Новая работа, возглавляемая инженером-экологом Дэниелом Коэном и старшим специалистом по информатике Ричардом Морсом из Инженерной школы Джорджа Р. Брауна Райса, использует оптимизационное моделирование для определения наименее затратных комбинаций предлагаемых ветровых и солнечных проектов с потенциалом замены угольной энергетики в Техасе.

Как заявляют авторы в статье, которая появляется в журнале Возобновляемые источники энергии: Ветер, вода и солнечная энергия, "Проще говоря, не всегда ветрено и не всегда солнечно, но где-то в Техасе почти всегда ветрено или солнечно".

Коэн сказал, что это может позволить ветру и солнечной энергии заменить почти всю добычу угля, особенно если ветровые и солнечные проекты будут расположены в местах, которые обеспечивают дополнительную выработку. Новая статья основана на исследовании 2018 года, проведенном в его лаборатории.

"Эта статья действительно о том, как мы можем как можно быстрее отказаться от угля", - сказал Коэн, доцент кафедры гражданского строительства и охраны окружающей среды. "Техас по-прежнему сжигает больше угля и выбрасывает больше диоксида серы и других загрязняющих веществ, чем любой другой штат. Несмотря на то, что переход неизбежен, нам необходимо как можно быстрее отказаться от угля, чтобы улучшить качество воздуха и здоровье людей".

"Очистка энергии, которую мы используем для питания общества, является одной из самых важных вещей, которые нам нужно сделать", - сказал Морс, который выиграл конкурс плакатов памяти Малкольма Вердикта на Техасском энергетическом саммите в 2020 году за свою работу над проектом. "Профессор Коэн рекламировал это как проект, ориентированный на математику, и это мой опыт, поэтому мне было очень интересно помочь с проектом интеграции чистой энергии".

Несколько крупных угольных электростанций в Техасе закрылись в 2018 году, а большинство оставшихся станций работали намного ниже установленной мощности, в том числе из-за перебоев в работе во время заморозки в феврале 2021 года. Исследование команды показало, что только треть ветровых и солнечных проектов, уже предложенных Совету по надежности электроснабжения Техаса к июню 2020 года, может заменить почти всю угольную генерацию штата. С июня 2020 года были построены десятки таких проектов, и очередь предлагаемых солнечных проектов удвоилась.

Ключом к успеху ветровой и солнечной энергетики станет расширение линий электропередачи, соединяющих самые ветреные и солнечные районы штата с городами.

"В Техасе это самое большое узкое место, замедляющее рост ветровой и солнечной энергетики", - сказал Коэн. "Двухпартийный законопроект об инфраструктуре, принятый в прошлом году, является хорошим началом, но почти не имеет достаточного финансирования для передачи. Кроме того, не подключаясь к другим сетям, Техас упустил возможности продавать излишки ветровой и солнечной энергии другим штатам".

Коэн отметил, что природный газ по-прежнему будет иметь решающее значение для надежности электроснабжения Техаса в ближайшей перспективе, особенно в связи с тем, что ERCOT работает над восстановлением после заморозки в 2021 году. Однако, по его словам, дополнительное размещение ветряных и солнечных электростанций может снизить потребность в природном газе и хранилищах и устранить потребность в угле. Исследование показывает, что мощность ветра из Западного Техаса, как правило, достигает максимума ночью, в то время как ветер из Южного Техаса достигает максимума с морским бризом летом днем и вечером. Вместе с дневным солнечным светом эти дополнительные источники могут охватывать большую часть, но не все часы года.

"Даже при дополнительном размещении все равно будут часы, когда солнце не светит и ветер не дует", - сказал Коэн. "Исторически сложилось так, что главной проблемой были летние полдни, когда кондиционеры работали на полную мощность, а иногда и глубокая заморозка. Солнечные и прибрежные ветры хорошо действуют во время летних пиков, но иногда по вечерам могут быть затишья, когда нам понадобится что-то еще, чтобы взбодриться ".

Он сказал, что исключение угля из энергосистемы Техаса - всего лишь вопрос времени. "Я думаю, что ни одна из энергетических компаний не хочет управлять угольными электростанциями в долгосрочной перспективе", - сказал Коэн. "Они более грязные и дорогостоящие в эксплуатации, чем строительство ветряных и солнечных проектов с нуля, и у большинства коммунальных компаний сейчас есть планы достичь чистого нуля выбросов углекислого газа к 2050 году, если не раньше.

"Возможно, из-за этого они не инвестировали в модернизацию своих угольных электростанций, многим из которых более 40 лет и они не очень эффективны", - сказал он.

Соавторами статьи являются студентка факультета гражданского строительства Райс Сара Сальваторе и выпускница Джоанна Слюсаревич, ныне аспирантка Университета Карнеги-Меллон.

Энергетический фонд поддержал исследование.