Kaliforniens guvernör Jerry Brown har undertecknat en ny lag som kräver att den el som staten förbrukar inte orsakar koldioxidutsläpp år 2045.

Han utfärdade också en verkställande order som går ännu längre:Den förbinder Kalifornien att "uppnå koldioxidneutralitet" över hela linjen och inte bara för elproduktion till 2045. Tillsammans, dessa steg kodifierar Kaliforniens pågående övergång från att förlita sig på fossila bränslen för energi. Denna insats har ökat sedan 2011, när Brown undertecknade en annan lag som förpliktar staten att hämta en tredjedel av sin energi från förnybara källor som vind- och solenergi till 2020 – inte inklusive stora vattenkraftsdammar.

Baserat på mer än 30 års forskning relaterad till solenergi, enligt min bedömning, Kalifornien kan uppfylla lagens ambitiösa mål så länge de fortsätter att implementera program som uppmuntrar den snabba expansionen av förnybar energi i staten.

En tillväxtbransch

Den nya lagen anger faktiskt flera mål snarare än bara ett. Den förbinder Kalifornien att dra hälften av sin el från förnybara källor till 2026, en andel som skulle stiga till 60 procent till 2030.

För att ta nästa steg, snarare än att beordra att all kraft ska vara förnybart, statliga lagstiftare fastställde ett 100-procentigt "noll-koldioxid"-mål. De definierade inte denna term, men det förstås som att det inkluderar vind- och solenergi, stora vattenkraftverk och andra elkällor som inte genererar koldioxid.

Sol- och vindkraft i allmännyttiga skala ökade från 3 procent 2010 till 18 procent 2017 i Kalifornien, överskrider tidigare statliga mål, till stor del för att solpriserna har sjunkit kraftigt de senaste åren.

Att vara öppen för ett brett spektrum av teknologier gör det enklare och tillåtet att nå målet för 2045 delstatens senator Kevin de Leon, den ursprungliga propositionens författare, att samla ett brett stöd för lagförslaget.

Var det stod 2017

Cirka 56 procent av den energi som Kalifornien genererade 2017 kom från källor som inte släpper ut kol. Det gör det mer än halvvägs mot detta nya mål till 2045.

Dock, Diablo Canyon-anläggningen, Kaliforniens sista kärnkraftverk, planeras för avveckling till 2025, och inga andra reaktorer är igång. Denna stängning skulle eliminera de 8,7 procent av statens kolfria kraft som kom från kärnenergi.

Nästan all av de återstående 44 procenten av statens el genereras för närvarande genom förbränning av naturgas, och praktiskt taget ingen kommer från kol. Att gå helt utan koldioxidutsläpp skulle kräva avveckling av statens naturgaskraftverk.

Utöver vind- och solenergi, andra generationsalternativ inkluderar geotermisk, små kärnreaktorer och koldioxidbindning.

En egenhet med den här lagstiftningen är att den bara handlar om elkraft i allmännyttan. Det skulle inte utesluta privata elproduktionsanläggningar som den dieselgenerator som en bonde kan använda för att pumpa vatten. Det skulle inte heller räkna ström som genereras av en husägares solpaneler på taket.

När solen skiner

En komplikation är att statens blandning av energikällor kan variera mycket, även från en timme till en annan.

Tänk på vad som hände den 8 april, 2018, till exempel. Det var en allmänt solig och blåsig söndag, med relativt lågt elbehov. På natten, cirka 40 procent av elen genererades från förnybara källor. Men vid middagstid den dagen, mer än 80 procent kom från förnybara källor inklusive storskalig vattenkraft.

Om den el som genereras från dessa förnybara källor ungefär fördubblas, som jag uppskattar är nödvändigt för att nå målet för 2045, den ström som fanns tillgänglig mitt på dagen skulle kraftigt överstiga efterfrågan på el vid den tiden.

Denna utmaning skiftar under året.

Den 24 och 25 juli, 2018, Kalifornier ombads att frivilligt använda mindre el mellan klockan 17.00. och 21.00. för att undvika ett avbrott på grund av varmt väder. Priserna ökade med mer än en faktor 10, hjälpa till att hålla efterfrågan inom utbudet.

På de dagarna, förnybar el tillgodosedda aldrig hälften av efterfrågan på kraft.

Balansgång

På grund av denna grad av variation, Att förlita sig starkt på förnybar energi kommer att kräva riklig energilagring och stora investeringar i nätbaserad teknik.

I dag, den förväntade efterfrågan på el balanseras av den oberoende systemoperatören, en enhet som kontrollerar flödet av el på nätet och väljer de lägsta tillgängliga elkällorna.

Pumpad hydrolagring, el som genereras från vatten som pumpas till en reservoar, är statens vanligaste förvaringsform idag. Även om det är begränsat till platser med stora dammar, mängden energi som lagras på detta sätt kan ökas i Kalifornien, som nyligen föreslagits för Hoover Dam.

Stora litiumjonbatterier blir mer överkomliga och börjar nu användas på nyttoskalan. När priserna på batterier och solenergi sjunker, det kan bli attraktivt att koppla från nätet och använda el som genereras av ett solsystem och lagras av ett batteri.

Lägre batterikostnader stimulerar också försäljningen av fler elfordon. Helst dessa fordon kan laddas vid tillfällen då elektriciteten är riklig och billig. År 2045, Jag tror att de kan hjälpa till att göra nätet mer stabilt.

Andra alternativ blir tillgängliga. Ett exempel är lagring av tryckluft i bruksskala, där energi lagras som tryckluft.

Och det finns ett växande intresse för solvärmeanläggningar, som genererar el från solljusets värme och använder högtemperaturlagring för att fortsätta generera el efter att solen gått ner.

University of California Merced och många andra grossistelektricitetskunder sparar pengar genom att använda termisk lagring. De kyler vatten när priserna är låga och använder det kylda vattnet för luftkonditionering när elpriserna är höga.

Spelrum

Eftersom Kaliforniens nya lag inte kräver att varje watt genereras inom Kaliforniens gränser, utilities could keep buying electricity from nearby states, as long as they verify its origins are in keeping with the new law's requirements.

And because the law does not define "zero-carbon, " it provides flexibility in how the state can meet this new target.

Till exempel, California would allow the continued operation of natural gas plants when their output is coupled with purchase of renewable energy certificates, credits issued for the generation of renewable electricity that may be sold, from a utility that generates solar or wind power.

These credits arise through several kinds of arrangements. Perhaps the most common is through rooftop solar systems. Small-scale solar energy supplied about 5 percent of California's electricity in 2017. It is likely to grow because of California's mandate for solar panels on most new homes, starting in 2020.

In assessing whether the goal of going zero-carbon by 2045 is realistic or not, it is worth considering that solar energy has grown for years at a pace that far exceeded projections thanks to technological progress, government policies like California's new law, market forces and the public's demand for renewable energy.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.