P r i n t a b l e V e r s i o n



## R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s S t u d y

T h e N a t i o n a l R e n e w a b l e E n e r g y L a b o r a t o r y ' s ( N R E L ) R e n e w

a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s S t u d y ( R E F

u t u r e s ) i s a n i n i t i a l i n v e s t i g a t i o n o f t h e e x t e n t t o w h i c h

r e n e w a b l e e n e r g y s u p p l y c a n m e e t t h e e l e c t r i c i t y d e m a n d s o f t h e

c o n t i n e n t a l U n i t e d S t a t e s o v e r t h e n e x t s e v e r a l d e c a d e s

. T h i s s t u d y

e x p l o r e s t h e i m p l i c a t i o n s a n d c h a l l e n g e s o f v e r y h i g h r e n e w a b l e e l e c t r i c i t y
g e n e r a t i o n l e v e l s

— f r o m 3 0 % u p t o 9 0 %

, f o c u s i n g o n 8 0 %

, o f a l l U

. S

. e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n

— i n 2 0 5 0

. A t s u c h h i g h l e v e l s o f r e n e w a b l e e l e c t r i c i t y
g e n e r a t i o n , t h e u n i q u e c h a r a c t e r i s t i c s o f s o m e r e n e w a b l e r e s o u r c e s , s p e c i f i c a l l y g e o g r a p h i c a l d i s t r i b u t i o n a n d v a r i a b i l i t y a n d u n c e r t a i n t y i n

o u t p u t

, p o s e c h a l l e n g e s t o t h e o p e r a b i l i t y o f t h e n a t i o n ' s e l e c t r i c s y s t e m

.



### R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s R e p o r t

E x e c u t i v e S u m m a r

y V o l u m e 1 : E x p l o r a t i o n o f H i g h

­ P e n e t r a t i o n R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s ( i n c l u d e s E x e c u t i v e S u m m a r y )

V o l u m e 2 : R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y G e n e r a t i o n a n d S t o r a g e T e c h n o l o g i e s V o l u m e 3 : E n d

­ U s e E l e c t r i c i t y D e m a n d

V o l u m e 4 : B u l k E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s : O p e r a t i o n s a n d T r a n s m i s s i o n P l a n n i n g



### K e y F i n d i n g s
R e n e w a b l e e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n f r o m t e c h n o l o g i e s t h a t a r e

c o m m e r c i a l l y a v a i l a b l e t o d a y , i n c o m b i n a t i o n w i t h a m o r e f l e x i b l e

e l e c t r i c s y s t e m , i s m o r e t h a n a d e q u a t e t o s u p p l y 8 0 % o f t o t a l U

. S

. e l e c t r i c i t y g e n e r a t i o n i n 2 0 5 0 w h i l e m e e t i n g e l e c t r i c i t y d e m a n d o n a n h o u r l y b a s i s i n e v e r

y r e g i o n o f t h e c o u n t r

y

. I n c r e a s e d e l e c t r i c s y s t e m f l e x i b i l i t y , n e e d e d t o e n a b l e e l e c t r i c i t y

s u p p l y a n d d e m a n d b a l a n c e w i t h h i g h l e v e l s o f r e n e w a b l e g e n e r a t i o n , c a n c o m e f r o m a p o r

t f o l i o o f s u p p l y

­ a n d d e m a n d

­ s i d e o p t i o n s , i n c l u d i n g f l e x i b l e c o n v e n t i o n a l g e n e r a t i o n , g r i d s t o r a g e , n e w
t r a n s m i s s i o n , m o r e r e s p o n s i v e l o a d s , a n d c h a n g e s i n p o w e r s y s t e m

o p e r a t i o n s

. T h e a b u n d a n c e a n d d i v e r s i t y o f U

. S

. r e n e w a b l e e n e r g y r e s o u r c e s c a n

s u p p o r t m u l t i p l e c o m b i n a t i o n s o f r e n e w a b l e t e c h n o l o g i e s t h a t r e s u l t
i n d e e p r e d u c t i o n s i n e l e c t r i c s e c t o r g r e e n h o u s e g a s e m i s s i o n s a n d

