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信息图 映射:美国如何发电了
信息图| 10月10日。2017年。17:22
映射:美国如何发电了
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美国电力系统通常被认为是世界上最大的机器。也非常多样,反映出政策偏好、需求和可用的每个国家的自然资源。

必威手机官网碳短暂策划全国发电站的交互式地图(上图)显示,美国发电了。

一些关键的消息可以从互动地图和相关数据如下:

  • 美国电力系统已经在过去十年中迅速改变。
  • 这不仅反映了联邦政策,而且技术,地理位置,市场和国家规定。
  • 美国煤电厂是40岁,平均运行时间的一半。约有15%至少50岁,平均退休年龄52岁。
  • 计划新电厂几乎完全气体,风力或太阳能。

阅读地图

提供电力,一个国家的住宅、商业和工业企业几乎是一个独特的挑战。目前,电能是昂贵或不方便存储、意义必须实必威体育在线注册时平衡供给和需求。也更容易接近国内发电比长距离运输。

发电的方法从根本上取决于可用的燃料和技术。这种混合的进步意味着改变,但自然资源和地理位置是固定的。此外,美国拥有广泛的权力来影响电力系统在其境内。

把地图上的美国电力系统提供视觉确认这些因素有多重要。为什么太阳能在北卡罗来纳州如此普遍,例如?在西维吉尼亚或煤吗?

您可以使用碳短暂的互动地必威手机官网图,上面,查看所有的发电厂在美国和他们的相对发电能力,气泡的大小成正比。侧边栏中的动态图表总结了化妆的能力。(参见下面指出的那样,详细地图。)

术语表
负荷系数:一定程度的发电厂的平均产量,相对于其装机容量。这取决于技术和经济因素。个人气、煤或核电站负荷因素…阅读更多

重要的是要注意,地图和相关图表,下面,是基于电气发电能力。电力每年由各单位根据其负载变化的因素。美国风能太阳能时负荷系数约为35%在27%左右。这些都是低负荷因素比核在90%左右。理论上,煤和天然气可以有同样高的负载因素,但实际上都在在50%左右在美国。发电数据(见下文)。

返回地图,你可以坚持默认夜间背景或切换到白天的卫星图像,近距离观察电站和上下文环境。夜间卫星视图显示了网格的城镇和城市,照亮夜晚的天空。还有一个灰度背景如果你喜欢你的地图。

你也可以过滤每个州的地图视图放大,从阿拉巴马州到怀俄明州,或专注于每个燃料类型。有一个过滤器的“高碳”资源,包括煤炭、石油和天然气。你会发现在“低碳”核能和可再生能源。

燃煤电厂控制开采地区的粉河盆地和阿巴拉契亚山脉。气体几乎无处不在,但特别流行接近主要的天然气田,如墨西哥湾。核是集中在人口众多的东部和中西部各州。

地理怪癖之一是大型火力发电厂通常集群在国家边界。这是因为他们需要水来冷却,从河流州界。

巨大的水坝供应的大部分力量在太平洋西北地区。风力集中的中央大平原,太阳能已经盛开,国家政策支持其收养。与此同时,遥远的阿拉斯加和夏威夷居民往往依赖于石油,这是方便运输和储存。

可再生能源时代

这张照片不是静态的,在过去十年发生了巨大的变化。成千上万的老单位退休年龄,在页岩气革命和动摇的市场激起了通过改变州和联邦政策。

数以百计的旧煤和石油单位退休,风能和太阳能技术来的年龄和全国成千上万的网站如雨后春笋般涌现出来。然而煤炭,以及一个扩大天然气船队,仍然大部分国家的电力供应。

必威手机官网碳简要分析美国能源信息管理局(EIA)的数据显示,501年煤炭单位关闭了必威体育在线注册在过去的十年里,尽管有45了。(每个电厂可能由多个单位,可以使用不同的燃料)。

总的来说,煤炭单位的数量下降了35%(下面的图表,黑色线条)。因为老厂小,煤炭产能仅下降了11%(36千瓦,GW)。故事是类似的石油,757单位的退休,385开了,净容量(11千瓦)下降了21%。

尽管有这些退休,石油或煤炭平均单位仍然是老年,这意味着更多的是由于关闭,因为他们老了。下面这是探索更充分。

左:美国发电机组的燃料数量,10年前和今天。右:发电能力10年前和今天。悬停在据点的净的单位数量和容量的变化。来源:碳简要分析必威手机官网美国EIA数据。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts

