Kör genom nästan vilket hörn av Amerika som helst tillräckligt länge och gigantiska solenergiparker eller rader av vindkraftverk kommer till synen, allt med målet att öka landets förnybara energianvändning och minska utsläppen av växthusgaser.

Men vad vissa kanske inte inser är att dessa förnybara energikällor ibland kan producera mer kraft än vad som behövs, lämnar lite sol- eller vindenergi till, på sätt och vis, gå till spillo. Detta överutbud är en förlorad möjlighet för dessa rena energiresurser att tränga undan föroreningar från fossilbränsledrivna anläggningar.

Men genom att skapa komplexa modeller som analyserar kraftsystem i Kalifornien och Texas, Forskare från University of Michigan visar i en studie som är planerad att publiceras online den 30 juli Naturkommunikation , att investeringar i batterier och annan energilagringsteknik kan vara ekonomiskt lönsam med lämpligt politiskt stöd.

Den där, i tur och ordning, skulle kunna minska utsläppen av växthusgaser radikalt – med upp till 90 % i ett scenario som undersökts av forskarna – och öka användningen av sol- och vindenergi i en tid då klimatförändringarna blir allt mer brådskande.

"Kostnaden för energilagring är mycket viktig, " sa studiens medförfattare Maryam Arbabzadeh, postdoktor vid U-M:s Skola för miljö och hållbarhet. "Men det finns några incitament vi kan använda för att göra det attraktivt ekonomiskt, en är en utsläppsskatt."

Arbabzadeh ledde forskningen i samarbete med kollegor vid Ohio State University och North Carolina State University. Gregory Keoleian, chef för UM:s Center for Sustainable Systems, fungerade som hennes rådgivare och en av medförfattarna till studien.

"Elproduktion står för 28% av växthusgasutsläppen i USA, och med tanke på hur brådskande klimatförändringarna är, är det avgörande att påskynda utbyggnaden av förnybara källor som vind och sol, sa Keoleian, professor i miljö och hållbarhet samt anläggnings- och miljöteknik.

"Denna forskning visar tydligt hur energilagringsteknik kan spela en viktig roll för att minska förnybar minskning och utsläpp av växthusgaser från kraftverk med fossila bränslen."

Arbabzadeh och hennes forskarkollegor skapade komplexa modeller för att analysera nio olika energilagringsteknologier. De tittade på miljöeffekterna av förnybar inskränkning, vilket är mängden förnybar energi som genereras men inte kan levereras för att möta efterfrågan av olika anledningar.

De modellerade också vad som skulle hända om varje stat skulle lägga till upp till 20 gigawatt vind och 40 gigawatt solkapacitet, och hur allt detta skulle påverkas ekonomiskt av en koldioxidskatt på upp till 200 USD per ton.

Det de hittade var slående.

Att lägga till 60 gigawatt förnybar energi till Kalifornien skulle kunna uppnå en koldioxidminskning på 72 %. Sedan, genom att lägga till vissa energilagringstekniker utöver det i Kalifornien skulle det kunna tillåta en 90%-ig minskning av koldioxiden. I Texas, energilagring skulle kunna möjliggöra en minskning av utsläppen med 57 %.

Men för att allt detta ska hända, energibolag skulle behöva en anledning att investera i energilagringssystem, som kräver stora investeringar. Det är där användningen av en koldioxidskatt kan vara till hjälp, sa Arbabzadeh.

Alla nio av de studerade energilagringsteknikerna, inklusive högteknologiska batterier, kräver en betydande kapitalinvestering och alla hade olika för- och nackdelar. Också att lägga till komplexiteten i forskningen är den olika typen av generationsmix i Texas och Kalifornien.

Texas använder vissa kol- och naturgaseldade enheter. Kalifornien använder mer oflexibla resurser, som kärnkraft, geotermisk, enheter för biomassa och vattenkraft, vilket gör dess förnybara begränsningar mycket högre än Texas.

Studien har titeln "The Role of Energy Storage in Deep Decarbonization of Electricity Production."