我们在创造可再生能源方面做得很好——但我们没有实际利用可再生能源的基础设施

上周，一些罕见的积极环保消息进入公众视野：美国能源信息署 (Energy Information Administration) 称，去年新增的大型发电设施中，近一半使用可再生能源。该政府机构报告称，2017 年新增的 25 千兆瓦发电容量中，约有 12 千兆瓦来自清洁能源，另外还有 3.5 千兆瓦的小型太阳能，如屋顶太阳能电池板。

这份报告还带来了另一条能源方面的好消息：去年关闭的几乎所有发电厂都使用化石燃料作为能源。其中大多数发电厂使用的是煤炭，而煤炭被公认为碳含量最高的燃料类型。好消息不断涌现。我们应该预计这一趋势会持续下去，因为该机构报告称，电力公司计划在 2018 年淘汰近 10 千兆瓦的煤电。

大量优质清洁能源正在向我们涌来。但我们准备好了吗？许多专家认为，如果没有适当的基础设施，我们可能无法捕获和运输这些新设施能够提供的所有能源。

问题的根源在于我们获取清洁能源的方式。与化石燃料发电厂不同，风能和太阳能是间歇性能源。如果风力不够强或云层太多（或日食），电力供应可能无法满足需求。相反，如果有强风或持续的阳光，供应量可能会超过捕获和使用的能力。

研究人员正在试图解决的一个问题是所谓的限电。当可再生能源供应量过大（可能来自一系列超级晴朗的日子）时，供应量超过了将电力从发电厂输送到插座的输电线路的容量，就会发生这种情况。

美国国家可再生能源实验室 2017 年风电削减研究的作者之一珍妮·乔根森 (Jennie Jorgenson) 表示：“我们现在可以利用现有的输电基础设施，但现有的基础设施在建造时并没有考虑到不断变化的能源格局。”

在报告中，NREL 的研究人员模拟了风能为美国西部提供 37% 所需电力的情景，并分析了增加风能消耗的可行性。（2016 年的最新估计显示，全国风能消耗量为 5.5%）“我们没有发现系统内有这么多风能会带来任何可靠性问题，”Jorgenson 说。“但如果不扩大输电能力，我们观察到大量风能削减。”这意味着产生的风能并没有真正用到任何地方。它本质上是“浪费的可再生能源”，因为这种能源必须来自化石燃料。

德克萨斯州是风能发电能力最强的州，为了解决该州的弃风问题，公共事业委员会几年前斥资 70 亿美元建造了输电线路系统。该系统被称为竞争性可再生能源区 (CREZ)，横跨该州 3,600 英里，从风力强劲的西部延伸到人口较多的东部和中部地区，输送的电力足以为大约 1,700 户家庭供电。

德克萨斯大学奥斯汀分校能源研究所的博士后研究员 Joshua Rhodes 表示：“如果我们不建设 CREZ，德克萨斯州就不会拥有这么多的风能。”但与此同时，Rhodes 指出，该系统从一开始就远非完美。输电基础设施几乎无法跟上全州新风力发电场的发电量。项目完工后不久，输电线路就处于满负荷状态。（尽管那只是深夜，那时风力最大，发电量最多。）

但 Rhodes 指出了解决这个问题的一个可能方法。“在炎热的夏天，没有风的时候，阳光会大量照射到地面，”他说。“夏天输电线上有足够的空间来输送太阳能。它们具有互补的生产特性，所以我们在白天使用太阳能，晚上使用风能——它们实际上很少同时生产。”

这种双重功能的 CREZ 基础设施可能会非常有用。据太阳能产业协会称，该州的太阳能发电量正在快速增长，预计未来五年将增长近 5,000 兆瓦。在全国范围内，动态电网模拟等新技术通过全天调整供需，帮助提高了可再生能源的使用率。

但基础设施中还缺少另一件重要的东西：廉价的存储设备。“真正能够在相同输电量下实现更多可再生能源发电的是廉价的电池存储，”Rhodes 说。“这样，当风能和太阳能发电时，你就可以在线路上输送电力，而当风能和太阳能发电时，你可以给电池放电。”

大型电池存储是目前较新的存储解决方案之一。研究人员认为，与过去的其他清洁能源存储解决方案相比，大型电池存储是一种更可行的解决方案。例如，抽水蓄能自 20 世纪初就已存在，但它未能证明自己是实用的或经济的。在这种类型的存储中，利用涡轮机产生的多余电力，将水从低海拔水库抽出并储存在高海拔水库中。当水通过涡轮机流回时，就会产生电能。

乔治梅森大学科学、技术与创新政策中心主任戴维·哈特表示：“挑战在于你需要特定的地理位置。”再加上环保问题和建设水电站的漫长审批程序，建造新设施变得更加困难。

哈特说，电池也更加灵活。首先，它们可以充当可靠的备用电源。如果发生停电，电池可以快速启动以进行补偿。上个月，在澳大利亚，特斯拉制造的巨型锂离子电池在发电厂发生意外故障后，在几分之一秒内帮助恢复了该国电网的电力。电池还可以储存额外的能量。如果在风能或太阳能发电高峰期间有过剩电力，电池可以储存所有能量以备将来使用。这样一来，电池本质上既是发电厂，也是电力的最终用户。

但目前，这种双重功能并不适合当前能源网系统的设置方式，哈特说。你要么是其中之一（最终用户或发电厂），而电池则兼具两者。

在美国没有任何国家气候和可再生能源政策的情况下，好消息是存储技术的价格正在下降，使其成为一种更经济可行的解决方案。电网规模的电池使用与电动汽车电池相同的技术，受益于相同的规模经济。“电动汽车越多，电池价格就越低，”哈特说。

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