本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
影響任何能源經濟性的一個重要因素是運輸:燃料在哪裡開採,在哪裡使用,以及如何從 A 點到達 B 點?
德克薩斯州與北達科他州就是一個例子,自水力壓裂技術引入以來,這兩個州頁岩油氣產量都出現了繁榮。
德克薩斯州擁有悠久的油氣開發歷史,地下油氣管道縱橫交錯,將該州偏遠地區與區域貿易中心連線起來。
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另一方面,北達科他州傳統上不是主要的油氣生產州,因此其管道基礎設施遠不如德克薩斯州完善。結果是:在 2012 年 5 月至 2013 年 5 月期間,價值 10 億美元的天然氣在北達科他州的油井現場被燃燒掉——基本上是作為廢品燒掉。在大多數情況下,北達科他州的鑽井商運營油井是為了開採價格更高的石油,石油可以透過鐵路運輸,儘管有時會造成災難性的後果。
化石燃料並不是唯一會受到運輸限制影響的能源。事實上,在許多方面,這些限制對於可再生能源來說更加苛刻。
與油氣資源一樣,可再生能源地區通常也位於遠離主要人口中心的地方。美國風帶就是一個突出的例子,它橫跨大平原,從北達科他州延伸到德克薩斯州。雖然該地區是地球上最大的風能資源地之一,但它也恰好位於美國大陸的中心,遠離大多數美國人居住的沿海地區。
可再生能源與油氣能源的不同之處在於,可再生“燃料”(以風、水或陽光的形式)在現場轉化為電力,而且迄今為止,只有一種可行的方法可以在全國範圍內輸送大量電能:高壓輸電線路。如果必要的輸電基礎設施不到位,風電場的電力輸出可能不得不人為地降低,以避免現有輸電線路過載。而且與石油的情況不同,沒有火車或卡車可以來救援。
簡而言之,如果沒有足夠的輸電基礎設施,就無法將風能從平原輸送到城市,風能也無法充分發揮其潛力。
那麼,建設輸電線路似乎是理所當然的事。不幸的是,一條新的輸電線路成本可能超過每英里 100 萬美元,這僅僅是裝置本身的成本,還不包括那些往往困擾重大輸電專案的鄰避效應(不要在我家後院)相關的成本。此外,與油氣管道不同,不可能控制誰的電力在誰的電力線上流動。電力在整個電網中以接近光速的速度流動,根據電網各個節點之間的電壓和電阻隨意流動。因此,輸電線路的成本通常是社會化的,即使在引入電力市場競爭的情況下也是如此。這有利於籌集建設我們都需要的輸電基礎設施所需的資金,但也可能引入黨派之爭和官僚主義,從而減慢整個過程。
然而,經驗告訴我們,如果政府和私營企業齊心協力,為可再生能源輸電線路開闢道路,風能開發商就會跟上。2008 年,德克薩斯州為 CREZ(競爭性可再生能源區)輸電專案撥款 49.3 億美元,該專案將西德克薩斯州和狹長地帶與達拉斯-沃斯堡、聖安東尼奧和奧斯汀等人口中心連線起來。雖然該專案的最終價格攀升至 68 億美元,但它幫助德克薩斯州保持了其在 50 個州中已安裝風能總量的決定性領先地位。而且還有很大的空間可以利用。3,600 英里的新線路可以將高達 18,500 兆瓦的電力從西德克薩斯州輸送到該州的城市,比今天德克薩斯州已安裝的風電量多出約 50%。事實上,德克薩斯州電網運營商目前正在審查 21,000 兆瓦的新風電專案,其中包括計劃在拉伯克附近建設一個 1,100 兆瓦的風電場,這將是美國最大的風電場。
雖然新的輸電線路可能成本高昂,但在美國許多地區,它們是釋放風能真正潛力的必要先決條件。德克薩斯州的例子表明,如果我們建設新的線路,風能開發商就會跟上。希望鼓勵可再生能源發展的州應努力投資必要的輸電基礎設施,以便風能的增長不會受到外部因素的制約。
圖片來源:ProPublica, 國家可再生能源實驗室 (NREL), ERCOT