这项百年技术可能是开启美国可再生能源未来的关键

沿着哥伦比亚河谷东部的金色山丘，牧羊人平原风电场的 338 台涡轮机随风旋转，发出的电力足以为俄勒冈州 20 万户家庭供电。

和美国其他急于摆脱化石燃料的地区一样，太平洋西北地区的电网除了太阳能电池板外，也越来越依赖像这样的风力发电场。当风吹日晒时，这很好，但任何走过西雅图阴雨街道的人都可以证明，你不能总是指望这一点。为了保证在这种变化中平稳、无碳供应电力，电网需要大量的能源储存，预测表明，该地区需要高达 10,000 兆瓦的备用储备才能实现 100% 可再生能源的目标。

哥伦比亚河谷下游，距离俄勒冈州波特兰市以东约一百英里，有一个由哥本哈根基础设施合作伙伴和 Rye Development 共同建造的占地 650 英亩的设施，可以通过利用百年历史的抽水蓄能技术来帮助弥补部分迫在眉睫的存储缺口。

抽水蓄能水力发电最初用于储存来自煤炭和核电站的电力，它利用电网的剩余能源将水从较低的水库推向较高的水库。当公用事业需要电力时，水流通过水力涡轮机释放，从而产生电力。有些设计使用天然水体作为其中一个或两个水库（​​称为“开环”），而另一些设计则在两个独立的水库之间循环水（称为“闭环”）。

现有的抽水蓄能水电占美国 23,200 兆瓦能源存储容量的约 95%。但随着电力消耗和停电事件的增加，将需要更多大大小小的此类项目来支持各州的电网。

如果建成（该项目必须获得最终许可才能开工），哥本哈根和赖伊的 Goldendale 储能项目将成为该地区同类项目中规模最大的，能够在长达 20 小时内输出 1,200 兆瓦的电力，相当于在此期间全速运行的约 500 台风力涡轮机。相比之下，全国各地上线的锂离子电池很少能提供超过 100 兆瓦的电力超过 4 小时——如果再多的话，它们就不再具有成本效益了。抽水蓄能水力系统仅受水库规模的限制。

该项目预计将于 2028 年投入使用，也将成为美国几十年来首批新建的抽水蓄能系统之一。其他州的抽水蓄能建设长期因高昂的资本成本、环境问题和其他存储技术的竞争而停滞不前。但随着脱碳的迫切性再次显现，抽水蓄能可能有望卷土重来。

博伊西州立大学能源政策研究所研究员斯蒂芬妮·伦哈特表示：“这与低碳未来相符。这才是这项旨在帮助煤炭和核电站的技术真正令人振奋的地方。”

老即是金

与许多新奇的储能方案不同，抽水蓄能水力发电已经存在了很长时间。事实上，1929 年， 《大众科学》杂志报道了美国第一座此类发电厂，即位于康涅狄格州新米尔福德霍桑托尼克河附近的一座“10 英里长的蓄电池” 。作者惊叹于这座至今仍在运行的发电厂，其储存的能量比当时美国所有汽车电池的储存能量还要多。

如今，美国抽水蓄能发电量超过 22,000 兆瓦，而全速运转的风力涡轮机发电量约为 9,000 台。这些系统大部分建于 20 世纪 70 年代和 80 年代，用于储存过剩的核电。

根据美国能源部 2016 年水电愿景报告，根据可再生能源的增长速度，到 2050 年，这一容量可能会增加一倍以上。仅在过去一年，联邦能源管理委员会就已初步批准增加 30,000 多兆瓦的抽水蓄能容量，其中包括电力匮乏的洛杉矶市提出的一项耗资数十亿美元的提案，该提案旨在将这项技术应用于胡佛大坝。

虽然现在判断其中有多少项目将实际建设还为时过早，但许可证数量的激增可能表明市场正在转变，开始重视包括抽水蓄能在内的能源储存。

美国能源部可再生能源代理副助理部长亚历杭德罗·莫雷诺 (Alejandro Moreno) 表示： “这是我们最近第一次真正看到人们对新型抽水蓄能开发如此关注。我们从监管机构那里听说，他们看到了这些资产的价值。”

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还有其他迹象表明这项技术可能在美国卷土重来。去年年底通过的国家支出法案规定，国会将在未来五年内投入 10 亿美元用于能源储存领域的研发。去年，水力发电公司和环保主义者组成的一个意想不到的联盟甚至表示，抽水蓄能水力开发是他们意见一致的领域之一，尤其是在闭环设计和改造现有水坝的可能性方面。

大多数经典抽水蓄能水力发电系统（如新米尔福德的抽水蓄能系统）都是开环的，这意味着通过该系统抽取的水是从河流和其他自然水源中抽取的。戈尔登代尔和其他近期的提案采用了闭环方法，从而避免了建造成本高昂且破坏环境的水坝的需要。新设计还扩大了适合抽水蓄能发电的地点数量，使下水库可以与上水库连接（见下图）。

橡树岭国家实验室水力技术研究项目负责人布伦南·史密斯表示，尽管未来仍是一个悬而未决的问题，但人们可能对规模较小（不到 1 千兆瓦）的项目很感兴趣，这些项目可以随着时间的推移而扩大规模。橡树岭国家实验室正在资助研究，使抽水蓄能更便宜、用途更广泛。这些研究包括通过将水压入地下并利用由此产生的压力来旋转涡轮机来获取能量的新设计——这种技术可以在像德克萨斯平原这样平坦的地方使用。

能源研究员伦哈特表示，新设计也使抽水蓄能水力发电更能适应不同的电网需求。“它在何时提供电力方面一直非常灵活，但它是一种比以前更加多样化的技术。”

即使采取了这些行动，美国在该领域的发展与其他国家相比也微不足道。例如，中国目前拥有约 40,000 兆瓦的抽水蓄能发电能力，另有 20,000 兆瓦正在建设中，其中包括目前正在北京北部一个山洞中建设的有史以来最大的项目。

深度脱碳

史密斯表示，尽管有这么多创新，抽水蓄能在美国仍然面临财政和政治障碍。这些系统成本高昂，可能需要长达十年的时间才能建成，因此很难吸引投资。尽管新设计有望有所帮助，但地理限制和环境影响仍然存在。例如，戈尔登代尔遭到了雅基马族和环保组织的反对，他们担心该项目会威胁具有重要文化意义的遗址和附近的金雕栖息地。

抽水蓄能还必须与越来越便宜的锂离子电池储能竞争，后者可以安装在任何地方，并提供市场目前看重的短期备用电源。莫雷诺说，即使美国电网越来越多地由风能和太阳能供电，“如果没有提供一定确定性和收入的融资机制，长期储能就不太可能建成。”

然而，伦哈特认为，在可再生能源渗透率达到一定水平（约 80%，具体取决于能源组合）的情况下，电池提供的短期存储不足以支持电网。还有其他新兴技术可以提供长时间的能源存储，例如液流电池，它依靠巨大的电解质罐来提供应急电源，或者绿色氢，它利用多余的可再生能源和水产生无碳燃料。但抽水蓄能是目前唯一可用的长期选择——而且它有一百年的历史可以支持它。

伦哈特说，到那时，我们可能需要抽水蓄能发电在无风低潮期间、夜间或两者同时提供的能力和稳定性。“如果我们现在不开始投资这一点，”她说，“我们在需要的时候就得不到它了。”