即将到来的是100%的可再生能源
在不久的将来——可能比许多人预期的要快——世界上一些地方的电网将完全由可再生能源供电。最终，整个世界都可以使用可再生能源。
这些并不是不切实际的幻想，而是最近研究得出的结论。
毫无疑问，可再生资源非常丰富。太阳能本身就可以为世界提供能量:每分钟落在地球上的太阳能比世界每年使用的化石燃料还要多。仅风能一项就可以满足世界15倍的能源需求。美国地下可回收地热能约为其年能源消耗的14万倍。单是波浪能提供的电力就相当于全世界消耗的电力的两倍。
捕获这种能量，并利用它来为一切提供动力，是困难的部分。
斯坦福大学(Stanford University)的马克•雅各布森(Mark Jacobson)和马克•德卢卡奇(Mark Delucchi)或许是迄今为止量化这一挑战的最雄心勃勃的尝试，他们在过去几年里发表了一系列论文，概述了如何实现这一挑战。2010年，他们发表了两篇论文(第一部分和第二部分)，评估了到2030年，可再生能源如何满足全球所有用途的能源需求(包括电力、交通、供暖和制冷)，并在2050年取代现有的能源发电结构:
(简单说一下单位:1千瓦是1000瓦。1兆瓦，或MW，是1000千瓦。十亿瓦特(GW)是1000兆瓦。
令人惊讶的是，Jacobson和Delucchi发现，这种发电基础设施实际上可以减少30%的世界电力需求，仅多使用0.41%的世界土地作为足迹，多使用0.59%的空间，成本与我们今天支付的类似。他们总结道，转型的主要障碍“主要是社会和政治方面的，而不是技术或经济方面的。”
所以我们知道，至少在理论上，全球能源向可再生能源的转变是可以实现的。
然而，重要的问题仍然存在。可再生能源，包括间歇性的风能和太阳能，能满足单一输电区域内每小时波动的需求吗?能实现这一目标的最低成本的技术组合是什么?
特拉华大学(University of Delaware)研究人员的一篇新论文试图回答这些问题。他们开发了一个模型的PJM互连(坐标的RTO的批发电力特拉华州的全部或部分,伊利诺斯州、印第安纳州、肯塔基州,马里兰州,密歇根州,新泽西,北卡罗来纳州,俄亥俄州,宾夕法尼亚州、田纳西州、维吉尼亚州,西维吉尼亚州和哥伦比亚特区),构成美国电力需求的五分之一,能够实现仅使用风能、太阳能、和存储。
研究人员运行了一个模拟程序，评估了280亿种风能、太阳能和各种存储技术的组合，对比了4年(1999年至2002年)的历史电网负荷和天气数据，以确定最经济的解决方案，满足电网的实际小时需求。在仿真期间，PMJ RTO的总功率为72吉瓦。
研究人员估计了每种资源所需的总发电量，但没有具体说明发电机的数量和大小。但是根据论文中的信息和《每日科学》的总结，我发现该模型的一个解决方案大致可以满足:
这些数字中有些乍一看似乎大得不切实际，但它们有助于想象系统可能是什么样子，而且它们是可行的。真实世界的混合发电将涉及更少和更大的发电机，包括两倍大的海上风力涡轮机、更大的陆上涡轮机，以及高达500千瓦的商用屋顶太阳能系统，就像过去两年安装在宜家和沃尔玛大楼上的那些。
如果将公用事业规模的太阳能光伏和太阳能热系统包括在内，将大大减少屋顶系统的需求。到2030年，将地热和海洋能源发电加入其中，这是一个合理的选择，可能会大幅减少所需的风力涡轮机数量。最后，通过提高效率来减少30%或更多的负载(这当然是可能的)，将进一步减少系统的大小。
如果成千上万的风力涡轮机还似乎不现实,考虑一下:大家现在看来相信美国将钻另外12000(或者如果大陆首席执行官哈罗德汉姆认为,39000)的油井在未来十年,每股10美元到1300万美元,这将成为生产力“低产井”经过十年或更少。很难相信我们可以在20年内建造5万台风力涡轮机(每兆瓦130万到220万美元，或者每台5兆瓦涡轮机500万到1000万美元)，而这些涡轮机可以生产20年甚至更长时间的能源。
特拉华大学的研究得出了几个不同寻常的结论。
看看这张仿真图:
在四年的时间里，化石燃料发电在夏季只需要五次，仅占整个系统发电能力的三分之一左右。化石燃料的产能将由天然气来满足。
在没有补贴的情况下，这个可再生能源供电的电网可以满足2030年99.9%的用电需求，其成本与今天的电网相当。
