Могут ли США питаться от солнечной сети размером 100 миль на 100 миль? [дубликат]

Могут ли США питаться от солнечной сети размером 100 x 100 миль?

В основе Desertec лежит та же идея: солнечные электростанции, расположенные в Северной Африке, снабжающие электроэнергией Европу. Статья включает в себя карту, показывающую площадь, необходимую для питания Германии, Европы и всего мира, соответственно , по оценке Немецкого аэрокосмического центра (DLR). Эта оценка помещает 100x100 миль для США в «правдоподобный» примерный размер.

Почему до сих пор никто не построил эту площадь?

Это не часть заявления Илона Маска, но некоторые мысли по этому поводу:

Во-первых, солнечная энергия зависит от солнечного света (очевидно). Ваша солнечная электростанция будет производить энергию только в дневное время и с ограниченной мощностью в пасмурную погоду. Вам нужно будет создать избыточную мощность, чтобы справиться с плохой погодой, и вам нужно будет хранить энергию где-то в дневное время, чтобы удовлетворить потребности в ночное время. Или вам нужно было бы держать некоторые обычные установки в режиме ожидания. [1]

Во-вторых, если бы вся электроэнергия для всех США производилась в Неваде, вам нужно было бы построить массивные линии электропередач, идущие по всему континенту, например, для снабжения восточного побережья. Много теряете при передаче, поэтому вам нужно еще больше избыточных мощностей, чтобы компенсировать эти потери. [2]

В-третьих, вам нужно будет вернуть свои инвестиции в эту огромную солнечную электростанцию, так что даже если солнечный свет будет бесплатным, ваша солнечная энергия не будет бесплатной. И вы будете конкурировать с существующими поставщиками электроэнергии, которые уже обеспечивают 100% электроэнергии, необходимой США. [3]

В-четвертых, хотя вы создали бы много рабочих мест в отрасли производства солнечных батарей и линий электропередач, вы также заставили бы многих людей в других отраслях потерять работу. Шахтеры, заводчане и т. д., и это натолкнется на сильное сопротивление со стороны соответствующих лоббистских групп.

Возможно, есть еще пара пунктов, которые я пропустил. Но это не так просто, как «просто покрыть пару квадратных миль солнечными панелями, и все».

Так что да, это можно было сделать. Но должно быть очевидно, почему люди на самом деле не стремятся делать это именно таким образом.

Это кажется возможным, по крайней мере, в теории. Конечно, возможно ли это и отдаленно ли это экономически целесообразно — это совершенно разные вопросы.

Приличная серия предварительных расчетов здесь показывает, что 10 000 квадратных километров солнечных панелей могут обеспечить больше энергии, чем потребляет США. Это было сделано в ответ на ту же (или, по крайней мере, похожую) графику, которую Маск продемонстрировал, когда запускал батареи Tesla PowerWall и PowerPack.

Входные данные для расчета

Потребление электроэнергии в США составляет в среднем около 425 ГВт. EIA дает цифру 3 725 101 тыс. МВт-часов от общего объема продаж электроэнергии в 2013 г., т.е. 3725 ТВт-ч в год. Это эквивалентно 425 ГВт.

Показанная площадь составляет 10 000 км² на северо-западе Техаса.

Глядя на карту, представленную Илоном Маском, и сравнивая ее с масштабной картой США, я прихожу к оценке, что площадь квадрата на северо-западе Техаса составляет около 100 км вдоль стороны и, таким образом, имеет общую площадь 100 км x 100 км, т.е. 10 000 км²

Средняя доходность фотоэлектрических систем на северо-западе Техаса составляет около 21%.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США (NREL) предоставляет онлайн-калькулятор выхода фотоэлектрической энергии, который называется PVWatts. Я просмотрел данные для местоположения TMY2 Amarillo, TX, которое кажется близким к рассматриваемой области. Система мощностью 1 кВт будет генерировать 1838 кВтч в год (на склоне 10 °, обращенном к югу), что эквивалентно 210 Вт; что дает отношение вырабатываемой мощности к мощности 21%.

Самый высокий КПД, который мы в настоящее время получаем от солнечных модулей, составляет около 24%.

Таблица 2 таблиц эффективности солнечных элементов Грина и др. (версия 45) дает лучший фотоэлектрический модуль с эффективностью 24%. И это соответствует установленной мощности 0,24 ГВт/км², учитывая стандартное измерение 1 полного солнца, равного 1 кВт/м².

Расчет

10 000 км² x 0,24 ГВт/км² x 21% = 500 ГВт, что больше, чем текущее потребление электроэнергии в США, составляющее 425 ГВт.

Резюме

Да, указанная площадь разумна, [...]

Я настроен скептически, ведь если это правда, то почему никто еще не построил эту площадь?

Просто сосредоточился на этой части. Другие ответы, кажется, уже указывают на то, что такая площадь может быть достаточно большой, чтобы производить электричество в том порядке, в котором это необходимо. Это не значит, что это экономически выгодно.

Вы можете ожидать, что люди действительно реализуют этот проект, только если затраты и другие аспекты являются управляемыми. Я остановлюсь только на затратах. Вам нужно будет купить столько земли; подготовьте землю (местно выровняйте ее и устраните препятствия); произвести 10 000 квадратных миль солнечных батарей самостоятельно или купить их; установить их; проволокой их; платить за техническое обслуживание, такое как постоянная замена изношенных панелей.

Возьмем только затраты на покупку 10 000 квадратных миль солнечных панелей. Конечно, для такого огромного проекта можно было бы ожидать некоторого эффекта масштаба и гораздо меньших затрат, чем сейчас. Это добавит довольно большую неопределенность. Взяв 0,75 доллара за ватт (упомянутый как скидка для солнечных компаний в статье «Сколько стоят солнечные панели в США в 2017 году? ») и общую мощность 425 ГВт (взятую из этого ответа ), я получаю примерно 300 миллиардов долларов США. Это, конечно, только очень и очень грубая оценка, но все же намекает на то, почему до сих пор никто не построил эту площадь.

Это может быть слишком дорого по сравнению с производством электроэнергии другими способами. С положительной стороны, цифра не совсем сумасшедшая (по сравнению, например, с госдолгом порядка 14 триллионов).