今年6月，美国国家可再生能源实验室(NREL)发布了一项开创性的新技术研究显示到2050年，美国80%的电力可以通过商业化的可再生能源生产，同时满足全年每个小时和全国每个地区的电力需求。
该研究还发现，未来大量使用可再生电力将大幅减少发电厂的碳排放和用水量，其成本与其他研究相当。
作为这本四卷，850页的巨著的140位同行审稿人之一可再生电力期货研究可以说，这是迄今为止对美国高可再生电力未来最全面的分析。它为美国电力部门的长期研究提供了前所未有的地理和时间分辨率。它还包括对每种可再生能源技术的成本、挑战和机会的详细评估，并使用最先进的建模来展示如何将它们有效地集成到电力系统中。来自35个不同组织的110多位专家为这项具有里程碑意义的研究做出了贡献。
以下是一些主要发现:
没有重大技术需要突破
这项研究表明，未来80%的可再生电力可以通过目前商业上可用的各种技术来实现。其中包括风力涡轮机、太阳能光伏(PV)、聚光太阳能(CSP)、生物发电、地热能和水力发电。风能和太阳能是最大的赢家，到2050年，它们将提供美国总发电量的大约一半。生物电力、地热和水力发电也为剩下的30%做出了有意义的贡献。它们没有包括许多具有巨大长期潜力的新兴可再生能源技术，如增强型地热系统、波浪和潮汐发电、浮动平台海上风力涡轮机和太阳能纳米技术。
可再生能源可以在每个地区做出重大贡献
虽然风力发电在大多数地区都在扩张，但在大平原、五大湖、中部、东北部和中大西洋地区的风力发电水平最高。近海风能在东北部和大西洋中部的风能开发中占很大份额。太阳能部署最多的地区是西南部、加利福尼亚州、德克萨斯州、佛罗里达州和东南部。生物能源在东南部、大平原、五大湖和中部地区发挥着较小但重要的作用。地热开发主要集中在加利福尼亚和西南部。水电继续在西北地区发挥着重要作用，但在加利福尼亚州、东北部和东南部也做出了重要贡献。
区域发电量和容量在2050年可再生电力未来80%以下
NREL发布了一些非常酷的照片可视化在他们的网站上展示了美国电力系统如何在2010年到2050年之间转变为高度可再生能源的未来，以及该系统在2050年的小时运行和传输流量。
有多种技术途径可用
该研究显示，美国各地分布着丰富多样的可再生能源，商业可用技术的技术潜力超过12.8万吉瓦(GW)。这是目前美国电力系统容量的128倍!正因为如此，NREL考虑了广泛的假设和条件，对二十多个场景进行了建模，表明可以部署许多不同的技术组合来实现高可再生能源的渗透。
电网运营商可以让每个地区在一年中的每个小时都保持供电
该研究还表明，有了更灵活的电力系统，电网运营商将能够用80%的可再生电力来平衡全年的电力供应和需求。这包括近50%的美国总电力来自可变的风能和太阳能光伏发电。
使用他们的区域能源部署系统(reed)模型NREL预测了到2050年美国134个电力控制地区的发电、输电和电力流的变化。然后，他们分析了这些结果每小时产生的影响生产成本模型公用事业行业经常使用的美国电力系统。尽管建模非常严格，但NREL谦虚地指出，他们并没有进行全面的可靠性分析，其中包括“每小时、稳定性和交流(交流)功率流分析”。
装机容量足以满足夏季下午高峰的需求，80%的可再生电力和更灵活的电网。
需要一个更灵活的电力系统
要实现80%的可再生电力需要对电网进行几项根本性的改变。这些变化包括建设新的高压输电线路，指定更大的区域来平衡供需，使多个设施的可再生能源发电更加顺畅，改进调度(每10-15分钟一次)和对可变可再生资源的预测，投资于电力存储技术，向客户支付费用以减少高需求时期的用电量(又称需求响应)，以及实施几项制度改革。虽然这些都是很大的变化，但好消息是，联邦能源管理委员会(FERC)、地区电网运营商和公用事业公司已经在推行其中的许多改革。
发电厂碳和温室气体的减少
可再生电力的未来将在气候和水资源方面带来巨大效益
到2050年，实现80%的可再生能源电力将使煤炭和天然气的使用减少约80%。这意味着到2050年，发电厂导致气候变化的碳排放量将减少80%，发电厂冷却用水将减少50%。考虑到电力部门目前在与能源相关的两种能源中都占了40%以上，这一点非常重要碳排放和总淡水资源的在美国。
NREL的成本估计是保守的
NREL发现，“与高可再生能源发电相关的直接增量成本与联邦机构在2009年至2011年间建立的其他清洁能源情景的成本估算相当”。
他们还发现，可再生能源技术成本和性能的改善是降低成本的最重要驱动力。即使在对电力需求、技术成本、天然气和煤炭价格使用不同假设的情况下，或者对输电、电网灵活性和可再生资源进行限制，他们也表明，到2050年，美国仍然可以在成本发生微小变化的情况下实现80%的可再生电力。
然而，有几个理由让我们相信这项研究的成本估计是保守的:
- 在大多数情况下，NREL假设美国将采取提高能源效率的政策，随着时间的推移将电力需求拉平，但他们不包括通过减少用电量而节省的消费者电费。一个2009年UCS研究一个高效和可再生能源的情景显示，在支付了对效率和可再生能源的投资成本后，每年的净节省超过1000亿美元。
- 这还不包括通过减少天然气发电而节省下来的费用，而这可能会降低天然气价格，降低消费者和企业使用天然气为建筑供暖、工业过程和其他用途的费用。的研究环境影响评价而且UCS到2025年，可再生能源电力的渗透率将达到25%，这表明消费者在天然气账单上的节省可以抵消大部分或全部预计的电费增长。
- 它假设新的可再生能源设施将主要取代已经收回部分或全部资本投资的现有化石电厂和核电站，而不是取代更昂贵的新电厂。
- 这项研究使用了2009年和2010年初开发的技术假设，这些假设并没有完全捕捉到事实最近太阳能光伏的成本下降和预计短期内风能成本降低．
- 它不包括减少空气和水污染以及采矿、钻探、运输和燃烧化石燃料产生的固体废物或减少核动力产生的放射性废物的处置所带来的环境和公共健康益处。而且它没有考虑在基线情景下可能发生的任何可避免的成本和气候变化的影响。
需要制定政策来实现80%的可再生电力的未来
虽然这项研究很好地描述了使用80%可再生电力运营美国电网所需的技术变革，但它没有确定实现这一目标所需的政策。
也许近期最重要的机会是国会延长可再生能源税收抵免，以及各州制定和加强可再生电力标准等政策。为了保护公众健康，州和地区实施了FERC第1000号命令和新的发电厂法规，也为可再生能源取代退役的燃煤电厂、建造新的输电线路、推进电网规划和整合方法提供了短期机会。
但要真正实现可再生能源的高未来，降低成本，创造新的就业机会，并大幅减少碳排放和水的使用，美国需要一个长期的国家可再生能源政策。这应该包括国家可再生能源电力标准或精心设计的“清洁”能源标准为碳排放定价，以及大幅增加研发资金。