如何应对电网脱碳挑战？

在依赖化石燃料两个世纪之后，在接下来的四分之一个世纪内消除经济各个部门的气候污染，这可能是我们面临的最大挑战，但这也是一个机会，可以展示人类在面对前所未有的全球威胁。

到2050年实现净零排放的目标必须从电力快速脱碳开始，同时将越来越多的建筑、交通和工业能源从石油、天然气和煤炭转移到电网上。我们还有很长的路要走，截至2021年，可再生能源和核能仅占美国所有能源的20%。

到2050年清洁电力需求将如何飙升

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资料来源:RMI

可再生能源是基石——但还不够

作为当今可用的成本最低的新一代能源，风能和太阳能很可能在未来几十年成为任何清洁电力系统的基础。然而，它们也给公用事业和电网规划人员带来了棘手的问题，他们需要考虑在大自然无法提供足够的风能或太阳能来满足需求时如何提供可靠的电力服务。

加利福尼亚大学的一项研究分析了美国七年来每小时的天气数据，发现在最糟糕的一个小时内，风能和太阳能的总发电量将比其平均发电量低80%（见下图），以至于较小但仍然很严重的短缺将持续数天甚至数周。

资料来源:2035 Report

这种供应缺口不仅仅是一种不便。当电力无法满足需求时，整个电网可能会崩溃，从而导致长时间且代价高昂的区域停电。随着越来越多的建筑物和车辆开始使用电力，清洁能源需求飙升的前景使管理向富含可再生能源的电网过渡的挑战倍增。

互补解决方案

鉴于可再生能源固有的可变性，仅投资于更多的风能和太阳能容量以满足需求将带来系统成本飙升，并引发更多关于选址所需的广阔土地面积的争议。幸运的是，还有其他解决方案可以补充可再生能源，促进可靠且负担得起的清洁电力。

稳定的清洁能源。抵御可再生能源变异性的最好方法之一是拥有足够的“稳定”清洁发电能力，可以在任何时候根据需要进行调度。例如包括带有碳捕获系统的核能、燃气和生物发电厂、水力发电和地热发电。储能。随着成本的急剧下降，能源储存看起来是一个越来越好的选择，它可以清除之前浪费的多余的可再生能源，然后在输出下降时将其释放回电网——例如，在太阳落山但需求仍然很高的傍晚时分。随着廉价的风能和太阳能发电量接近80%，公用事业公司将需要足够的存储来提供多日的备用能源。传输。除了从偏远的风能和太阳能发电场输送电力外，更多的传输可以帮助公用事业公司在其自身的可再生能源供应不足时获得邻近地区的剩余清洁电力。因此，输电投资可以减少建设更多本地发电厂的需要并支持电网可靠性，从而获得可观的回报。但所需的投资并非微不足道；到 2035 年，美国的总输电能力可能需要翻一番或更多才能支持脱碳。需求响应。有时最便宜的解决方案落在需求方。许多公用事业现在提供“需求响应”计划诱使客户减少用量，以帮助避免停电或在发电量不足时降低系统成本。一些住宅客户甚至让他们的公用事业公司在炎热的下午短时间远程关闭空调。特殊计划鼓励客户在需求高峰期到来之前预热或预冷他们的建筑物。为建筑物配备智能能源管理技术，以避免购买和运营新发电厂的成本只是为了每年处理几个小时的高峰需求，据美国能源部称，到2030年，每年可为美国电力系统节省超过100亿美元，并减少环境污染，相当于关闭 50 家燃煤电厂。