Aby krajiny dosiahli ciele v oblasti obnoviteľných zdrojov energie, zdieľajú energiu cez hranice

Desaťročia po tom, čo chrlili svoje posledné uhoľné výpary, chladiace veže elektrárne Richborough týčila sa nad nízkou krajinou Kentu na juhovýchode Anglicka a viedla rybárske lode do Anglicka kanál. To všetko sa skončilo ráno 11. marca 2012, keď riadená demolácia zmenila 30-poschodové veže na trosky, čím sa lokalita vyčistila pre čistejšiu budúcnosť.

Budova, ktorá vyrástla na ich mieste v premenovanom Richborough Energy Park, je jeden veľmi vysoký príbeh a je natretý tromi vrstvami zelenej a šedej, ako keby bol rozhodnutý zmiznúť do neba. Bzučí s 1 000 megawattmi elektriny – čo stačí na napájanie milióna domácností – ale nevyžaruje žiadne výfukové plyny a nepotrebuje veže ani komíny. Jeho energia sa tu nevyrába, iba prechádza, nesená novou infraštruktúrou známou ako Nemo Link. Je to „prepojovacie zariadenie“, ktoré spája energetické siete Spojeného kráľovstva a Belgicka, ako elektrónový kanál. Jeho najvýraznejší prvok je zakopaný mimo dohľadu: pár medených káblov, každý hrubý ako 2-litrová fľaša sódy, tiahnuci sa 87 míľ cez Lamanšský prieliv z Richborough do belgického prístavu Zeebrugge, neďaleko mesta Bruggy.

Nemo dodáva obom krajinám obnoviteľnú a spoľahlivú energiu – dve slová, ktoré sa často nezhodujú. Očakávame, že naše dodávky elektriny budú stabilné, ale veterná a slnečná energia sú prerušované ako vánok a slnko. S týmto vysokonapäťovým pripojením, keď má Spojené kráľovstvo nedostatok energie, ho môže poslať Belgicko; a naopak.

Cieľom je, aby sa prevádzka Nema stala súčasťou siete rozvodných sietí oboch krajín a umožnila elektrinu prúdiť oboma smermi, na požiadanie, v 60-minútových časových blokoch. Existujú na to ekonomické dôvody: Obe spoločnosti, britská National Grid a belgická Elia, môžu ušetriť (a zarobiť) peniaze predajom svojho prebytku. Má to technické dôvody: V prípade prudkého nárastu dopytu alebo výpadku prúdu si tieto dva národy môžu rýchlo podeliť o moc. Predovšetkým však existujú environmentálne dôvody: Obnoviteľná energia sa musí spotrebovať v rovnakej miere ako jej množstvo, pretože ešte nemáme sieťové batérie. Čas je pevne stanovený. Ale vďaka konektorom ako Nemo je teraz priestor flexibilný.

Nemo je jedným z častí širokej stratégie: prvý dokončený segment v rozmachu budovania prepojení, tj. ironicky, približovanie britskej infraštruktúry k Európe práve vo chvíli, keď sa ostrovné kráľovstvo sťahuje politicky. Do roku 2023 sa sieť Spojeného kráľovstva spojí so sieťou Francúzska, Holandska, Belgicka, Nórska a Dánska prostredníctvom dvoch existujúcich a štyroch novovytvorených prepojení. Všetky slúžia európskym cieľom dekarbonizácie. V roku 2016 pochádzalo 17 percent energie spotrebovanej v Európskej únii z obnoviteľných zdrojov. Do roku 2030 bude E.U. chce, aby to bolo 32 percent – ​​na ceste k klimatickej neutrálnosti do roku 2050, čo znamená, že akékoľvek zostávajúce emisie budú kompenzované odstránením rovnakého množstva uhlíka z atmosféry. Nedávne štúdie ukázali, že dosiahnutie tohto cieľa si bude vyžadovať prepojovaciu kapacitu medzi EÚ. krajiny expandovať o 400 až 900 percent. Stavebný boom práve začal.

USA budú jedného dňa musieť vyriešiť rovnakú rovnicu. Naše elektrárne stále odčerpávajú množstvo uhlíka, aj keď výroba veternej a solárnej energie rýchlo rastie a minulý rok vzrástla na 10 percent. Slúžia však lokálnym, regionálnym potrebám. To by sa mohlo zmeniť v nasledujúcom desaťročí. Najmä rozmach projektov veternej energie na mori pozdĺž východného pobrežia nás pravdepodobne prinúti prehodnotiť naše siete a priniesť prepojenia ako Nemo na americké pobrežie.

