图形摘要。根据卡耐基的泰勒·鲁格勒斯和肯·卡尔代拉在《应用能源进展》上发表的新研究，设计未来的低碳能源系统，利用超过电网需求的电力生产氢燃料，可以大大降低电力成本。像太阳和风这样的可再生能源会因天气模式而发生自然变化——有些天晴朗，有些天阴沉沉的；有些日子风起云涌，有些日子却依旧。这意味着可再生能源发电基础设施的设计需要考虑到这种可变性。
为了确保在自然不合作时有足够的电力来满足社会的高峰需求，必须建造比刮风和晴天所需的更多的涡轮机和太阳能电池板。但另一方面，当天气适宜时，没有办法使用或储存风力或太阳能发电机能够产生的所有电力。
“已经对风能和太阳能做出实质性承诺的地方，包括加州、德克萨斯州、德国和英国，越来越需要削减产量，这提高了人们对充分利用未使用产能的兴趣，”卡尔代拉解释道。
能够灵活地将未使用的能源重新用于制造燃料，可以填补恒定能源需求和可变能源之间的空白。这方面的一个例子是通过将水分解成氢气和氧气来制造氢燃料，这一过程被称为电解。
Ruggles和Caldeira与加州理工学院的同事Jacqueline Dowling和Nathan Lewis一起，着手探索将这种灵活性添加到我们的能源系统中的可能性。为了准确表示风和太阳可变性的机会和限制，他们创建了一个包含历史天气数据的模型。
“我们发现，在模拟的低碳系统中，在将必要的电力输送到电网用于其他用途后，几乎总是会产生足够的多余电力来驱动氢电解，”鲁格勒斯说。
根据他们的模型，一个利用过剩电力生产氢燃料的系统可以利用为电网供电而建造的能源基础设施来实现。他们发现，在为氢燃料电池供电的电量超过总能源需求的20%之前，不需要建设新的产能。然而，在这种安排下，任何最终扩张的代价都可能被更低的平均电费抵消。
“建立低碳或无碳电力部门的最大挑战之一是有效整合可变资源，如风能和太阳能，”卡尔代拉总结道。“我们的工作表明，生产氢等电燃料可能是更好地利用风能和太阳能资源的重要一步，尤其是如果电燃料可以以低资本成本生产的话。”
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