Kan vi driva alla bilar helt från vindkraft?

Bildgalleri: Förnya rutnätet En grupp vindkraftverk är silhuett av solnedgången på en vindkraftspark nära Montezuma, Kan. Se bilder på att förnya nätet. AP Photo / Charlie Riedel

För att besvara denna fråga måste vi sluta tänka på energi som en enkel vara - något som ska produceras och konsumeras. Tänk istället på mänskligt beteende, körmönster och vanor och om vagarierna i vind och väder. Tänk sedan på hur alla dessa faktorer kommer att blandas och balansera kraften som faktiskt kan produceras av vind och när och hur det kommer att användas av förare.

Om du har funderat på det är svaret du troligtvis kom på "nej." Och du skulle ha rätt - åtminstone till en viss grad. Det fullständiga svaret ligger som sagt i många variabler. Så som ni ser är det möjligt (men ändå osannolikt) att svaret en dag skulle kunna vara "ja."

Frågan om bilar som drivs med vindkraft är mindre en av tillgångar och efterfrågan, och mer en av sociologiska och kulturella förändringar i vanor och tänkande. Att gå från mil per gallon till kilowattimmar per mil betyder mer än att plunka ett batteri där bensintanken tidigare var. Det handlar om att ändra körvanor, resevanar och till och med vårt koncept om att arbeta och pendla. Men när (och om) dessa kulturella traditioner förändras, skulle vindkraften fortfarande komma kort. Visst, det kunde generera den nödvändiga kraften, men bara om det fanns tillräckligt med vindkraftsparker och bara om det fanns tillräckligt med sätt att distribuera kraften - om och om och om. Men vinden är ett fiffigt odjur, trots moderna prognosmetoder. Vinden är säsongsbetonad, vinden beror på stormar och vinden är varierande och förändrad - mycket mer än mänskligt beteende.

Men det är möjligt att vind kan bli en del av en portfölj av alternativa energiresurser som en dag skulle kunna ersätta mer traditionella kol-, naturgas- och olje-elanläggningar. Fortsätt läsa för att ta reda på varför vind inte kan driva en nationell bilpark, men kan fungera bra som ett verktyg i en större verktygslåda med energikällor som väntar på att göra USA till ett grönare och mer bränsleeffektivt land.

Innehåll

1. Vind är oförutsägbar
2. Vindkraft ensam är inte tillräckligt
3. Hur kommer vind att hjälpa?

Projektledare Rusty Hurt öppnar en dörr vid basen på ett av vindkraftverkens torn i Montezuma, Kan. Vindkraftsparken innehåller 170 av de 289 fot höga tornen och kan generera tillräckligt med el för att driva 40 000 hushåll. AP Photo / Charlie Riedel

Massachusetts Institute of Technology (MIT) professor Stephen Connors har studerat samspelet mellan alternativ energi och elproduktion sedan innan termen global uppvärmning kom in på det gemensamma språket.

Han sa att när man tittar på potentialen för vindkraft att bränna el till landets bilfordonspark, bör människor se tid snarare än geografi. Kort sagt, snarare än att titta på var elen kommer från, bör man titta på när elen behövs.

"Den stora frågan med elfordon är att människor vill ladda över en natt," sade Connors.

För närvarande produceras mest elektricitet med hjälp av ångturbiner som fyras genom gas, kol eller petroleum. Istället för att låta turbinerna gå på tomgång över företag förblir generatorerna att svänga under de mörka timmarna, vilket ger ett enormt överskott av el - även med reducerad kapacitet - när människor behöver det minst. Om du naturligtvis inte är en elfordonsägare (EV) som ansluter till nätet över en natt, fungerar överskottet och därmed lägre pris till din fördel.

Vindkraften följer dock inte detta mönster. Istället beror vindkraften mindre på en förutsägbar klocka och mer på vädermönster - bara något förutsägbar och inte följer mänskliga mönster.

"Det finns ett ganska missförhållande i mönster med laddning av elfordon och när vindkraft blir tillgängligt", sade Connors.

Connors sa att den bästa tiden att producera vindkraft är under vintermånaderna, då vindar ofta är som de starkaste. Inom de större säsongsmönstren finns också dagliga mönster som varierar i varje väderregion i landet. Dessa är de trender som dikterar den mer omedelbara produktionen av vindkraft. I huvudsak kan vind komplettera en EV-flottans elektriska behov men kan inte vara den enda källan baserad på säsongsmässiga och regionala mönster som förser vinden som är nödvändig för att producera energin.

"Denna säsongskomponent uppfyller inte behoven för närvarande," sade Connors.

Kraftgenererande väderkvarnar linje Interstate 10 nära Palm Springs, Kalifornien AP Photo / Michael Caulfield

Att driva landets bilpark med vindkraft tar hänsyn till många antaganden. Först och främst är antagandet att flottan skulle vara eldriven. Enligt myndigheter och privata källor skulle detta vara en prestation i sig själv.

Men även om detta scenario inträffade, vilket Connors och andra anser vara osannolikt förrän minst 2050, är ​​siffrorna fortfarande skrämmande.