Na druhej strane sa odohráva kúzlo,“ hovorí Scott Williams, oblečený v sivom zimnom dni v neónovo-zelenej bezpečnostnej bunde, keď sa pozeráme cez hrubú tabuľu bezpečnostného skla. Pozeráme sa cez halu veľkú ako klzisko, plnú veží s vybavením vysokými ako štvorposchodové budovy. Každá minivýšková budova je obohnaná hadicovými slučkami, vďaka čomu to celé vyzerá ako preliezky pre malé obry.

Zostava je konvertorová stanica, kde je striedavý prúd v Anglicku (AC), ktorý môže prúdiť pozdĺž vodičov v oboch smeroch, sa mení na jednosmerný prúd (DC), ktorý tečie jednosmerne a je efektívnejší na veľké vzdialenosti prevod; na podobnej stanici v Belgicku sa prepne späť na striedavý prúd. K nastaveniu Nema je dôležitý bonus: Použitie DC na prenos znamená, že AC siete oboch krajín nemusia byť navzájom synchronizované, aby fungovali. Za posledný rok Williams riadil výstavbu a uvedenie celej prevádzky do prevádzky Siemens, nemecký priemyselný konglomerát, ktorý navrhol obe zariadenia a vyrobil zariadenia vnútri.

Kúzlo, ako to Williams nazýva, je rutinný proces vykonávaný vo veľkom meradle. Nabíjačka pre iPhone veľkosti jahody premieňa striedavý prúd sieťovej zásuvky na 5 wattov jednosmerného prúdu. Nemo premieňa 1 000 megawattov zo striedavého na jednosmerný prúd a späť. Tento výkon vyžaduje 2 304 modulov spoločnosti Siemens, z ktorých každý má približne veľkosť golfového bagu. Sú namontované ako „šesť balení“ a naukladané do veží podobných džungľovým telocvičniam. Slučky hadičiek okolo nich čerpajú chladenú demineralizovanú vodu, aby odvádzali teplo generované pri premene medzi striedavým a jednosmerným prúdom. Dvojica technikov riadi celú vec z neďalekej riadiacej miestnosti – ale akonáhle sa vyriešia problémy, systém možno spustiť aj na diaľku.

V poslednej dobe prichádzajú míľniky každý týždeň: počiatočný elektrický náboj meniča, prvá energia, ktorá ním preteká, a potom 1000-megawattový test, ktorý Williams označil snímkou ​​obrazovky ovládača a ukázal ho ako bábätko obrázok. Zapnutie tohto stroja – z technického hľadiska vysokonapäťové jednosmerné spojenie – bolo veľkým momentom. Ale „akonáhle ste to urobili tri dni po sebe, už ani nevenovali pozornosť,“ hovorí Williams o zamestnancoch riadiacej miestnosti. Budúci týždeň by oficiálne odovzdal projekt od Siemensu spoločnému podniku, ktorý spoluvlastnia National Grid a Elia.

Až keď nás Williams zavedie do susednej haly, ukáže sa plná sila energie, ktorá čoskoro pretečie budovou. Rameno veľkosti pouličnej lampy, nazývané odpojovač, sa spúšťa a zdvíha ako fyzická prestávka medzi modulmi konvertora a podmorským káblom. Ide o bezpečnostný prvok, ktorý technikom umožňuje mať 100-percentnú istotu, že obrovský napájací kábel je odpojený od druhého konca skôr, ako sa ho dotknú. (Ovládací box s fyzickým zámkom a kľúčom to robí ešte jasnejším.) „Nechceli by ste, aby niekto v Belgicku zapol vypínač, keď pracujete vedľa neho,“ hovorí Williams. Na Belgičanov to nie je nič – ide len o prirodzené riziko spojenia dvoch elektrických systémov.

Nigel Williams z National Grid v konferenčnej miestnosti s výhľadom na londýnske Trafalgarské námestie vysvetľuje, že jeho stará práca v britskej spoločnosti starostlivé vyladenie dostupnej domácej dodávky elektrickej energie tak, aby zodpovedala dopytu – usmernenie výroby rôznych druhov energie, ako je napríklad vodič an orchester. Ale vo svojej novej úlohe riadi výstavbu North Sea Link, prepojenia do Nórska, ktoré bude trojnásobné veľkosti Nemo, uvažuje skôr o tom, ako pripraviť energetickú infraštruktúru krajiny v priebehu desaťročí minút.

„Myslím, že každý si začal uvedomovať, že riadiť svoju vlastnú krajinu ako léno bez prepojenia je šialená vec,“ hovorí Williams. V duchu úhľadnej firemnej zasadačky má na sebe károvanú košeľu, džínsy a pevné čižmy. Jeho telefón vibruje na stole s hovormi z Nórska, z ktorého sa práve vrátil večer predtým, na ďalšej ceste, aby zabezpečil existenciu ďalšieho veľkého prepojovača svojej siete.