w a t e r u s e

. T h e d i r e c t i n c r e m e n t a l c o s t a s s o c i a t e d w i t h h i g h r e n e w a b l e
g e n e r a t i o n i s c o m p a r a b l e t o p u b l i s h e d c o s t e s t i m a t e s o f o t h e r c l e a n

e n e r g y s c e n a r i o s

. I m p r o v e m e n t i n t h e c o s t a n d p e r f o r m a n c e o f

r e n e w a b l e t e c h n o l o g i e s i s t h e m o s t i m p a c t f u l l e v e r f o r r e d u c i n g t h i s i n c r e m e n t a l c o s t

.

R E F u t u r e s p r o v i d e s i n i t i a l a n s w e r s t o i m p o r t a n t q u e s t i o n s a b o u t t h e i n t e g r a t i o n o f h i g h p e n e t r a t i o n s o f r e n e w a b l e e l e c t r i c i t y t e c h n o l o g i e s f r o m a

n a t i o n a l p e r s p e c t i v e , f o c u s i n g o n k e y t e c h n i c a l i m p l i c a t i o n s

. T h e s t u d y

e x p l o r e s e l e c t r i c i t y g r i d i n t e g r a t i o n u s i n g m o d e l s w i t h u n p r e c e d e n t e d

g e o g r a p h i c a n d t i m e r e s o l u t i o n f o r t h e c o n t i g u o u s U n i t e d S t a t e s t o a s s e s s

w h e t h e r t h e U

. S

. p o w e r s y s t e m c a n s u p p l y e l e c t r i c i t y t o m e e t c u s t o m e r d e m a n d o n a n h o u r l y b a s i s w i t h h i g h l e v e l s o f r e n e w a b l e e l e c t r i c i t y , i n c l u d i n g v a r i a b l e w i n d a n d s o l a r g e n e r a t i o n

.

R E F u t u r e s , f u n d e d b y t h e U

. S

. D e p a r

t m e n t o f E n e r g y ' s O f f i c e o f E n e r g y E f f i c i e n c y a n d R e n e w a b l e E n e r g y , i s a

c o l l a b o r a t i o n w i t h m o r e t h a n 1 1 0 c o n t r i b u t o r s f r o m 3 5 o r g a n i z a t i o n s i n c l u d i n g n a t i o n a l l a b o r a t o r i e s , i n d u s t r y , u n i v e r s i t i e s , a n d n o n

­ g o v e r n m e n t a l o r g a n i z a t i o n s

.

A s t h e m o s t c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f h i g h

­ p e n e t r a t i o n r e n e w a b l e e l e c t r i c i t y o f t h e c o n t i n e n t a l U n i t e d S t a t e s
t o d a t e , t h e s t u d y c a n i n f o r m b r o a d e r d i s c u s s i o n o f t h e e v o l u t i o n o f t h e e l e c t r i c s y s t e m a n d e l e c t r i c i t y m a r k e t s
t o w a r d c l e a n s y s t e m s

. R E F

u t u r e s r e s u l t s i n d i c a t e t h a t r e n e w a b l e g e n e r a t i o n c o u l d p l a y a m o r e s i g n i f i c a n t r o l e i n t h e U

. S

. e l e c t r i c i t y s y s t e m t h a n p r e v i o u s l y t h o u g h t a n d t h a t f u r t h e r w o r k i s w a r r a n t e d t o i n v e s t i g a t e t h i s

c l e a n g e n e r a t i o n p a t h w a y

.



