美国能否实现100%可再生能源？

北极星火力发电 讯:2015年，斯坦福大学学者Mark Z. Jacobson与来自斯坦福大学和加州大学伯克利分校的一组研究人员共同完成了一项研究，为100%可再生能源的未来绘制了路线图。这个规划算得上雄心勃勃吗?那是当然的。不可能实现吗?也许吧。

怀疑者对它嗤之以鼻，乐观主义者则备受鼓舞。自2015年以来，它基本上被揭穿了。(它对在美国甚至可以从技术上实现的水力发电情况做出了深刻的假设。)但这项研究将100%可再生能源的未来推向了最前沿，它指出这不仅（技术上）是可行的，而且（经济上）也是合理的。

根据这项研究的分析，最早大约到2030年，美国80%到85%的能源需求就可以由风能、水能和太阳能提供。剩下的15%到20%还需要20年时间——只要一切顺利——这可能是目前最好的情况了。这可实现将一切快速电气化，包括汽车、飞机、铁路和公共汽车运输，以及所有电器，这可能是有史以来最协调一致的政府行动之一。

说它雄心勃勃可能是保守的说法

但是，尽管有这些假设，有一件事仍然存在。前80%似乎是容易的部分，这是大多数工程师、科学家和研究人员都同意的一点，不管是怀疑论者还是乐观主义者。所以，让我们看看首先要做什么。

一张统一的电

要开始生产更多的可再生能源，所生产的可再生能源就必须有供应的去处。但如今，情况却并非如此。

目前，我们现有的电 被分成三个主要部分，它们之间的电力交换非常少：西部电 、东部电 和德州电 。一张全国性的电 将允许可再生能源电力生产超过其电力消耗能力的州将其富余电力出口到电力生产欠缺的州。

不足为奇的是，风力发电量最高的15个州位于美国中部：蒙大拿州，怀俄明州，科罗拉多州，新墨西哥州，北达科他州，南达科他州，内布拉斯加州，堪萨斯州，俄克拉荷马州，德克萨斯州，明尼苏达州，爱荷华州，密苏里州，阿肯色州和路易斯安那州。

对这种能源的需求主要来自可再生能源丰富的地区之外，这也不足为奇。

通过高压输电线路将这些区域连接在一起，可以缓解线路两端的拥堵。中部各州可以生产尽可能多的可再生能源，而不用担心会不会被消耗掉，这就可以最大限度地利用可再生能源，同时平衡全国各地的负荷需求。

如何才能统一全国的电 从而充分发挥可再生能源的潜力?

Wood Mackenzie表示，我们需要将现有的传输线 络从20万英里增加到40万英里。这不仅有助于统一电 ，而且还将建立起一个传输基础设施系统，可以将完全依靠可再生能源产生的能够满足美国全国电力需求的电量输送至全国各地区。

这种情况发生得越早越好。现在已经有20个州致力于实现100％可再生能源的目标，并且几乎所有这些州都位于风能资源丰富的美国中部以外：亚利桑那州，康涅狄格州，佛罗里达州，乔治亚州，伊利诺伊州，马里兰州，马萨诸塞州，密歇根州，明尼苏达州，新泽西州，北卡罗来纳州，俄勒冈州，宾夕法尼亚州，威斯康星州，弗吉尼亚州，华盛顿州，加利福尼亚州，新墨西哥州，纽约州，缅因州。

超量建设发电容量

好吧，如果在未来10年内通过可再生能源达到总能源生产的80%是可行的，那么最后的20%呢?

预测负荷需求并通过可再生能源产生100%的电力无疑是一个挑战。克服它的最好方法是什么？只能是超量建设，并且是远远超量的建设。

Jacobson在2015年的研究 告中估计，到2050年美国的平均能源需求将达到2.6TW。我们需要多少能源容量才能满足这么大的能源需求？大约是2.5倍，也就是总能源容量的6.5TW。目前，我们的能源容量大约是1.2TW。

为了让大家知道这个成本到底有多高，Jacobson和他的团队提出了一种更实惠的方法，主要集中在风能、水能和太阳能上:

328000台新的5MW陆上风力涡轮机(为美国所有用途提供30.9%的能源)

156200台5 MW离岸风力涡轮机(19.1%)

46480座新建公用事业规模的50MW级太阳能光伏发电厂(30.7%)

2273家100MW公用事业规模的CSP电厂(7.3%)

7520万5kW住宅屋顶PV系统(3.98%)

275万套100千瓦商用/政府屋顶系统(3.2%)

