對一些人來說,對清潔可再生能源未來的憧憬被間歇性供電引發的停電的擔憂所籠罩。斯坦福大學土木與環境工程教授馬克·雅各布森(Mark Z.Jacobson)在《可再生能源》(Renewable Energy)雜志上發表論文,認為這些擔憂是沒有依據的。該研究分析了在多種情況下的電網穩定性,風能、水資源和太陽能資源都可以提供100%的能源需求。這意味著沒有化石燃料、碳捕獲、直接空氣捕獲、生物能源、藍色氫氣或核能,完全依靠風能、水和太陽能以及儲能的能源系統不僅可以避免停電,而且降低了能源需求和消費者成本,同時創造了數百萬個就業機會,改善了人們的健康,減少了土地需求。

這項研究預計,在2050年左右,美國電力、交通、建筑和工業部門將實現轉型,所有的汽車和卡車都由電動機或氫燃料電池驅動,電熱泵取代了煤氣爐和熱水器,風力發電機和太陽能板取代了煤炭和天然氣發電廠。根據雅各布森及其合作者的說法,這種未來并不像看上去那么不可思議。目前風能、水和太陽能已占美國電力的近20%,15個州和地區以及180多個美國城市已頒布政策,要求向清潔可再生能源轉型。
在對美國50個州進行的可再生能源路線圖研究的基礎上,研究人員對六個州進行了模擬——阿拉斯加、夏威夷、加利福尼亞、德克薩斯、紐約和佛羅里達,這些州天氣條件各異。 研究人員設想大規模擴大海上風力渦輪機和屋頂太陽能電池板——它們都不占用新的土地——以及陸上風力渦輪機、公用事業太陽能電池板和集中太陽能發電廠。這些方案還包括一些新的地熱,但沒有新建水電基礎設施。總的來說,研究人員發現,滿足美國能源需求可再生能源發電廠將占據美國約0.84%的土地,而化石燃料行業目前約占1.3%的土地。
在100%可再生能源的情況下,研究人員進一步發現,人均家庭年能源花費比通常情況下低近63%,在某些州成本下降了79%。美國整體能源轉型的成本從近9萬億美元到11萬億美元不等,從節約能源成本的角度來看,回報時間大約五年。
這項研究的一個重要發現是,長時間儲能電池既不需要,也無助于保持電網穩定。相反,電網的穩定性可以通過將當前可用的儲能電池連接在一起而獲得,電池的存儲時間不超過4小時。當連續使用時,將短時電池連接在一起可以提供長期存儲。換句話說,短時間電池既可用于短時間內的需求高峰,也可用于長時間或介于兩者之間的峰值。
該研究還發現,在美國建設和運營一個完全清潔、可再生的電網可以在建筑和零部件制造等各個能源部門創造約470萬個長期全職工作崗位,以及在商店、餐館和其他企業的大量間接就業崗位。研究人員發現,到2050年,更清潔的空氣將使每年約53200人免于與污染有關的死亡,數百萬人免于與污染有關的疾病,每年節省約7000億美元的醫療費用。
研究人員的模擬表明,由于清潔、可再生的電網,加州和德克薩斯州的停電完全可以避免。部分原因是,通過使所有能源部門電氣化,并為電力提供清潔、可再生能源,加利福尼亞州和德克薩斯州的能源需求分別減少了60%和57%。第二個原因是,當風不刮的時候,白天的太陽通常會照耀,反之亦然,所以兩者都有助于滿足需求和供應。第三,給予人們在一天中某些時間不使用電力的經濟激勵有助于改變電力需求高峰的時間。第四,在風能和太陽能不可用的情況下,使用儲能有助于填補供應缺口。第五,在寒冷時期,平均風力更強,因此增加風能有助于滿足冬季建筑熱需求高峰。第六,地下季節性蓄熱有助于滿足冬季熱量需求。最后兩個因素對德克薩斯州特別有幫助。為了避免加州夏季停電,該研究建議更多的海上風力發電,因為加州夏季海上風速最快,尤其是在下午晚些時候和傍晚早些時候,因為太陽能輸出下降,停電最有可能發生。



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