相比之下,小878主要天然气单位退休取代了自2007年以来978大单位。这意味着净气体能力(44 gw)增加了9%。

同时,风能和太阳能看到前所未有的扩张,增加超过3000台和净容量增长7倍到122千瓦,因此超过核能,水力和石油。

你可以看到美国电网看起来十年前——2008年初的动画图形,如下。注意特别是风能和太阳能的相对缺乏,与今天相比。

我们电力容量10年前和今天的地图

美国电力容量10年前和今天。罗莎蒙德皮尔斯的碳短暂必威手机官网

气一代游戏

总发电量在2007年达到顶峰4165太瓦时(TWh),浸渍后金融危机之前。这仍低于2007年的峰值,尽管经济增长和人口增长,在很大程度上要感谢改善能源效率。必威体育在线注册

像能力,混合发电也发生了巨大的变化在过去的十年。煤炭发电技术在2007年达到顶峰之前十年暴跌38%(参见下面的图)。取而代之的是天然气成为美国最大的电力来源有史以来第一次在2016年。

气体继续上升,开始在2000年代末的页岩气革命。(这是在下面详细讨论)。燃油代10年来下降了三分之二,合并后的输出这三个化石燃料现在比2007年的峰值低14%。

同时,风能和太阳能取代水电成为美国第四大的电力来源,产生近四倍十年前。核仍保持稳定,生成电略高于所有可再生能源的总和。

1960 - 2017年美国发电燃料(顶面板)和同期的股票代(下半部分)。来源:碳简要分析必威手机官网和环境影响评价。见下面的笔记为进一步的细节。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts

化石燃料占美国电力混合是在10年9个基点,至64%,为现代低。低碳源贡献36%,可再生能源的份额翻倍至17%。

(注意,而低碳比例创历史新高,可再生能源的份额的组合仍略低于1960年。这是由于整体电力需求的增长)。

必威体育在线注册能源效率、煤开关和可再生能源一起解释我们四分之三的总体下降14%二氧化碳排放量自2005年以来,根据之前的分析必威手机官网。尽管发电占不到我们排放总量的三分之一,有最小的二氧化碳减少热量和运输等其它行业。

这种分析还表明,电力部门2016年二氧化碳排放量低于46%,人均能源消耗模式和混合燃料保持不变。

因此,短期变化预期在美国电力部门将在很大程度上决定了国家的进展被遗弃的承诺的巴黎协定在气候变化问题上。

奥巴马总统的旗舰清洁能源计划将巩固和扩展过去十年的轨迹。现在正面临着废除特朗普的管理。

这是尽管美国有望满足国家计划的总体目标,低于2005年的水平减少32%,到2030年,据分析师Rhodium Group。废除工作可能需要数月之久,可能会在最高法院,根据纽约时报

老国王煤

在这种背景下,这值得我们检查的特点生成舰队更紧密地和对未来这可能意味着什么,有或没有清洁能源计划或一个王牌团队的选择。

今天,平均煤电厂在美国是40岁,只有一半的时间运行。这是旧的,尤其是煤炭单位的平均退休年龄是52年。一些美国44 gw的煤炭产能至少50岁,相当于今天操作总数的15%。另一个109兆瓦(38%)至少40 - 86%超过30岁。

这意味着更多的煤炭闭包是不可避免的,无论市场条件或公共政策。

(美国能源部必威体育在线注册试图迫使我们的部分竞争电力市场运作补贴煤炭和核能发电。这将“炸毁”批发电力市场,专家说效用潜水“不符合良好的市场经济”,根据保守R街研究所智库。将允许甚至最古老的煤炭单位获得保证回报率的投资需要保持开放的心态。像搬到废除清洁能源计划,这项工作可能需要几个月,面临法律障碍)。

煤炭和其他电厂的年龄分布是反映在图表,显示新产能的数量每年正在建造或退休。图表可以追溯到近60年到1960年,尽管注意数据退休只能追溯到2002年。

我们发电容量由燃料和开放。能力,今天还在正常运作所示坚实的颜色,而封闭的淡出和计划能力。的垂直尺度是相同的在每个图表、允许GW的相对能力直接比较。注意,不等于能力的一代。资料来源:美国EIA,国际原子能机构(IAEA)和碳简要分析。必威手机官网必威体育在线注册见下面的笔记为进一步的细节。图通过碳短暂使用必威手机官网Highcharts

顶部面板,寻找煤炭,上面,你可以看到,大多数最古老的植物——那些建于1960年代或更早,现在已经退休了。这些单位显示在灰色的。

您还可以看到为什么自2007年以来,煤炭已经恶化的情况——平均煤炭单位34岁时——因为新建燃煤电厂少于退休。然而,有一个明显的肿块在新煤炭产能集中2010左右。这是怎么发生的?

