大约在去年的这个时候，数以百万计的德克萨斯人在袭击美国中部最寒冷的一个时期没有电的情况下发抖。连续五天，停电使人们无法取暖、做饭甚至睡觉。200多人在这场被认为是美国历史上代价最高的冬季风暴中丧生，损失达240亿美元。
12个月后，该州的电网虽然有所改善，但仍然容易受到天气导致的停电的影响。
“如果我们今年又有一场风暴，像Uri在2021，电网将再次下降，说：”Andrew Dessler，大气科学教授在德克萨斯A＆P；M大学。“这对我们来说仍然是一个巨大的风险。”
现在，最近的一项研究表明，通过切换到100%清洁和可再生能源，例如太阳能、风能和水能，可以在全国范围内避免停电——甚至在恶劣天气期间也是如此。
“从技术上和经济上讲，我们现在有95%的技术需要转换一切，”该论文的主要作者、斯坦福大学土木和环境工程教授马克·雅各布森说。风能、水和太阳能已经占全国电力的五分之一左右，尽管许多地区的全面过渡缓慢。
研究表明，转向可再生能源还将降低能源需求，降低消费者成本，创造数百万个新工作岗位，改善人们的健康。
多年来，一些人对大规模采用可再生能源的可行性表示怀疑，这是因为成本太高。但德斯勒说，虽然太阳能在10年前是一种昂贵的能源，但它是当今最便宜的能源之一。
“很多人对可再生能源的理解已经非常过时了，”没有参与这项研究的德斯勒说。
风能也非常有效，有时能提供德克萨斯州一半的能源——当播客乔·罗根在周四的《乔·罗根体验》中客串时，他对这一事实感到惊讶
“太阳能和风能是最便宜的能源，”德斯勒说。“人们似乎不明白这一点，他们也不明白我们知道如何建立一个以可再生能源为主的可靠电网。”
在最近的研究中，雅各布森及其同事展示了如何在2050年和2051年，在一个更环保、人口更多的国家，在不停电的情况下，满足全美每30秒的能源需求。
在模拟中，他们设想所有的车辆都是电动的或由氢燃料电池驱动的。电热泵、热水器、风力涡轮机和太阳能电池板取代了化石燃料。该团队还包括新的地热资源，但没有新的水电站。
他们对美国周边地区的电网稳定性进行了建模，包括来自天气-气候-空气污染模型的数据，该模型包括气候因素和特定地区发生的统计典型天气模式。利用能源信息管理局的能源消耗数据，该团队模拟了2050-2051年的能源需求。能源供应必须每30秒与能源需求相等，否则模型将关闭。
该团队发现，只要简单地转向更高效的可再生资源，实际能源需求就会显著下降。就整个美国而言，最终用途能源需求总量下降了57%左右。人均家庭年能源成本比“一切照旧”情景低63%左右。
安娜·凯瑟琳·冯·克劳兰德说：“我们目前使用化石燃料所做的一切都将使用通过电力运行的技术。”，雅各布森实验室的一位合著者和博士生说：“如果你使用更有效的能源供应，进行活动所需的能源量，基本上是为了照明或为工业过程提供燃料，实际上会减少。”
在极端天气事件期间，较低的能源需求对于帮助电网保持在线非常重要。在德克萨斯州，全面的绿色过渡将使年平均终端用电需求减少56%。它还可以减少峰值负荷，即一次从电网中获取的最高能量。雅各布森说，许多家庭也会有自己的存储空间，不需要那么多地依赖电网。
该团队还发现，将不同地理区域的电网互联可以使电力系统更加可靠，并降低成本。更大的地区更可能有风、阳光或水力发电在其他地方运行，这可能有助于填补任何供应缺口。
德斯勒说：“当你看到越来越大的区域时，可再生能源的间歇性就会下降。”。“如果德克萨斯州不刮风，爱荷华州也可能刮风。在这种情况下，他们可能会生产过剩的电力，他们可能会把一些额外的电力输送给我们。”
