Fyysisen jalanjäljen vertailu: ydin-, aurinko- ja tuulivoima
Ydinvoiman tehotiheys on noin 1000 W/m2 verrattuna tuulen 2-3 W/m2 ja aurinkoenergian 100 W/m2 (tiedot otettu täältä). Jos kapasiteettitekijöiden erot otetaan huomioon, nämä arvot viittaavat siihen, että saman energiamäärän tuottamiseksi tuulipuistot tarvitsevat 500 yhtä paljon maata ja aurinkopuistot (olettaen 20%: n hyötysuhteen) noin 50 yhtä paljon. Vertaamme 3,2 GW:n ydinvoimalaan (Hinkley Point C) käytettyjä maa-alueita (0,67 neliökilometriä) tuuli- ja aurinkopuistojen esimerkkeihin nähdäksemme, miten nämä luvut toimivat käytännössä.
Hinkley Point C -kompleksi on sukupolven III ydinvoimala, joka koostuu 2 EPR: stä (eurooppalaiset painereaktorit), joiden tyyppikilven kokonaiskapasiteetti on 3,2 GW. Sen arvioitu kapasiteettikerroin on 80 prosenttia, ja se käyttää polttoaineena 17 prosenttia vähemmän uraania ja tuottaa kolmanneksen pitkäikäisestä radioaktiivisesta jätteestä nykyisiin reaktoreihin verrattuna. Sen odotetaan kompensoivan 9 miljoonaa hiilidioksiditonnia vuodessa 60-vuotisen käyttöikänsä aikana (todennäköisesti pidennetään 80+ vuoteen). Se vie 430 hehtaaria (noin kaksi kolmasosaa neliökilometristä) ja tuottaa sähköä 6 miljoonalle kodille. Olettaen, että kapasiteettikerroin on 80 %, Hinkley C tuottaa 22 426 GWh vuodessa.
Yksi tuuliturbiini voi tuottaa 10 kW: sta useisiin MW: iin sähköä. Turbiinit, joiden teho on alle 100 kW, riittävät moniin pieniin sovelluksiin, kuten maatiloihin, koteihin, kouluihin tai pieniin teollisuuslaitoksiin. Suuremman kapasiteetin turbiineja pidetään "hyötymittakaavana", ja ne ryhmitellään tyypillisesti tuulipuistoiksi, jotta voidaan tuottaa merkittäviä määriä sähköä toimitettavaksi verkkoon. Tällaisten tuulipuistojen on oltava turbiinien välissä riittävästi tilaa tehokkuuden takaamiseksi. Muuten tuulivirtauksen häiriintyminen yhden turbiinin ympärillä vaikuttaa viereisiin turbiineihin ja vähentää kokonaissähköntuotantoa. Esimerkiksi MacKay (https://www.withouthotair.com/) lainaa toisistaan vähintään 5 roottorin halkaisijaa. Näin ollen tuulivoimaloiden koon kasvattaminen ei johda tarvittavan maa-alueen pienenemiseen.
Esimerkki maalla sijaitsevan tuulipuiston vaatimasta alueesta on Glasgow'n lähellä sijaitseva Whiteleen tuulipuisto, jonka yhteenlaskettu huippukapasiteetti (tyyppikilpi) on 322 MW ja jonka pinta-ala on 55 km2 (21,2 neliökilometriä). Tämän luvun perusteella tuulipuisto, jonka tyyppikilven kapasiteetti on 3.2 GW (Hinkley Point C: n tyyppikilven kapasiteetti), olisi 550 km2 (212 neliökilometriä). Jos tämä arvo korjataan kapasiteettikertoimen erojen vuoksi ja että Hinkley C vie 0.67 neliökilometriä, Whiteleen tuulipuiston olisi käytettävä 840 neliökilometriä tuottaakseen saman määrän sähköä kuin Hinkley C.
Turbiinit vievät kuitenkin vain noin 1-2% maa-alasta. Näin ollen olisi mahdollista käyttää suurin osa maasta muuhun käyttöön, jopa aurinkopaneeleihin. Keskeinen tekijä on, että muu toiminta ei saa häiritä tuulen virtausta turbiinien yli. Puhdas ilmavirta on paljon tärkeämpi tekijä sopivien paikkojen löytämisessä maatuulipuistoille kuin merituulipuistoille.
