要點
- 斯坦福大學教授馬克·雅各布森（Mark Jacobson）認為，到2050年，美國可以透過100%的風能、水和太陽能來滿足其能源需求。
- 他的模型不使用化石燃料，碳捕獲，直接空氣捕獲，生物能源，藍氫或核能。
- 雅各布森的路線圖與許多清潔能源提案不同，後者主張使用所有可能的技術。
斯坦福大學的一位著名教授概述了美國到2050年使用100%風能，水和太陽能滿足其總能源需求的路線圖。
馬克·雅各布森（Mark Jacobson）是斯坦福大學土木與環境工程教授，也是i ts大氣/能源專案的主任，十多年來，他一直在推廣所有可再生能源作為最佳前進道路的想法。他對這一雄心勃勃的目標的最新計算最近發表在科學雜誌《可再生能源》上。
該研究建議，到2035年應該向清潔能源電網過渡，到2030年至少完成80%的調整。出於雅各布森研究的目的，他的團隊考慮了假定的人口增長和能源效率的提高，以設想2050年會是什麼樣子。
雅各布森於2015年首次釋出了所有50個州的可再生能源路線圖。
最近對2015年工作的更新有一些顯著的改進。
首先，雅各布森和他的同事們可以訪問更精細的資料，瞭解未來兩年每個州的建築物需要多少熱量，以30秒為增量。"以前我們沒有這種型別的資料，"雅各布森告訴CNBC。
此外，更新的資料利用了電池儲存，而他所做的第一組計算依賴於向水電站新增渦輪機以滿足峰值需求，這一假設被證明是不切實際的，並且沒有對該技術的政治支援，雅各布森說。
四小時電池的可靠性
在分析中，雅各布森和他的團隊使用電池儲存技術來補償太陽能和風力發電固有的間歇性 - 那些太陽不發光，風不吹的時候。
許多人認為，完全可再生電網的致命弱點是它不夠穩定，無法可靠。停電已成為一個特別令人擔憂的問題，特別是在今年的德克薩斯州和2020年夏季的加利福尼亞州。
這就是四小時電池作為產生電網穩定性的一種方式的地方。"我發現這一切只是因為我自己家裡有電池，"雅各布森告訴CNBC。"我想，哦，我的上帝，這太基本了。太明顯了。我不敢相信沒有人弄清楚這一點。
馬克·雅各布森（Mark Jacobson）的車庫，他的四個電池就在那裡。目前也有兩輛汽車在充電。
雅各布森說，他觀察到，如果電池在關閉時沒有插電，他的電池就會保持充電狀態。
要獲得超過四個小時的充電時間，可以堆疊多個四小時的電池以按順序放電。如果電池一次需要的電量輸出超過電池所能提供的電量，那麼電池需要同時使用，Jacobson告訴CNBC。
透過這一觀察，雅各布森和他在斯坦福大學的同事提出了一些情景，表明有可能過渡到一個完全可再生的系統，而沒有任何停電或具有超長持續時間電池技術的電池。
這是關鍵，因為能夠保持能量數天的超長電池技術尚未商業化。像Form Energy這樣的初創企業正在努力將這種電池推向市場。
當然，規劃也是保持電網穩定的關鍵。"風是可變的，太陽能是可變的，"雅各布森說。"但事實證明，首先，當你在大面積上互連風能和太陽能時，目前已經完成了，你平滑了供應相當多。這是因為，你知道，當風不是在一個地方吹的時候，它通常會吹到別的地方。因此，在大片地區，能源供應更加順暢。
同樣，風能和太陽能也是互補的。他說，水電"是完美的備份，因為你可以立即開啟和關閉它。
此外，需要改變定價結構，以激勵客戶在非高峰時段進行高能源需求活動。
"需求響應是保持電網穩定的一個非常重要的組成部分，"雅各布森說。"它今天被使用了一些。但是現在美國很多地方很多州，電價整天都是不變的......這是一個問題。
計算細分
到目前為止，Jacobson和他的團隊已經對六個州的所有可再生四小時電池路線圖進行了模擬 - 阿拉斯加州，夏威夷州，加利福尼亞州，德克薩斯州，紐約州和佛羅里達州，以及相鄰的48個州。（對於其餘的州，Jacobson有近似的模擬，可以在這裡找到。
