Entspricht die Menge an Land, die benötigt wird, um die USA zu kohlenstofffreiem Strom zu bringen, einer kleinen Fläche von Texas?

Nachdem ich Elon Musks Präsentation zur Tesla Powerwall gesehen hatte, hatte ich eine Frage.

Auf seinem Diagramm der USA behauptet er, dass ein „winziges blaues Quadrat“ auf der Spitze von Texas, das aus Solarfarmen besteht, genug Energie wäre, um die Vereinigten Staaten mit Strom zu versorgen. Ich habe Dokumentarfilme gesehen, die behaupten, dass es zehnmal so groß sein sollte. Das scheint absurd, oder?

Dieses blaue Quadrat dort ist die Landfläche, die benötigt wird, um die Vereinigten Staaten in eine kohlenstofffreie Stromsituation zu überführen

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Denken Sie daran, dass Musk nie gesagt hat, dass dieser Bereich benötigt wird, um die gesamten USA mit Strom zu versorgen – es ist der Bereich, der benötigt wird, um fossile Brennstoffe zu entfernen. Sie würden neben Solarenergie immer noch Wasser-, Atom- und Windkraft nutzen.
Es ist in den ersten Momenten seiner Rede, gleich wenn er von dem blauen Quadrat erzählt. Er spricht nie davon, vollsolar zu werden. Ich werde das gleich tun. Lassen Sie mich einfach die richtige Sekunde auswählen.
@EnergyNumbers Es steht an der 3:24-Marke: "Das blaue Quadrat dort ist die Landfläche, die benötigt wird, um die Vereinigten Staaten in eine Situation mit kohlenstofffreiem Strom zu bringen". Null Kohlenstoff unterscheidet sich von reiner Solarenergie – Kernkraft, Wasserkraft und Windkraft sind alle „kohlenstofffrei“, da sie keine fossilen Brennstoffe verbrennen.
@Sickest haben die Änderungen an Ihrer Frage die Behauptung, die Sie untersuchen wollten, genau erfasst? Diese Frage wird auf meta diskutiert : Ich möchte die Frage nicht dahingehend ändern, dass sie etwas bedeutet, was Sie nicht beabsichtigt haben. Wenn Sie uns also mitteilen können, ob die Frage immer noch Ihre Absicht widerspiegelt oder nicht, wäre das großartig.
Nur um darauf hinzuweisen, dass, wenn alles in einem Bereich wie diesem wäre, der Energieverlust durch den Transport dieser Energie durch die gesamten USA zu einer weitaus größeren Menge an benötigter Energie und damit zu mehr Landverbrauch führen würde. Ich wünsche Ihnen auch viel Glück bei der Herstellung von ausreichend Sonnenkollektoren, um eine so große Fläche abzudecken;) Kurz gesagt, was auch immer die Theorie in der Praxis ist, es ist eindeutig nicht möglich.
Die Diskrepanz könnte von der Tatsache herrühren, dass "installierte" Solarzellen viel mehr Platz einnehmen werden als eine feste Zellplatte, die 10.000 Quadratkilometer bedeckt. Basierend auf den folgenden Berechnungen von @EnergyNumbers scheint Musk die „One Giant Sheet“-Methode zu verwenden. Sie können offensichtlich nicht so dicht über so viel Platz in Zellen packen. Es ist nicht unvernünftig, für eine funktionierende Installation den zehnfachen Platz zu benötigen.
@ JPhi1618 Sie könnten es zu 100% füllen, aber fast niemand tut es für den Versorgungsmaßstab, weil es nicht die wirtschaftlichste Lösung ist (außer auf Dächern). Bei einer typischen kommerziellen Installation ist ein Verhältnis von 1:3 wahrscheinlicher, hängt aber natürlich von den Verkabelungskosten, den Landkosten, dem Standort sowie den Installations- und Wartungstechniken ab
@EnergyNumbers Ich dachte an Installationen wie diese , als ich an eine 10-fache Vergrößerung dachte, aber dann sah ich einige Bilder wie diese , die VIEL dichter zu sein scheinen.
@ JPhi1618 ja, Ihr erstes Bild zeigt eine Tracker - Installation: Aufgrund des Schattenproblems werden Tracker mit viel geringerer Dichte installiert als fest montierte Panels (Ihr zweites Bild).
Der Grund, warum Sie vielleicht 10x größere Flächen gesehen haben, ist, dass viele dieser Vergleiche den Abstand zwischen ihren Solarmodulen beinhalten. Dieser Abstand ermöglicht es Wartungs-/Austauschteams, zu allen Modulen zu gelangen, und ermöglicht die Verwendung von Sonnenkollektoren, die der Sonne nachgeführt werden, was viel kostengünstiger ist als Paneele mit horizontaler Oberfläche, aber sie benötigen Abstand, um eine gegenseitige Beschattung zu vermeiden. Und wenn es uns nur darum ginge, die USA auf möglichst wenig Platz mit Solarenergie zu versorgen (und wen interessieren die Kosten für die Reinigung der Solarmodule mit einem Hubschrauber), könnten wir das tun.
Man könnte sie ohne Helikopter reinigen – die Paneele auf Scharniere stellen und etwas über Kopfhöhe montieren. Der Zugang erfolgt von unten, entriegeln Sie sie und schwenken Sie sie nach unten, um sie zu reinigen oder zu reparieren. Das Problem bei Flachbildschirmen sind die erhöhten Kosten, wenn man der Sonne nicht nachführt.
Dieses winzige blaue Quadrat ist immer noch SEHR groß. Wenn Sie für Wartungsarbeiten ins Zentrum gelangen möchten, benötigen Sie ein Auto. Sie müssen Ihre Solarmodule an Hochspannungsleitungen anschließen, um den Strom zu transportieren, und diese werden große Flächen beschatten. Sicher, diese Drähte KÖNNTEN unterirdisch sein, wenn die Reduzierung der Landfläche das Ziel ist, aber das ist es nicht, die Reduzierung der Kosten ist es. Es gibt viele Gründe, warum der Platz auf einem Solarpark dieser Größe größer sein müsste als die Größe der Module.
Ich stimme voll und ganz zu, dass Sie sie nicht wirklich so bauen würden, ich sagte nur, dass Sie nicht auf einen Hubschrauber zurückgreifen müssten, um sie zu reinigen.
Meinetwegen. Sie können ruhig davon ausgehen, dass der Helikopter-Kommentar von vornherein ein wenig augenzwinkernd war, und was ich wirklich meinte, war: „Es würde Schwierigkeiten (und damit verbundene Kosten) beim Reinigen, Reparieren und Ersetzen von Paneelen geben, wenn kein angemessener Abstand für Zugangsfahrzeuge gelassen wird.“
Wenn Sie sie herunterklappen, wird auch das Reparieren und Ersetzen behoben. Es ist nur teurer, eine solche Struktur zu bauen, als sie flach zu legen.
Die Sache ist die, dass der Kauf eines Stück Land, das ansonsten unbrauchbar ist, wahrscheinlich kostengünstiger ist als die meisten Möglichkeiten, den Fußabdruck der Anlage zu verkleinern. Einige Analysen (wie diese) verfolgen die kleinste erforderliche Größe, und andere verfolgen, wie viel ein realistischer Solarpark aufnehmen würde, wenn die Leute ihn so kostengünstig wie möglich bauen würden, was den 10-fachen Unterschied erklärt, den das OP erwähnt