Muutamalla esimerkillä merituulipuistoista mitataan tarvittavan merialueen määrää. Kentish Flatsin, jonka teho on 90 MW (tyyppikilven kapasiteetti), pinta-ala on 10 km2 (3.9 neliökilometriä) ja North Hoylen tuulipuiston Prestatynin edustalla Pohjois-Walesissa on 60 MW (nimikilven kapasiteetti) ja se on 8.4 km2 (3.2 neliökilometriä). Jos nämä alueet korjataan kapasiteettikertoimen ja Hinkley C: n käyttämän maan pinta-alan erojen vuoksi, The Kentish Flatsin ja Prestatynin tarvitsemat merialueet saman määrän sähkön tuottamiseen kuin Hinkley C ovat vastaavasti 440 ja 540 neliökilometriä.
Merituulipuistojen etuna on lisäksi se, että ne kykenevät suurempiin kapasiteettitekijöihin kuin maatuulipuistot. Yhdistyneen kuningaskunnan 25 merituulipuiston keskimääräinen kapasiteettikerroin vuonna 2019 oli 38,4 prosenttia. Suurimman kapasiteettikertoimen saavutti Skotlannin Hywindin tuulipuisto 59,1 prosentilla. Tuotetun kokonaistehon keskimääräinen teho pinta-alayksikköä kohti oli 2,3 W/m2, mikä on sopusoinnussa MacKayn ilmoittaman 2-3 W/m2:n kanssa (hänen kirjansa vuoden 2009 painoksessa ). Vertailun vuoksi todettakoon, että Yhdistyneen kuningaskunnan 28 maalla sijaitsevan tuulipuiston keskimääräinen kapasiteettikerroin vuonna 2019 oli 26,6 prosenttia.
Hinkley Point C -ydinvoimalan, Cleve Hallin aurinkopuiston ja edellä mainittujen maa- ja merituulipuistojen tarvitseman maan vertailu auttaa havainnollistamaan näitä maankäytön eroja.
3.2 GW: n tyyppikilven kapasiteetin aurinkopuisto, jonka kapasiteettikerroin on 15%, tuottaisi 3.2 x 24 x 365 x 15% = 4,205 GW Hr / vuosi. Näin ollen saman määrän sähkön tuottamiseen kuin Hinkley C tarvittaisiin 5–6 aurinkovoimalaa, joista kunkin tyyppikilven kapasiteetti on 3,2 GW. Nämä aurinkopuistot vievät 3,2 x 5000 x 5,5 = 88 000 hehtaaria (noin 138 neliökilometriä). Tämä aurinkoenergian laskelma perustuu quora.com lausuntoon, jonka mukaan 1 MW: n tyyppikilven aurinkotila vaatii 5 hehtaaria varjostamatonta maata. (Siten 1GW-tyyppikilpi olisi 5,000 7.81 hehtaaria (XNUMX neliökilometriä).) Wirsol Energyn ja Hive Energyn suunnittelema äskettäinen Cleve Hallin aurinkopuisto, joka sijaitsee Favershamin ulkopuolella lähellä Graveneyn kylää Kentissä, maksaa 450 miljoonaa puntaa. 350 MW: n tilalla olisi lähes 900 000 aurinkopaneelia 900 hehtaarin viljelysmaalla. Näitä lukuja käyttämällä 3.2 GW: n tyyppikilven aurinkopuisto vie 8,229 XNUMX hehtaaria. Jos tämä luku korjataan kapasiteettikertoimen erojen (80/20) huomioon ottamiseksi (oletetaan anteliaasti aurinkoenergian kapasiteettikerroin tällä leveysasteella), tarvittava pinta-ala olisi noin 33 000 hehtaaria (52 neliökilometriä) saman vuotuisen sähköntuotannon tuottamiseksi kuin Hinkley C.
Vaihtoehtoinen arvio voidaan tehdä kehittäjien väitteestä, jonka mukaan Cleve Hallin aurinkopuisto tuottaisi tarpeeksi uusiutuvaa sähköä 91 000 kodin virran saamiseksi ja vähentäisi Yhdistyneen kuningaskunnan hiilidioksidipäästöjä 68 000 tonnilla vuodessa. Hinkley Point C: n ja Cleve Hallin aurinkopuiston lukujen vertailu viittaa siihen, että riittävän virran tarjoamiseksi 6 miljoonalle kodille (kuten Hinkley C, EDF väitti) tarvitaan noin 28 350 hehtaarin (44,3 neliökilometrin) pinta-ala aurinkopaneeleilla peitettynä.