这项研究表明，德克萨斯州与中西部电网互联时的单位能源成本比目前孤立时低27%。
冯·克劳兰德说：“在几乎所有方面，我们发现，如果我们扩大互联互通，成本更低，可靠性更高，能更好地利用能源。”。她补充说，尽管“即使每个州都是孤岛，但在每个州实施100%的风能和太阳能仍然是可行的。”
在德克萨斯州的冬天，雅各布森说，更妥善地维护风力涡轮机也将有助于维持能源供应。在2021年2月的寒潮期间，一些冰冻的风力涡轮机因为缺乏除冰设备而被关闭。（煤炭、天然气和核能源也因设备直接冻结而关闭，导致能源大幅下降。）
雅各布森说：“在寒冷的日子里，风很大，这真的是个好消息，因为当天气寒冷时，你需要取暖。”。“在寒冷的天气里，你实际上可以获得更多的电力输出。”
在冬季，低日照也可能导致太阳能电池板没有那么有用。在这种情况下，风力涡轮机和太阳能电池板是互补能源。如果两者都在某一点上失效，那么另一种能源，如地热或水力发电，可能会起作用。
当太阳能或风能不足时，电池也可以用来提供能量，但研究小组表明，长时间使用电池对电网稳定是不必要的，也没有帮助。目前市场上的许多4小时电池可以连接起来提供长期存储，比如在停电期间。这一发现尤其有用，因为超长续航时间电池技术可能离上市还有相当大的距离。
德斯勒说：“认为可再生能源不可靠是错误的，因为你根本不考虑可再生能源本身。”。“你可以把它们看作是一个系统的一部分。一个拥有大量可再生能源的稳定电网也将拥有稳定的可调度电力，当可再生能源下降时，电力将恢复。”
该团队的模拟还表明，加利福尼亚州的停电，如2020年8月的停电，也可以以较低的成本避免。在夏季安装更多的海上风力涡轮机可以提供能源，包括冷却建筑物。向清洁、可再生能源过渡也可能使加州的能源需求减少60%。
该团队为所有50个州制定了如何实现100%可再生能源的计划。
该研究发现，除了改善电网稳定性外，运营清洁、可再生的电网还可以创造近500万个长期全职工作岗位，从建筑业到制造业，再到企业的间接就业岗位。这些系统还将产生更清洁的空气，这将使每年与污染有关的死亡人数减少5.3万人，并在2050年减少数百万人与污染有关的疾病。
“这是一项极其重要的研究，”康奈尔大学教授罗伯特·霍沃斯说，他没有参与这项研究。“化石燃料行业继续认为可再生能源是一个危险的实验，电网的稳定性和可靠性将继续至少部分依赖于化石燃料。在这里，雅各布森和他的同事清楚地表明，事实并非如此。”
德斯勒同意，他认为这项研究的结果“根本没有争议”
他说：“很明显，这会起作用，因为地球上有这么多可再生能源。从物理学的角度来看，这里没有根本的限制。”。“制约因素是政治性的。你必须让人们聚在一起，决定这样做，这才是真正困难的。”
在2021年2月的寒潮中，前德克萨斯州州长Rick Perry说德克萨斯人将在寒冷和没有电的情况下花费更长的时间来“阻止联邦政府脱离他们的业务”，并阻挠那些想要提出新法规的民主党人。
大约15个州和地区以及180多个城市制定了增加可再生能源发电量的政策，但雅各布森希望这样的发现能给决策者带来信心，让他们通过法律和政策，实现更快的过渡。雅各布森之前的研究和通过其非营利组织解决方案项目开展的工作，帮助制定了绿色新政和州议会等知情计划。
雅各布森说：“我们确实需要到2030年实现80%的（清洁能源）真正快速的转型，并在那之后尽快实现100%的转型。”。“解决这个问题确实需要很多人的大规模努力。一项科学研究不能解决这个问题。”