Эти семь нитей (технически, они представляют собой высоковольтные соединения постоянного тока "спина к спине") соединяют восточные и западные соединения Америки и имеют пропускную способность 1320 мегаватт электроэнергии. (Шов, разделяющий сетки, проходит, грубо говоря, от восточной Монтаны вниз по западным границам Южной Дакоты, Небраски и Канзаса и вдоль западных границ Оклахомских и техасских попрошаек. Техас, со своей собственной сетью, в основном находится за пределами двух больших сетей.)

И это большие сети - восточная сеть имеет генерирующую мощность 700 000 мегаватт, а западная - 250 000 мегаватт. Таким образом, до 1320 мегаватт - это не так уж много электроэнергии, перемещающейся между ними.

Но что, если бы между двумя сетями были более крупные соединения? Что, если бы больше энергии двигалось взад и вперед? Может ли это переместить ветроэнергетику Айовы, юго-западную солнечную энергетику и восточную оффшорную ветроэнергетику с побережья на побережье? Может ли Запад помочь Востоку удовлетворить его пиковый спрос, и наоборот? Повысят ли более крупные соединения надежность, устойчивость и адаптивность сети? Превысят ли выгоды затраты?

Короткий ответ: Да.

Это согласно исследованию Interconnections Seam, двухлетнему исследованию стоимостью 1,5 миллиона долларов, начатому в рамках инициативы по модернизации электросетей стоимостью 220 миллионов долларов, объявленной Министерством энергетики США в январе 2016 года.

Исследователи, в том числе инженеры из Университета штата Айова, поделились ранними выводами во время симпозиума 2018 года в штате Айова и последними выводами в двух статьях, опубликованных этим летом и осенью IEEE, Институтом инженеров по электротехнике и электронике.

Улучшения сетки моделирования

Инженеры штата Айова внесли свой вклад в проект в области компьютерного моделирования, создав модель расширения мощностей, которая имитирует 15-летние улучшения в производстве и передаче электроэнергии. Модель включает в себя четыре варианта сквозной передачи и восемь сценариев генерации с различиями в стоимости передачи, производстве электроэнергии из возобновляемых источников, ценах на газ и выводе из эксплуатации существующих электростанций.

Модели штата Айова перенесли процесс улучшения электросети на 2038 год. Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США в Колорадо использовали данные за 2038 год, чтобы составить почасовую модель распределения электроэнергии в течение одного года по всему миру.

"Результаты показывают соотношение выгод к затратам, достигающее 2,5, что указывает на значительную ценность увеличения пропускной способности между соединениями в рассмотренных случаях, реализуемую за счет совместного использования ресурсов генерации и гибкости между регионами", - говорится в резюме последнего документа.

"Таким образом, на каждый вложенный доллар вы получаете обратно до 2,50 доллара", - сказал Джеймс Маккалли, заслуженный инженер штата Айова, профессор инженерного дела Энсон Марстон, заведующий кафедрой Джека Лондона по разработке энергетических систем и соавтор статей.

Сколько вам пришлось бы вложить?

Маккалли сказал, что потребуется примерно 50 миллиардов долларов, чтобы построить то, что исследователи называют "макрорешеткой" из основных линий электропередачи, которые петляют вокруг Среднего Запада и Запада, с ответвлениями, заполняющими середину и соединяющимися с Техасом и Юго-Востоком.

Определение ценности

Согласно статье исследователей, опубликованной этим летом, чем больше пропускания через шов, тем лучше.

"Соотношение B / C (выгоды к затратам) отслеживает пропускную способность поперечного шва: условия, приводящие к наибольшей пропускной способности поперечного шва, - это условия с наибольшим соотношением B / C", - пишут исследователи.

Один из ключевых выводов исследования: "Сквозная передача окупается сама по себе: это показывает, что в условиях, связанных с будущим с высоким уровнем возобновляемых источников энергии, превышающим 40%, выгоды от сквозной передачи превышают затраты, основываясь только на 35-летнем периоде для оценки экономии, полученной за счет инвестиций в генерацию и операционной эффективности."

Маккалли сказал, что макрогрид окупает себя тремя основными способами:

1. В течение дня в разных частях страны пик спроса приходится на разное время. С помощью макрогрида разные регионы могут помогать друг другу достигать своих ежедневных максимумов.

2. Поскольку электростанции, работающие на угле и газе, выводятся из эксплуатации, макрогрид позволяет распределять ресурсы ветровой и солнечной энергии по всей стране. "Средний Запад производит энергию ветра", - сказал Маккалли. "Но не так много людей живет на Среднем Западе. Поэтому нам нужно переместить эту энергию".

3. Коммунальным предприятиям теперь приходится наращивать дополнительные мощности, чтобы удовлетворить свой самый высокий спрос в этом году. Макрогрид может помочь разным частям страны удовлетворить пиковый спрос друг друга, тем самым уменьшая количество пиковых мощностей, которые необходимо построить в любом месте одновременно.

А как насчет штормов - таких, как дерехо, который пронесся по Айове в августе 2020 года, или ледяной шторм, который отключил электричество в Техасе в феврале 2021 года? Может ли макрогрид помочь в такого рода катастрофах?

"Еще одним преимуществом макрогрида является способность справляться с такого рода проблемами устойчивости", - сказал Маккалли. "Вы могли бы очень просто получить помощь в электроснабжении из других регионов. Айова и другие штаты были бы взаимосвязаны с другими районами".

В то время как исследования начинают количественно оценивать ценность американской макрогриды, Маккалли сказал, что существует много проблем, связанных с тем, чтобы реально увидеть ее построенной. Конечно, есть свои издержки. Есть политика и политические решения, которые должны быть приняты. И есть люди, которым не нужны линии электропередачи, ветряные турбины или солнечные батареи где-либо поблизости.

Что он говорит этим людям?

"Мой ответ заключался в том, что у каждой формы энергии есть отрицательные стороны", - сказал Маккалли. "Назови мне лучшую альтернативу".