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1988年夏天，科学家詹姆斯·汉森作证向国会燃烧化石燃料产生的二氧化碳正在危险地使地球变暖。人们召开了科学会议，撰写了大量报告，并作出了国家承诺，但由于化石燃料相对便宜，几乎没有采取具体行动来减少碳排放。
然后，大约从2009年开始，首先是风力涡轮机，然后是太阳能光伏板，成本下降到足以在电力市场上具有竞争力。更多的安装导致更多的“学习曲线成本降低——部署数量每增加一倍，成本就会降低。自2009年以来，风能和太阳能的价格分别下降了惊人的72%和90%，现在它们是世界上最大的最便宜的电力来源尽管仍然存在一些挑战。
随着地球面临越来越强烈的热浪、干旱、野火和风暴，解决气候危机的途径变得清晰起来:将电网过渡到无碳的风能和太阳能，并将交通、建筑和工业中的大多数其他化石燃料用户转换为电力。
美国正朝着这个方向前进。早期预测在2021年，全球可再生能源电力增长创纪录创纪录的33500兆瓦根据彭博新能源财经的数据，到2020年，美国太阳能和风能的装机量将达到20%。甚至预计会有更快的增长尤其是考虑到拜登政府的计划高价值的海上风能资源．但会是这样吗速度不够快?
拜登政府的目标是建立一个2035年实现无碳排放电网．最近的一项研究发现，美国需要这样做几乎是2020年增长率的三倍到2030年，80%的电网由清洁能源供电。(这听起来可能很难，但据报道，中国在2020年安装了12万兆瓦的风能和太阳能。)
这种转变的基础是电网本身的巨大变化。
扩大风能和太阳能
被誉为20世纪最伟大的发明在美国，我们现在老化的电网是基于在开发时有意义的基本概念。最初的基础是24小时运转的“基本负荷”燃煤电厂和大型水电的结合。
从1958年开始，核电站的出现进一步扩大了这一规模，这些核电站几乎一直在运转，以偿还它们的巨额资本投资。与煤炭和核能不同，太阳能和风能是可变的;只有当太阳能和风能可用时，它们才能提供电力。
转换到一个日益依赖可变资源的21世纪电网需要一种全新的思维方式。灵活性的新来源——在所有时间尺度上保持供需平衡的能力——对于实现这一转变至关重要。
基本上有三种方法来适应风能和太阳能的可变性:使用存储，在全国广大地区以协调的方式部署发电，同时增加输电，管理电力需求以更好地匹配供应。这些都是灵活性的来源。
现在的存储主要由锂离子电池提供。他们的成本大幅下降,新型存储技术正在开发中。
扩大传播尤其有价值。当东北部在傍晚经历电力需求高峰时，西部仍然有太阳。而且，有了更多的传输，国家中心的大量风能资源就可以向两岸输送电力．传播研究表明加强全国三大电网互联互通非常有益。
提高建筑物的效率和控制其需求也可以在净化电网方面发挥重要作用。建筑消耗了美国74%的电力与智能电表相连接的设备和设备可以减少和重塑建筑物的用电量。
使100%清洁能源成为可能的创新
许多分析人士认为，美国能够经济有效、可靠地运营一个电网80%到90%的清洁电力但脱碳的最后10%到20%将明显更具挑战性。虽然持续4小时或更短时间的短期储能正变得普遍，但我们可能需要在风能和太阳能资源处于低水平(德国人称之为dunkelflaute，或“黑暗无风带”)的某些时期提供电力。一个扩大的全国传输网络将有所帮助，但可能需要一定数量的长时间存储。
我们正在探索多种选择，包括替代电池技术还有绿色的氢。
液流电池是我们正在研究的有前途的方法之一吗可再生和可持续能源研究所在科罗拉多大学。在典型的设计中，液体电解质在由膜隔开的两个储罐之间流动。储罐的大小可以根据所需的存储时间进行相应的调整。
绿色的氢是一个潜在的长期存储选项。它是通过可再生电力驱动的电解槽分解水分子而产生的。氢气可以储存在地下(或地上的储罐中)，可以在燃烧涡轮中燃烧，也可以在燃料电池中转化为电能。绿色氢目前非常昂贵，但预计将变得更加实惠电解槽成本降低．
此外，新的业务、市场设计和电网运营商模式正在出现。社区太阳能花园例如，允许房主购买当地生产的太阳能电力，即使他们自己的屋顶不适合安装太阳能电池板。微型电网另一种商业模式正在校园和综合设施中变得普遍，这些商业模式在当地生产电力，并且在电网崩溃时可以继续运营。清洁微电网由可再生能源和电池供电。
创新的市场设计包括时段收费这就鼓励了电力的使用，比如在可再生电力充足的时候为电动汽车充电。扩大平衡区域协调利用来自广大地区的可变太阳能和风能资源，提供更平稳的整体供应。改进的网格操作包括先进的风能和太阳能预测最大限度地减少浪费的电力和减少需要昂贵的备用储备。动态线路额定功率允许电网运营商在天气条件允许的情况下通过现有线路输送更多电力。
在整个经济中，更加重视能源效率可以推动电力部门转型，最大限度地降低成本，提高可靠性。
核电本质上也是无碳的，保持现有核电站的运行可以使向可再生能源的过渡更容易。然而，美国新核电站的建设成本非常高，建设时间很长，而且可能因为成本太高而无法以一种有助于稳定可变太阳能和风能的方式运营。
我们认为，气候变化的紧迫性要求我们全力应对。制定2035年的排放目标很重要，但美国为实现这一目标所采取的减排路径也至关重要。当务之急是尽量减少向大气中排放二氧化碳和其他温室气体。世界上已经有了使电网无碳80%到90%的工具，技术专家正在探索各种有前途的选择，以实现最后的10%到20%。
Charles F. Kutscher是科罗拉多大学博尔德分校可再生能源与可持续能源研究所的研究员和高级研究员。杰弗里·洛根(Jeffrey Logan)是该研究所能源政策和分析副主任。这篇文章原载于The Conversation网站．
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7评论
这听起来很棒，但在我断开我的燃油热水锅炉和转换为所有电力之前，作者将需要提供详细的工程可行性和可认证的成本分析，以存储风能和太阳能的低效和间歇性能源生产。这些成本是否包含在“下降成本”图表中?