"Dáva zmysel, že ak ste dobrí vo výrobe niečoho, musíte to exportovať," hovorí. Najmä Británia sa darí vyrábať elektrinu z vetra. Len za posledné desaťročie sa jeho turbíny v Severnom mori zmenili z takmer ničoho na kapacitu 8 gigawattov. V jeden obzvlášť búrlivý deň minulého novembra Spojené kráľovstvo vyrobilo dostatok veternej energie na napájanie jednej tretiny krajiny – udalosť, ktorá získala víťazné titulky. S otvorením Nemo v tomto roku môže akýkoľvek prebytok ísť do Belgicka. Ale čo pokojné dni?

Aby svetlá zostali zapnuté, musia byť výrobné zariadenia napájajúce rozvodnú sieť pohotové a pohotové. „Ponuka a dopyt sa musia stretnúť sekundu po sekunde,“ hovorí Williams. Uhoľné elektrárne sú flexibilné, s turbínami na výrobu elektriny, ktoré sa dajú ľahko zrýchliť alebo spomaliť v závislosti od dopytu, ale sú špinavé. Jadrová energia je čistá – alebo prinajmenšom nízkouhlíková – ale „nemôžete ju otočiť,“ hovorí Williams, čo znamená, že jej generáciu môžete zvýšiť alebo znížiť tak, ako si to vyžaduje dopyt.

Prepojovače ponúkajú novú ponuku možností – napríklad import ďalšej jadrovej energie z Belgicka, vodnej energie z Nórska alebo veternej energie z Dánska. Presúvajú elektrinu z miesta, kde sa vyrába, tam, kde je potrebná. Umožňujú spoločnosti objednať si dodatočnú energiu alebo odložiť prebytočnú energiu, keď je výroba z obnoviteľných zdrojov vysoká – či už sezónne, napríklad keď sa topí nórsky sneh, alebo denne, keď búrka v Severnom mori prefúkne. Alebo, ako hovorí Williams: „Prepojky umožňujú obchodovať s elektrinou a zaobchádzať s ňou presne rovnakým spôsobom ako s vašou plechovkou koly.“

Tieto prepojenia však samotné nevyriešia problém presunu siete na obnoviteľnú energiu. Sú prestávkou, ktorá každej zainteresovanej krajine kupuje čas na to, aby postavila viac vlastných turbín a vyvinula nové technológie. Iben Fürst Frimann-Dahl, analytik spoločnosti Rystad Energy v Nórsku, sleduje globálny trh s obnoviteľnými zdrojmi. „V súčasnosti sme závislí od záloh, najmä teraz, keď krajiny postupne vyraďujú uhlie a jadro,“ hovorí. Dnes to znamená elektrárne navrhnuté tak, aby rýchlo zvýšili výkon, aby uspokojili špičkový dopyt – ale vzhľadom na to, že sa často spoliehajú na uhlie alebo plyn, tieto „špičkové elektrárne“ pracujú proti nízkouhlíkovým cieľom. V budúcnosti to bude znamenať skladovanie. „Keď vyvinieme tieto batérie, väčšina problémov s obnoviteľnými zdrojmi zmizne,“ hovorí Frimann-Dahl. Dovtedy sú prepojenia mostom nielen medzi sieťami, ale aj k úplne obnoviteľnej budúcnosti.

V roku 1961 prezident John F. Kennedy zadal veľký infraštruktúrny projekt známy ako Pacific Intertie, klenot v korune ešte masívnejších verejných prác. Počas predchádzajúcich troch desaťročí federálna vláda postavila sériu vodných elektrární v povodí rieky Columbia na severozápadnom Pacifiku. Dohromady produkujú 29 gigawattov elektriny alebo 44 percent vodnej energie, ktorá sa v súčasnosti vyrába v USA. energie z vidieckeho zdroja pre svojich mestských zákazníkov poskytuje Pacific Intertie vysokonapäťové jednosmerné spojenie z okraja Kolumbie. Rieka na hranici medzi štátom Oregon a Washington po okraj rozľahlého metropolitného regiónu L.A., viac ako 800 míľ preč.

Intertie bola dokončená v roku 1970, ale odvtedy sa v USA nič takého nepostavilo. „Ako národ nie sme v režime budovania národa,“ hovorí Jesse Jenkins, postdoktorand na Harvard Kennedy School, ktorý skúma inžinierstvo a ekonomiku siete. "Nerobíme diaľkové, veľké, národné projekty infraštruktúry."

