Alte Schule: Ein Großteil des Kraftwerks und des Übertragungsnetzes, auf das wir uns verlassen, gibt es seit Jahrzehnten. andrewfhart / flickr, CC BY-SA

Das Stromnetz ist ein erstaunliches System von Maschinen, die einen ganzen Kontinent umspannen. Die National Academy of Engineering hat es als eines der größte Ingenieurleistungen des 20th Jahrhunderts.

Aber es ist auch teuer. Nach meiner Analyse liegt der aktuelle (abgeschriebene) Wert des US-Stromnetzes, bestehend aus Kraftwerken, Drähten, Transformatoren und Masten, in etwa bei 1.5 bis 2 Billionen. Es zu ersetzen würde fast $ 5 Billionen kosten.

Das bedeutet, dass die elektrische Infrastruktur in den USA, die bereits Billionen Dollar an versenktem Kapital enthält, bald erhebliche laufende Investitionen benötigt, nur um die Dinge so zu halten, wie sie sind. Ein Kraftwerk, das während der raschen Expansion des Stromsektors in den Jahrzehnten nach dem Zweiten Weltkrieg gebaut wurde, ist jetzt 40 Jahre alt oder älter, hat sich lange ausgezahlt und muss wahrscheinlich ersetzt werden. Tatsächlich hat die Amerikanische Gesellschaft für Bauingenieure gerade die gesamte Energieinfrastruktur vergeben kaum bestanden Grad von D +.

Die derzeitige Regierung hat sich geschworen, massiv in die Infrastruktur zu investieren, was eine Reihe von Fragen bezüglich des elektrischen Systems aufwirft: Wie sollte das Energienetz der Zukunft aussehen? Wie erreichen wir eine kohlenstoffarme Energieversorgung? Was kostet es?

Die Infrastruktur scheint ein Thema zu sein, von dem man Unterstützung erhalten kann beide Seiten des Ganges. Aber um gute Ausgabenentscheidungen treffen zu können, müssen wir zunächst den Wert des bestehenden Netzes verstehen.

Aktueller Stand des Übergangs

Das Stromnetz soll Jahrzehnte halten, doch nur wenige Menschen wissen, dass das gesamte System Angebot und Nachfrage über einen Zeitraum von nur einer Sekunde hinweg in einem ausgewogenen Verhältnis zueinander stehen muss. Jedes Watt elektrischer Energie für die Beleuchtung von Häusern, den Betrieb von Laptops oder das Betreiben von Klimaanlagen wird gleichzeitig an verschiedenen Orten erzeugt, meist durch das Verbrennen von Kraftstoffen, die Magnete in Generatoren drehen. Es gibt im Wesentlichen keine Speicherung von Elektrizität im Netz; Stattdessen wird die meiste Energie in Kraftstoffen - Kohle, Erdgas, Kernprodukten und Wasser hinter Dämmen - gespeichert, die darauf warten, dass der Befehl in Echtzeit in Strom umgewandelt wird.

Standort und abgeschriebener Status aller US-Kraftwerke. Joshua Rhodes, EIA Formular 860 Daten.

In den letzten Jahren hat sich unsere Macht dramatisch verändert. Die ältesten Generatoren sind große Kraftwerke, von denen viele im östlichen Teil der USA liegen. Die jüngsten Ergänzungen waren kleiner und verbreiteter - denke an Dachsolarpaneele oder Windparks. Einige Experten haben sogar gesagt, dass dieses Modell der dezentralen Erzeugung näher an den Orten, an denen Strom verbraucht wird - am Rand des Netzes statt an zentralen Kraftwerken - ist neue Norm.

In Zukunft können wir entweder das Raster auf die gleiche Weise wie zuvor erstellen oder wir können in neue Technologien investieren, die den gleichen Service bieten, aber auf einem kostengünstiger.

Und wie könnten wir es sauberer machen? Manche Leute denken, dass das Gitter kann vollständig auf erneuerbare Energiequellen zurückgreifen. Andere sagen, der beste Weg, Kohlenstoffemissionen zu "entcarbonisieren" oder zu reduzieren, ist für das Energiesystem insgesamt weit verbreitete Elektrifizierung dauert ebenfalls 3 Jahre. Das erste Jahr ist das sog. Industrie- und Verkehrssektoren.

Aber um zu beantworten, was solche Übergänge kosten würden, müssen wir wissen: Was kostet das aktuelle Netz? Wie viel ist der gesamte Beton, Stahl, Silizium usw., die wir bereits im Boden installiert haben, wert? Um Politikern und Planern zu helfen, sich mit ihrer Zukunftsvision auseinander zu setzen, habe ich diese Frage beantwortet.

Was macht das Gitter aus?

Für diese Übung habe ich "das Gitter" auf folgende Teile beschränkt:

1. Kraftwerke
2. Hoch- und Niederspannungsleitungen, die Strom über große Entfernungen transportieren
3. Verteilerleitungen, die die Energie direkt zu Gebäuden oder anderen Endpunkten bringen
4. Unterstationen für das Routing von Energie im Übertragungsnetz
5. Unterstationen im Verteilnetz
6. Transformatoren, die Spannungen am Verteilungsnetz ändern

Diese Berechnung lässt zusätzliche und notwendige Komponenten des Stromnetzes aus, wie z. B. das Stromkabel in Ihrem Haus, Zähler an den Schalttafeln von Häusern und Gebäuden und Endgeräte, die den Strom verbrauchen.