Antworten (2)

Zusammenfassung: Ja, die gezeigte Fläche ist angemessen, da eine Visualisierung der Fläche der Paneele, die erforderlich ist, um Strom zu erzeugen, der dem gesamten US-Stromverbrauch entspricht, im mehrjährigen Durchschnitt: Diese Fläche der Paneele würde 500 GW erzeugen, was über dem liegt aktueller US-Jahresdurchschnittsstromverbrauch von 425 GW

Die folgenden Berechnungen stammen aus diesem Blogpost des Energy Institute, University College London.

Wie Thales Pereira in den Kommentaren zu dieser Frage ausgeführt hat, könnte die Behauptung so verstanden werden, dass dieser PV-Bereich fossile Brennstoffe verdrängen und die bestehenden kohlenstofffreien Optionen im US-Netz (Wasserkraft, Kernkraft, Wind) ergänzen würde. Das würde es zu einer etwas schwächeren Behauptung machen. Ich bin davon ausgegangen, dass dies die starke Version der Behauptung ist: dass dieses Gebiet die gleiche Strommenge wie der gesamte US-Bedarf haben würde, noch bevor die bestehende Wasserkraft-, Atom- und Windkrafterzeugung berücksichtigt wird. Wenn die stärkere Behauptung gültig ist, folgt automatisch die schwächere Behauptung.

