權衡可靠性、成本、碳排放：MIT研究美國電網擴建的選項

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絡。那么，最佳方案是什么呢？麻省理工學院（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基礎設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能資源。

 

2.      全國互聯的“規(guī)定性”策略：這種方法則是在全國范圍內大致均衡地建設更多基礎設施，以增強各區(qū)域之間的互聯。

 

經過廣泛的建模分析，研究人員發(fā)現，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建設（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，可以顯著減少因極端天氣導致的停電事件。

 

“政策制定者最關心的兩個問題——成本和可靠性之間存在權衡，”MIT斯隆管理學院的經濟學家克里斯托弗·克內特爾（Christopher Knittel）指出，他協助指導了這項研究。“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·?？媳R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)域至少能夠將其峰值負荷的30%輸送到其他區(qū)域。這將標志著輸電格局的重大變化，因為目前電網主要是在區(qū)域層面發(fā)展，缺乏大量的國家監(jiān)管。

 

“美國的電網正在老化，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、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

 

為了進行這項研究，學者們使用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30%的區(qū)域間互聯，因極端寒冷導致的停電次數預計將減少39%，這將大幅提高電網的可靠性，避免類似2021年德克薩斯州冬季風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”的未來電網將更加經濟。“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在減少排放方面也會有更大的影響。從2010年到2022年，全球風能和太陽能的平準化成本分別下降了89%和69%，這意味著將更便宜的可再生能源納入電網將有助于成本和排放的雙重下降。

 

綜合策略的可能性

 

當然，這兩種不同的電網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，該方法結合了國家互聯要求和基于新電源的本地建設。然而，模型顯示，立法者在制定和考慮未來的電網立法時，可能需要考慮一些權衡。

 

克內特爾強調，以立法為基礎進行學術研究，雖然不常見，但對所有參與方都是有益的。學者們可以將他們的研究工具和模型應用于現實場景，而政策制定者可以獲得對其提案如何運作的復雜評估。

 

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