一项新的研究表明，当发电机与廉价存储相结合时，风能，水能和太阳能发电机理论上可以产生可靠，经济的国家电网。
在过去的几年里，斯坦福大学土木与环境工程教授Mark Jacobson和他的同事，加州大学伯克利分校的Mark Delucchi根据通过计算机模型搅拌的大量数据制定了一系列计划，展示美国各州如何从化石燃料转向完全可再生能源。
在今天发表在美国国家科学院院刊上的一项新研究中，他们使用来自每个州可能需要的风，水和太阳能发电机数量的单状态计算数据来证明这些装置理论上可以导致当发电机与廉价存储和“需求响应”相结合时，可靠，实惠的国家电网 - 公用事业为客户提供激励来控制高峰需求的时间。
地下努力
所提出的系统依赖于存储和检索热，冷和电的能力，以便始终满足需求。
聚集在屋顶太阳能集热器中的夏季热量可以储存在土壤或岩石中，并在冬季用于家庭供暖。可以使用过剩或低成本的电力制造冰，当电价高时，冰将用于后期冷却。
通过补充驱动集中式太阳能发电厂和泵送水力发电设施的能源生产机制，过剩的电力也可用于增加电力。公用事业还将提供激励措施，以在需求高峰时期减少能源使用。
在雅各布森的计划中，氢气也可以用作储存介质; 在低需求时段，多余的电力将用于制造氢气，氢气可以储存在燃料电池中并用于为某些车辆提供动力。
雅各布森的新车型预见并依赖于一个全电动的国家，几乎所有电力都在100%运行：汽车，火车，公共汽车，工业，供暖和制冷，以及来自风，水和阳光的电力。
煤炭，天然气，生物燃料，核电或巨大的电池农场不需要储存电力。他说，这样一个世界，到2050年将100%清洁，可以形成稳定的电网。
雅各布森此前的研究引起了广泛关注，但批评者认为，没有发电厂供电的背景电源和天然气填补供应缺口的国家电网将不可靠。风并不总是吹，太阳并不总是闪耀，电网的电池还不足以存储和管理国家的电力。
“反对可再生能源的公用事业公司和其他人一直认为，灯光将会熄灭，电网将变得不稳定，保持清洁，可再生能源电网稳定可靠将花费太多，”雅各布森说过。“怀疑论者从未研究过用于各种目的的100%清洁，可再生能源系统，特别是将低成本存储与需求响应和一些氢气结合起来的系统，就像这种新模式一样。”
雅各布森同时也是斯坦福森林环境研究所和Precourt能源研究所的高级研究员，于11月19日向国会专家组介绍了他的研究情况。
重组网格
在他的新研究中，雅各布森和他的合作者，包括现在在国家可再生能源实验室的贝瑟尼弗鲁和研究生玛丽卡梅隆，建议结合现有的低成本储存绿色能源的方法和利用储存的能量来消除不均匀在一分钟，一天，一周或一年的过程中同时对电，热和冷的需求可以解决这个问题。
该系统的所有原始能源都来自风，水和阳光 - 没有天然气，生物燃料，煤炭或核能。研究人员称，由此造成的空气污染减少每年可挽救数万人的生命。由于空气污染，每年有六万到六万六千人在美国过早死亡。
作为其中一些技术的示范，雅各布森指向加拿大卡尔加里附近的德雷克登陆太阳能社区。那里的52所房屋在冬季加热，夏季将太阳能捕获并储存在地下。被太阳升温至175华氏度的水被保存在埋在120英尺深的岩石，泥土和绝缘层下的绝缘管中。雅各布森说，储存的温暖足以在冬季为社区的家庭供暖。
一个全电国家可以获得许多好处。虽然雅各布森系统中每千瓦时的电力成本可能与化石燃料产生的电力大致相同，但由于新系统需要的千瓦时较少，因此用户实际上会减少约30%的电费。 Jacobson说，发动机超过内燃机。
他补充说，能源的地下储存比电池便宜。一些风力涡轮机现在在没有电力需求的情况下关闭，因为存储它的成本太高。使用多余的电力同时产生热量，使用太阳能集热器产生热量，增加了储存能量的可用性。
雅各布森说，广泛使用的地下储能和他提出的其他类型的储存成本远远低于电池。他说，在电池中存储电力的成本目前为350美元/千瓦时，而在土壤中存储热量的成本要低两个数量级。同样，集中太阳能，抽水电和现有水电站的存储成本占电池存储量的十分之一。
“你消除空气污染和全球变暖排放，稳定燃料成本，创造超过美国失去的200多万个工作岗位，减少对国际燃料贸易的依赖，并减少电力中断的风险，例如恐怖主义或大规模的失败，因为更多的能量分布在更大的区域，“雅各布森说。“大多数能源都是本地的。你可以消除大量的燃料排放，只是因为你不需要在海洋上的油轮中运输石油，你就不必使用煤车的火车来运输煤炭。”
他说，这种保持电网稳定的方法应该适用于全球许多地方。
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