Buzz
Nếu Hoa Kỳ muốn giảm lượng khí thải gây nóng lên hành tinh, nó sẽ phải tăng cường việc sử dụng năng lượng mặt trời, một phần lớn có thể được tạo ra từ các mái nhà và doanh nghiệp. Năng lượng mặt trời chỉ cung cấp 3% năng lượng cho Hoa Kỳ hiện nay, nhưng Nhà Trắng và các bang như California đều đang đẩy mạnh để nâng con số đó lên hơn 40% trong những thập kỷ tới.
Để đạt được mục tiêu đó, chủ nhà và doanh nghiệp sẽ cần nhiều động viên tài chính hơn để lắp đặt các tấm pin quang điện, trong khi các trang trại năng lượng mặt trời quy mô lớn cũng sẽ cần đất đai và đường truyền để chuyển điện từ khu vực nông thôn đến các thành phố. Tuần trước, các cơ quan quy định tiểu bang California đã yêu cầu các nhà thầu lắp đặt tấm pin năng lượng mặt trời và lưu trữ pin trong các tòa nhà mới thương mại và nhà ở cao tầng. Nhưng một nghiên cứu mới phát hiện rằng một số khu vực thu nhập thấp và dân tộc thiểu số có thể bị bỏ lại, chủ yếu là do các công ty điện chưa nâng cấp lưới điện đều nhau ở mọi nơi.
Ngay cả khi tấm pin mặt trời trên mái nhà là miễn phí cho tất cả mọi người, các tác giả cho biết, những người chủ nhà ở những khu vực này sẽ không thể sử dụng điện từ tấm pin mặt trời để vận hành các thiết bị hoặc sạc xe điện mà không mua một pin đặc biệt. Điều đó bởi vì lưới điện ở những khu vực này không thể chấp nhận dòng điện điều hòa bổ sung được tạo ra bởi tấm pin mặt trời.
“Không đủ công suất để mọi người đều có thể sử dụng năng lượng mặt trời, ngay cả khi năng lượng mặt trời là miễn phí,” nói Anna Brockway, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trong tuần này trên tạp chí Nature Energy và là sinh viên sau đại học tại Nhóm Năng lượng và Tài nguyên của Đại học California, Berkeley. “Chúng tôi nhận thấy những hạn chế đó trở nên rõ ràng hơn ở cộng đồng nhận diện là người Mỹ gốc Phi và những cộng đồng bất bình đẳng. Những cộng đồng đó có ít công suất lưới hơn trên mỗi hộ gia đình để có thể chứa đựng năng lượng mặt trời mà mọi người có thể muốn có.
Brockway và đồng nghiệp của bà nghiên cứu Pacific Gas and Electric và Southern California Edison, hai công ty điện ở California, tiểu bang tạo ra nhiều năng lượng mặt trời nhất trong cả nước. Khu vực phục vụ của PG&E kéo dài từ Mount Shasta về phía nam đến Santa Barbara, trong khi lãnh thổ phục vụ của SCE bao gồm quận Los Angeles, quận Orange và quận San Bernardino, cũng như khu vực biên giới với Nevada. Họ chọn hai quận tiện ích này vì chúng có sử dụng năng lượng mặt trời cao nhất trong tiểu bang. Cả hai phục vụ cả khu vực thu nhập cao và thấp, theo dữ liệu khảo sát dải, và cung cấp điện cho 30 triệu người.
Các nhà nghiên cứu so sánh bản đồ “hosting capacity” của công ty điện, đó là bao nhiêu công suất lưới điện có thể xử lý ở mỗi khu vực, với dữ liệu dân số và kinh tế theo dõi dải tại cấp độ khối nhà. Sau đó, họ ước tính bao nhiêu công suất mạch sẽ cần thiết để chứa đựng năng lượng mặt trời trên mái nhà và phân phối nó trong các khu vực.
Trong nhiều thập kỷ, lưới điện đã được xây dựng để chuyển điện về một hướng - từ nhà máy điện, qua dây truyền, đến nhà hoặc doanh nghiệp. Nhưng người chủ nhà đã bắt đầu sản xuất điện và gửi nó theo hướng khác. Ở những khu vực giàu có và cộng đồng da trắng, nơi các tấm pin mặt trời đã trở nên phổ biến trong vài thập kỷ qua, các công ty điện đã nâng cấp thiết bị để dòng điện hai chiều trở nên dễ dàng hơn. “Những người áp dụng sớm có xu hướng phù hợp với một số đặc điểm nhân khẩu học nhất định như là da trắng và thu nhập cao hơn so với người trả giá trung bình,” Brockway nói.