Čiastočne s cieľom odpovedať na otázku, čo by sme mali postaviť, keby sme to urobili, Jenkins a jeho kolegovia nedávno zverejnili svoju analýzu 40 štúdie z celého sveta o „hlbokej dekarbonizácii“, definovanej ako 80 až 100-percentné zníženie emisií elektriny generácie. Zistili, že stratégie vyžadujú určitú kombináciu výroby a skladovania energie, zníženia spotreby a zvýšenia prenosu. Zarážajúce je, že v USA neexistuje žiadny koherentný plán pre žiadnu z týchto troch vecí.

Ale nastal pokrok. Technológia výroby veternej a solárnej elektriny je vyspelá, s nákladmi konkurencieschopnými s výrobou fosílnych palív, no skladovanie je stále najväčším problémom. Oslobodenie siete od nutnosti okamžite zosúladiť ponuku a dopyt by znamenalo dlhú cestu k prežitiu nevyhnutné žľaby, keď nefúka vietor alebo nesvieti slnko, ale technológia ešte nesvieti existujú. Napriek humbuku okolo domácich batérií Elona Muska si každý v tomto odvetví uvedomuje, aké obmedzené sú súčasné možnosti skladovania.

Dočasným riešením problému skladovania v Európe sú prepojenia, ktoré efektívne umožňujú jednej krajine využiť vetry druhej. Potreba vylepšenej siete v USA je nemenej dôležitá. „Čím väčší a robustnejší je náš prenosový systém, tým viac môžeme rozšíriť variabilitu poveternostných vzorcov po celej krajine,“ hovorí Jenkins. Podľa jednej štúdie Národného laboratória pre obnoviteľnú energiu dosahuje 80 percent obnoviteľnej elektriny v Spojených štátoch Štáty (s 50 percentami z veternej a solárnej energie) by si vyžadovali 56 až 105 percentný nárast diaľkového prenosu kapacita. Potrebujeme novú mriežku veľkú ako tá stará. Nezodpovedanou politickou otázkou je, či takýto mnohomiliardový projekt v konečnom dôsledku ušetrí viac peňazí ako katastrofálne nákladné následky uhlíkom nabitej atmosféry.

Napriek tomu, aj bez prerobenej siete, sa obnoviteľná energia v Spojených štátoch využíva opojným tempom, pričom veterná a solárna energia sa v minulosti zvýšila z menej ako 5 percent na viac ako 10 percent produkcie desaťročie. Očakáva sa, že do roku 2020 budú tvoriť 13 percent celkovej výroby elektriny v USA, čím prekonajú vodnú energiu. Nakoniec nebudeme mať inú možnosť, ako prísť na spôsob, ako prispôsobiť jeho prerušovanosť.

V roku 2016 vyrástlo z modrých vôd Atlantiku pri ostrove Block Island päť turbín, ktorých stožiare s dĺžkou 600 stôp držali štvornohé oceľové základne, natreté jasnožltou farbou a blikajúce navigačnými svetlami. Boli prví z toho, čoho bude nakoniec veľa. Minulý rok udelil štát Massachusetts veľkú zákazku na výrobu veternej energie na mori, ktorá umožnila výstavbu 84 turbín s výkonom 800 megawattov elektriny.

Projekt, známy ako Vineyard Wind, je štartovacou pištoľou pre masívnu výstavbu hore a dole po východnej Pobrežie, pričom niektoré projekty riadi (a v niektorých prípadoch financuje) skúsený európsky vietor operátorov. Podľa jednej analýzy od Citi by v nasledujúcom desaťročí mohlo dôjsť k výstavbe 2 000 turbín pri východnom pobreží s výkonom 22 gigawattov na mori.

Toto je zarážajúce číslo. Dánsko nainštalovalo prvú pobrežnú veternú farmu na svete v roku 1991, ale potom trvalo takmer 30 rokov, kým celková globálna pobrežná kapacita v roku 2017 dosiahla 18,8 gigawattov.

Injektovanie 22 gigawattov energie – prerušovanej energie – do širšej rozvodnej siete USA bude výzvou. Edward Krapels, generálny riaditeľ spoločnosti Anbaric Development Partners, ktorá navrhuje a vyrába elektrické zariadenia vo veľkom meradle prenosové systémy ako Nemo, sa snaží vybudovať pobrežnú sieť pre silnejúci vietor na východnom pobreží poliach. V rozsahu vývoja, o ktorom sa diskutuje, bude musieť byť robustný – s oveľa väčšou kapacitou ako nové prepojenia National Grid. Ale princíp je rovnaký: Moc sa musí presunúť k ľuďom. Čoskoro budú USA potrebovať infraštruktúru ako Nemo, ktorá bude všetku energiu poháňanú vetrom privádzať do vysokonapäťových prenosových vedení a efektívne a flexibilne ju posielať na pobrežie. Technológia je pripravená. Teraz potrebujeme len vôľu.

Tento článok bol pôvodne publikovaný v lete 2019, Nech to vydrží vydanie Populárna veda.