在2000年代早期,乔治·W·布什选举后,新建燃煤电厂的兴趣激增。这是基于几个司机,这对未来的经验教训。

首先,有一个期望,政府将移动缓慢,或者根本没有,收紧的环境法规。事实上,新规定采用。其次,当时的主流观点是强劲的经济增长带来健康的电力需求的增加。

结合退休的老工厂,这意味着需要新的能力,所以大约240新煤电厂的计划。只有少数这些。

上面的图表显示,煤的新一轮退休并到达,部分原因是为了回应,部分原因是新规定——尤其是汞和空气毒物标准(垫),于2015年生效。

与预期相反,然而,不断增长的需求没有出现。一个原因是30个州实现了自己的必威体育在线注册能源效率目标、政策或标准。(这是一个混合物强制和自愿的目标)。

此外,页岩气革命天然气价格暴跌(以及电力批发价格)和可再生能源增长速度超过预期,侵蚀煤炭的份额——在——一个供过于求的市场和利润。

今天,一些新的煤电厂理论上在管道(见上面的图表,地图和计划的新能力,下面)。

一个在两个麋鹿发电厂320 mw机组在怀俄明州-根据EIA数据在建和将于2020年建成开放。它已经被停滞不前20年来,唯一的一个混凝土垫已经建立及其允许吗撤销

开发人员认罪欺诈指控超过8美元的联邦刺激资金,用于碳捕获和存储的研究,但是花在其他成本,根据据当地媒体

与此同时,华盛顿在格鲁吉亚,850 mw核电站工作多年,也错过了建设开始设定的最后期限其许可证。2022年它旨在开放,但还没有建成。

两个方案“脸长的可能性”,报告气候连线在一篇文章中,探索美国是否会建一个大的煤电厂。

没有核复兴

回到上面的图能力,,也清楚为什么核能将下降在美国,几乎所有当前正在运行的反应堆建在1980年代和1970年代。

核扩张这一时期不时被放缓建设和新的安全规则提高了成本后,当他们在三哩岛(1979)和切尔诺贝利(1986)。

这是赤裸裸的1200 mw瓦栏所示2核电站在田纳西州,1973年开始建设。40多年后,2016年10月开业,在另一个延迟满足新的安全规则——带来了2011年后的福岛核灾难。

两座核电站仍在建设中,总计4400兆瓦(淡粉色上面的图表)。然而,后破产威斯汀豪斯,该公司建造的核反应堆,VC夏天植物在南卡罗来纳州取消了mid-build。号机组厂在格鲁吉亚,也受到威胁,已经提供了37亿美元的新联邦贷款担保

这些问题反映更广泛的问题面临全球核工业,在中国和韩国国有市场外,一直在努力建造新反应堆在时间和预算。法国电力公司(EDF),这是新建的欣克利C植物在英国,他面对着计划的延误和成本超支在法国和芬兰。

与此同时,美国99座核反应堆平均36岁。尽管84年已经同意一生的扩展操作,使他们60年来,很多可以关闭在此之前,由于相同的伤害煤电厂的不利的市场条件。

它们的盈利能力受到侵蚀电力批发价格低,主要是由于廉价的天然气,而他们运营成本可以相对较高,尤其是对反应堆从未网站。五个美国核电站关闭在过去的五年里,更多计划这样做

能源部的补贴计划,如果成功实施,也可必威体育在线注册以保持核能力开放。另外,更多的国家可以采用零排放额度带来的纽约和伊利诺斯州的核电站和帮助实现气候目标状态。

成长的烦恼的天然气

燃气电厂,年龄和能力的传播图,上图,反映了美国在岸提取的悠久历史,以及一系列的生长受市场和变化技术

广泛使用的气体被用来发电在美国几十年了。这是形成鲜明对比英国电力系统,气体后才可用北海工业发达。

在1960年代,简单和相对低效的汽轮机由大多数新气体容量。在1970年代,联合循环燃气单位开始构建,利用余热来提高效率。你可以看到的技术采用s曲线“在下面的图表。

