拜登政府已承诺到 2035 年实现碳中和能源部门，但由于截至 2020 年可再生能源仅占美国电力的 19% 左右，气候专家警告说，我们向绿色电网未来的转型需要加快。
斯坦福大学由土木与环境工程教授 Mark Jacobson 领导的一组研究人员致力于证明，到 2050 年实现 100% 可再生能源电网不仅是可行的，而且可以在不发生任何停电的情况下以低于现有电网的成本实现。
Jacobson 说：“可再生能源最大的担忧之一是它们是间歇性的，风并不总是在吹，太阳也并非总是在照耀。” 他指出，有人声称这种不可靠性导致了加州（严重依赖可再生能源）和德克萨斯州（不依赖可再生能源）的停电。“所以我们想检验这个论点。”
Jacobson 是发表在《可再生能源》杂志上的一篇新 论文 的主要作者，该论文认为，完全向可再生能源（定义为风能、水能和太阳能）转型将使美国整体和个人受益，节约成本、创造就业机会、减少空气污染和碳排放。
他们模拟了风力涡轮机、潮汐涡轮机、地热和水力发电厂、屋顶和公用设施光伏板以及其他来源如何在 2050 年发电。
各种不同的能源支持了这些预测：Jacobson 使用了他于 1990 年首次建立的天气-气候-空气污染模型的数据，该模型此后已用于多次模拟。各州和各部门的能源消耗数据来自美国能源信息署。当前的化石燃料能源已被转化为由风能、水能和太阳能供电的电器。然后，利用这些信息创建了 2050 年的能源使用预测。
在 2050 年和 2051 年的每 30 秒间隔内，将随时间变化的能源供应与需求和存储在电网集成模型中进行匹配。研究作者分析了美国的区域和全国需求，直到模型得出了作者称之为“零负荷损失”的解决方案——这意味着，基本上，在 100% 可再生能源和存储的情况下不会发生停电。
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据 Jacobson 称，没有其他研究在进行这种模拟，这种模拟之所以独特，部分原因在于它每 30 秒检查一次任何模拟的条件。
他说：“没有一个模型使用耦合的天气预报模型来持续预测风场或稳定地预测太阳辐射场。” “或者稳定地预测建筑物的供暖和制冷需求。也没有一个模型能够处理所有过程或所有类型的存储。”
美国国家可再生能源实验室的高级能源分析师 Wesley Cole 表示，小时间隔模型更常见，但这项新研究让像他一样的研究人员更有信心，他们不会因为以更高的时间分辨率进行建模而错过任何东西。“这肯定有帮助，但尚不清楚它是否是所有研究的必需品，” Cole 说。
在构建预测时，作者们考察了北美可靠性公司 (North American Reliability Corporation) 内现有的电网区域，以了解每个区域当前的需求和供应是如何满足的。为了检验孤立电网和互联电网之间的差异，他们还考察了人口众多、能源消耗高的六个州：纽约、佛罗里达、德克萨斯、加利福尼亚、阿拉斯加和夏威夷。建模人员还分析了所有毗连州和哥伦比亚特区。
最后，研究人员设想了一个新区域，将德克萨斯州纳入现有的多州中西部可靠性区域。德克萨斯州有自己的电网区域，而今年早些时候加剧该州停电问题的因素之一是电网的孤立意味着没有替代能源。
然而，将德克萨斯州连接到另一个区域可能不仅仅是研究人员的假设。一家可再生能源公司 Pattern Energy 已 提出 了 Southern Cross 输电线路，该线路将把德克萨斯州连接到东南电力可靠性委员会。
今年早些时候，Cole 也进行了路线图规划，以了解完全可再生能源电网的可行性以及成本。Cole 的研究与 Jacobson 的研究一样，证明了使用可再生能源可以产生足够的能量来保持电网平衡，而不会出现负荷损失。
“问题更多的是一个经济问题，而不是技术问题，” Cole 说。根据他的研究，由于太阳能和风能成本的降低，通往可再生能源电网的道路并不像最初估计的那么昂贵。他说，问题在于建设能力。
“我们在这些类型的模型中不考虑供应链，但供应链能否扩展到支持这些项目？或者你能否建造所需的输电线路？” 他说。
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芬兰拉彭兰塔理工大学（Lappeenranta University of Technology）太阳能经济学教授 Christian Breyer 认为，Jacobson 的研究比该领域的先前研究包含了更多的电池存储选项。Breyer 认为，真正的卖点是 Jacobson 是美国唯一一位在这一领域进行如此大规模建模的研究人员。
Breyer 在一封电子邮件中写道：“能源系统研究人员被化石能源和核能源的资金淹没了，因此他们基本上被阻止研究真正的解决方案：完全依赖可再生能源的能源系统。” “这对美国经济的成功发展是一个重大的障碍，因为可再生能源的成本最低。”
随着可再生能源成本的下降，研究人员预测电力公司和消费者将转向使用可再生能源。太阳能和风能的成本已经是天然气的一半。政策也可能促使采用，或者阻碍采用。虽然现任政府为可再生能源电网设定了目标，但墨西哥湾新发的石油和钻井许可证却与这些努力背道而驰。
Jacobson 说：“如果继续使用化石燃料，并且它们的增长持续下去，那将减缓任何转型。我们需要 100% 的转型，每年所有新增能源都必须是可再生能源。” “有许多既得利益者，他们的目标是不转型，或者不快速转型，因为他们在现有行业中赚了很多钱。”
斯坦福大学大气/能源项目博士候选人、该论文的合著者 Anna-Katharina von Krauland 强调，人们认识到完全可再生能源电网是可能的，这一点很重要——而且它还会带来其他好处，例如创造就业机会。
研究人员通过考察私人成本（如对个人或公司的成本）和社会成本（也包括健康和气候成本）来量化这些好处。零排放导致与空气污染相关的死亡和疾病减少，并减轻医疗系统的负担。
该模型无法解决长途运输或航空等方面的排放问题，尽管作者认为绿色氢气可能是值得探索的替代方案。他们没有包括核能或碳捕获，von Krauland 认为这些是“分散人们对尽快实现 100% 可再生能源的注意力”，因为这些技术成本高昂、未经证实或未能兑现承诺。
她说：“前进的最佳途径是尽快投资于我们知道有效的东西”——例如风能、水能和太阳能。