Lisäksi kehittäjät väittävät, että Cleve Hallin aurinkopuisto vähentäisi Yhdistyneen kuningaskunnan hiilidioksidipäästöjä 68 000 tonnilla vuodessa ja tuottaisi 1 miljoonaa puntaa vuodessa Kentin ja Swalen neuvostoille. Näin ollen, koska Hinkley C väittää vähentävänsä vuotuista CO2:ta 9 miljoonalla tonnilla, saman vuotuisen CO2-vähennyksen saavuttamiseksi tarvittaisiin noin 132 Cleve Hallin kokoista aurinkovoimalaa. Lisäksi luultavasti aurinkopuisto olisi vaihdettava 3 kertaa Hinkley C: n elinaikana.
132 aurinkopuiston luku näyttää liian suurelta. Epäilemme, että ero voi olla se, että Cleve Hallin maatila lainaa tonneittain hiilidioksidipäästöjä, kun taas Hinkley C lainaa tonnia CO2: ta. Korjaamiseksi on tarpeen kertoa hiilipäästöt 3,67: llä, jotta voidaan ottaa huomioon hiilen atomipainon ja hiilidioksidin molekyylipainon erot. Jos tämä oletus pitää paikkansa, Cleve Hallin aurinkopuisto säästäisi 68 000 x 3,67 tonnia CO2 vuodessa, mikä on 249 560 tonnia CO2. Tämä vastaisi 132 / 3,67 = 36 aurinkotilaa (9M/249 560), mikä vastaa 32 370 hehtaaria (51 neliökilometriä).
Olemme käyttäneet kolmea eri arviota ja päätyneet kolmeen eri lukuun 33 000, 28 350 ja 32 370 hehtaaria, mutta kaikki ovat samassa pallopuistossa. Yllä olevien laskelmien perusteella aurinkotilalta tarvittaisiin noin 30 000 hehtaaria (65 neliökilometriä) maata, jotta se tuottaisi vuosittain niin paljon sähköä kuin Hinkley Point C tuottaa. Tämä luku on lähellä arvoa, joka on 50 kertaa enemmän aurinkopuiston tarvitsemaa maata verrattuna MacKayn ilmoittamaan ydinvoimalaan, jota aurinkovoimala tarvitsee tuottamaan saman määrän sähköä kuin ydinvoimala.
Keskusteluja käydään myös yhden maailman suurimman energian varastointilaitoksen sisällyttämisestä Cleve Hall -projektiin. Vaikka tallennusjärjestelmän yksityiskohtia ei ole määritelty, tiedotusvälineet raportoivat, että se voi olla kolme kertaa suurempi kuin Teslan Australiassa käyttämä litiumionijärjestelmä.
Oxford PV: n äskettäinen kehitys on päällystää perinteinen aurinkokenno perovskiitilla. Tämä parantaa aurinkoenergian muuntamista sähköenergiaksi, koska perovskiittikiteet pystyvät absorboimaan laajemman valikoiman aurinkospektriä kuin perinteinen pii. Tyypillisesti piiaurinkokenno pystyy muuntamaan jopa noin 22% käytettävissä olevasta aurinkoenergiasta sähköksi. Mutta kesäkuussa 2018 Oxford PV: n perovskiitti-pii-aurinkokenno ylitti parhaiten toimivan vain piin aurinkokennon saavuttamalla uuden maailmanennätyksen 27.3%. Tämän pitäisi johtaa aurinkoenergian kapasiteettitekijöiden paranemiseen. Koska kapasiteettikerroin on kuitenkin käytännöllinen arvio tietyn ajanjakson aikana tuotetusta todellisesta energiasta verrattuna tyyppikilven kapasiteettiin, jää nähtäväksi, mikä vaikutus perovskiitti-pii-aurinkopaneeleilla on aurinkokapasiteettitekijöihin.
Osallistujien
1. Duncan Roy, Lewesin vihreä puolue
2. Peter Vaughan, Itä-Devonin vihreä puolue
3. Mark Yelland, Brightonin ja Hoven vihreä puolue