如果到 2030 年，目前正在建設和處於後期許可階段的所有高壓輸電線路均建在美國西部，從而能夠建設新的可再生能源項目，美國西部的二氧化碳排放量將下降 73%與 2005 年相比。

與大多數此類專案尚未建成的參考案例相比，到 2030 年，能源發電成本也將下降 32%。

這些是結果新報告由能源部太平洋西北國家實驗室研究美國西部的新輸電和再生能源計畫如何帶來經濟效益並減少二氧化碳排放量。該報告名為《西部互聯基線研究》，於 2024 年 9 月 13 日發布。

「西部互聯基線研究使用網格PNNL 電力系統研究工程師、報告的主要作者Konstantinos Oikonomou 表示：「我們將利用業界最可靠的數據來了解未來的輸電和再生能源專案如何降低碳排放並節省資金，同時保持西部電網的穩定和可靠。

在美國各地，超過 700,000 英里的輸電線路通過發電機（例如化石燃料發電廠,核電廠、風能和太陽能發電場、儲能係統和水力發電廠。電網的骨幹網路可以將能源分配給城市、社區，並最終分配給個人消費者。

最近，能源部一直在研究擴大輸電如何幫助整合更多再生能源、降低能源發電成本並減少電網營運的碳排放。為了支持這項工作，PNNL 團隊進行了基線分析，僅考慮了西部互聯網絡（為 16 個西部州和加拿大 2 個省份供電的電網）正在醞釀的重大新輸電項目的影響。

建模更多輸電、再生能源

為了調查新輸電和再生能源的影響，研究團隊建立了西部互聯的模型，其中包含目前處於開發或許可後期階段的 12 個輸電項目。這 12 個項目將增加超過 3,000 英里的新傳輸距離，將懷俄明州等地與加州南部、內華達州和亞利桑那州西部連接起來。

研究人員隨後補充了可能利用這種新的傳輸能力建造的風能和太陽能專案以及儲能係統。截至 2024 年 7 月，西部互聯網有 30 吉瓦風電、38 吉瓦太陽能發電和 14 吉瓦儲能。該報告的設想是，到 2030 年，風電裝置容量將增加 35 吉瓦，太陽能裝置容量將增加 31 吉瓦，儲能裝置容量將增加 12 吉瓦。

研究人員利用新的西部互聯模型（具有更多輸電能力和 68GW 的可再生能源）模擬了典型年份的能源需求和發電。模擬包括電力需求和發電量因一天中的時間、溫度和天氣條件而下降和上升的現實條件。研究人員也研究了一年來能源生產和運輸成本的波動。

該模型顯示，到 2030 年，更多、更便宜的再生能源併入電網將取代現有化石發電廠 15% 的發電量，並將二氧化碳排放量減少 73%（與 2005 年水準相比）。發電成本也將下降 32%。

更重要的是，新的輸電線路為加州等州帶來了新的能源進口機會，加州目前從太平洋西北地區的水力發電機進口一些能源。報告指出，西南部的新輸電線路將使加州能夠從新墨西哥州和懷俄明州的多風地區進口風能。

「由於我們開發了潮流案例，顯示電力在不同發電組合下的不同運行時間實際上如何通過電網，因此西部互聯的電網規劃人員可以在未來規劃中使用這些研究案例，」首席電力系統負責人納德·薩曼（Nader Samaan）說PNNL 的研究工程師，也是研究的合著者。

再生能源確保穩定的電網

研究人員也想知道這種假設的未來西方互聯是否能夠承受重大故障。他們考慮了兩種情況：發電中斷和輸電中斷。

兩個故障均模擬發生在 2030 年 7 月 29 日下午 4 點。研究人員選擇這個日期是因為先前的分析表明，當人們打開空調時，電力需求往往會在仲夏達到高峰。他們選擇了下午4點。因為當太陽開始在傍晚落下時，太陽能在下午晚些時候開始下降。

薩曼說，在第一種緊急情況下，亞利桑那州的一座核電廠失去了兩台發電機組，相當於「兩到三個大型火力發電廠」。這種損失將對電網造成巨大打擊，可能導致數千名客戶停電。

研究人員發現，在再生能源比例較高的電網中，儲能係統將發揮作用，提供支撐電網應對大規模發電損失所需的穩定性。

「在發電機停機之前，儲能係統正在充電。但一旦系統失去發電，儲能設備就有足夠的儲備能量來停止充電並增加發電量以穩定電網，」薩曼說。

在第二種緊急情況下，一條從俄勒岡州南部到加州北部輸送 3,100 兆瓦電力的輸電線路故障。在這種情況下，電網仍保持穩定，新的輸電線路支援現有網絡，這將透過替代路徑重新路由電力。

國家輸電規劃研究

PNNL 電網顧問保羅·韋瑟比(Paul Wetherbee) 表示，新報告「表明，透過公用事業公司、開發商和可靠性工作小組的精心規劃，即使需求大幅增長，新的輸電線路和可再生能源也能夠保持電網穩定」。

它還支持能源部的國家輸電規劃 (NTP) 研究，該研究調查不同的輸電擴展方案並向政策制定者提供建議。西部互聯基線研究作為 NTP 研究中使用的模型的“基本案例”，預計今年稍後發布。

NTP 研究由美國能源部電網部署辦公室牽頭，與PNNL 和國家可再生能源實驗室合作，旨在確定可為電力客戶帶來廣泛利益的輸電方案，為區域和區域間輸電規劃流程提供信息，並確定區域間和國家戰略加速脫碳，同時維持系統可靠性。

NTP 研究得到了幾份配套報告的補充，包括這份關於新的經濟效益的最新報告傳染和再生能源項目將帶來美國西部以及先前兩份關於市場和營運實踐以及區域間可再生能源區的報告。