Credit: CC0公共领域世界需要更多电力。随着人口增长，生活水平提高，越来越多的人获得现代便利，各国将需要扩大其能源生产能力。印度经济发展迅速，人口超过13亿，是这一趋势的缩影。该国发现自己正处于能源未来的十字路口:今天的小决定将在未来几年内回响。
在他们的最新报告中，印度政府设定了到2030年可再生能源发电量达到450千兆瓦的目标。相比之下，该国目前的总能源发电能力约为380千兆瓦，其中90千兆瓦是可再生能源，不包括大型水电站。这个计划如何形成将决定他们可以避免建造多少化石燃料发电厂。
很有野心。但是纯粹基于经济学，加州大学圣巴巴拉分校的兰吉特·德什穆克和他的合著者邓肯·卡拉威和阿莫尔·法德克认为，印度实际上应该在可再生能源上加倍努力。他们的建议源于对印度电力使用、天气模式和能源基础设施的详尽分析。发表在《美国国家科学院院刊》上的研究结果表明，虽然可再生能源不会消除对一些额外化石燃料发电厂的需求，但美国完全有能力利用绿色能源。
对于像印度这样的发展中国家来说，减少碳排放只是一个问题。环境研究项目的助理教授德什穆克说:“与工业化程度更高的国家相比，这些国家中的大多数都承担着低历史碳排放的使命。“因此，我们采取的方法是，如果可再生能源在经济上有意义，那么这些国家应该部署更多的可再生能源。”
德什穆克解释说，因为风能和太阳能以及电池存储的成本下降如此之快，所以不考虑环境因素，安装这些技术来取代传统的化石燃料技术，如煤和天然气，实际上是划算的。
为了得出这些结论，研究人员创建了一个印度电力系统的综合模型。他们利用空间分析和天气数据，以及印度现有的能源能力和对未来能源需求的预测，对该国的太阳能和风能资源进行了估算。对于每一个可能的可再生能源目标以及风能和太阳能的混合，该模型确定了满足一年中所有时间需求所需的新常规产能。
加州大学伯克利分校(UC Berkeley)能源与资源副教授卡拉威(Callaway)表示:“该模型在风能和太阳能资源可用性方面的前所未有的细节，为探索印度负荷增长和技术成本的一系列重要情景如何影响印度电力行业的未来提供了基础。
德什穆克和他的同事发现，与普遍的假设相反，由于印度特定的天气模式和满足高峰电力需求的要求，实现高可再生能源目标并不能避免建设大量化石燃料发电厂的需要。然而，他声称，避免新的化石燃料产能并不是全部。
作者列出了太阳能(左)和风能(右)能源站点，它们可以实现不同的可再生能源容量目标，从100到600千兆瓦。信用:Deshmukh等人太阳能和风能等能源对电网运营商构成了挑战，因为它们只能在某些天气条件下提供能源，而这些条件并不总是与能源使用相一致。这意味着即使是最先进的电网也必须包括传统的发电厂，如煤和天然气，它们可以按需供电。然而，扩大该国的可再生能源产能可能会使运营商减少使用这些化石燃料能源的频率。
“你可以利用大量的可再生能源，但这可能无法避免大部分计划中的化石燃料产能，”德什穆克说。“但这是否意味着你不应该开发可再生能源？不。你安装的可再生能源越多，就越不需要经常运行这些燃煤电厂。”
这个细微的差别可以带来很大的财务差异。不管印度在可再生能源方面的投资如何，它都可能需要建造更多的传统发电厂来满足高峰需求。也就是说，可再生能源已经变得比传统能源更便宜，这仅仅是因为避免了燃料成本，否则燃料需要开采，或者就天然气而言，需要进口来产生同样的电力。基于他对几百个场景的模拟，德什穆克和他的同事们认为，印度可以在2030年前将其可再生能源发电能力的目标提高到600千兆瓦，并使消费者的成本仅增加少量——或者在许多情况下实际上降低成本。
此外，德什穆克解释说，由于季节分明，印度也处于有利地位，可以利用季风期间的过剩风能。虽然风可能一年四季都不会吹，但当它吹的时候，它比太阳更稳定，太阳会在晚上消失。这意味着电网运营商可以计划在季风期间关闭燃煤电厂，而这在使用太阳能的情况下是不可能的。此外，与太阳能相比，大多数可能在印度开发的风力发电场将以同样的发电量产生更多的能量。
有鉴于此，德什穆克建议该国将目前强调太阳能发电能力的目标转向风能。他说:“以风能为主，或者平衡风能和太阳能，目标更经济，需要更少的煤和天然气工厂。也就是说，改进电池存储可以使太阳能更具竞争力。
电池正成为消除能源供需差异的一种具有成本效益的工具。它们可以在需求高峰时储存清洁能源，避免了对传统发电厂的需求，尤其是那些不经常运行的昂贵发电厂。如果印度希望满足高峰需求，没有这种储存和转移能源的能力，可再生能源可能无法阻止建设新的煤炭和天然气发电厂的需求。
幸运的是，价格已经变得如此之低，以至于与需求高时增加电力生产相比，在需求低时安装电池储存能量的成本很快就会降低。这将使经济因素更加转向可再生能源。
这项研究依赖于过去的天气数据，而不是预测，但是科学家知道世界范围内的天气模式正在发生变化，尤其是印度的季风。德什穆克认识到这对他的研究结果的限制，并补充说，他计划将预测的天气模式纳入即将到来的研究。事实上，他和他的同事已经开发了一种新的模型，使他们能够在不同的条件下模拟印度未来的电力系统。他打算用它来探索脱碳对该国能源市场的影响以及对当地环境的影响，并将其提供给起草未来投资的政策制定者和规划者。
德什穆克在印度长大，与电力系统运营公司的官员有着密切的联系，该公司管理该国的电网，确保其能源需求得到满足，并为未来的发展制定计划。他与他们和其他研究人员就过去的研究、研讨会和软件产品进行了合作。
他还将注意力转向了南部非洲，在那里他正在分析12个国家未来的电力系统。他很好奇低成本的风能和太阳能会对该地区的能源发展计划产生什么影响。输电能力有限的地区电网连接了其中一些国家，德什穆克认为，充分发挥电网的潜力对该地区的低碳未来至关重要。
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