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科学是混乱的，但它不一定是肮脏的。
6月19日，一群受人尊敬的能源研究人员发布了一篇论文在《美国国家科学院院刊(PNAS)，批评了一项被广泛引用的关于如何仅使用可再生能源为美国供电的研究。这份由前美国国家海洋和大气管理局研究员克里斯托弗·克拉克和一小群学者撰写的新论文称，2015年最初的研究存在“错误、不恰当的方法和令人难以置信的假设”，即仅使用太阳能、风能和水为美国提供燃料
随之而来的是一场风暴般的辩论，各种各样的能源专家都在权衡PNAS分析的优点。斯坦福大学(Stanford University)教授马克·z·雅各布森(Mark Z. Jacobson)是2015年那项研究的第一作者，他进行了详细的反驳，在一篇文章中称他的同事是“化石燃料和核能的支持者”。
为什么会有这么大的混乱?作为一名研究能源系统现代化技术和政策的能源研究员，我将尽力解释。
总的来说，建立一个清洁能源系统——即使80%是可再生能源——是一个公认的目标，也是可以实现的;这最后的20%——以及如何达到这一目标——构成了本文的主要争论点。
“能源推特”着火了
雅各布森的精纸他将自己和其他人的大量工作结合在一起，表明到2050年，美国用于各种目的的所有能源都可能来自风、水和太阳能(WWS)。
如果没有阳光，没有风，或者没有水呢?他的发现假设，在可再生能源不足的情况下，需要大量的能源储存，主要以热和氢的形式储存，以满足能源需求，在可再生能源过多的情况下储存。雅各布森和他的合著者还得出结论，这种情况将比依赖其他技术(如核能、碳捕获和其他减少碳排放的方法)的世界更便宜。
Clack的反驳是直截了当的，并且对雅各布森及其同事的工作所依据的假设进行了深刻的打击。同一期PNAS还包括Jacobson对Clack的反驳。
能量推特——也就是说，像我这样在推特上的能源书呆子——爆发了。
那么，为什么要大惊小怪呢?
这场争论的大部分热度似乎源于雅各布森在他的论文中提出的一些相当大胆的主张，甚至告诉《麻省理工科技评论》“我们的论文一点错误也没有。”这是一个非常非常大胆的主张，而且取决于它如何被解读，可以被解读为研究作者的模型是完美的，当然它不是，因为没有一个是完美的。
这场辩论可能看起来晦涩难懂，但它具有重大的政治和社会意义。
一些名人已经同意雅各布森的愿景，并敦促制定政策，以他关于100%依靠风能、水和太阳能运行的整个能源系统的可行性的分析为基础。如果政策制定者相信论文中的技术和经济假设，这些假设将对州、地方和国家政策的方向产生重大影响。
与此同时，批评者提出了一些担忧。特别是，他们认为仅根据雅各布森的分析做出的决定可能会导致只对所考虑的技术进行严重的过度投资，如果成本最终高于预期，可能会适得其反。
的本质
为了预测未来能源系统将如何工作，研究人员创建了基于计算机的模型，输入假设，然后运行模拟。
Clack和他的合著者的反驳集中在他们从WWS论文中看到的四个主要问题上:1)建模错误，2)不合理的假设，3)电力系统建模不足，4)输入气候模型审查不足，输入气候模型决定了有多少太阳能和风能可用于发电。以下是我自己的一些想法。
克拉克对雅各布森假设的可用水力发电量提出了质疑。在他们的反驳中，他们对确切的数字争论不休，但雅各布森认为，到2050年，水力发电的总发电量将与今天大致相当，尽管何时、以何种速度生产这些能源是一个关键问题。
在雅各布森的模型中，水力发电能力有了显著的增加——达到了1300吉瓦(大约是当前容量的10倍)，在模型输出的某些天里，这似乎至少连续运行了12个小时。雅各布森说，在现有的水坝上安装更多的涡轮机和发电机是可能的，只是不经常使用它们。
但是水坝是按照特定的最大流速建造的，因为如果你让太多的水通过水坝，你就会淹没下游地区。雅各布森后来承认，从现有水坝提供这么多额外的电力会很困难。
我最近参观了胡佛水坝。导游告诉你的第一件事是，大坝是为了灌溉和防洪而建的，发电是一个很好的副产品。因此，期望该国的水坝能够提高产量可能比分析所暗示的要困难。
难以置信的假设
克拉克对雅各布森模型的一长串输入假设提出了质疑。其中一些与技术成熟和大规模使用的速度有关，包括地下热能储存、储存太阳能的相变材料和作为可用燃料的氢。其他批评则集中在对能源需求的灵活性的假设上——这是在处理变化的太阳能和风能时的一个关键考虑因素。此外还有电力输送基础设施所需的数量、所需资金的成本、所需投资的速度以及土地使用问题。
