能源效率和可再生能源办公室NREL研究报告指出：美国在2035年前，实现100%清洁电力的转型目标的机遇和挑战。阳光恒煜新能源始终致力于提升光伏产品转换效率和可靠性，不断加强新型光伏技术研发、生产工艺改进，凭借卓越的光伏技术优势和制造水平，竭诚为客户提供值得信赖、超越期待的光伏产品。
那么，电网脱碳的具体举措是什么呢？
美国国家可再生能源实验室（NREL）的一份新报告，研究了清洁能源技术类型，以及到2035年，在美国实现100%清洁电力，或净零电网所需的部署规模和速度。这将是到2050年实现全经济脱碳的重要基石。
这项研究是与美国能源部合作完成的，得到了能源效率和可再生能源办公室的资金支持，是到2035年向100%清洁电力系统过渡的初步探索，有助于增进对实现这一宏伟目标所面临的机遇、挑战的理解。
总体而言，NREL发现了多种到2035年实现100%清洁电力的途径，这些途径将产生显著效益，但具体的技术组合和成本，将取决于未来10年的研发（R&D）、制造和基础设施投资决策。
该研究的首席研究员和主要作者保罗·丹霍尔姆说：“没有一个单独的解决方案，用于电力部门过渡到可再生和清洁能源技术。”“我们仍然需要了解几个关键挑战，需要在未来十年解决，以实现2035年的目标所需的部署速度和规模。”
这份新报告是在具有里程碑意义的《降低通货膨胀法案（(IRA）颁布之后发布的，该法案与《两党基础设施法》（BIL）相结合，预计到2030年，美国经济范围内的温室气体排放将比2005年的水平降低40%。根据初步分析估计，到2030年，电网排放将比2005年下降68~78%。新法律的长期影响还不确定，但它们可能不会让我们在2035年之前，实现100%无碳电力。
报告中提出的所有场景都没有包括IRA和BIL能源条款，但它们的纳入预计不会显著改变所探讨的100%系统，而且该研究关于到2035年实现净零电力部门脱碳的影响的见解预计仍将适用。
未来清洁能源应用场景如何实现呢？
为了研究到2035年，美国电力部门完全脱碳需要什么？NREL利用了几十年来对高可再生能源系统的研究，从可再生电力期货研究，到存储期货研究，到洛杉矶100%可再生能源研究，再到电气化期货研究等等。
利用其公开的旗舰产品区域能源部署系统（ReEDS）容量扩张模型，NREL评估了供应端到2035年，实现净零电网的一系列可能途径——从最乐观的技术可用性和成本，到最不乐观的技术。
与NREL的其他研究不同，2035年的研究情景考虑了许多新的因素：2035年的完全脱碳时间表、更高的电气化水平和相关的电力需求增加、二氧化碳去除技术和清洁燃料生产带来的电力需求增加、对现有商业可再生能源发电技术的更高依赖以及季节性存储解决方案的更多样化。
对于每个场景，NREL模拟了成本最低的发电、能源储存和传输投资组合，以在一年中的所有时间保持安全可靠的电力。
“在这项研究中，ReEDS帮助我们探索了不同的因素——比如选址限制或不断发展的技术成本降低——可能如何影响加速可再生能源和清洁能源技术部署的能力，”NREL分析师、该研究的合著者Brian Sergi说。
光伏技术部署必须迅速扩大
在所有模拟的场景中，新的清洁能源技术以前所未有的规模和速度部署，到2035年实现100%的清洁电力。根据模型，到2035年，光伏发电和风电在成本最低的电力组合中提供了60~80%的发电，到2035年，总体发电能力将增长到2020年水平的三倍左右，其中光伏发电和风电的总装机容量将达到2太瓦。
按照这个模型的设想，要达到这样的水平，到2035年，每年需要新增40~90吉瓦的光伏发电项目，以及70~150吉瓦的风能发电项目。这是目前每种技术年度部署水平的四倍多。如果在选址和土地使用方面存在部署新发电能力和相关传输能力的挑战，核能发电能力将有助于弥补这一差距，目前已经增加了一倍以上。
在这四种情况下，到2035年还将部署5~8千兆瓦的新水电和3~5千兆瓦的新地热容量。日存储（2~12小时容量）也会在所有情况下增加，到2035年将部署120~350吉瓦，以确保全年所有时间都能满足电力需求。
当清洁电力约占发电量的80~95%，且可再生能源的可变供需存在多天季节性的不匹配时，季节性储存就变得重要起来。季节性储存在研究中被认为是清洁的氢燃料燃烧涡轮机，但它也可能包括各种新兴技术。
在所有情景中，2035年的季节性存储容量大约在1亿千瓦到680亿千瓦之间。要实现这种规模的季节性储存，需要大量发展基础设施，包括燃料储存、运输和管道网络，以及生产清洁燃料所需的额外发电能力。