### R e l a t e d J o u r n a l A r t i c l e s
M a i

, T

. ; H a n d

, M

. M

. ; B a l d w i n , S

. F

. ; W i s e r , R

. H

. ; B r i n k m a n , G

. L

. ; D e n h o l m , P

. ; A r e n t

, D

. J

. ; P o r r o , G

. ; S a n d o r , D

. ; H o s t i c k

, D

. J

. ; M i l l i g a n , M

. ; D e M e o , E

. A

. ; B a z i l i a n , M

. ( 2 0 1 4 )

. R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s f o r t h e U n i t e d S t a t e s

. I

E E E T r a n s a c t i o n s o n S u s t a i n a b l e E n e r g y

. V o l

. 5 ( 2 )

, A p r i l 2 0 1 4 ; p p

. 3 7 2

­ E n e r g y A n a l y s i s H o m e

C a p a b i l i t i e s & E x p e r t i s e

K e y A c t i v i t i e s

M o d e l s & T o o l s

D a t a & R e s o u r c e s

P u b l i c a t i o n s

R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s

T r a n s p o r t a t i o n E n e r g y F u t u r e s

P a r t n e r s h i p s

S t a f f

W o r k i n g w i t h U s

R e l a t e d L i n k s

N e w s 

### S e a r c h N R E L

. g o v S E A R C H

R E F u t u r e s S c e n a r i o V i e w e r

E x p l o r e t h e R E F

u t u r e s s c e n a r i o s a t a

s t a t e

­ l e v e l a n d d o w n l o a d t h e d a t a

.



### R E F u t u r e s V i s u a l i z a t i o n s

T h e s e v i s u a l i z a t i o n s a r e b a s e d o n R E
F u t u r e s m o d e l i n g a n d r e p r e s e n t t h e t r a n s f o r m a t i o n o f t h e U

. S

. e l e c t r i c

s y s t e m t o a h i g h r e n e w a b l e s y s t e m f r o m 2 0 1 0 t o 2 0 5 0 a n d t h e h o u r l y

o p e r a t i o n a n d t r a n s m i s s i o n f l o w o f

t h a t s y s t e m i n 2 0 5 0

.

T r a n s f o r m a t i o n o f t h e E l e c t r i c S e c t o r ( C o m p a r e t o B a s e l i n e P r o j e c t i o n s )

H o u r l y O p e r a t i o n i n 2 0 5 0 ( C o m p a r e t o B a s e l i n e P r o j e c t i o n s )

P o w e r F l o w i n 2 0 5 0 ( C o m p a r e t o B a s e l i n e P r o j e c t i o n s ) 

## L e a d i n g C l e a n E n e r g y I n n o v a t i o n A B O U T  R E S E A R C H  W O R K I N G W I T H U S  C A R E E R S 3 7 8

M a i

, T

. ; M u l c a h y , D

. ; H a n d

, M

. M

. ; B a l d w i n , S

. F

. ( 2 0 1 4 )

. E n v i s i o n i n g a R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e f o r t h e U n i t e d S t a t e s

. E n e r g y

. V o l

. 6 5

, 1

F e b r u a r y 2 0 1 4 ; p p

. 3 7 4

­ 3 8 6

. A r e n t

, D

. ; P l e s s , J

. ; M a i

, T

. ; W i s e r , R

. ; H a n d

, M

. ; B a l d w i n , S

. ; H e a t h

, G

. ; M a c k n i c k

, J

. ; B a z i l i a n , M

. ; S c h l o s s e r , A

. ; D e n h o l m , P

. ( 2 0 1 4 )

. I m p l i c a t i o n s

o f H i g h R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y P e n e t r a t i o n i n t h e U

. S

. f o r W a t e r U s e , G r e e n h o u s e G a s E m i s s i o n s , L a n d

­ U s e , a n d M a t e r i a l s S u p p l y

. A p p l i e d

E n e r g y

. V o l

. 1 2 3

, 1 5 J u n e 2 0 1 4 ; p p

. 3 6 8

­ 3 7 7

. C o c h r a n , J

. ; M a i

, T

. ; B a z i l i a n , M

. ( 2 0 1 4 )

