总统拜登(Joe Biden)呼吁主要的清洁能源投资作为一种抑制气候变化和创造就业机会。2021年9月8日,白宫发布了一份报告由美国能源部,发现太阳能可以产生高达45%的美国电力供应,到2050年,相比今天的不到4%。我们问约书亚·d·罗兹、能源技术和政策研究员德克萨斯大学奥斯汀分校,这需要达到什么目标。

为什么这样一个沉重的关注太阳能吗?不低碳未来需要许多类型的清洁能源吗?

能源部门太阳能期货研究列出了三个未来的途径为美国电网:照常营业;脱碳,这意味着一个巨大的转变,低碳和无碳能源;经济领域的电气化和脱碳的活动是由化石燃料动力现在。

它得出结论,后者两个场景需要大约1050 - 1570千瓦的太阳能,这将满足约44%在2050年预计电力需求的-45%。的角度来看,一个十亿瓦发电量相当于310万年太阳能电池板或364年大规模的风力涡轮机。

其余将主要来自其他低收入或零碳的来源,包括风能、核能、水电、生物、地热等零碳合成燃料和燃烧涡轮运行氢。储能能力-系统等大型设施的高容量电池也将扩大太阳能速度大致相同。

太阳能的一个优点在许多其他低碳技术大部分的美国有很多阳光。风能、水电和地热资源不均匀分布:有大型区域这些资源是贫穷或不存在的。

每年美国太阳能资源的映射。
美国的大部分地区至少可以生成一些太阳能全年。这张地图显示了年度全球水平照度,罢工水平表面的太阳光量在地上。
NREL

更严重地依赖有针对性技术意味着发展中极为密集,他们是最丰富的。它还需要建造更多的高压输电线路能量远距离移动,这可能会增加成本和地主的反对。

产生于2050年45%的美国太阳能发电可行吗?

我认为在技术上是可行的,但不容易。这需要加速和持续部署远远大于美国取得了迄今为止,尽管太阳能电池板的成本大幅下降。部分地区有获得这样的增长率,尽管从低起点,通常不长时间。

太阳能期货研究估计,生产全国45%的电力来自太阳能,到2050年将需要部署大约1600千瓦的太阳能发电。这是一个从103千瓦,增长1450%安装在美国的今天。的角度来看,目前1200千瓦的发电能力美国电网的所有类型。

报告假定10%这个新的太阳能容量的-20%将部署在家庭和企业。其余的将是大型储能部署,主要是太阳能电池板,加上一些大规模太阳能热系统,使用镜子来反射太阳中央塔。

假设太阳能电力需要约8英亩每兆瓦,这一扩张需要大约1020万到1150万英亩。这是一个区域约大如麻萨诸塞州和新泽西州的总和,虽然只有不到0.5%的美国总土地质量。

我认为这样的目标设置有价值,但是随着时间的推移是好重新评估,以确保他们是最谨慎的道路。

的最大障碍是什么?

在我看来,最大的挑战是,如此规模的推动变革需要持续的政治意愿。其他问题也可以进展缓慢,包括太阳能板等材料多晶硅的短缺至关重要的,贸易争端和经济衰退。但是,而是理解和简单的工程挑战。

几乎提供天然气,煤和石油80%的一次能源输入在2020年美国经济,包括发电。取代用低碳的来源也需要重组大多数美国能源公司。

图显示美国能源消耗的燃料类型和行业。
转向低碳经济需要从低收入和零碳生成更多的能量来源,现在的很多活动由化石燃料。
LLNL

这种转变可能会遇到阻力,尽管一些能源公司开始扩大这种方式。拜登管理计划使用清洁电力支付程序的条款3.5万亿美元的预算计划在国会悬而未决,创建激励电力公司从无碳能源生成更多的权力。

像这样的研究太阳能报告还认为,很多支持基础设施的必要履行场景可用。根据太阳能期货研究,美国将不得不扩大电力传输容量60% -90%支持水平的太阳能部署它设想。

建设长距离输电线路在美国是非常困难的,特别是当他们跨越州界大规模的太阳能部署需要什么。除非一些机构,比如联邦能源监管委员会被授权批准新的输电线路,这种扩张可能几乎不可能。

一个潜在的解决方案正在牵引:建立输电线路以及现有方法下的权利高速公路和铁路线,这避免了需要安全协议从众多的私人土地所有者。

当前的系统必须改变将如何支持这么多太阳能?

我们的电力系统目前约59%的电力来自煤和天然气。这些资源通常是,虽然不总是,可在需求。这意味着当公用事业客户需求更多权力的灯和空调,电话公司可以在这些类型的植物增加产量。

搬到一个网格由可再生能源公用事业和能源监管机构需要重新考虑供需匹配的老方法。我认为未来的电网需要更高水平的传播,能量存储和程序,鼓励客户将他们使用的时候力量时期最丰富的和可负担得起的。它还将需要更大的北美地区电网之间的协调,而不是现在配置长距离移动电无缝。

所有这是可行的,并将必要的如果美国选择依靠solar-heavy,脱碳电网成本满足未来的需求。

约书亚·d·罗兹研究助理,德克萨斯大学奥斯汀分校

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