Nhưng điều đó không đúng trong các khu phố thiểu số, nơi năng lượng mặt trời trên mái nhà không phổ biến như những nơi khác. Hãy xem, ví dụ, các máy biến áp kết nối đường dây điện đến từng nhà hoặc doanh nghiệp. Những máy cũ không được xây dựng để chịu được công suất bổ sung được tạo ra từ các tấm pin mặt trời trên mái ở hướng ngược lại. Bất kỳ dòng điện bổ sung nào cũng sẽ được biến thành nhiệt độ, có thể gây hỏng hoặc phá hủy máy biến áp. “Bất cứ khi nào bạn đang chuyển điện từ một nơi này sang một nơi khác, dù là từ năng lượng mặt trời hay thông qua lưới để sạc cái gì đó, sẽ có một lượng tăng lên dòng điện qua đường dây,” Brockway nói. Những đường dây, bà tiếp tục, “chỉ có thể xử lý một lượng nhất định của dòng điện.”
Congestion này cũng có thể làm khó khăn hơn trong việc sạc xe điện tại nhà, theo Mohit Chhabra, nhà khoa học cấp cao tại Hội đồng Bảo vệ Tài nguyên Tự nhiên, và điều đó sẽ làm cho việc chuyển từ xe chạy bằng xăng sang xe điện sạch hơn trở nên khó khăn. “Thực tế là lưới điện chưa sẵn sàng đối với mức điện hóa mà chúng ta muốn không phải là điều tốt,” Chhabra nói. “Chúng ta không muốn có tình huống nơi các khu phố da đen và thu nhập thấp không thể sạc xe của họ tại nhà hoặc gần nhà họ.”
Vấn đề khác là các trạm biến áp phân phối năng lượng thường không thể quản lý dòng điện hai chiều, và cần được nâng cấp.
Các nâng cấp cho lưới điện mất nhiều năm để hoàn thành và phải được duyệt qua ủy ban tiện ích công cộng của mỗi tiểu bang. Chi phí thường được phân phối đều giữa tất cả người trả giá. Cần phải thực hiện các nâng cấp này một cách đồng đều hơn trên toàn khu vực phục vụ nếu muốn đạt được mục tiêu tăng cường năng lượng tái tạo, theo Duncan Callaway, một tác giả khác trong bài báo và giáo sư đại học kỹ thuật điện tại Nhóm Năng lượng và Tài nguyên của Berkeley. “Sẽ cần có nhiều nâng cấp đáng kể hơn cho cơ sở hạ tầng ở những khu vực có thu nhập thấp hoặc nhận diện là người da đen nếu chúng ta muốn đạt được mục tiêu công bằng cho năng lượng mặt trời phân phối,” Callaway nói.
Callaway nói rằng mỗi khu phố sẽ cần loại cơ sở hạ tầng lưới điện khác nhau: “Không giống như có chỉ một thiết bị bạn cần để giải quyết vấn đề.”
Do lưới điện ở những khu vực nghèo thiếu công suất chứa điện, theo nghiên cứu, hơn một nửa số ngôi nhà được phục vụ bởi PG&E và SCE không thể tạo ra đủ năng lượng mặt trời để bù đắp toàn bộ nhu cầu điện trung bình hàng năm của những ngôi nhà. Trong lãnh thổ của PG&E, nghiên cứu cho thấy, 39% hộ gia đình trong toàn bộ khu vực phục vụ không có công suất lưới để vận hành máy sưởi không khí hoặc nước, hoặc sạc xe điện. Trong lãnh thổ của SCE, con số đó là 74% hộ gia đình.
Nghiên cứu không phân chia công suất chứa điện theo thành phố hoặc khu phố, mà thay vào đó là theo dải dân số trong toàn bộ khu vực phục vụ của cả hai công ty điện. Vì vậy, trong khi nó không liệt kê các khu vực cụ thể có công suất hạn chế, cũng như không so sánh trực tiếp các khu phố với nhau, các tác giả viết rằng họ đã nhận diện một mô hình tổng quan: “Với việc liên quan đến chủng tộc và dân tộc, chúng tôi nhận thấy rằng tổng công suất mạch để tạo ra giảm đi với việc tăng tỷ lệ cư dân xác định là người Mỹ gốc Phi, và giảm đáng kể hơn đối với các nhóm dân số xác định là người da đen so với các nhóm dân tộc khác.”