. M e t a

­ A n a l y s i s o f H i g h

P e n e t r a t i o n R e n e w a b l e E n e r g y S c e n a r i o s

. R e n e w a b l e a n d S u s t a i n a b l e E n e r g y R e v i e w s

. V o l

. 2 9

, J a n u a r

y 2 0 1 4 ; p p

. 2 4 6

­ 2 5 3

. B a z i l i a n , M

. ; M a i

, T

. ; B a l d w i n , S

. ; A r e n t

, D

. ; M i l l e r , M

. ; L o g a n , J

. ( 2 0 1 4 )

. D e c i s i o n

­ M a k i n g f o r H i g h R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s i n t h e U n i t e d
S t a t e s

. E n e r g y S t r a t e g y R e v i e w s

. V o l

. 2 ( 3

­ 4 )

, F e b r u a r

y 2 0 1 4 ; p p

. 3 2 6

­ 3 2 8

. H o s t i c k D

. J

. ; B e l z e r , D

. B

. ; H a d l e y , S

. W

. ; M a r k e l

, T

. ; M a r n a y , C

. ; a n d

K i n t n e r

­ M e y e r , M

. C

. W

. ( 2 0 1 4 )

. P r o j e c t i n g E l e c t r i c i t y D e m a n d i n 2 0 5 0

. P N N L

­ 2 3 4 9 1

. P a c i f i c N o r t h w e s t
N a t i o n a l L a b o r a t o r

y , R i c h l a n d

, W A

. B a z i l i a n , M

. ; D e t c h o n , R

. ; M i l l e r , M

. ; L i e b r e i c h

, M

. ; B l y t h

, W

. ; T h o m p s o n , G

. ; F u t c h

, M

. ; M o d i

, V

. ; J o n e s , L

. ; B a r k e t t

, B

. ; H o w e l l s , M

. ; M a c G i l l

, I

. ; K a m m e n , D

. M

. ; M a i

, T

. ; W i t t e n s t e i n , M

. ; A g g a r w a l

, S

. ; W e s t o n , R

. ; O ' M a l l e y , M

. ; C a r

v a l l o , J

. P

. ; A r e n t

, D

. J

. ( 2 0 1 3 )

. A c c e l e r a t i n g t h e G l o b a l T r a n s f o r m a t i o n t o 2 1 s t C e n t u r y P o w e r S y s t e m s

. T

h e E l e c t r i c i t y J o u r n a l

. V o l

. 2 6 ( 6 )

. D e n h o l m , P

. ; M a r g o l i s , R

. ; M a i

, T

. ; B r i n k m a n , G

. ; D r u r y , E

. ; H a n d

, M

. ; M o w e r s , M

. ( 2 0 1 3 )

. B r i g h t
F u t u r e : S o l a r P o w e r a s a M a j o r C o n t r i b u t o r t o t h e U

. S

. G r i d

. I E E E P o w e r a n d E n e r g y M a g a z i n e

. V o l

. 1 1 ( 2 )

, M a r c h 2 0 1 3 ; p p

. 2 2

­ 3 2

.



### M o d e l i n g a n d C o s t D a t a
E n e r g y m o d e l s u s e d i n t h e s t u d y : R e g i o n a l E n e r g y D e p l o y m e n t S y s t e m ( R e E D S )

T e c h n o l o g y c o s t a n d p e r

f o r m a n c e a s s u m p t i o n s u s e d i n s c e n a r i o a n a l y s i s : B l a c k & V e a t c h r e p o r

t o n C o s t a n d P e r

f o r m a n c e D a t a f o r P o w e r G e n e r a t i o n T e c h n o l o g i e s

– d o c u m e n t s a s s u m p t i o n s u s e d f o r b a s e l i n e a n d i n c r e m e n t a l t e c h n o l o g y i m p r o v e m e n t s c e n a r i o s T r a n s p a r e n t C o s t D a t a b a s e / O p e n E n e r g y I n f o r m a t i o n

