1988年夏天,科学家詹姆斯·汉森作证向国会燃烧化石燃料产生的二氧化碳是危险的地球变暖。科学会议举行,写的报告,和国家的承诺,但因为化石燃料是相对便宜,小具体行动来减少碳排放。

从2009年前后开始,然后,风力涡轮机和太阳能光伏板减少足够的成本成为电力市场的竞争。安装导致更多”学习曲线“降低成本,降低成本每翻一番部署。自2009年起,风能和太阳能的价格已经下降了惊人的72%和90%,分别,他们现在最便宜的电力来源——尽管一些挑战仍然存在。

地球面临越来越激烈的热浪、干旱、野火和风暴,一个路径来解决气候危机变得清楚:电网过渡到无碳风能和太阳能和其他化石燃料转换用户在交通、建筑和电力行业。

美国是朝这个方向迈进。早期预测建议世界刚结束了2021年创纪录的一年的可再生电力增长,之后创纪录的33500兆瓦太阳能和风能电力安装在美国在2020年,据BloombergNEF数据。甚至更快的增长预计拜登,尤其是考虑到政府的开发计划高价值的海上风力资源。但会速度不够快吗?

拜登政府的目标是有一个到2035年实现碳零排放的网格。最近一项研究发现,美国将需要其2020年增长近三倍网格的80%到2030年由清洁能源。(这听起来可能有点困难,据报道,中国在2020年安装120000兆瓦的风能和太阳能)。

这种转变的基础是一个戏剧性的变化在电网本身。

3方法给电网带来风能和太阳能

被誉为是20世纪最伟大的发明,我们的网格是基于基本概念,使当时发达的感觉。最初的基础是“基本负荷”的结合燃煤电厂的一天24小时和大规模水力发电。

从1958年开始,这些被核电站增强持续经营近偿还大量资本投资。与煤炭和核能,太阳能和风能是可变的;他们只提供电力当太阳和风力。

转换成一个21世纪的网格,基于可变资源越来越需要一种全新的思维方式。新来源的灵活性,能够保持供需平衡在所有时间尺度,使这种转变至关重要。

基本上有三种方式,以适应风能和太阳能的可变性:使用存储、协调的方式部署生成在一个广阔的区域内的国家和更多的传播,和管理电力需求更好地匹配的供应。这些都是来源的灵活性。

存储是现在很大程度上被提供的锂离子电池。他们的成本大幅下降,新的存储技术正在研制。

扩大传播尤其有价值。当东北经历高峰电力需求在傍晚时分,仍然有太阳在西方。有更多的传播,大型风力资源中心的国家发送电向海岸。研究表明,传播更强的该国三大电网之间的互联是非常有益的。

使建筑更有效率和控制他们的需求也可以扮演着重要的角色在清理网格。建筑使用美国74%的电力。相互连接的设备和设备与智能电表可以减少和重塑建筑的电力使用。

创新,使100%的清洁能源成为可能

许多分析师认为,美国可以成本效益和可靠地运行电网80%到90%的清洁电力,但人类最后的10%到20%将明显更具挑战性。而短期存储,持续四个小时或者更少,变得无处不在,我们可能需要在某些时候风能和太阳能提供电力资源在较低水平(德国人称之为dunkelflaute,或“暗低迷”)。扩大国家传输网络将帮助,但可能需要一些长期存储。

正在研究的众多选项,包括替代电池技术和绿色的氢。

液流电池是很有前途的方法,我们在在工作吗可再生能源和可持续能源研究所科罗拉多大学的。在一个典型的设计、电解液流两个储罐之间的分离膜。坦克可以扩大规模的大小对应于所需的存储时间。

绿色的氢是一个潜在的存储选项很长时间。它是由水分子分裂电解槽由可再生电力。氢可以存储地下(或地上的坦克)和燃烧在燃烧涡轮或转换回电能的燃料电池。绿色氢是目前非常昂贵但预计还会有更多的人负担得起的电解槽的成本降低。

此外,市场设计和电网运营商新业务模式正在形成。社区太阳能花园例如,允许房主购买当地生产的太阳能发电,即使自己的屋顶太阳能电池板不适合。微型电网是另一种商业模式成为常见的校园和复合物在本地发电,可以继续操作,如果网格下降。干净的微型电网是由可再生能源提供能量和电池。

创新的市场设计包括时段收费鼓励用电,比如电动汽车充电,当可再生电力是充足的。扩大平衡区域协调利用变量太阳能和风能资源从一个广泛的地区提供一个整体供应顺畅。改善电网操作包括风能和太阳能的先进的预测耗散功率降到最低,减少昂贵的备用储备的必要性。动态线评级允许电网运营商传输更多有利的天气条件允许时电力通过现有的线。

整个经济,更加重视能源效率可以使电力行业转型,减少成本,提高可靠性。

核能也基本上无碳,并保持现有核电厂运行可以使过渡到可再生能源更加容易。然而,新核电站在美国是非常昂贵的建设,长期以来建设时间和操作可能过于昂贵的方式将有助于公司变量太阳能和风能。

在我们看来,气候变化的紧迫性要求全面努力解决这个问题。在2035年的排放目标是重要的,但美国的减排路径需要达到这一目标是至关重要的。1号需要是最小化添加二氧化碳和其他温室气体排放到大气中。世界已经有工具网格80%到90%无碳,和技术专家正在探索各种各样的有前途的选择实现最后的10%到20%。

查尔斯·f·Kutscher、研究员、高级研究助理、可再生和可持续能源研究所科罗拉多大学博尔德和杰弗里·洛根副主任、能源政策和分析、可再生和可持续能源研究所科罗拉多大学博尔德

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