然而,新的天然气能力不再建立中东石油危机后的1970年代后期,当汽油价格增加,石油峰值(天然气)出现大法规是为了储备气体最有价值的使用——不包括发电。

气体动力又卷土重来了1980年代末为使用管制,与小联合循环和天然气厂正在建设达到顶峰。但是,2000年,惊人的事情发生了。在过去的五年里,大约216兆瓦的燃气发电能力是建立在美国,其中三分之二是大型联合循环单元。

这是由新的天然气产能的急剧上升的放松管制的电力市场新进入者数量激增在1990年代末和2000年代初。燃气电厂建设相对廉价,提供快速的回报。(安然丑闻在加州是这一时期的另一个症状)。

这些新进入者也追逐的新电力需求是虚幻的,如上所述。更糟的是,低天然气价格让位给增加,上升到2008年,他们中的许多人破产。这也意味着气体生成仅增长缓慢。

一旦价格下挫,全球金融危机和页岩气革命,这巨大而开工不足气体发电能力准备和等待窃取市场份额来自煤炭。

今天,天然气和煤炭发电之间的平衡取决于天然气价格,这就是为什么煤炭发电和天然气上升下降在2017年的第一部分。不同于以往的周期,然而,大量的美国页岩气网站及其短开发周期将这个价格范围。

从气候角度看,这从煤转向天然气了好坏参半的。尽管它帮助减少二氧化碳的排放从电力行业,这可能在一定程度上抵消由甲烷泄漏在生产和运输。也把我们继续使用化石燃料。

的确,大部分的新增装机容量计划在美国来自气体,如下面地图显示。

上市计划大规模储能容量114千瓦的环评,63%是天然气,10%太阳能和风能的20%。四分之一的天然气项目是在德克萨斯州和另一个第五在宾夕法尼亚州。注意,这个不包括小型项目1 mw以下可能低估了太阳能,我们将在下面进行讨论。

可再生能源投资组合

有一系列的阶段在美国可再生能源的发展能力,上面的图表所示的浅蓝色(水电),绿色(风),黄色(太阳能)列。

1970年代和1960年代的所谓的“大型水坝”时期,在此期间,巨大的结构是建立在美国的主要河流。(6.5吉瓦大古力水坝在华盛顿州——不是亚利桑那州著名的1千瓦胡佛水坝——到目前为止最大的能力在美国任何一个动力装置)。

1970年代石油危机后,联邦政府开始提供税收抵免风能。必威体育在线注册这引发了一场“风冲“和风电场的建设,如Altamont通过在加州。

(在一个点,这个地区举办了成千上万的100千瓦的发电机和成为一个战场在迁徙路线和turbine-related鸟死亡。旧的涡轮机——在一年中的某些时候关闭来保护濒危鸟类——现在拆除,取而代之的是一个小数量的现代设备至少2000千瓦。这些涡轮塔间距为更广泛和叶片旋转的更慢。初步研究建议这减少了鸟死亡率)。

后,国家开始采用可再生能源配额制(RPS),要求公用事业公司源固定金额或占电力供应来自可再生能源。也许令人惊讶的是,爱荷华州,介绍了第一个rp, 1983替代能源生产法必威体育在线注册

到2000年,12个州已经引入了rp这是开始渗透到一个新的风能力明显上升。

加州才采用rp2002年,尽管它现在有一个更雄心勃勃的目标的50%到2030年可再生电力。努力通过到2045年的100%9月在加州参议院失败的标准。这意味着夏威夷保留了最高的野心与2045年的100%的目标。总共29日的美国的50个州采用一种奢望(见下面的地图)。

在美国可再生能源配额制。资料来源:国家鼓励发展可再生能源和提高能源利用效率的数据库(DSIRE)。

在联邦一级,税收抵免为风能和太阳能收养率有明显的影响。例如,2013年,税收抵免暂时过期和安装下跌了92%。对于风,这些税收抵免现在随着时间的推移将下台。

一系列的其他州和联邦规则影响的采用可再生能源。这些包括“净计量”规则,从1990年代末开始,要求公用事业公司购买电力从房屋与太阳能电池板零售价格。

净计量以及创新融资方案等带来的太阳能城市支持广泛的和不断增长的收养家庭屋顶太阳能系统。另一个更深奥的规则驱动,采用太阳能在北卡罗来纳州,尽管它相对贫穷的日晒。

在这一切之上,风能和太阳能的成本途中出现。2011年,国家可再生能源实验室(NREL)设定一个目标到202必威体育在线注册0年太阳能变得成本竞争力。在9月,宣布早三年,它的目标已经实现,成本下降30%后一年。