Callaway và Brockway đã vẽ mối tương quan giữa công suất chứa đựng và dân số khu phố bằng cách sử dụng bản đồ do chính các công ty điện tạo ra. Nhưng Erik Takayesu, phó chủ tịch chiến lược tài sản và kế hoạch tại SCE, nói rằng những bản đồ đó được thiết kế để giúp các nhà phát triển các trang trại mặt trời thương mại quy mô lớn xác định các khu vực nơi họ có thể cung cấp năng lượng cho lưới điện một cách nhanh chóng và dễ dàng hơn. “Không có ý định để cho người tiêu dùng bình thường muốn lắp đặt tấm pin mặt trời hoặc có được chiếc xe điện biết rằng, ‘Không, bạn không thể làm điều đó,’” Takayesu nói. “Đó không phải là ý định thực sự của những bản đồ đó.”
Takayesu nói rằng SCE đang nâng cấp các khu vực cũ của lưới điện theo thời gian để hiện đại hóa thiết bị để xử lý dòng điện tăng lên từ mái nhà và cung cấp công suất chứa điện bổ sung. Anh ta nói rằng cũng cần có chính sách của chính phủ để khuyến khích năng lượng mặt trời và làm cho nó trở nên phổ biến hơn. “Chúng tôi sẽ không nâng cấp [lưới điện] một cách tùy ý cho nhu cầu không được dự đoán, nhưng các chính sách thúc đẩy những công nghệ này cần phải có tầm với đến các cộng đồng bất bình đẳng để họ có thể áp dụng những công nghệ này,” anh ta nói. “Và do đó, có, chúng ta phải đảm bảo rằng lưới điện đã sẵn sàng cho điều đó.”
Các quan chức của PG&E đã gửi một tuyên bố qua email cho Mytour cho biết họ đang tiếp tục xem xét nghiên cứu: “Trong khi chúng tôi đang xem xét báo cáo này, PG&E liên tục dự báo tải điện trong khu vực phục vụ của mình, triển khai nâng cấp cho lưới phân phối để đáp ứng nhu cầu và cam kết hỗ trợ nhu cầu năng lượng của tất cả khách hàng của chúng tôi, kể cả những người ở cộng đồng bất bình đẳng.”
Các chuyên gia cho biết có thể mất đến 4,5 nghìn tỷ đô la, khoảng 35 nghìn đô la cho mỗi hộ gia đình, trong 20 năm tới để hoàn toàn nâng cấp hoặc “giảm carbon hóa” lưới điện hiện tại của Hoa Kỳ, theo báo cáo năm 2019 của công ty tư vấn năng lượng Wood MacKenzie. Và một phân tích năm 2019 của SCE cho biết chỉ riêng California sẽ cần chi tiêu 33 tỷ đô la mỗi năm cho đến năm 2045 để đạt được mục tiêu khí hậu không carbon, tăng cường năng lượng mặt trời và các hình thức năng lượng tái tạo khác, làm cứng lưới điện trước nguy cơ cháy rừng và các ảnh hưởng khác của biến đổi khí hậu, và hiện đại hóa lưới điện để xử lý công suất tăng lên.
Callaway nói rằng thiếu công suất chứa đựng sẽ làm co bóp sự phát triển của năng lượng mặt trời trên mái nhà ở California, và chi phí nâng cấp lưới điện có thể làm khó khăn trong việc đạt được mục tiêu năng lượng sạch của tiểu bang. “Có thể có một số điểm nào đó trong tương lai nơi, như một xã hội, chúng ta quyết định chúng ta đang chi trả quá nhiều cho việc nâng cấp cơ sở hạ tầng phân phối,” Callaway nói. “Điều đó có thể dẫn đến một chính sách nơi bạn bắt đầu từ chối quyền của người dân đối với việc nhận phép để lắp đặt pin mặt trời trên mái do tình trạng ùn tắc,” hoặc khả năng của lưới điện để nhận năng lượng từ người chủ nhà.
