jeffrey Rissman
Dengan dampak perubahan iklim yang sudah menimpa kita, kebutuhan untuk mengurangi emisi gas rumah kaca global sangatlah mendesak. Ini tantangan yang menakutkan, tetapi teknologi dan strategi untuk menghadapinya ada saat ini. Seperangkat kecil kebijakan energi, yang dirancang dan diterapkan dengan baik, dapat membawa kita ke jalan menuju masa depan rendah karbon. Sistem energi itu besar dan kompleks, sehingga kebijakan energi harus fokus dan hemat biaya. Pendekatan satu ukuran untuk semua tidak akan menyelesaikan pekerjaan. Pembuat kebijakan membutuhkan sumber daya yang jelas dan komprehensif yang menguraikan kebijakan energi yang akan berdampak terbesar pada masa depan iklim kita, dan menjelaskan cara merancang kebijakan ini dengan baik. Tersedia di Amazon
Ini Semua Perubahan: Kapitalisme vs Iklim
oleh Naomi Klein
In Ini Semua Perubahan Naomi Klein berpendapat bahwa perubahan iklim bukan hanya masalah lain yang harus diajukan antara pajak dan perawatan kesehatan. Ini adalah alarm yang memanggil kita untuk memperbaiki sistem ekonomi yang sudah gagal dalam banyak hal. Klein dengan cermat membangun kasus tentang seberapa besar pengurangan emisi rumah kaca kita adalah kesempatan terbaik kita untuk secara bersamaan mengurangi kesenjangan yang menganga, membayangkan kembali demokrasi kita yang rusak, dan membangun kembali ekonomi lokal kita yang hancur. Dia mengungkap keputusasaan ideologis dari penyangkal perubahan iklim, delusi mesianis dari calon geoengineer, dan kekalahan tragis dari terlalu banyak inisiatif hijau mainstream. Dan dia menunjukkan dengan tepat mengapa pasar tidak — dan tidak bisa — memperbaiki krisis iklim tetapi malah akan memperburuk keadaan, dengan metode ekstraksi yang semakin ekstrem dan merusak secara ekologis, disertai dengan kapitalisme bencana yang merajalela. Tersedia di Amazon
Dari Penerbit:
Pembelian di Amazon digunakan untuk membiayai biaya membawa Anda InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, serta ClimateImpactNews.com tanpa biaya dan tanpa pengiklan yang melacak kebiasaan browsing Anda. Sekalipun Anda mengeklik tautan tetapi tidak membeli produk-produk terpilih ini, apa pun yang Anda beli dalam kunjungan yang sama di Amazon memberi kami komisi kecil. Tidak ada biaya tambahan untuk Anda, jadi silakan berkontribusi untuk upaya ini. Anda juga bisa menggunakan link ini untuk digunakan ke Amazon kapan saja sehingga Anda dapat membantu mendukung upaya kami.
Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.
