매크로 그리드는 전기를 필요로하는 지역으로 이동합니다.

매크로 그리드는 전기를 필요로하는 지역으로 이동합니다. LA에서 115 마일 떨어진 캘리포니아 테 하차 피에있는 로스 앤젤레스 수 자원부 소나무 풍력 발전소 및 태양 광 발전소. 게티 이미지를 통한 Irfan Khan / 로스 앤젤레스 타임즈

허리케인, 지진, 홍수, 산불, 극심한 더위, 극한의 추위, 장기간의 가뭄 등 많은 종류의 극심한 사건이 전기 서비스를 방해 할 수 있습니다. 중대한 재난은 수천 명의 사람들을 어둠 속에 남겨 둘 수 있습니다. XNUMX 월 텍사스 딥 프리즈가 녹아웃 주 전기 발전 용량의 40 %.

그러한 이벤트가 진행되는 동안 영향을받지 않는 지역은 전력을 절약 할 수 있습니다. 예를 들어, 텍사스의 XNUMX 월 정전 기간 동안 유틸리티는 태평양 북서부의 수력 발전, 북동부의 천연 가스, 북부 평원의 풍력 및 남서부의 태양 광 발전으로 전기를 생산했습니다.

오늘날 미국의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝으로 원활하게 전기를 이동하는 것은 불가능합니다. 그러나 지난 XNUMX 년 동안 국립 연구소와 대학의 연구자들은 산업 엔지니어와 긴밀히 협력하여 가능한 주간 전기 시스템을 설계했습니다. 과 Biden 대통령의 인프라 계획 "더 저렴하고 깨끗한 전기를 가장 필요한 곳으로 옮길 수있는"고압 송전선을 구축하는 데 수십억 달러를 할당함으로써이 방향으로 나아갈 것입니다.

My 공학 연구 전력 시스템에 중점을 둡니다. Iowa State University에서 우리는 매크로 그리드가 미국에 가져올 수있는 이점을 정량화하기 위해 노력했습니다. 이러한 고용량 전송 시스템은 에너지 자원과로드 센터로 알려진 높은 전력 수요 영역을 넓은 지역에 걸쳐 연결합니다.

 전력망은 종종 인구 중심에서 멀리 떨어진 발전기에서 에너지 고객으로 전력을 이동합니다.

전기를위한 국도 시스템

드와이트 아이젠 하워는 국가 간 고속도로 시스템에 대해 생각하고있었습니다. 수십 년 동안 Eisenhower는 1953 년 대통령으로 취임하기 전에 그러한 시스템이“우리의 방어에 필요한만큼”이라고 주장했습니다. 국가 경제와 개인 안전. "

의회는 1956 년 연방 지원 고속도로 법, 연방 정부가이 미화 90 억 달러 시스템 비용의 114 %를 지불하도록 승인했으며 나머지는 주에서 처리합니다.

아이젠 하워는 대피 도시 핵전쟁의 경우. 매크로 그리드에 대한 보안 주장은 전력망을 방해하는 극단적 인 이벤트에 중점을 둡니다. 그리고 경제적 논쟁은 풍력, 태양열 및 수력이 풍부한 지역에서 전력 수요가 높은 지역으로 이동하는 데 중점을 둡니다.

오늘날 북미 전력망은 실제로 XNUMX 개의 격자, 상호 연결이라고도합니다. 두 개의 대형 그리드 인 동부 및 서부 상호 연결은 대부분의 낮은 48 개 주와 캐나다의 큰 스와 스를 포함하며, 세 개의 작은 그리드는 텍사스, 알래스카 및 북부 퀘벡에 서비스를 제공합니다. 이러한 각 그리드는 교류 또는 AC, 발전기에서 고객에게 전기를 이동합니다.

동부, 서부 및 텍사스 상호 연결은 고전압 직류, 또는 HVDC, 라인간에 전력을 전송할 수 있습니다. 이러한 시설은 노후화되고 있으며 소량의 전기 만 전송할 수 있습니다. 그리드 사이. 매크로 그리드를 생각하는 한 가지 방법은 기존 미국 그리드를 결합하여 전력을 더 쉽게 이동할 수 있도록하는 오버레이입니다.

매크로 그리드는 전기를 필요로하는 지역으로 이동합니다. 동부, 서부 및 텍사스 그리드를 연결하고 해상 풍력 발전 단지와 연결되는 잠재적 인 미국 매크로 그리드. 제임스 맥 캘리, CC의 BY-ND

지역 간 권력 공유

바이든 대통령은 미국에서 청정 에너지 전환을 달성하기위한 전면적 인 조치를 제안했습니다. 2035 년까지 전력 탄소를 제거. 이를 위해서는 향후 15 년 동안 많은 새로운 재생 가능 발전 용량을 추가해야합니다.

