根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）和科罗拉多大学博尔德分校的一项新研究，到2030年，风能和太阳能可以为美国大部分地区供电，而不会提高电价。
即使在优化以降低成本并将其自身限制在现有技术的情况下，科学家们也表明，可再生能源可以满足能源需求，并将电力行业的二氧化碳排放量削减至比1990年水平低80%。
该研究昨天发表在《自然气候变化》杂志上，它考虑了能源需求、成本以及至关重要的天气因素。
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该研究的共同作者、美国气象学会即将卸任的主席、最近从NOAA地球系统研究实验室退休的亚历山大·麦克唐纳表示，该研究源于他在2009年于丹麦哥本哈根举行的联合国气候变化峰会上的讨论。
他说：“基本上，很明显，没有人真正研究过天气对风能和太阳能的重要性。”
当云层飘过头顶、大风减弱为微风或两者兼有时，太阳能电池板和风力涡轮机的发电量会减慢，迫使其他发电机加大发电量以满足需求。
然而，麦克唐纳认为，在更大的地理区域内，天气往往会平均化，因此分散可再生能源并相应地引导电力可以更好地平滑电力输出的峰值和低谷。
麦克唐纳说：“你真的希望区域足够大，这样当一部分地区没有风的时候，另一部分地区就会有风。”
每千瓦时几美分
为了回答可再生能源是否是一种具有成本效益的能源解决方案这个问题，NOAA和科罗拉多大学的科学家们发挥了他们在天气分析方面的优势。
科罗拉多大学环境科学合作研究所的共同主要作者和研究科学家克里斯托弗·克拉克说：“NOAA拥有世界上最好的天气数据来研究这个问题。”
麦克唐纳、克拉克及其合作者开发了一种名为国家电力天气系统（NEWS）的模拟。该模型在 48 个毗连州的 13 公里区块内，以 60 分钟为增量，结合了天气和电力需求。
该模型将核能和水力发电保持在 2012 年的水平，包括土地使用限制和需求增长，并将能源生产成本预测到 2030 年，包括生产和传输成本。
在以降低成本为目标的情况下，研究人员发现，陆上风能和太阳能可以以与 2012 年水平相当的平准化能源成本（大约每千瓦时 9.4 美分）满足电力需求。
在可再生能源比当前预测更昂贵的情况下，该模型创建了一个 2030 年的能源系统，该系统在以每千瓦时 8.6 美分的价格发电的同时，将排放量削减至比 1990 年水平低 33%。
在可再生能源价格下降和天然气价格上涨的情况下，该模型创建了一个以每千瓦时 10 美分的价格发电，并将排放量削减 78% 的系统。
随着可再生能源在发电组合中占据更大的份额，大规模天气效应最终会减少间歇性。
这挑战了这样一种假设，即电网中更多的可再生能源将需要更多的可调度发电机，如天然气涡轮机或储能设备，这对公用事业来说都是成本高昂的选择。
不等待突破
NEWS 模型发现，在当前价格下，储能不具有成本效益。
然而，能源部本月早些时候投票支持传统观点，为公用事业的太阳能和储能研究提供了 1800 万美元的资金（ClimateWire，1 月 20 日）。
爱迪生电力协会和电力研究所的代表没有回复置评请求，理由是与天气有关的办公室关闭。
麦克唐纳和克拉克表示，其高可再生能源渗透情景的关键推动因素是高压直流（HVDC）输电。光伏和风力涡轮机通常产生直流电，因此以直流电进行传输可以消除一个耗费资金和消耗功率的转换步骤。
与交流输电相比，高压直流输电线路在长距离上的损耗也更少。作者设想在美国建立一个类似于州际公路系统的高压直流网络，将电力从生产地输送到国家电力市场中需要的地方。
在该模型中，输电占最终电力成本的 4%。
这项研究加入了一系列不断增长的研究工作，这些研究发现，在美国实现高可再生能源渗透是可行的（ClimateWire，2015 年 6 月 10 日）。其他研究也发现，储能并不是电网中大幅增加风能和太阳能的守门人（ClimateWire，2015 年 9 月 28 日）。
麦克唐纳表示，这项研究的独特之处在于，它并没有押注技术突破，并且将目标定在 2030 年，而其他研究则将 2050 年作为最终目标。
他说：“到那时，空气中的二氧化碳含量将会翻倍。”
经环境与能源出版有限责任公司许可转载自 Climatewire。www.eenews.net，202-628-6500