Nghiên cứu mới của Berkeley được công bố vài ngày sau khi các quan chức tại Bộ Năng lượng Hoa Kỳ công bố báo cáo Tương lai Năng lượng Mặt trời, một kế hoạch mới để tăng tỷ lệ năng lượng mặt trời lên 40% của cả nước vào năm 2035, và tạo ra 1,5 triệu việc làm mới mà không tăng giá điện tiêu dùng. Becca Jones-Albertus, giám đốc Văn phòng Công nghệ Năng lượng Mặt trời của DOE, nói rằng cơ quan này đang phát triển các loại biến tần dòng điện mới giúp làm cho luồng điện hai chiều trở nên rẻ hơn và dễ dàng hơn, nhưng các nâng cấp không diễn ra nhanh chóng như cần thiết.
“Việc áp dụng là chậm chạp,” Jones-Albertus nói. “Các công ty điện cần phải có thêm kinh nghiệm và niềm tin trong việc sử dụng những khả năng này. Khi niềm tin tăng lên, chúng ta nên thấy công suất chứa đựng lớn hơn ở mọi nơi.”
Ngoài các công nghệ mới, báo cáo của DOE nêu rõ các phương án thay thế cho năng lượng mặt trời trên mái nhà, như năng lượng mặt trời cộng đồng, trong đó các khu phố đăng ký sử dụng một trang trại mặt trời nằm ngoài khu dân cư. Điều đó sẽ cho phép người thuê nhà và cư dân có thu nhập thấp, cũng như chủ nhà có mái nhà bóng râm hoặc không ở trong tình trạng tốt, hưởng lợi từ năng lượng sạch của năng lượng mặt trời. (Các nghiên cứu đã đề xuất sử dụng các khu vực công cộng khác, như sân bay và kênh đào của California, để tăng cường công suất mặt trời.)
Kế hoạch của DOE cũng bao gồm các ưu đãi tài chính cho chủ nhà để lắp đặt pin để lưu trữ năng lượng từ tấm pin mặt trời có thể sử dụng sau này để sạc xe điện, hoặc sử dụng trong tình huống khẩn cấp khi nguồn điện lưới bị gián đoạn.
Jones-Albertus nói rằng nghiên cứu của Berkeley chỉ ra một vấn đề quan trọng chưa được chú ý trước đây. “Nó rất làm sáng tỏ về những chênh lệch về công suất chứa đựng trong hai khu vực dịch vụ này, và chắc chắn đáng để hiểu biết về mức độ lan rộng của mô hình đó,” bà nói.
Một chuyên gia không tham gia trong nghiên cứu nói rằng có lý do thực tế và môi trường để bao gồm cộng đồng dân tộc thiểu số trong nỗ lực mở rộng năng lượng mặt trời. “Nếu bạn loại trừ bất kỳ cộng đồng nào, bạn đang hạn chế thị phần của mình,” nói Deborah Sunter, giáo sư trợ giảng ngành kỹ thuật dân dụ và môi trường tại Đại học Tufts. “Vì vậy, nếu bạn đang cố gắng chống lại biến đổi khí hậu, bạn sẽ cần sự hỗ trợ từ tất cả mọi người. Bạn cần tất cả cộng đồng tham gia.”
Thêm nhiều bài viết tuyệt vời từ Mytour
- 📩 Tin tức mới nhất về công nghệ, khoa học và nhiều hơn nữa: Nhận bản tin của chúng tôi!
- Giày đi mưa, thay đổi thủy triều và cuộc tìm kiếm một cậu bé mất tích
- Dữ liệu tốt hơn về ivermectin sẽ sớm được cập nhật
- Một cơn bão mặt trời tồi tệ có thể gây “thảm họa internet”
- New York City không được xây dựng để đối phó với cơn bão thế kỷ 21
- 9 trò chơi PC bạn có thể chơi mãi mãi
- 👁️ Khám phá trí tuệ nhân tạo như chưa bao giờ có với cơ sở dữ liệu mới của chúng tôi
- 🎮 Mytour Games: Nhận những mẹo mới nhất, đánh giá và nhiều hơn nữa
- 🏃🏽♀️ Muốn có những công cụ tốt nhất để trở nên khỏe mạnh? Kiểm tra lựa chọn của đội ngũ Gear chúng tôi cho bộ theo dõi sức khỏe tốt nhất, trang thiết bị chạy bộ (bao gồm giày và tất), và tai nghe tốt nhất