208座100兆瓦地热发电厂(1.23%)

36050台0.75 MW波器件设备(0.37%)

8800台1MW潮汐涡轮机(0.14%)

3座新的水力发电厂(全部在阿拉斯加)

当然，当发电机容量超出所需容量的2.5倍时，有许多混合发电机可以帮助我们达到100%的可再生能源。问题是，如果我们想达到100%的可再生能源，同时排除其他途径，如核能、天然气等，那么这是建立可持续能源系统的一种方式。

浪费：问题的核心

可再生能源是高度可变的，又称可变可再生能源(VRE)。

太阳一直在照耀，风一直在吹。但另一方面，有时天气太晴朗，或者风太大。这将导致能源功率峰值大幅度波动，从低于或高于消费者能源需求。然而，由于可再生能源是可变的，它不能被调度，这意味着它不能被开启和关闭。如果能源不能被吸收到电源或沿着线路传输，它就浪费了。

确保VRE不被浪费的最好方法之一是什么？那便是将它存储起来。

在美国国家可再生能源实验室(NREL)电力系统工程中心主任本杰明·克罗波斯基(Benjamin Kroposki)撰写的一篇论文中，他研究了如何在存在可变性和不确定性的情况下，将高水平的VRE集成到电力系统中。他得出了一个相当简单但很重要的结论。

Kroposki写道，“储能技术可以帮助解决集成的各个方面的挑战，但这也是最昂贵的选择之一。“在最高的VRE渗透水平上，能量存储至关重要，当可再生资源不可用时，能量存储和能量转换对于电 的可用性至关重要。”

如果能源不能被输送，也不能沿着电 分配，能源储存是应对连续几天风能或太阳能不足的最好方法之一。

好消息？根据环境保护基金的预测，到2022年，储能市场的规模将增长9倍。

这种增长已经加速了中国向清洁能源的转变。自2014年以来，公用事业规模的能源存储价格出现了60%以上的惊人降幅。如今，由于更经济实惠的储存选择，公用事业公司正在转向可再生能源(和能源储存)，支持新的天然气发电厂。

城市电力供应公司的可再生能源部门将这一成本降低视为该行业的巨大催化剂。

城市电力公司全国可再生能源业务发展经理Robbie McNamara说:“在过去的几年里，无论是在公用事业部门，还是在住宅和商业部门，我们都看到了电池存储行业的巨大增长。”

“由于锂离子技术最初的大幅成本削减和持续的成本削减，以及收集到的数据证明将存储技术与可再生能源相结合具有令人满意的投资回 率，在新项目中增加能源存储，并对现有的太阳能发电厂进行改造，现在已成为新的规范。”

可再生能源可靠吗?

由于可再生能源是高度可变的，那么它可靠吗？简短的回答，非常可靠。

的确，有些时候我们看不到太多的风能，或者不能从太阳中获取足够的能量，但是在有不可变的发电途径以支持有限的太阳能或风能。

水电和地热能可以增加或减少，以满足需求，同时为VRE提供更稳定的主力发电途径。

如果遇到风暴或其他自然灾害，会发生什么?

例如，在紧急情况下，煤炭、天然气和石油作业可能会严重中断，需要大量人力才能恢复运行，特别是如果天然气或石油泄漏，不仅会破坏我们的电力供应，还会污染周围的环境。

借助可再生能源，将风力涡轮机和太阳能电池板重新投入使用要比修复管道更安全、更容易。在救灾方面，单一的国家电 将为易受灾地区提供更大的稳定性，如果每个地区都通过电 连接起来，自身无法发电的地区就可以从整体供电中获得电力。

这需要花费多少钱?

每个人心中都有这个问题。考虑到能源行业有足够的动力让电 去碳化，并同意在未来10到20年内关闭天然气工厂，那么使用可再生能源需要多少成本?

Wood Mackenzie的分析师分析了这些数据，发现如果以目前的技术水平来计算，这将花费大约4.5万亿美元。真正的优势？如果美国在10年或20年内完成转型，那么价格标签不会改变。

如果我们继续使用核能呢？仍然需要花费大约4万亿美元。

然而，实现100%可再生能源未来的步骤与最近的发现以及前述提到的是一样的。

首先，我们需要大力建设风能和太阳能发电能力。

其次，我们需要增加足够的储能设备确保电力的可用性。

第三，我们需要彻底改造电 ，将高压输电线路的里程从20万英里增加一倍至40万英里。

还有一个问题，如果10年后的成本和20年后一样，等待还有什么意义呢?

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