由于当今技术的高存储成本，研究人员发现，建造满足需求所需的近三倍的发电能力，要比建造更多备份所需的发电能力便宜得多。然而，基于全球范围内存储技术的大量研究和开发，我相信到2030年将会有更好、更便宜的存储选择。更好的存储将减少满足特拉华州研究人员模型所需的发电机数量，大幅降低解决方案的成本。
简而言之,让我们回顾一下。
我们知道，可再生资源比我们维持世界运转所需要的资源要多几个数量级。
我们知道，电网几乎可以完全由可再生能源供电，只需要少量的天然气备用发电，使用合理且可行的集热器数量。
我详细的3月,我们知道现在可再生能源提供多达30%的电力管理良好的网格在欧洲,确实可以做同样的事情在美国,德国可再生能源的经验表明,倾向于推动核能和化石燃料容量电网。
正如我在10月份所写的，我们知道，可再生能源电网实际上比传统的化石燃料电网更稳定，可以容纳更大比例的间歇性可再生能源。只需要好的网格设计和规划。有些人认为，由于可再生能源是间歇性的，电网将始终需要从传统化石燃料电厂获得100%的备用容量，这种观点是完全错误的。这就好比说，因为把一个三条腿的挤奶凳移走一条腿会使它倒下来，所以所有的椅子都必须恰好有三条腿。建造分布式可再生能源的电网就像建造一把有50000条腿的椅子——它天生就比今天的集中式发电结构更稳定。
我们知道，存储正在迅速发展，并将使可再生能源在未来几十年的普及率非常高。
我们知道，到2030年，可再生能源发电的成本将不会比我们今天使用的发电成本高，我们只需要对未来化石燃料的成本做一个非常保守的假设。在我看来，几乎所有的比较成本研究在这一点上都太保守了。到2030年，化石燃料的成本将远远高于历史趋势所显示的水平，使可再生能源与传统能源的竞争比预期的要早得多。
事实上，最近的研究表明，在十年内，无补贴的太阳能发电可能比传统的电网发电更便宜。目前的成本趋势后,太阳能已经与常规电网电力竞争在美国西南部等阳光充足的地区,在0.12美元/千瓦时,并将发电最便宜的方法在拉丁美洲,非洲,中东,澳大利亚,印度,和亚洲大部分地区到2018年,去年11月我写。
当地自力更生研究所(Institute for Local自力更生)的一份新报告发现，到2022年，3亿千瓦的无补贴太阳能发电将与美国的传统电网发电形成竞争，满足全国9%的电力需求。正如该报告的作者约翰•法雷尔(John Farrell)所观察到的，挑战不再是如何以足够低的成本建造可再生能源;而是如何做好准备。
即使是在落后的美国在美国，尽管一些制造企业遇到了引人注目的麻烦，但太阳能行业正在蓬勃发展。来自太阳能产业协会和GTM研究中心的一份新报告发现，第三季度的太阳能安装量比前一年增加了44%。2012年，美国新增太阳能发电装机容量将达到创纪录的320亿瓦，使全国太阳能光伏发电总量达到近600亿瓦。预计这一增长速度将持续下去，2016年新增装机容量将达到780万千瓦。
与此同时，旨在通过可再生能源提供大部分或全部电网电力的国家名单还在不断增加。最近的一个例子是澳大利亚，该国最近发布了一份白皮书，概述了该国如何在2035年之前实现40%的电力来自可再生能源，到2050年实现85%的电力来自可再生能源。
重复雅各布森和德卢卡奇的观点:实现一个完全以可再生能源为动力的世界的障碍在于社会和政治，而不是技术或经济。这些障碍正在迅速消失。
所以，做好准备，电网运营商们。能源转型的大潮即将来临。现在唯一真正的问题是你是否能及时准备好。
图:BrightSource的377兆瓦的伊凡帕太阳能项目是世界上最大的太阳能热电厂，目前正在加州莫哈韦沙漠建设中。从Brightsource形象。
首先，该模拟模拟了1999-2002年的PJM电网负荷，但采用的是2030年的价格。他们没有尝试预测2030年的电网组成或负荷。在一定程度上，这是为了简化他们需要执行的计算，并保持在他们的计算限制之内。
第二,他们发现短时间车辆用于存储成本最低的解决方案,而不是在文章中描述的氢解我,尽管氢紧随其后(研究人员可能高估了其成本,所以它实际上可能是最便宜的存储技术用于仿真)。并网车辆解决方案的生成和存储容量如下表所示。
可以使用以下方法来满足该解决方案:
作者还指出，在90%的渗透，在系统中没有太阳能。只有当可再生能源的普及率提高到99.9%时，太阳能部分才上升到约3000万千瓦，而内陆风力发电基本保持不变。