Medan 160 företag runt om i världen har förbundit sig att använda "100 procent förnybar energi, " det betyder inte "100 procent kolfri energi." Skillnaden kommer att växa när elnäten blir mindre beroende av fossil kraft, enligt en ny Stanford-studie publicerad idag i Joule . Enheter som är engagerade i att bekämpa klimatförändringarna kan och bör mäta miljöfördelarna med sina förnybara strategier exakt, skriver författarna.

Nuvarande metoder för att uppskatta utsläpp av växthusgaser använder årliga medelvärden, även om kolhalten i el på nätet kan variera mycket under en dag på vissa platser. Senast 2025, användningen av årliga medelvärden i Kalifornien skulle kunna överdriva koldioxidminskningarna i samband med solenergi med mer än 50 procent jämfört med timmedelvärden, tidningen visar. En upptäckt av denna analys är att vindkraft – inte solenergi – måste bli nästa investeringsvåg för Kalifornien. Liknande analyser kan föreslå olika alternativ som kärnkraft, geotermisk energi, och långdistansöverföring på andra platser.

"För att garantera 100 procents utsläppsminskningar från förnybar energi, energiförbrukningen måste matchas med förnybar produktion på timbasis, sa Sally Benson, medförfattare till tidningen och meddirektör för Precourt Institute for Energy.

"Bara att köpa mer solenergi i ett nät som redan har massor av solenergi kommer inte att resultera i nollutsläpp, "Benson, professor vid Energy Resources Engineering Department vid School of Earth, Energi- och miljövetenskap, sa också.

Årlig vs timredovisning

Företag som säger sig vara 100 procent förnybara täcker faktiskt inte all sin energianvändning med förnybar energi, som vissa erkänner. Istället, de köper eller genererar tillräckligt med förnybar energi för att matcha 100 procent eller mer av sin elanvändning under året. För energiköp som domineras av solenergi, en enhet genererar mycket mer el än den använder under eftermiddagen och säljer överskottet. Sedan på natten köper den kraft från nätet, vilket är mycket mer kolintensivt om det genereras genom förbränning av fossila bränslen.

Användningen av årliga medelvärden av kolhalten i nätkraften är endast giltig när fluktuationerna i förnybar produktion är små, eller när allt överskott av förnybar energi kan lagras. Platser som Kalifornien, Hawaii och vissa europeiska länder upplever stora fluktuationer i kolhalten på grund av befintliga förnybara energikällor, och har ännu inte tillräckligt med lagringskapacitet för att fånga upp all överskottsel. I Kalifornien, avsiktliga minskningar av sol- och vindproduktion, eller "nedskärningar, "nådde 3 procent av den totala genererade energin på två månader förra året, tidningen citerar.

Skillnaden i miljönytta mellan vind och sol i dagens redovisningsmetoder tar därför inte hänsyn till den tid på dygnet då ström levereras. Istället, skillnaden mellan utsläppsminskningar från vind- och solenergi är bara relaterad till skillnaden i koldioxidavtryck mellan de två teknikerna.

"Både koldioxidavtrycket för en stor konsument och miljövärdet av förnybara energitillgångar beror på nätet de interagerar med, " sa doktorand Jacques de Chalendar inom energiresursteknik, huvudförfattare till studien. "Att använda timdata är det bästa sättet att mäta miljönyttan med förnybar energi, och detta kommer att bli allt mer sant varhelst förnybar produktion växer."

Investera i icke-solenergi förnybar energi

Problemet med att investera i fler solpaneler i Kalifornien är att produktionen ofta inte kommer att få fossilbränslebaserade generatorer att stängas av, eftersom de redan är inaktiva vid tiden på dygnet kommer solpanelerna att producera ström. I tidningens fallstudie, som approximerade en hypotetisk konstant belastning på 1 megawatt i Kalifornien, kortsiktiga årliga och timvis koldioxiduppskattningar visade inte signifikanta skillnader under 2018. Men 2025, de två metoderna för uppskattning varierade stort.

Med hjälp av årsredovisning, en 100-procentig solenergistrategi 2025 skulle minska koldioxidutsläppen med 119 procent av det hypotetiska företagets koldioxidavtryck. Med hjälp av utsläpp per timme, fastän, antalet krymper till 66 procent, enligt studien. För en strategi för 100 procent vindkraft, årliga medelvärden indikerar 131 procents koldioxidreduktion, som faktiskt hoppar till 135 procent med hjälp av timdata.

"I Kalifornien, gas är ofta den marginella produktionskällan och har en högre utsläppshastighet än genomsnittlig elnät, vilket är anledningen till att inköp av förnybar energi kan resultera i ett negativt koldioxidavtryck, netto, " sa de Chalendar. "En konsument med en 100 procent förnybar energiförsörjning kan faktiskt minska nätets koldioxidavtryck utöver sitt eget koldioxidavtryck."

Energilagring

Metoder för koldioxidredovisning per timme skulle kunna hjälpa storkonsumenter att öka sin användning av koldioxidsnål kraft från nätet. Med mer exakt information, konsumenter kan flytta flexibel förbrukning till tider på dygnet då elnätet är som renast. Uppgifterna kan också hjälpa konsumenterna att bestämma sig för om de ska investera i storskaliga energilagringsprojekt som det mest ekonomiska sättet att nå sina koldioxidmål. Det beror på att energilagring gör att konsumenterna kan ta ut el från nätet under perioder med låga koldioxidutsläpp och lagra den för senare användning.

Stanford University, till exempel, elektrifierade nyligen sitt värme- och kylsystem och lade till termisk lagring för att minska utsläppen till en tredjedel av 2014 års toppnivåer. Genom att använda sin energilagring för att maximera inköp av el på eftermiddagen när solenergi dominerar Kaliforniens elnät, Stanford skulle kunna minska utsläppen från uppvärmning och kyla med ytterligare 40 procent, enligt en studie som publicerades tidigare denna månad av författarna till denna artikel.

Platsspecifika analyser kan föreslå olika typer av koldioxidsnåla investeringar och strategier för andra regioner, pappersanteckningarna. I Storbritannien, till exempel, nätets kolintensitet är för närvarande lägre på natten, vilket innebär att olika typer av förnybara investeringar eller konsumtionsbeteenden kan vara bättre. Alternativt Långväga överföring av el skulle också kunna göra det möjligt för enheter att transportera lågkoldioxidelektricitet någon annanstans när det finns ett överutbud och ta emot lågkoldioxidelektricitet när det finns en minimal mängd förnybar elproduktion.

"Transparent, exakt och meningsfull koldioxidredovisning är nödvändig, " sa Benson. "Och om det görs ordentligt, vi kan göra rätt investeringar i förnybar kraft och skapa ett mer hållbart elnät."