事实并非如此。为10%或20%的敦克尔弗特电力需求提供100%传统备用发电的摊销资本成本也不高。氢的物理学有经济意义吗?
如果算上这些成本，费率会是什么样子?我曾看到有人估计，要花费数万亿美元来建设足以克服可再生能源间歇性问题的电池存储能力。相当于美国GDP的10倍。
那么这些稀土从何而来呢?
另外，我想看看住宅电供暖的总系统损耗是多少。天然气和石油的热量“传递损失”要小得多。
我不确定为什么会有人把德国作为未来的能源模式。如果说有什么不同的话，那就是它们的后核时代经历表明，要实现一个清洁能源的未来，难度和成本都很大。德州。
100%清洁能源的支持者需要提供更全面、更详细的工程可行性和成本分析，才能让普通美国消费者和房主接受并支持一个无碳能源世界。
举例来说，我不愿意把我40年的房子全部换成电动，除非我能保证99.8%的正常运行时间和成本等价
“举例来说，我不愿意把我40年的房子全部换成电动，除非我能保证99.8%的正常运行时间和成本等价。”
这对于大多数用石油取暖和支付平均电费的美国人来说是一个非常低的障碍!细致入微的思考对这个话题很重要，为什么要100%备份?每年只使用油锅炉几个小时，其余时间使用热泵，轻松降低成本和碳排放，几乎不会对电网造成压力。如果电气化能以最佳方式完成，我预计电价将因配电资产利用率的提高而显著下降。
这是一个很好的观点，也是一个很好的个人能量策略。
但我仍然依赖电力，这取决于联邦政府和州政府要求这种转变的方式和速度，我无法逃避。我的锅炉还需要可靠的电力服务才能运行。在没有详细的解决方案的情况下过早地急于实现100%的可再生能源，这是我所怀疑的。
我不担心匆忙——即使以太阳能和风能的快速安装速度，我们距离100%可再生能源还有很长的路要走，我不指望联邦政府会出台强有力的命令。目前，可再生能源=更便宜的电力。
“删除”
我知道“核”能源现在是一个肮脏的词。我是一个有学位的物理学家，在联邦核能研究实验室工作。在80年代，我还上过一门太阳能工程课程。我同意现在的核电站很可怕。它们需要高浓缩铀，有各种疯狂的备份系统来保证它们的安全，但它们本质上是不稳定的，而且会以壮观的、破坏环境的方式失败。
但是新一代的反应堆已经准备好等待验证了。它们的设计是完全安全的。如果有任何问题，它们会自行关闭，不会以任何方式爆发。它们使用的浓缩铀浓度低得多，甚至可能使用我们现有反应堆的乏燃料。它们可以被制造成更小的尺寸来运行一个小社区。
我同意我们星球的未来取决于可再生能源，但我们需要一种清洁能源来填补这一空白，无论是在时间框架上还是在电力负载平衡上。我刚刚建了一个新房子，它是高度绝缘的，合理地建造了对太阳的尊重，并有33个太阳能光伏板系统，所有这些都在“阳光明媚”的俄亥俄州。
请花点时间看看这些新的核电站，并告诉大家这些核电站也是需要的。我特别推荐你看看TerraPower。这可能是使其成为现实的最佳机会。
即使是最安全的核电站仍然存在长期放射性储存问题，设计和建造也需要极长的时间。加上光伏、风能和储能成本持续下降，所以核能在经济上不太可能有竞争力。核能已经没有多大意义了。
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