有些批评可能是公平的。我倾向于看好技术快速发展的潜力，但在住宅能源使用，特别是能源改造方面工作过的我发现，雅各布森关于用于建筑供暖和空调的地热能储存改造的数量的假设很难理解。
我对67%的需求的灵活性有一些保留意见。我还对Jacobson场景中所需的投资速度有一些疑问。
电力系统建模不足
Clack攻击LOADMATCH(雅各布森分析中的电力系统模型)过于简单。LOADMATCH的主要批评是它没有考虑频率调节——需要保持电网的频率稳定在60hz，这是保持电源可靠的一个非常重要的方面。
有一条小道消息:Jacobson在《补充信息》的论文中指出，LOADMATCH大约需要三到四分钟来模拟一整年。我们仅对德克萨斯州电力市场的模拟就需要运行数小时，而对高水平可再生能源的模拟则要长得多。
读完两篇论文，补充信息部分，反驳部分，大量的新闻文章和推特风暴(来自我信任的其他能源人士)，我发现自己认为举证责任仍然在雅各布森的法庭上。这里有很多值得学习的东西。
但是，最终，我的观点是，科学理解的主体会因此而更加强大。同行评审过程缓慢，使用的是不完美的人类志愿者，而且并不总是第一次就完全正确。克拉克反驳的作者名单令人印象深刻，值得关注。然而，如果雅各布森的作品能够经受住这一挑战，我认为它将经受住时间的考验。
约书亚·罗兹(Joshua Rhodes)是德克萨斯大学奥斯汀分校的能源博士后研究员。本文最初发表于谈话．
8的评论
复杂模型通常是不可靠的，因为
他们依赖于大量的变量，这些变量可能或很多都是错误的，他们没有考虑到这些变量。政策制定者喜欢依赖模型，因为这让他们有理由推进自己的议程。这让我想起了一位经济学家的演讲，他当时正在与美国政府合作，评估与全球增长相关的碳/二氧化碳的“成本”。模型到处都是，事实上3个模型中有一个预测了正相关。行政当局当时强调了最坏的情况，而没有这样做的模式则被埋没在报告后面的一个脚注中。IIRC对冲突模型的注脚行为几乎不符合政府报告的法律要求。
这是一场食物大战，只用开胃菜。
雅各布森最初的论文并没有推广一套特定的解决方案，而是讨论了实现100%可再生能源的必要条件，展示了许多不同的路径，并不是所有的路径在经济或政治上都是可行的。在那篇反对的论文中，20多名作者中只有3人做了实际的研究，其余的都是特定观点/解决方案的倡导者。
但是，在目前的情况下，可再生能源占总能源使用量的比例最多只有个位数，在这种情况下，为了100%的解决方案而展开一场食物大战是非常荒谬的。在丽兹酒店里吃芝士酱能打多少架?至少要等到第一道菜的时候，当可再生能源的比例达到至少两位数时，当有一些真正的食物可以对付的时候。
丹娜
我同意，在这个时候争论可再生能源能否提供我们100%的电力是毫无意义的。
Clack说，到2030年，将发电产生的二氧化碳(在1990年的水平上)减少80%是可行的，这将是非常了不起的。他说，这可以用现有的技术完成，不需要存储。他严重依赖高压直流电传输线，这将把整个国家整合成一个单一的电网。因此，在缅因州的一个漆黑寂静的夜晚，我的电力可能来自爱荷华州的风力发电场。
Clack可能没有错……
．.．但这不是唯一可能的解决方案，最可能的解决方案，也不一定是最便宜或最容易实现的。
这只是另一种宠物理论与其他宠物理论相竞争，这些宠物理论都是由一些人提出的，而这些理论与维持照明的实际业务或监管相关业务几乎没有任何关系。(许多在克拉克论文上签了名的人来自行业游说组织和持有其他喜爱理论的学者。)
但是Clack等人对Jacobson的工作提出的很多批评都是毫无价值的——这只是一场食物大战，一个奇怪的杂耍。
如果你觉得它像汽车残骸一样迷人，你可以从GTM能源组对雅各布森的采访中感受一下:
https://soundcloud.com/the-energy-gang/the-bitter-fight-over-100-renewables
．.．瓣的反应:
https://www.greentechmedia.com/articles/read/why-100-renewables-creates-an-evolutionary-dead-end
预测未来……35年了? ?