풍력 및 태양열 비용은 최근 몇 년 동안 극적으로 떨어졌습니다. 오늘날 새로운 대규모 풍력 또는 태양 광 발전소의 전력은 기존 석탄 발전소. 그러나 재생 에너지는 미국 전기의 약 21 %.

매크로 그리드는 두 가지 방법으로 새로운 풍력 및 태양 광 발전소의 전기 비용을 절감 할 수 있습니다. 첫째, 고품질 재생 가능 전력 (주로 중서부 풍력 및 남부 태양열, 잠재적으로 캐나다 수력 발전)을 해안로드 센터에 공급할 수 있습니다. 이 전력을 장거리로 이동할 수있는 전송 시스템을 구축하는 것이 품질이 낮고 약한 태양 및 풍력 자원에서 도시에 더 가까운 곳에서 생성하는 것보다 저렴합니다.

둘째, 매크로 그리드는 지역간에 에너지 생산과 그리드 서비스를 공유 할 수있게합니다. 이 전략은 시간대로 인한 시차와 전력 수요가 증가하는 경향이 있다는 사실을 활용합니다. 하루 중 특정 시간에 최고조, 사람들이 저녁에 집에 도착할 때. 그리고 전력 가격은 수요와 함께 낮 동안 오르 내립니다.

예를 들어 태평양 표준시 오후 3시에 서부 해안의 전력 수요는 상대적으로 낮습니다. 즉, 전기 비용도 낮습니다. 과잉 서구 전력은 동부 표준시 오후 3시에 발생하는이 서해안 "낮음"오후 6시와 동시에 최고점 인 동부 해안의 수요를 공급하는 데 사용될 수 있습니다. 7 시간 후, 서해안이 태평양 표준시로 매일 정점 인 오후 10 시가되면 동부에서는 오후 XNUMX 시가되며,이 지역은 서쪽으로 공유 할 추가 세대가있을 것입니다.

연간 최대 전력 수요가 지역마다 다른시기에 발생하기 때문에 용량 공유도 작동합니다. 각 지역은 연간 최대 부하를 충족 할 수있는 충분한 발전 용량에 접근 할 수 있어야하며, 발전 실패를 감당할 수있는 여유가 있어야합니다. 매크로 그리드는 지역에서 필요하지 않을 때 초과 발전 용량을 공유 할 수있게합니다.

이 전략은 두 지역의 연간 최고치가 불과 며칠 차이가 나는 경우에도 이점을 제공합니다. 몇 주 또는 몇 달에 따라 다를 경우 그에 따른 보상이 클 수 있습니다. 예를 들어 태평양 북서부의 전력 수요는 일반적으로 겨울에 최고조에 달하므로이 지역은 수요가 여름에 최고조 인 남서부와 중서부에서 용량을 빌릴 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

건물 전송으로 비용 절감

제가 2020 년에 학계 및 업계 동료들과 함께 발표 한 연구에서 우리는 매크로 그리드가 없으면 비용이 $ 2.2 조 이상 2024 년부터 2038 년까지 국가의 전력 시스템을 개발 및 운영하고 50 년에 2038 % 재생 가능 발전을 달성합니다. 여기에는 거의 전적으로 풍력과 태양열이 될 600 기가 와트의 새로운 발전 용량을 추가하는 비용이 포함됩니다. 남은 화석 및 원자력 발전소의 운영 비용; 새로운 발전소를 고객에게 연결하기 위해 새로운 AC 송전선을 구축합니다.

그러나 우리는 미국이 매크로 그리드를 개발하는 데 50 억 달러를 지출하면 국가 전력 시스템을 개발 및 운영하고 50 년에 재생 가능 전력을 2038 % 달성하는 데 드는 장기 총 비용이 50 억 달러 이상 감소 할 것이라고 계산했습니다. 즉, 여러 지역에서 전력을 공유하고 원격 지역에서로드 센터로 고품질 재생 가능 전력을 제공 할 수있게함으로써 매크로 그리드는 자체 비용을 지불하는 것 이상이 될 것입니다.

일부 관측통은 국가적으로 연결된 그리드가 기존 시스템보다 계단식 정전에 더 취약 할 것이라고 걱정할 수 있습니다. 사실, HVDC는 유연한 컨버터 스테이션을 통해 향상된 그리드 제어 기능을 제공하기 때문에 매크로 그리드는 실제로 더 신뢰할 수 있습니다.

업계 리더청정 에너지 옹호자 미국이 매크로 그리드 개발을 추구 할 것을 촉구하고 있습니다. 그러나 북미는 뒤쳐지다 저비용 청정 에너지 자원을 활용하기 위해 지역간 전력선을 개발하는 세계 대부분. 그리고 50 억 달러가 큰 투자처럼 보인다면 이것을 고려하십시오. 예상 최소 비용 텍사스 딥 프리즈 기간 동안 정전 및 에너지 가격 급등.

저자에 관하여

제임스 D. 맥 캘리, 전기 공학 교수, 아이오와 주립 대학

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