– i n c l u d e s c o s t ( c a p i t a l a n d o p e r a t i n g ) a n d

c a p a c i t y f a c t o r a s s u m p t i o n s f o r r e n e w a b l e g e n e r a t i o n t e c h n o l o g i e s u s e d f o r b a s e l i n e , i n c r e m e n t a l

t e c h n o l o g y i m p r o v e m e n t

, a n d e v o l u t i o n a r y t e c h n o l o g y i m p r o v e m e n t s c e n a r i o s , a l o n g w i t h o t h e r
p u b l i s h e d a n d D O E p r o g r a m e s t i m a t e s f o r t h e s e t e c h n o l o g i e s S c e n a r i o r e s u l t s : R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e s S c e n a r i o V i e w e r

­ E x p l o r e R E F u t u r e s s c e n a r i o s a t a s t a t e

­ l e v e l a n d
d o w n l o a d t h e d a t a

. R E F u t u r e s V o l u m e 1 f i g u r e d a t a G e o g r a p h i c a l D i s t r i b u t i o n o f R e n e w a b l e T e c h n o l o g y C a p a c i t y i n 2 0 5 0

D e m a n d s c a l c u l a t i o n : H i g h d e m a n d b a s e l i n e L o w d e m a n d b a s e l i n e



### R E F u t u r e s i n t h e N e w s
N a t i o n a l P u b l i c R a d i o ' s A l l T

h i n g s C o n s i d e r

e d
S l a s h i n g F o s s i l F u e l C o n s u m p t i o n C o m e s W i t h A P r i c e ( D e c e m b e r 2

, 2 0 1 3 )

W a l l S t r e e t J o u r n a l
S i x M y t h s A b o u t R e n e w a b l e E n e r g y : T h e i m p a c t o n j

o b s a n d o t h e r a s s u m p t i o n s t h a t d o n ' t h o l d u p

a n y m o r e ( S e p t e m b e r 2 2

, 2 0 1 3 )

W i n d p o w e r E n g i n e e r i n g & D e v e l o p m e n t
R e p o r t e x p l o r e s r e n e w a b l e e l e c t r i c i t y f u t u r e s ( A u g u s t 2 1

, 2 0 1 2 )

T h e U n i o n o f C o n c e r n e d S c i e n t i s t s U

. S

. R e n e w a b l e E l e c t r i c i t y F u t u r e I s W i t h i n R e a c h ( A u g u s t 8

, 2 0 1 2 )

E a r t h T e c h l i n g T h e W a y F o r w a r d f o r R e n e w a b l e E n e r g y P o l i c y I n T h e U S ( J u l y 3 0

, 2 0 1 2 )

W o r l d w a t c h I n s t i t u t e T h e W a y F o r w a r d f o r R e n e w a b l e E n e r g y P o l i c y i n t h e U

. S

. ( J u l y 2 6

, 2 0 1 2 )

D e n v e r P o s t
R e n e w a b l e E n e r g y C o u l d P r o v i d e 8 0 % o f U

. S

. E l e c t r i c i t y

­ B u t a t W h a t C o s t ( J u l y 9

, 2 0 1 2 )
C l e a n T e c h n i c a 8 0 % C l e a n , R e n e w a b l e E n e r g y b y 2 0 5 0 : M o r e T h a n P o s s i b l e , B u t N e e d M o r e P o l i t i c a l W i l l ( &

P u b l i c D e m a n d ) ( J u l y 2

, 2 0 1 2 )
C a r e 2 M a k e a D i f f e r e n c e T h i n k i n g B i g : 8 0 P e r c e n t R e n e w a b l e s i s P o s s i b l e b y 2 0 5 0 ( J u n e 2 9

, 2 0 1 2 )

E n e r g y D i g i t a l

R e n e w a b l e s C o u l d S u p p l y 8 0 % U

. S

. E l e c t r i c i t y ( J u n e 2 3

, 2 0 1 3 )

P r i n t a b l e V e r s i o n

D i d y o u f i n d w h a t y o u n e e d e d ?

C o n t e n t L a s t U p d a t e d : J u n e 1 6

, 2 0 1 5

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