權(quán)衡可靠性、成本、碳排放：MIT研究美國電網(wǎng)擴建的選項

隨著能源需求的不斷增長，美國在未來幾年幾乎肯定需要擴建其電力網(wǎng)絡(luò)。那么，最佳方案是什么呢？麻省理工學(xué)院（MIT）研究人員的一項新研究審視了美國國會提出的立法，并根據(jù)不同的提案方式，識別出在可靠性、成本和排放方面的相對權(quán)衡。

 

兩種政策路徑的比較

 

MIT研究人員評估了兩種擴建美國電網(wǎng)的政策方法：

 

1.      集中于可再生能源豐富地區(qū)的策略：這種方法將更多的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施集中在擁有更多可再生能源資源的地區(qū)，例如美國中部擁有豐富但尚未充分利用的風(fēng)能資源。

 

2.      全國互聯(lián)的“規(guī)定性”策略：這種方法則是在全國范圍內(nèi)大致均衡地建設(shè)更多基礎(chǔ)設(shè)施，以增強各區(qū)域之間的互聯(lián)。

 

經(jīng)過廣泛的建模分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩種方法各有優(yōu)劣，都可以在不同方面帶來改進。

 

•       地理分布不均的電網(wǎng)建設(shè)（即集中于可再生能源豐富地區(qū)）比“規(guī)定性”方法便宜1.13%，并且能減少3.65%的碳排放。

 

•       規(guī)定性方法通過增強全國互聯(lián)，可以顯著減少因極端天氣導(dǎo)致的停電事件。

 

“政策制定者最關(guān)心的兩個問題——成本和可靠性之間存在權(quán)衡，”MIT斯隆管理學(xué)院的經(jīng)濟學(xué)家克里斯托弗·克內(nèi)特爾（Christopher Knittel）指出，他協(xié)助指導(dǎo)了這項研究。“這項研究更清楚地表明，在面對極端天氣和停電時，更具規(guī)定性的方法效果更好。”

 

研究成果發(fā)表

 

這項名為《政策驅(qū)動的輸電擴展對美國成本、排放和可靠性的影響》的論文今天發(fā)表在《自然·能源》上。作者包括MIT能源與環(huán)境政策研究中心的博士后胡安·拉蒙·L·森加（Juan Ramon L. Senga）、MIT信息系統(tǒng)與決策系統(tǒng)實驗室的首席研究科學(xué)家奧頓·博特勒德（Audun Botterud）、MIT能源與環(huán)境政策研究中心的研究副主任約翰·E·帕森（John E. Parson）、MIT政策實驗室的管理總監(jiān)德魯·斯托里（Drew Story），以及MIT斯隆管理學(xué)院的喬治·P·舒爾茨教授兼MIT氣候與可持續(xù)性副院長克內(nèi)特爾。

 

這項新研究是MIT氣候政策中心的成果，該中心隸屬于MIT斯隆管理學(xué)院，致力于能源問題的兩黨研究。該中心也是MIT于2024年成立的“氣候項目”的一部分，該項目旨在制定實用的氣候解決方案。

 

研究背景

 

這項研究源于研究人員與議員的合作，這些議員提出了旨在加強和擴展美國電網(wǎng)的法案。其中一項法案是《BIG WIRES法案》，由科羅拉多州參議員約翰·希肯盧珀（John Hickenlooper）和加州眾議員斯科特·彼得斯（Scott Peters）共同發(fā)起，要求到2035年，美國每個輸電區(qū)域至少能夠?qū)⑵浞逯地?fù)荷的30%輸送到其他區(qū)域。這將標(biāo)志著輸電格局的重大變化，因為目前電網(wǎng)主要是在區(qū)域?qū)用姘l(fā)展，缺乏大量的國家監(jiān)管。

 

“美國的電網(wǎng)正在老化，需要升級，”森加表示。“實施這類政策是我們邁向未來改善電網(wǎng)、降低成本、降低排放和提高可靠性的重要一步。有進展總比沒有好，在這種情況下，這將非常重要。”

 

研究方法與發(fā)現(xiàn)

 

為了進行這項研究，學(xué)者們使用MIT能源計劃開發(fā)的“Gen X”能源生成模型，審視了立法提出的變革。研究表明，如果實現(xiàn)30%的區(qū)域間互聯(lián)，因極端寒冷導(dǎo)致的停電次數(shù)預(yù)計將減少39%，這將大幅提高電網(wǎng)的可靠性，避免類似2021年德克薩斯州冬季風(fēng)暴損害配電能力的情況。

 

另一方面，論文詳細說明，通過在新能源發(fā)電地理位置附近優(yōu)化輸電容量來“優(yōu)化”的未來電網(wǎng)將更加經(jīng)濟。“在成本方面，這種優(yōu)化系統(tǒng)看起來更好，”森加表示。一個地理分布不均的電網(wǎng)在減少排放方面也會有更大的影響。從2010年到2022年，全球風(fēng)能和太陽能的平準(zhǔn)化成本分別下降了89%和69%，這意味著將更便宜的可再生能源納入電網(wǎng)將有助于成本和排放的雙重下降。

 

綜合策略的可能性

 

當(dāng)然，這兩種不同的電網(wǎng)擴展方法并不是唯一的前進道路。研究還考察了一種混合方法，該方法結(jié)合了國家互聯(lián)要求和基于新電源的本地建設(shè)。然而，模型顯示，立法者在制定和考慮未來的電網(wǎng)立法時，可能需要考慮一些權(quán)衡。

 

克內(nèi)特爾強調(diào)，以立法為基礎(chǔ)進行學(xué)術(shù)研究，雖然不常見，但對所有參與方都是有益的。學(xué)者們可以將他們的研究工具和模型應(yīng)用于現(xiàn)實場景，而政策制定者可以獲得對其提案如何運作的復(fù)雜評估。

 

通過這項研究可以看到，美國電網(wǎng)的擴建不僅是一個技術(shù)問題，更是一個涉及政策、經(jīng)濟和環(huán)境的多維度挑戰(zhàn)。未來的電網(wǎng)建設(shè)需要在成本、可靠性和環(huán)保之間找到最佳的平衡點。