很多事情很难做出准确的预测，只看未来3年。就科技而言，五年的预测似乎只是猜测。他们说的是从2015年到2050年，35年。俗话说，未来10年的科技进步将相当于过去100年的科技进步。还记得1917年的太阳能、风能和水力发电技术吗?没有太阳能发电，没有海洋发电，没有先进的风车发电。那时电灯开关成为当年的突破性技术。所以现在想象一下在未来十年，到2027年，会发生多大的变化。然后2037年。然后2047年。 Seems almost silly to predict technology available even in 2027. You can't just extrapolate from power from dams, power from PV, power from windmills. Those will be outdated by 2027.
．.．甚至15年后@ Robert Opaluch
昨天的Greentechmedia博客阐述了这个预测问题:
https://www.greentechmedia.com/articles/read/the-death-of-alternative-energy
即使有些方面的估计是正确的(比如水力压裂技术推动天然气价格跌至谷底)，但如果从更长的时间框架来看，其他方面就很难确定了。
2014年，落基山研究所(Rocky Mountain Institute)发布了他们的电网缺陷研究报告(PV +电池何时将跨越电网平价价格阈值)，“保守”估计电池价格阈值将在2050年突破100美元/千瓦时。见附录A (PDF格式，第41页):
https://www.rmi.org/wp-content/uploads/2017/04/RMIGridDefectionFull_2014-05-1-1.pdf
经济学家最近对当前投资和研发形势的分析将这一时间提前到了2019年:
https://www.pv-magazine.com/2017/07/31/study-finds-that-storage-prices-are-falling-faster-than-pv-and-wind-technologies/
这只比计划提前了30年!
考虑到未来成本估算的误差棒之大，一些学者对自己的认真程度几乎令人发笑。
但是，但是，(当然)但是……
几乎是滑稽的是，每个涉足这个问题的人都把自己的偏见摆到桌面上，然后坚决否认任何内在的偏见。好像这是可能的。我认为每个人在这个问题上都有自己的偏见，最好的做法是在任何讨论开始时就承认自己的偏见。
我个人的倾向是，在风力发电不足或不可靠的地区，拥有可以维持整个冬天太阳能输出减少的长期电力存储容量。我打字用的笔记本电脑用的锂离子电池比前几代的电池好得多。但它也有缺点。两年前我买的时候，它能用8 - 10个小时。现在更像是3。我认为这很典型。我用过的所有笔记本电脑都有这种下降的输出。这不是问题的唯一原因是，每隔三四年，笔记本电脑就会因为技术进步或硬盘故障而需要更换。
据我所知，锂电池的这个问题还没有解决。它们也不能在没有显著损失的情况下长期储存，而这种损失在整个冬天都是不可持续的。戴娜，我知道你是地区间电网配电的推动者。你是否有任何真实世界的数据，来自使用科学方法和可靠的成本vs收益分析的人。据推测，它将涉及直流，以避免电缆在如此长的距离上交流方言的损失。从我所读到的一切来看，这个想法类似于永远遥远的核聚变能源，永远在50年后。
电解利用太阳能发电产生氢气或甲烷是一个可行的解决方案的效用级能源储存。它的储存能力可以让电力储存度过冬天，或者只是度过长时间的阴天。这种长期储存就像现在白天使用太阳能一样，可以避免峰电厂燃烧NG造成的堆积。在这种情况下，峰值电厂将等同于在冬季额外建造太阳能光伏，否则许多地区将需要这些。这种额外的储存能力也可用于紧急情况，当其他方式不可再生但仍然需要的能源因任何原因被切断时。
我们在日常生活中都经历过锂电池明显的局限性，为什么很少有人对此进行常识思考?
长期存储容量也与电网缺陷有关
一件事。电网的缺陷与计量的缺失有很大关系。如果你的太阳能电力输出大于你的家庭的直接需求，那么你不会是一个快乐的露营者。(这个问题不应该与你的太阳能输出的电力大于你每年的需求相混淆。由于总太阳能光伏发电量越来越多，公用事业公司有正当的理由不偿还你每年多余的太阳能光伏发电量。)
如果一家公用事业公司有能力长期储存能源，那么像夏威夷瓦胡岛这样的地方就不会有任何动力像现在这样关闭电价。那里的问题是，太阳能发电在白天产生的电力超过了公用事业所能使用的电力，而不会产生巨大的问题。还有一个小问题:试着从这个国家的另一个地区给瓦胡岛供电。祝你好运。
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