Anhand einer Vielzahl von Berichten aus der Öffentlichkeit und unter Verwendung aktualisierter Schätzungen für neue Konstruktionen und Standardansätze zur Schätzung der Abschreibungen haben wir den Wert der Vermögenswerte des Landes für die Stromerzeugung, -übertragung und -verteilung quantifiziert.

Die Gesamtkapazität dieser Kraftwerke beträgt etwa 1.15 Terawatt. Das ist die Kapazität von etwa 1,000 Kernreaktoren (die USA haben derzeit etwa 100). Wie Sie sich vorstellen können, wäre es teuer zu ersetzen. Für Kraftwerke allein beträgt der Wiederbeschaffungswert fast $ 2.7 Billionen, und der abgeschriebene Wert oder der grobe gegenwärtige Wert beträgt fast $ 1 Billionen. Insgesamt ist die Aufteilung des Wertes etwa 56 Prozent Kraftwerk, 9 Prozent Übertragungssystem und 35 Prozent Verteilungssystem.

Aufschlüsselung des Ersatz- und Abschreibungswerts der US-amerikanischen elektrischen Infrastruktur. Viele der zugrunde liegenden Datenquellen, einschließlich der EIA, entsprechen denen, die kürzlich in der Studie "Cost of Electricity" des UT-Austin Energy Institute verwendet wurden. Wir haben einen vereinfachten linearen Abschreibungsplan verwendet, der am Ende seiner erwarteten Lebensdauer mit einem Schrottwert von 15 Prozent der Anschaffungskosten endet. Joshua Rhodos

Welcher Weg nach vorne?

Wenn wir eine sauberere Energie-Zukunft haben wollen, gibt es mehrere Wege dorthin. Ich stelle jedoch die Hypothese auf, dass der günstigste und wahrscheinlichste Weg derjenige sein wird, der die beste Infrastruktur, die wir bereits haben, am besten nutzt und nicht dupliziert. Einer der "plug-and-play" -Wege (und was wir heute sehen) ist eine Umwandlung von Kohle- in Gaskraftwerke in Kraftwerken, die vorhandene Kabel, Masten und Wasserinfrastruktur nutzen können.

Am anderen Ende des Spektrums würde eine Wasserstoffwirtschaft massive neue Investitionen in neue Technologien erfordern, so dass weniger von dem genutzt werden könnte, was wir derzeit haben. Zum Beispiel müssten wir Orte bauen, um Wasserstoff zu erzeugen und zu speichern. Auf der anderen Seite hat es das Potenzial, widerstandsfähiger und nachhaltiger zu sein.

Zeigen ihres Alters: Durch den Ausbau von Übertragungsleitungen könnte Solar- und Windenergie aus abgelegenen Teilen des Landes dorthin gelangen, wo sich die Menschen aufhalten. Dies würde dazu beitragen, das Netz sauberer zu machen und möglicherweise die Preise zu senken. indigoskies / flickr, CC BY-NC-ND

Ein Bereich, der vielversprechend für Infrastrukturinvestitionen aussieht, ist die Modernisierung des Massenstromübertragungsnetzes. Diese Upgrades könnten Strom zwischen den Regionen der USA fließen lassen und wären vergleichbar mit der Tatsache, dass das Interstate Highway System die Geschäftskosten im ganzen Land senken würde Die Zeit, die wir gebraucht haben, um Güter und Dienstleistungen in unserem riesigen Land zu transportieren, wurde erheblich verkürzt.

Es gibt Bereiche in den USA, in denen Strom billiger und billiger produziert wird weniger Umweltauswirkungen als in anderen Bereichen. Durch den Ausbau von Übertragungsleitungen in Regionen mit guten Wind- und Solarressourcen können die Nutzer sehr kostengünstig mit Strom versorgt werden. Das Problem ist, dass diese Bereiche nicht immer dort sind, wo die Menschen sind, also brauchen wir ein starkes Übertragungsnetz, um diese Macht zu den Menschen zu bringen.

Verteilungsnetze - der Teil des Netzes, der Strom direkt an Gebäude liefert - können auch mehr Solarstrom integrieren, ohne dass der Betrieb des Netzes erheblich teurer wird. Aber sobald die Solarkapazität einen bestimmten Prozentsatz des Strombedarfs im lokalen Netzwerk erreicht, variiert dieser je nach Standort Mehr Kosten entstehen.

Am Ende zahlen die Verbraucher oder Steuerzahler immer für diese Upgrade-Projekte, aber die Vorteile können die Kosten überwiegen. Texas hat den Ausbau seines Stromnetzes ermöglicht viel mehr Windkraft um Lastschwerpunkte zu erreichen was zusammen mit einem Rückgang der Erdgaspreise die Kosten des Großhandelsmarktes für Strom gesenkt hat. Diese niedrigeren Kosten sind dann an die Ratenzahler weitergegeben.

Es gibt keinen Weg, der keine Investitionen erfordert - selbst wenn wir nur das behalten, was wir haben, wird es in den nächsten zehn Jahren Hunderte von Billionen, wenn nicht gar Billionen von Dollars kosten. Die größere Frage lautet: Wenn wir dieses erstaunliche Raster weiterhin ersetzen und neu aufbauen, auf welche Technologien sollten wir uns konzentrieren?

Über den Autor

Joshua D. Rhodes, Postdoktorand der Energie, University of Texas at Austin

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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