NREL表示，到2050年，美国80％的电力可通过可再生能源产生

美国人一直以自己的远见卓著为荣。在能源方面，国家可再生能源实验室（NREL）通过一项新的研究得出结论：各地的有远见卓识的人都可以一臂之力：

“采用可商用技术获得的可再生能源可以在2050年充分满足美国总发电量的80％，同时在每小时水平上平衡供需。”

这是世界上最先进的能源技术最可靠专家之一的重大发现。这项详细的分析清楚地表明，可再生能源就在这里，已经准备就绪，它可以提供我们运行先进，繁荣和增长的经济所需的很大一部分能源。剩下的问题是我们是否准备好带领领导人抓住这一机会。

在深入探讨高级发现和一些更令人印象深刻的细节之前，有一些观察。

首先是关于国家可再生能源实验室研究表明我们不需要达到80％可再生能源的要求。

我们不需要一些疯狂的酷新技术或一些开创性的发明。我们等待科学界取得一些突破。储能和电池革命是否会帮助我们实现100％可再生能源？当然。但是，到2050年，这个80％的目标可以通过商业上可用的技术实现。没关系。

第二点是关于这项研究表明我们确实需要使可再生能源的未来成为现实。

我们需要转变我们对电力系统现代化的思考，从系统规划和灵活性，到新的商业模式和市场规则，应有尽有。美国需要采取与其他所有战略基础设施升级相同的方法，以升级我们过去的经济增长。从修建铁路和公路到农村电气化，我们的政策重点是抓住重大国家项目的范围和潜在收益。其中包括通过明智的政策为企业和消费者提供激励措施，以解除所有障碍并提高经济生产率。

因此，在讨论肮脏的细节之前：对NREL表示敬意，以了解可能的事物并提出有远见的事物。迫切需要重新关注有关建设可再生能源未来的全国辩论，而本报告是朝着这个方向迈出的重要一步-明确表明，大胆的雄心是容易实现的。

本月下旬，美国进步中心还将发布一份有关可再生电力，能源效率和智能电网技术融合的报告，以及这些技术如何共同代表我们国家能源基础设施的状态变化。我们关于信息和通信技术（ICT）革命的文章以NREL的发现为基础，为国家能源转型奠定了框架。

高层发现

NREL报告的执行摘要强调了一些关键发现：

• 我们可以在全国范围内部署大量可再生能源：到2050年，美国80％的电力将来自可再生能源。美国的每个地区都将以与当地资源一致的方式为可再生能源基础做出重大贡献。

• 存在多种技术途径可以使我们到达那里：可以通过平衡负载和提高可靠性的其他资源，技术和方法来补偿对传输容量，灵活性和资源可用性的任何现有限制。

• 灯会一直亮着：在80％的可再生能源情景中，电力供需可以每小时保持平衡，其中50％来自可变发电。具有讽刺意味的是，挑战并非来自可再生能源的失败生产，而是主要涉及管理需求不足时期和削减过剩发电量。

• 技术进步和新思路：提高系统灵活性至关重要。这将需要新的技术进步，新的操作程序，新的业务模型以及新的市场规则，这些都将有助于提高灵活性。

• 需要更多的传输基础架构：如果这个可再生的未来将成为现实，那么就必须建造新的变速箱。

所有这些表明，电力系统并没有因为缺乏技术而苦苦挣扎。它正在遭受想象力和执行力方面的经典失败。除了新的传输方式和一些技术进步外，当前的障碍还在于根深蒂固的业务模型和市场规则，这些模型和市场规则并非旨在奖励效率，整合或新进入发电市场的人。从来没有这样。在最好的情况下，美国一直是前瞻性国家基础设施发展的领导者。在这份报告中，NREL指出了继续领导的道路。

2050年的电力结构会是什么样？

NREL研究经历了针对基准评估的几种不同的可再生能源渗透方案。基准情景是“一切照旧”的方式，我们将继续逐步淘汰对可再生能源的支持，能源结构主要由化石燃料主导。其他方案显示了各种可再生渗透水平，从30％的可再生能源开始，以10％的增量持续增长到90％的可再生能源。

以下是2050年可能的可再生能源混合使用的细分：

该图中三个更有趣的结论是：

• 风能和太阳能是大赢家：在NREL情景中，风能绝对千瓦时收益最大-很大程度上是以煤炭和天然气为代价的。然而，太阳能在整个领域的增幅最大。

• 在所有情况下，核能都保持稳定：在所有情况下，核电将在能源结构中保持相对稳定的比例；但是，它不会看到基础负荷电厂建设有任何新的增长。

• 可能不再依赖化石燃料：即使在美国页岩气蓬勃发展的情况下，这些模型也显示，天然气在总能源结构中的作用可能比某些分析家预测的要小。此外，随着煤炭产量的下降，整个系统可以保持技术稳定性。