其他新兴的碳去除技术，如直接空气捕捉技术，如果能够实现成本竞争力，也可以在2035年发挥重要作用。
Sergi说:“美国可以利用现有技术实现80~90%的清洁电力，尽管这需要大幅加快部署速度。”他说:“要实现100%脱碳，许多潜在的重要技术还没有大规模部署，所以最终能够完全脱碳的技术组合还存在不确定性。最终实现的技术组合将取决于研发的进展，进一步提高成本和性能，以及投资的速度和规模。”
在所有情况下，许多地方都增加了重要的传输，主要是将风能丰富的地区的能源输送到美国东部的主要负荷中心。根据模型，2035年的总传输能力是现在的1到3倍，这将需要每年1400到10100英里的新的高容量线路，假设新的建设在2026年开始。
零碳的优势主要来自于更低的用电成本
总体而言，NREL发现，在所有建模的场景中，与减少排放相关的健康和气候效益超过了电力系统获得100%清洁电力的成本。
为了到2035年实现电网脱碳，在2023~2035年期间，电力系统的额外总成本在3300亿美元至7400亿美元之间。成本最高的场景会限制新的传输和其他基础设施的发展。在成本最高的情况下，可以输送到人口中心的风能数量受到限制，需要部署更多的存储和核能发电。
然而，在所有情况下，用于发电的化石燃料都将大幅减少。由于空气质量的改善，在未来几十年里避免了多达13万人的过早死亡，这可以节省3900~4000亿美元——这足以超过电网脱碳的成本。
如果考虑到避免的气候变化影响造成的损失，一个净零电网可以节省超过1.2万亿美元的额外成本——对社会的总净效益从9200亿美元到1.2万亿美元不等。
“如果要避免气候变化的最坏影响，电力系统脱碳是必要的一步，”NREL分析师、该研究的合著者帕特里克·布朗（Patrick Brown）说。“在这项研究模拟的100多种情况中，零碳电网的好处超过了每一种的成本，而可再生能源和清洁能源技术的成本加速下降可能会带来更大的好处。”
电力部门脱碳的关键障碍是什么呢？
仅靠降低技术成本并不能实现研究中概述的转型变化。NREL还确定了未来十年必须通过进一步研究和其他社会努力解决的四个关键挑战，以实现电力部门的全面脱碳。
1. 电气化的急剧加速和需求效率的提高
建筑、交通和工业部门的一些终端能源服务的电气化是这些部门脱碳的关键战略。增加电气化，反过来，增加了整体电力需求和需要脱碳的电力系统的规模。使建筑、交通和工业部门更有效地使用电力可以实现具有成本效益的过渡。
2. 新能源基础设施在全国迅速安装
这包括以比当前水平高出三到六倍的速度选址和连接新的可再生能源和储存工厂，这将为输电系统容量翻倍或三倍奠定基础，升级分配系统，建设新的管道和储存氢气和二氧化碳，以及/或部署核能和碳管理技术。《降低通胀法案》(Inflation Reduction Act)可以通过提高成本效益来启动所需的部署。
3. 扩大清洁能源制造和供应链
前所未有的部署率要求在整个清洁能源供应链中相应增加原材料、制造设施和训练有素的劳动力。需要进一步分析，以了解如何快速扩大生产规模。
4. 持续的研究、开发、演示和部署支持，将新兴技术推向市场
目前广泛应用的技术可以在2035年之前为美国深度脱碳的电力部门提供大部分电力，但以最低成本实现净零电力部门将推动新兴技术的研发进展——特别是克服最后10%的完全脱碳。
越来越多的研究表明，具有成本效益的高可再生能源系统是可能的，但随着系统接近100%无碳电力，成本也会增加，这也被称为“最后的10%挑战”。成本的增加在很大程度上是由可变的可再生能源发电和消费之间的季节性不匹配造成的。
NREL一直在研究如何解决最后10%的挑战，包括概述尚未解决的关键技术和经济考虑因素，并对实现100%清洁电力的可能路径和系统成本进行建模。
尽管如此，通过开发清洁氢和其他低碳燃料的大规模商业化部署解决方案、先进的核能、价格敏感的需求响应、碳捕获和存储、直接空气捕获以及先进的电网控制，可以加快电网从90%清洁到完全脱碳的进程。这些领域继续研发的时机已经成熟。
NREL分析师、该研究的合著者Trieu Mai说：“如果不能实现研究中列出的任何雄心勃勃的任务，到2035年实现净零电网可能会变得更加困难。”“这项研究确定了我们想进一步探索的研究问题。在NREL，我们将继续研究这些复杂的问题，以了解应对未来巨大挑战的最可行路径。”
为了更好地理解电力系统运行、电网可靠性、对配电系统的影响、电气化和效率的投资成本和采用，以及清洁燃料生产基础设施的投资成本，未来需要进行大量的研究。包括土地和水在内的资源的要求和限制;供应链和劳动力需求;此外，还需要考虑其他经济范围内的脱碳问题。