根據他的模型，加州的能源結構將包括14.72%的陸上風能，18.28%的海上風能，21.86%的屋頂太陽能電池板，34.66%的太陽能電池板由公用事業公司運營，5.32%的水力發電，2.91%的地熱發電和0.25%的波浪能。
德克薩斯州將有37.66個陸上風電，14.77%的海上風電，20.87%的屋頂太陽能，23.85%的太陽能電池板由公用事業公司運營，0.1%的水電和0.19%的波浪能。
Jacobson和他的同事使用三種類型的模型進行計算。
首先，他們使用電子表格模型將每個州每個部門一切照舊的能源需求預測到2050年，然後將2050年一切照舊的能源需求轉換為風能，水和太陽能提供的電力。
其次，他們使用天氣模型每30秒預測一次每個州的風場和太陽場。這個天氣預報模型在超級計算機上執行，並用Fortran計算語言編寫。
他的建模的第三個組成部分將2050年的能源需求與每30秒可以從風能，水和太陽能提供的能源的天氣建模相匹配。第三個元件也是用Fortran編寫的，但是該過程的這一部分幾乎可以在任何計算機上執行。
由此產生的模型不使用化石燃料，碳捕獲，直接空氣捕獲，生物能源，藍氫或核能。
在這一點上，雅各布森的路線圖與許多清潔能源提案不同，後者主張使用所有可能的技術。
"因此，我們正在努力消除空氣汙染和全球變暖，並提供能源安全。所以這就是我們研究的三個目的，"雅各布森告訴CNBC。這"與許多隻關注溫室氣體的研究略有不同。因此，我們也在努力消除空氣汙染，並提供能源安全。
十多年來，解決這三個問題一直是雅各布森的重點。他在該領域的第一部主要作品發表在2009年的《科學美國人》雜誌上，四年後，他出現在NBC的"與大衛·萊特曼的深夜"節目中，以推廣他的可再生方法。雅各布森和長期進步的政治候選人伯尼·桑德斯（Bernie Sanders）於2017年在《衛報》上共同撰寫了一篇清潔能源專欄文章。
消除對停電的恐懼
雅各布森知道他的觀點不是最響亮的。例如，下一代核電站的承諾最近得到了政府和私人的資助。
雅各布森說，核能創新"主要由業內人士推動，比如比爾·蓋茨（Bill Gates），他在小型模組化反應堆上投入了大量資金。"他有經濟利益。他希望成為試圖幫助解決問題的人。
蓋茨在今年早些時候接受安德森·庫珀（Anderson Cooper）在哥倫比亞廣播公司（CBS）的"60分鐘"節目中接受採訪時，回應了有關他是一個"技術官僚"的批評，他希望透過新的創新來應對氣候變化，而不是透過政治立法來支援已經存在的風能和太陽能等技術。"我希望這些公司的所有這些資金都沒有必要。沒有創新，我們就無法解決氣候變化問題。我們甚至不會接近，"蓋茨說。
此外，將其中一些技術商業化的時間表太長，沒有用處。蓋茨的先進反應堆公司TerraPower在11月宣佈，它已選擇懷俄明州邊境時代的煤炭小鎮凱默勒作為其第一個示範反應堆的首選地點，該反應堆的目標是到2028年建成。
"即使只有七年，那也只是一個示範工廠，"雅各布森說。"這甚至不接近商業工廠，也沒有達到我們需要的規模。
TerraPower執行長Chris Levesque表示，這項技術，特別是Natrium核反應堆，將在應對氣候變化方面產生有意義的影響。
"Natrium技術被選為TerraPower技術的先行者，因為我們相信它將及時投入運營，為該國的脫碳目標提供重大利益，"Levesque在一份宣告中說。
贏得害怕停電的清潔能源懷疑論者是一個挑戰，但雅各布森相信他可以說服人們接受像他塑造的那樣的未來是可能的。
他說，用於長途船舶和飛機的可再生解決方案尚不可用。"但這些都在繪圖板上。我們知道，從技術上講，它可以像那些尚未商業化一樣完成。
正如雅各布森所看到的那樣，教育是一個關鍵的障礙。"我很樂觀。但我發現最大的困難是，這是一個資訊問題，因為大多數人都不知道，大多數人都不知道什麼是可能的，"他說。