区域特定解决方案：尽力而为

NREL报告的另一个重大细分是，每个地区如何将自己的可再生能源混合物贡献到国家结构中。显然，不同的区域具有不同的优势，此图可以很好地准确显示出它们是什么：

在这里，您可以看到西南地区的集中太阳能（CSP），中部地区的风能和东南部的生物质起主要作用。每个领域都发挥自己的优势，并相互交织在一起，在全国范围内创建了一个更加多样化，可靠和灵活的能源系统。

有巨大的潜力可以减少二氧化碳排放（不降低可靠性）

有道理的是，更高比例的可再生能源将减少排放。但是，NREL的研究在以下图表中对碳的确切含义做出了很大的贡献：

如您所见，在基准情景（BAU）下，我们面临着巨大的麻烦，二氧化碳排放量正在上升。但是，可再生能源在电力结构中的渗透率越高，对降低碳排放的影响就越大。这是放置该数据的另一种方法：

这里最大的收获是，在可再生能源占80％的情况下，到2050年，天然气和煤炭发电量也下降了约80％。因此，排放量也是如此。

克服障碍：电网灵活性和新传输

该研究评估了具有多个变量的可再生能源渗透情景；包括对传输，灵活性和资源的限制。这些约束情景中的每一个都对如何正确利用可再生能源有影响。

例如，受限制的传输方案偏向于不需要传输的资源（如屋顶PV）。受限的灵活性意味着更多地依赖于不变的可再生能源（如CSP），而更少地依赖于公用事业规模的光伏和风能。在资源受限的情况下，生物能，地热和水能（在任何地方都找不到）受到限制；而CSP和陆上风的渗透率很高。

这与障碍有什么关系？好吧，想要达到可再生目标的系统计划者，运营商和公用事业委员会将不得不根据其约束来利用不同的技术。我们无法在资源约束问题上做很多事情，但是我们可以在全国范围内进行灵活性和传输方面做一些事情。这里有一些背景，说明了多数民众赞成的必要条件及其所需要的内容。

变得灵活

电网的灵活性或电网在各种变化的情况下满足需求的能力，是高效实用的电力系统的关键组成部分。然而，由于掺入了更高比例的可再生能源，一些人担心电网的灵活性不足以满足需求。这主要是因为必须实时平衡供需。

NREL的研究承认了这种担忧，并解释了80％的可再生能源如何仍然允许灵活的电网。

首先，80％的可再生能源情景必须提供足够的发电能力以满足需求。NREL研究表明，即使在系统压力大的时候，80％的可再生方案仍提供了足够的容量来满足需求。存储技术和传输基础设施也将大量投入使用。换句话说，灯仍然会亮着。

除了能够满足发电容量要求之外，系统还必须具有一定量的待机能量，也称为“运行储备”。NREL研究发现80％的场景足以满足这些要求。用他们的话说：“即使在相对保守的传导和制度灵活性假设下，整合高水平的变量生成也不是不可克服的任务。”

然后：

“ ReEDS在分析的情景下预测的供需混合，计划和运营储备以及传输系统足以满足每小时的负荷，因此，预计不会出现地区供需之间的每小时失配。”

分享财富，建立新的传播渠道

有效地使用80％的可再生能源表明，需要在这三个互连中建设110-1.9亿英里的新传输和47-80,000英里的新互连容量。每年这将花费6.4到84亿美元。但是，这与最近的1995年至2008年每年20亿至90亿美元的投资相吻合。因此，新的基础设施需求完全符合我们的国家发展轨迹。

但是，对于传输而言，一个有趣的含义是，在80％的情况下，NREL发现其使用将增加8％（从32％到40％）。这使每个地区都能为可再生能源供应做出重大贡献。有关传输问题的更多信息，请参见此处的NREL研究的第四卷。

该报告为思考我们的能源未来提供了一个很好的蓝图。它再次表明，以可再生能源为主导的能源系统不是技术挑战，而是工程和创造力挑战。

通过。亚当·詹姆斯和布雷肯·亨德里克斯

亚当·詹姆斯（Adam James）是美国进步中心的特别助理。布雷肯·亨德里克斯（Bracken Hendricks）是美国进步中心的资深研究员。