研究人员提出了三种100%清洁的方法,可再生能源可以防止停电,泰勒·库博塔写道
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可再生能源解决方案常常受到风能发电不一致性的阻碍,水和阳光以及能源需求的持续波动。

新研究马克·Z·雅各布森,斯坦福大学土木与环境工程教授,金宝博娱乐城和加利福尼亚大学的同事们,伯克利丹麦奥尔堡大学找到了几种清洁的方法,可再生能源的可靠性足以为至少139个国家提供能源。

在他们的论文中,本周作为手稿出版可再生能源,研究人员提出了三种不同的方法,在所有能源部门之间提供一致的动力-运输;加热和冷却;工业;以及农业,林业和渔业——在包括139个国家的20个世界区域内,所有部门都已转变为100%的清洁,可再生能源。

雅各布森和他的同事们以前开发过路线图将139个国家转变为100%的清洁,可再生能源2050,80%的转变完成了2030。本文研究使用这些路线图来保持网格稳定的方法。

“没有技术或经济障碍,使世界向100%清洁过渡,具有低成本的稳定电网的可再生能源


“基于这些结果,我可以更自信地说,将整个世界转变为100%的清洁没有任何技术或经济障碍,以低成本稳定电网的可再生能源“雅各布森说,他也是斯坦福大学能源学院和斯坦福森林环境研究所的高级研究员。

“这一解决办法将大大有助于消除全球变暖以及每年世界各地发生的400万至700万与空气污染有关的死亡,同时还提供能源安全。”“

本文基于前2015学习雅各布森及其同事研究了美国48个邻国电网保持稳定的能力。这项研究只包括了一个如何实现目标的方案。

一些人批评该文件过于依赖于现有水电站的水轮机添加,该集团建议在不改变大坝数量或大小的情况下增加发电量。先前的论文也被批评为过度依赖于储存多余的能量在水中,冰和地下岩石。

本文中的解决方案针对这些批评,提出了几种不同的解决方案,用于稳定100%清洁生产的能源,可再生资源,包括不增加水力涡轮机和不储存在水中的解决方案,冰或岩石。

“我们的主要结果是这个问题有多种解决方案,“雅各布森说。“这是很重要的,因为阻碍大规模实施清洁可再生能源的最大障碍是人们认为在随机风能和太阳能输出情况下很难保持灯亮。”“

研究人员预测2050的需求


这项研究的核心是需要匹配由风提供的能量,研究人员预计,到2050年,水、太阳能和储能将满足需求。要做到这一点,他们将139个国家分为20个地区,根据地理上的接近和一些地缘政治考虑,他们在先前的研究中创造了能源路线图。

与先前的139个国家的研究不同,与年平均需求相匹配的能源供应,本研究以30秒增量(2050-2054)匹配五年(2050-2054)的供应和需求,以说明风能和太阳能的可变性以及需求随时间和季节的变化。

为了研究,研究人员依赖于两个计算建模程序。第一个方案预测了2050年到2054年的全球气候模式。

由此,他们进一步预测了由与天气有关的能源,如陆上和海上风力涡轮机产生的能源量,屋顶和发电厂的太阳能光伏发电,随着时间的推移,集中太阳能发电厂和太阳能热电厂。这些类型的能源是可变的,并不一定产生能源时,需求最高。

然后,该小组将第一模型的数据与第二模型相结合,第二模型结合了由更稳定的电力源产生的能量,像地热发电厂一样,潮汐和波浪装置,以及水电站,还有热量,像地热储层。

第二个模型还包括在过剩的情况下储存能量的方法。例如在电力方面,热,冷储氢此外,该模型包括预测能源需求随着时间的推移。

对于这两个模型,这个小组能够预测更多的能源可以通过更多的可变能源产生,其他能源如何平衡波动的能量以满足需求。

避免停电


基于建模数据的情景避免了在所有20个世界区域中的低成本停电五年和三种不同的存储场景。一种方案包括热泵,它用于代替燃烧式加热器和冷却器,但不储存热能或冷能;二是现有水电站大坝不增设水轮机;而且没有蓄电池。

在三种不同情况下没有发生停电的事实表明,在百分之百的风力作用下,电网稳定有许多可能的解决方案,水和太阳能是可能的,这一结论与先前的说法相反,即电网无法承受如此高的可再生能源的渗透。

总体而言,研究人员发现,每单位能源的成本包括健康方面的成本,气候和能源在每一种情况下都是四分之一,如果世界继续其当前的能源路径,那将会是什么。

这主要是由于消除了化石燃料的健康和气候成本。也,通过减少水蒸气,路线图中包括的风力涡轮机将抵消迄今为止全球变暖的大约3%。

将系统所需的能量减少一半


虽然生产能源单位的成本在路线图方案和非干预方案中是相似的,研究人员发现,路线图大致削减了系统所需能量的一半。所以,实际上,消费者会花更少的钱。

这些能源的大量节省来自于避免开采所需的能量,运输和提炼化石燃料,从燃烧转变为直接电使用热泵代替传统的加热器和空调。

“能源系统面临的最大挑战之一是完全基于清洁,零排放风,水和太阳能是以合理的成本与近乎完美的可靠性相匹配的供应和需求,“马克·德鲁奇说,本文作者与加利福尼亚大学的研究科学家合著,伯克利。

“我们的工作表明,这是可以实现的,在世界上几乎所有国家,具有成熟的技术。”“

雅各布森和他的同事说,实施他们的路线图的另一个挑战是他们需要在政治边界上协调。

“理想的,你会有合作来决定你要把风电场放在哪里,你要把太阳能电池板放在哪里,你打算把电池存放在哪里,“雅各布森说。

“整个系统在提前计划时是最有效的,而不是一次完成一件。“

鉴于这种地缘政治复杂性,他们也在制定更小的路线图来帮助各个城镇,其中许多已经承诺实现100%的可再生能源。

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