根據美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）和科羅拉多大學博爾德分校的一項新研究，到2030年，風能和太陽能可以為美國大部分地區供電，而不會提高電價。
即使在最佳化以降低成本並將其自身限制在現有技術的情況下，科學家們也表明，可再生能源可以滿足能源需求，並將電力行業的二氧化碳排放量削減至比1990年水平低80%。
該研究昨天發表在《自然氣候變化》雜誌上，它考慮了能源需求、成本以及至關重要的天氣因素。
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該研究的共同作者、美國氣象學會即將卸任的主席、最近從NOAA地球系統研究實驗室退休的亞歷山大·麥克唐納表示，該研究源於他在2009年于丹麥哥本哈根舉行的聯合國氣候變化峰會上的討論。
他說：“基本上，很明顯，沒有人真正研究過天氣對風能和太陽能的重要性。”
當雲層飄過頭頂、大風減弱為微風或兩者兼有時，太陽能電池板和風力渦輪機的發電量會減慢，迫使其他發電機加大發電量以滿足需求。
然而，麥克唐納認為，在更大的地理區域內，天氣往往會平均化，因此分散可再生能源並相應地引導電力可以更好地平滑電力輸出的峰值和低谷。
麥克唐納說：“你真的希望區域足夠大，這樣當一部分地區沒有風的時候，另一部分地區就會有風。”
每千瓦時幾美分
為了回答可再生能源是否是一種具有成本效益的能源解決方案這個問題，NOAA和科羅拉多大學的科學家們發揮了他們在天氣分析方面的優勢。
科羅拉多大學環境科學合作研究所的共同主要作者和研究科學家克里斯托弗·克拉克說：“NOAA擁有世界上最好的天氣資料來研究這個問題。”
麥克唐納、克拉克及其合作者開發了一種名為國家電力天氣系統（NEWS）的模擬。該模型在 48 個毗連州的 13 公里區塊內，以 60 分鐘為增量，結合了天氣和電力需求。
該模型將核能和水力發電保持在 2012 年的水平，包括土地使用限制和需求增長，並將能源生產成本預測到 2030 年，包括生產和傳輸成本。
在以降低成本為目標的情況下，研究人員發現，陸上風能和太陽能可以以與 2012 年水平相當的平準化能源成本（大約每千瓦時 9.4 美分）滿足電力需求。
在可再生能源比當前預測更昂貴的情況下，該模型建立了一個 2030 年的能源系統，該系統在以每千瓦時 8.6 美分的價格發電的同時，將排放量削減至比 1990 年水平低 33%。
在可再生能源價格下降和天然氣價格上漲的情況下，該模型建立了一個以每千瓦時 10 美分的價格發電，並將排放量削減 78% 的系統。
隨著可再生能源在發電組合中佔據更大的份額，大規模天氣效應最終會減少間歇性。
這挑戰了這樣一種假設，即電網中更多的可再生能源將需要更多的可排程發電機，如天然氣渦輪機或儲能裝置，這對公用事業來說都是成本高昂的選擇。
不等待突破
NEWS 模型發現，在當前價格下，儲能不具有成本效益。
然而，能源部本月早些時候投票支援傳統觀點，為公用事業的太陽能和儲能研究提供了 1800 萬美元的資金（ClimateWire，1 月 20 日）。
愛迪生電力協會和電力研究所的代表沒有回覆置評請求，理由是與天氣有關的辦公室關閉。
麥克唐納和克拉克表示，其高可再生能源滲透情景的關鍵推動因素是高壓直流（HVDC）輸電。光伏和風力渦輪機通常產生直流電，因此以直流電進行傳輸可以消除一個耗費資金和消耗功率的轉換步驟。
與交流輸電相比，高壓直流輸電線路在長距離上的損耗也更少。作者設想在美國建立一個類似於州際公路系統的高壓直流網路，將電力從生產地輸送到國家電力市場中需要的地方。
在該模型中，輸電佔最終電力成本的 4%。
這項研究加入了一系列不斷增長的研究工作，這些研究發現，在美國實現高可再生能源滲透是可行的（ClimateWire，2015 年 6 月 10 日）。其他研究也發現，儲能並不是電網中大幅增加風能和太陽能的守門人（ClimateWire，2015 年 9 月 28 日）。
麥克唐納表示，這項研究的獨特之處在於，它並沒有押注技術突破，並且將目標定在 2030 年，而其他研究則將 2050 年作為最終目標。
他說：“到那時，空氣中的二氧化碳含量將會翻倍。”
經環境與能源出版有限責任公司許可轉載自 Climatewire。www.eenews.net，202-628-6500