  • Der Stromverbrauch in den USA liegt im Durchschnitt bei etwa 425 GW
  • Das gezeigte Gebiet ist 10.000 km 2 , in NW Texas
    Betrachten Sie diese Google-Karte und vergleichen Sie sie mit der Grafik in der Frage: Wenn Sie die Skala in der unteren rechten Ecke verwenden, ist das Quadrat ungefähr 100 km lang
  • Tabelle 2 der Solarzellen-Effizienztabellen von Green et al. (Version 45) gibt das beste Modul mit einem Wirkungsgrad von 24 % an, was eine PV-Kapazität pro Flächeneinheit von 0,24 GW/km 2 ergibt
  • PVWatts gibt einen Kapazitätsfaktor für Amarillo, Texas, von 21 % an

10.000 km 2 x 0,24 GW/km 2 x 21 % = 500 GW

Das ist mehr als der aktuelle US-Stromverbrauch von 425 GW.

Also ja, die gezeigte Fläche ist angemessen, als Visualisierung der Fläche von Modulen, die erforderlich ist, um im mehrjährigen Durchschnitt Strom zu erzeugen, der dem gesamten US-Stromverbrauch entspricht.

Ist thermische Solarenergie (wie California Solar One oder Nevada Solar One ) mehr oder weniger effizient als PV-Module?
@vartec Es würde sich lohnen, diese Frage zu nachhaltigem Leben zu stellen. Es gibt nur wenige Daten, die ich finden könnte: AFAICT, es sieht so aus, als wären diese (CSP-)Anlagen weniger flächeneffizient als PV. Sie können eine ähnliche Energieeffizienz aufweisen (~20 %, vor Speicherverlusten). Die Kosteneffizienz ist schwieriger zu vergleichen: Der potenzielle Speicher von CSP wird unterschiedliche Werte haben, je nachdem, wie der Rest des Netzes aussieht; und wir haben nicht wirklich genug Erfahrung, um eine sinnvolle Lernkurve für CSP-Kapitalkosten zu berechnen.
Für diese Frage denke ich, dass nur die Landeffizienz von Bedeutung ist.

Erstens sind die nördlichen 55 km des Platzes der Oklahoma Panhandle , während der Rest der Texas Panhandle ist, der sich 270 km von Ost nach West erstreckt.

Das blaue Quadrat ist daher auf jeder Seite etwa 123 km lang, 15.000 km². oder 3.700.000 Morgen.

Eine großartige Quelle für die Bewertung, ob dies ausreichend ist, ist Land-Use Requirements for Solar Power Plants in the United States vom National Renewable Energy Lab.

Gemäß Tabelle 4 (die nur die direkte Landnutzung berücksichtigt) ist die effizienteste Nutzung durch 2-achsige konzentrierende PV-Systeme, die nur 2 Acres benötigen, um eine GWh pro Jahr zu produzieren.

Mit 3.700.000 Acres können also 1.850.000 GWh pro Jahr produziert werden.

Dem steht ein Stromverbrauch von 4.686.400 GWh pro Jahr für die USA im Jahr 2013 gegenüber.

Also, nein, selbst unter Berücksichtigung der besten aktuellen Technologie und nur der direkten Landnutzung ist es nicht groß genug.

Diese Antwort beantwortet nicht die Frage „Stromverbrauch für die USA“! = Energie, die für den Übergang zu kohlenstofffreiem Strom benötigt wird.
@NPSF3000 67 % stammen derzeit aus fossilen Brennstoffen eia.gov/tools/faqs/faq.cfm?id=427&t=3
Wenn Sie also berücksichtigen, dass die Differenz zwischen 4.686.400 GWh * 67 % und 1.850.000 GWh innerhalb eines Faktors von 2 (70 %) liegt, möchten Sie vielleicht die Antwort auf „möglicherweise“ ändern oder die Mathematik vertiefen.
Schätzungen zum Beispiel für 2016 gehen davon aus, dass nur 4.088.000 GWh Strom erzeugt werden, davon 64,5 % Gas und Kohle – deutlich anders als die Zahlen, die Sie verwenden. eia.gov/forecasts/steo/report/electricity.cfm
@ NPSF3000 vielleicht ist die Wikipedia-Nummer falsch. Ich werde mehr recherchieren.
@ NPSF3000 Es hängt davon ab, ob Sie die Bruttoerzeugung, die Nettoerzeugung oder den Endverbrauch betrachten. eia.gov/totalenergy/data/monthly/pdf/flow/electricity.pdf Brutto entspricht eher 4.330.000 GWh
Entspricht die Menge an Land, die benötigt wird, um die USA zu kohlenstofffreiem Strom zu bringen, einer kleinen Fläche von Texas?
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