风成本也急剧下降,根据劳伦斯伯克利国家实验室。最好的陆上风力网站现在比气体便宜,每兆瓦时的新一代太阳能集加入它早在2020年代,据彭博新能源财经必威体育在线注册

未来的凝视

当前政府希望阻碍变革的浪潮席卷美国电量的地图。但是的变化已经发生在过去的十年中一直受到很多因素,只有其中一个是联邦政府。

州有广泛的权力影响电力混合在其境内,他们中的许多人已经在美国气候联盟,旨在达到我们的气候目标,尽管特朗普。

值得注意的是,中国的煤电厂老变老。40年——44 gw的平均年龄50岁以上——指向更多未来的变化。EIA列表20 gw的煤炭计划退休而另一些,如环境非政府组织CoalSwarm,到2030年把图48号瓦。

作为一个能源高必威体育在线注册管告诉布隆伯格6月:“政府不能让一个70岁的煤电厂变成一个20岁的煤电厂。“更重要的是,特朗普政府可能失败的努力让时光倒流的电力系统。

此举废除清洁能源计划面临着“法律和监管过程,将对多年来磨,可能超过特朗普的第一项”,大卫·罗伯茨在解释道Vox在一篇文章中,比较了正在进行的努力医疗废除失败。

即使成功,这可能再次被逆转的后续管理。公用事业公司决定把钱投到哪里在接下来的几十年里,这种不确定性不太可能有利于投资煤炭,面临着最大风险从气候立法。

这帮助解释了为什么计划新产能的35%是低碳,另外63%的气体。

笔记

地图是基于数据美国能源信息管理局发布的2017年7月,必威体育在线注册2017年5月包含的数据。这些数据只包含电厂综合能力的1兆瓦(MW)或以上,包括一些较小的单位是位于一个单独的网站。

数据涵盖了总共1183千瓦(GW),其中26瓦目前的服务或仅用于备份。这是“铭牌容量”的植物。夏天环评还列出了“网络”和“净冬季”能力,占植物可用性在那些季节。

环境影响评价植物通过一组详细的列表必威体育在线注册能源法规。结合起来,例如“煤炭”包括烟煤、褐煤、合成燃料、亚烟煤和废物煤(SC,闲逛,子和WC)。

地图,单位是聚合如果他们有一个共同的“ID”和同样的技术类型。例如,地图上有三个泡沫巴里的植物在阿拉巴马州:一个用于煤炭、一个用于天然气联合循环,一个用于气体达到顶峰

多部件网站的能力总和和“打开”从第一个到最后一个单位开放。

泡沫的大小只有大约兆瓦的工厂生产能力成正比。有八个泡沫大小,每个代表一个范围的能力,与阈值时容量翻倍。这意味着没有直接关系的区域或直径泡沫和一个网站的能力。

除了特定的网站上面1兆瓦,地图显示了每个州的总容量的小型太阳能,从第二次环评数据集。再一次,这一数据是目前通过2017年5月。每个州的总容量是集中在该州地理中心。注意,这些小型太阳能数据估计

计划容量的地图包括环评中列出的所有网站数据。省略了小型站点1兆瓦以下,这将特别重要的太阳能。它也排除了几个网站,列出没有位置数据,包括450兆瓦的风能、260 mw的天然气和水电容量1.2兆瓦。

产能在2008年初的地图是一个综合的数据结合当前运营和放弃了网站,已打开。它不包括下面的网站1兆瓦,退休的映射能力,而基于相同的环境影响评价数据

从环境影响评价发电数据2012年年度必威体育在线注册能源评估2007年以前的数据和每月电力2017年9月,通过2017年7月的数据。注意,在1989年之前,数据不包括代由独立发电企业,商业和工业网站。这将创建一个不连续的时间系列,尤其是燃料煤炭和核能。

生成数据显示为2017涵盖了最近12个月,2017年7月通过的时间写作。“其他”包括降解城市垃圾、废轮胎、废工业过程中产生的气体。“石油”包括石油液体和石油焦

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