Nuvarande siffror sätter USA: s förbrukning av bensin för resor till cirka 400 miljoner liter (1,5 miljoner liter) per dag. En elbil med dagens moderna teknik bakom sig kräver ungefär 40 kilowattimmar för att uppnå samma avstånd som en bil i genomsnitt cirka 15 mil per gallon (6,4 kilometer per liter).

Dessa siffror är grova uppskattningar och tar inte hänsyn till terräng, fordonseffektivitet och många andra faktorer. De pekar dock på en större bild, eftersom landets elproducenter skulle behöva skapa cirka 16 biljoner kilowattimmar energi per dag för att uppnå ungefär samma energinivå som produceras av bensinen som konsumeras under samma period.

I en mer personlig skala beräknas det att en bil använder cirka 500 gallon (1 893 liter) bränsle varje år. Baserat på samma antal 40 kilowattimmar per gallon skulle en bil kräva cirka 20 000 kilowattimmar energi varje år för att pendla en konservativ 10 000 mil (16,093 kilometer). År 2006 uppskattade den amerikanska transportdepartementet antalet personbilar till cirka 251 miljoner. Krossa siffrorna och det slutliga antalet är en annan skrämmande siffra. Men då var den totala mängden el som producerades i USA genom alla källor under 2007 mer än 4 biljoner megawattimmar [källa: U.S. Energy Information Administration]. Och en megawattimmar är lika med 1 000 kilowattimmar.

I huvudsak kan landet flytta till elfordon för att möta efterfrågan, men inte genom vindkraft ensam. Istället kommer det att ta en större portfölj av förnybar energi för att klara uppgiften.

Atchison County Courthouse dvärggörs av vindkraftverk i Rock Port, Mo. En vindkraftpark som består av fyra 250 fot höga turbiner ger tillräckligt med energi för att driva staden på 1 400. AP Photo / Charlie Riedel

Även om det påverkas av säsongsvariationer, kan vind bli en källa för ren, förnybar energi.

Vindkraftverk finns i två huvudformer - vertikalt och horisontellt. Den horisontella sorten, som ser ut som jättepropeller, visas oftast i reklam idag. Vertikala turbiner ser mer ut som modern skulptur, nästan som en gigantisk äggbitar i ett fält.

Båda använder modifierade airfoil-konstruktioner för att fånga vinden som en drivkraft för att snurra turbinen. När de snurrar genererar de el. Denna el används antingen direkt som ett komplement till ett större system eller fångas och lagras.

En fördel med vind är att genereringspotentialen inte är linjär. Till exempel, vid linjär produktion skulle en varv av generatoren producera en kilowattimmar el. Men vindproduktion producerar el till en effekt på tre. Detta innebär att den mängd vind som behövs för att snurra generatorn genom en rotation faktiskt producerar tre kilowattimmar.

Trots att denna fördel är antalet vindkraftsparker (eller turbiner), är det relativt litet vid denna tidpunkt.

Connors, som många andra energiforskare, säger att vindkraft skulle användas som en del av ett större paket med förnybara energikällor inklusive geotermisk, hydro, sol och biomassa. Kärnkraft läggs ofta till i listan eftersom det är en kolfri energikälla.

Denna portfölj kommer sannolikt att utvecklas tillsammans med det växande antalet elfordon, liksom en växande teknikbas inklusive det föreslagna "smarta" elnätet, som kommer att växla överskottselektricitet till det som det behövs mest, baserat på realtidsbehovsberäkningar.

Men även då sade Connors att han tittade på år 2050 (åtminstone) efter en helelektrisk fordonsflotta med tanke på ett Moses-scenario. EN Moses scenario, han sa, var en idealisk uppsättning omständigheter där regeringens förordningar, politik och allmän opinion var i linje med vilket möjliggör en smidig, sömlös resa till ett framtida lovat land.

"Det händer inte ofta," sade han. Faktum är att han använde hybridbilar som exempel. Den första kommersiellt tillgängliga hybriden, Toyota Prius, träffade amerikanska marknader för ungefär tio år sedan. Först nu, mer än ett decennium senare, blir de vanligtvis tillgängliga som bilalternativ. Och med tanke på det faktum att det tar 15 till 20 år för landets bilpark att helt kasta äldre modeller för nya, liksom bristen på kommersiellt hållbara och accepterade elbilar, skulle 2050 vara ett idealiskt datum men inte troligt att vara nådde.

För tillfället ser det ut som att vinden kommer att flytta fler träd än bilar - men det kan förändras i en avlägsen framtid.

För mer information om förnybara energikällor, följ länkarna på nästa sida.

Relaterade artiklar

• Hur vattenkraftverk fungerar
• Hur kärnkraft fungerar
• Hur elnät fungerar
• Hur solceller fungerar
• Hur vindkraft fungerar
• Hur vindturbinladdare fungerar
• Hur geotermisk energi fungerar
• Hur elbatterier fungerar

Fler bra länkar

• American Wind Energy Association
• U.S. Department of Energy
• U.S. Energy Information Administration

källor

• American Wind Energy Association. (23 juni 2010) http://www.awea.org/
• Connors, Stephen. Professor, Massachusetts Institute of Technology. Personlig intervju. Genomförd 19 november 2009.
• U.S. Department of Energy. (23 juni 2010) http://www.energy.gov/
• U.S. Energy Information Administration. (23 juni 2010) http://www.eia.doe.gov/