避免停電：使用100%可再生能源

可再生能源的解決方案常常受到風(fēng)、水扯罐、陽光和不斷波動的能源需求不一致的影響负拟。斯坦福大學(xué)土木與環(huán)境工程教授、加州大學(xué)伯克利分校(University of California, Berkeley)和丹麥奧爾堡大學(xué)(Aalborg University)的同事馬克·z·雅各布森(Mark Z. Jacobson)和他的同事們進行了一項新的研究歹河，他們發(fā)現(xiàn)了一些解決方案掩浙，以使清潔、可再生能源的可靠性達到至少139個國家的水平秸歧。

在本周發(fā)表于《可再生能源》(Renewable Energy)的一篇論文中厨姚，研究人員提出了三種不同的方法，在所有能源部門之間提供一致的能源——交通運輸;加熱和冷卻;產(chǎn)業(yè);農(nóng)業(yè)键菱、林業(yè)和漁業(yè)——在包括139個國家在內(nèi)的20個世界范圍內(nèi)谬墙，所有部門都被轉(zhuǎn)換成100%清潔的可再生能源。雅各布森和他的同事們之前開發(fā)了一種路線圖，將139個國家的清潔能源和可再生能源在2050年之前轉(zhuǎn)化成100%的清潔能源拭抬，到2050年部默，這一比例將達到80%。本研究探討了如何使網(wǎng)格保持穩(wěn)定的方法造虎。

“基于這些結(jié)果,我可以更自信的狀態(tài),沒有任何技術(shù)或經(jīng)濟障礙轉(zhuǎn)變整個世界100%的清潔傅蹂、可再生能源與電網(wǎng)穩(wěn)定在低成本,”雅各布森說,世衛(wèi)組織還在斯坦福研究能源研究所高級研究員,斯坦福研究所森林環(huán)境∷阍洌“這一解決方案將大大有助于消除全球變暖以及每年全球400萬到700萬的與空氣污染有關(guān)的死亡份蝴，同時也提供能源安全∶ズ洌”

這篇論文是根據(jù)Jacobson和他的同事在2015年進行的一項研究建立的搞乏，該研究考察了在美國48個連續(xù)的州中，電網(wǎng)保持穩(wěn)定的能力戒努。這項研究只包括了一個如何實現(xiàn)目標(biāo)的方案请敦。一些人批評這篇論文過于依賴向現(xiàn)有的水電站增加渦輪機——該組織建議，這是為了在不改變大壩數(shù)量或規(guī)模的情況下增加峰值電力生產(chǎn)储玫。之前的論文也被批評過于依賴于在水侍筛、冰和地下巖石中儲存多余的能量。目前的解決方案通過提出幾種不同的解決方案來解決這些批評撒穷，這些方法包括用100%清潔的可再生能源生產(chǎn)穩(wěn)定能源匣椰，包括沒有增加水電渦輪機的解決方案，以及在水端礼、冰或巖石中沒有儲存禽笑。

雅各布森說:“我們的主要結(jié)果是，有多種解決辦法蛤奥〖丫担“這是很重要的，因為大規(guī)模實施清潔可再生能源的最大障礙是人們的看法凡桥，那就是蟀伸，要讓燈亮起風(fēng)和太陽能的輸出太困難了∶骞簦”

供給和需求

這項研究的核心是需要根據(jù)研究人員預(yù)測的2050年的需求來匹配風(fēng)能啊掏、水和太陽能的能量。為了做到這一點衰猛，他們將139個國家分成了20個區(qū)域迟蜜，根據(jù)地理上的地理距離和一些地緣政治的考慮，他們在之前的一項研究中創(chuàng)建了能源路線圖啡省。與之前的139個國家的研究不同娜睛，該研究將能源供應(yīng)與年平均需求相匹配髓霞，目前的研究將供給和需求在30秒內(nèi)增加了5年(2050-2054)，以解釋風(fēng)能和太陽能的變化微姊，以及不同時間和季節(jié)的需求變化酸茴。

