全可再生電網將意味著更多的電力和更多的輸電線路。 拉斯·艾利森·洛爾/flickr, CC BY-NC-ND
主要解決辦法是 氣候變化 眾所周知——停止燃燒化石燃料。 如何做到這一點比較複雜，但作為一名進行能源建模的學者，我和其他人看到了後化石燃料未來的輪廓：我們 利用可再生能源發電並使幾乎一切電氣化.
這意味著用電驅動車輛和火車，用電為建築物供暖 熱泵激動人心 工業應用 例如鋼鐵生產和使用可再生電力製造 氫 （類似於天然氣）滿足其他要求。 因此，重點是用可再生能源為電網供電。
然而，關於完全可再生電力系統是否 可行 和 太快了 可以進行過渡。 在這裡我認為可行性是明確的，因此只有過渡問題是相關的。
已知技術
德克薩斯州的一個風電場。 德州 15年，約2017%的電力來自風能。 Draxis/flickr, CC BY-ND
我的研究重點是 可再生能源經濟學。 為了證明可再生電力系統的可行性並估算成本，研究人員使用計算機模型根據不斷變化的天氣條件計算不同技術在每個時間點的潛在產量。 模型揭示了哪種電源和儲能係統的組合在滿足需求的同時成本最低。
很多研究 證明完全可再生電網在 美國, 歐洲, 澳洲 和其他地方。 我和我的同事最近完成了一項關於島國的小規模研究 毛里求斯. 島嶼很有吸引力 由於其規模小、相對簡單且依賴進口燃料，因此成為最初可再生能源轉型的場所。
生產可再生電力的方法：水力、風能、太陽能光伏發電、地熱能和燃燒各種形式的生物質（植物物質），此外 提高效率 使用更少的能源。 這些都是成本已知的成熟技術。
其他可能性包括 波浪、潮汐 和 集中太陽能，其中反射器聚焦太陽光線以產生電力。 雖然這些可能在未來使用，但應對氣候變化的需求是緊迫的，在我看來，成熟的技術就足夠了。
關於。的意見 核能 堅強地奔跑，這是另一個話題。 但模型顯示，美國不需要核能來淘汰化石燃料。
未來的網格
可再生能源系統因地點而異：最好的系統取決於地點的資源（有風嗎？）、時間模式（無風的頻率如何？）以及補充能源的可用性（是否有備用水力發電？）。 儘管存在位置敏感性，不同地方的研究也發現了相似的結果。
擁有多樣化的可再生能源可以降低成本。 特別是太陽能和風能 補充 如果陽光明媚的季節不是刮風的季節； 模型發現，兩者的組合通常比單獨使用其中一種更便宜。
對於大多數技術來說， 規模擴大降低成本。 例如，在美國，大型太陽能發電廠的規模可能是住宅屋頂系統的 1,000 倍以上，而成本卻只有住宅屋頂系統的一半左右。 為了最大限度地降低成本，我們構建大型系統。
建設大型可再生能源項目，例如加利福尼亞州莫哈韋沙漠的這座 550 兆瓦太陽能發電廠，可以降低能源生產成本。 美國內政部, CC BY-SA
由於太陽能和風能條件因景觀而異，系統 隨著生產面積的擴大，成本下降，所以需要有一個 強大的電網 將電力從供應地轉移到需求地。 我們還需要更多的電力用於目前使用化石燃料的交通等應用。 這意味著網格必須增長。
研究表明，運行具有可變可再生能源的電網將 包括不使用或傾倒一些能源 有時，與總是儲存剩餘能源相比，這種策略可以降低成本。
儘管如此，某種形式的 電力儲存 是需要的。 電池可以很好地消除短期波動，但可以儲存能量數小時或數天， 抽水蓄能 比較便宜。 抽水蓄能利用電網中的任何額外能量將水抽上山，當需要能量時，水流回渦輪機中發電。 美國有一些現成的例子 許多可行的地點。 隨著電網的擴展，存儲可能位於距離用戶較遠的地方。
水力發電和生物質能可按需提供，因此將這些電力納入可再生電網可以減少能源存儲需求並降低成本。 兩者都會對環境產生影響，必須加以管理。
水力發電可以改變當地的生態系統。 燃燒 生物質排放二氧化碳，但我從事的一項研究表明，生物質排放 是可逆的 並且顯然比化石燃料排放更有利於碳排放。 可持續性還很大程度上取決於生物質田和森林的管理； 人類在這方面的記錄 還不是很出色.
可再生能源系統需要土地。 A 美國留學 表明，通過風、水和太陽能提供所有電力將需要 0.42% 的土地面積，加上風力渦輪機之間空間的 1.6% 的土地面積。 生物質能源比風能或太陽能需要更多的土地，因此生物質必須是可再生能源解決方案的一小部分。
真正的障礙是政治和文化
未來具有相關電氣化的可再生電網可能會也可能不會 降低能源成本。 但避免氣候變化的最壞影響意味著放棄化石燃料，無論這是否省錢。 儘管如此，如果成本更低，可再生能源轉型將會更快、政治上也更容易。
In 毛里求斯，我們的研究發現，根據可再生能源當前的資本成本，可再生能源電力成本與目前的成本相似。 一些研究 我們還發現，未來可再生電力的成本將低於目前的化石燃料成本，如果我們建立更多可再生能源系統並做得更好，成本可能會下降。
從技術角度來看就是這樣。 可再生能源和儲能的結合（具體組合取決於當地條件和偏好）可以以實惠的價格提供所需的所有電力，並將減少空氣污染。
但需要政府政策來實現向可再生能源的過渡。 氣候變化是一種外部成本——由社會而不是能源生產商承擔——因此僅靠市場力量無法實現轉變。 除了給碳定價（也許 股息返還給公眾），政府可以讓建設所需的基礎設施變得更加容易。 還需要公眾支持：例如，公眾接受將電力從多風的大平原輸送到城市中心的輸電線路是全可再生電網面臨的另一個挑戰。
能源系統轉型規模的項目將 創造就業機會 – 許多就業機會 – 這也許是對公民最重要的經濟指標。
我和其他人的研究表明，以當前的技術和價格，完全可再生的電網是可行的； 使用可再生電力的障礙更多的是政治和文化方面的障礙，而不是技術或經濟方面的障礙。
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