對于這項研究分预，研究人員依賴于兩個計算建模程序兢交。第一個項目預(yù)測了從2050年到2054年的全球氣候模式。從這一點上笼痹，他們進一步預(yù)測了來自與天氣有關(guān)的能源配喳，如陸上和海上風(fēng)力渦輪機，屋頂和發(fā)電廠的太陽能光伏發(fā)電凳干，太陽能發(fā)電廠和太陽能發(fā)電廠的能源晴裹。這些類型的能源是可變的，在需求最高的時候不一定能產(chǎn)生能量救赐。

然后涧团，該小組將第一種模型的數(shù)據(jù)與第二種模型相結(jié)合，該模型將更穩(wěn)定的電力來源(如地?zé)岚l(fā)電廠经磅、潮汐和波浪裝置)泌绣、水力發(fā)電廠和地?zé)?如地?zé)醿?所產(chǎn)生的能源結(jié)合起來。第二種模式還包括在電力预厌、熱阿迈、冷和儲氫等過剩時儲存能量的方法。此外轧叽，該模型還包括了對能源需求的預(yù)測苗沧。

通過這兩種模型，該小組能夠預(yù)測通過更多的可變能源產(chǎn)生多少能量炭晒，以及其他來源如何平衡波動能量以滿足需求待逞。

避免停電

基于建模數(shù)據(jù)的場景在所有20個世界區(qū)域的低成本中避免了停電，在所有的5年時間里网严，在三種不同的存儲場景下進行了檢查飒焦。其中一種方案包括熱泵，它是用來代替燃燒式加熱器和冷卻器的屿笼，但沒有熱或冷的能量儲存;在現(xiàn)有的水電站中牺荠，沒有水電機組;一個沒有電池儲存。事實上驴一，在三種不同的情況下都沒有發(fā)生停電休雌，這一事實表明，許多可能的電網(wǎng)穩(wěn)定性的解決方案都是有可能的肝断。這一結(jié)論與之前的說法相矛盾杈曲，即電網(wǎng)不能保持穩(wěn)定驰凛，只能使用可再生能源。

總的來說担扑，研究人員發(fā)現(xiàn)恰响，每單位能源的成本——包括健康、氣候和能源的成本——在每一種情況下涌献，大約是如果世界繼續(xù)當(dāng)前的能源之路胚宦，將會是多少。這主要是由于消除了化石燃料的健康和氣候成本燕垃。此外枢劝，通過減少水汽，在路線圖中包含的風(fēng)力渦輪機將抵消約3%的全球變暖卜壕。

雖然在路線圖場景和非干預(yù)場景中產(chǎn)生能量單位的成本是相似的您旁，但研究人員發(fā)現(xiàn)，路線圖粗略地將系統(tǒng)所需的能量減少了一半轴捎。因此鹤盒，消費者實際支付的費用會更少。大量的能源節(jié)約來自于避免開采侦副、運輸和提煉化石燃料所需的能源侦锯，從燃燒轉(zhuǎn)化為直接電力，使用熱泵而不是傳統(tǒng)的加熱器和空調(diào)跃洛。

該論文的作者之一率触、加州大學(xué)伯克利分校(University of California, Berkeley)的研究科學(xué)家馬克·德魯奇(Mark Delucchi)說:“基于清潔、零排放的風(fēng)能汇竭、水和太陽能的能源系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)之一是葱蝗，以合理的成本匹配供應(yīng)和需求，近乎完美的可靠性细燎×铰”“我們的工作表明，在世界上幾乎所有國家玻驻，都可以通過現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)這一目標(biāo)悼凑。”

一起工作

雅各布森和他的同事們表示璧瞬，實施路線圖的另一個挑戰(zhàn)是户辫，他們需要跨越政治界限進行協(xié)調(diào)。

雅各布森說:“理想的情況是嗤锉，在決定將風(fēng)力發(fā)電場放置在哪里時渔欢，你需要進行合作。在那里瘟忱，你將把太陽能電池板放在哪里奥额，你將把電池儲存起來苫幢。”“整個系統(tǒng)在提前計劃的時候效率最高垫挨，而不是每次只做一件韩肝。”

考慮到這一地緣政治的復(fù)雜性九榔，他們還在研究較小的路線圖哀峻，以幫助各個城鎮(zhèn)，其中許多城鎮(zhèn)已經(jīng)致力于實現(xiàn)100%的可再生能源帚屉。