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編者按：美國100%可再生能源構(gòu)成的電網(wǎng)，一半電力來自風(fēng)能，一半電力來自太陽能，如果沒有足夠的風(fēng)能或太陽能完全為電網(wǎng)供電，那么意味著需要部署大量的儲能系統(tǒng)來滿足高需求。

在今年1月27日-2月2日的這一周，美國東部和中部地區(qū)遭遇極度嚴(yán)寒的惡劣天氣，幾乎所有可以運(yùn)行的發(fā)電廠都受到了低溫的影響。

能源分析師為此開展一個具有意義的調(diào)查：那就是如果電網(wǎng)完全依賴可再生能源供電，那將會發(fā)生什么？需要部署多少容量的電池儲能系統(tǒng)來保持正常供電？

“需要在更多地方部署更多電池儲能系統(tǒng)。”調(diào)研機(jī)構(gòu)Wood Mackenzie Power＆Renewables公司研究主管Wade Schauer表示。他是該調(diào)查報告的共同撰寫人。

“很多”是多少？

Schauer的調(diào)查分析表明，包括美國新英格蘭、紐約州、大西洋中部、中西部和南部部分地區(qū)在內(nèi)的電網(wǎng)，其所需要的儲能裝機(jī)容量將從目前的約11GW增加到277.9GW。這大約是Wood Mackenzie公司預(yù)測2040年美國儲能裝機(jī)容量的兩倍。

部署儲能系統(tǒng)是解決電力難題的關(guān)鍵，而美國實施綠色新政的城市、州和支持者都在談?wù)撛趲资陜?nèi)實現(xiàn)采用100%的可再生能源的目標(biāo)。但是需要對電網(wǎng)進(jìn)行改造，以滿足最熱和最冷天氣的需求，這項任務(wù)將涉及風(fēng)力、太陽能、儲能，以及州際輸電線路的大量建設(shè)。

電力系統(tǒng)的發(fā)展演將是時斷時續(xù)的過程，隨著化石燃料逐漸被淘汰，風(fēng)能、太陽能和儲能的發(fā)展速度與不斷變化的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)因素密切相關(guān)。Wood Mackenzie公司的調(diào)查者將極度嚴(yán)寒事件期間的電力供應(yīng)的表現(xiàn)作為主要分析的一部分，并從廣義上說明了不同選擇的后果。

需要的不僅僅是電池儲能系統(tǒng)

分析報告指出，完全采用風(fēng)能和太陽能的電網(wǎng)需要為風(fēng)力和太陽能不足的時候做好準(zhǔn)備。

在1月27日-2月2日極度嚴(yán)寒的這一周，分析師測試了采用50％的風(fēng)力、50％的太陽能的電網(wǎng)，認(rèn)為將有長達(dá)18小時的電力缺口，其中可再生能源沒有產(chǎn)生足夠的電力來滿足電力需求，所以需要通過部署儲能系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充。

電網(wǎng)必須設(shè)計成在可用時最好地利用風(fēng)能和太陽能，并在這些資源提供的電力超過供電需求時存儲多余的電力，這是當(dāng)今大多數(shù)電力系統(tǒng)管理方式的根本轉(zhuǎn)變。


“在現(xiàn)代電網(wǎng)中，所有先進(jìn)技術(shù)都致力滿足更多靈活性的各級需求。”監(jiān)管援助項目負(fù)責(zé)人、緬因州公用事業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)工作人員David Littell說。電網(wǎng)運(yùn)營商必須提供相應(yīng)的電力來滿足不斷變化的電力需求。雖然化石燃料發(fā)電廠可以根據(jù)需要增加或減少，但太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的可控性較低，這就是儲能系統(tǒng)成為采用太陽能和風(fēng)能的電網(wǎng)重要組成部分的原因。

由于電池價格暴跌，目前儲能部署的大部分增長都來自電池儲能系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有的大部分儲能容量都來自抽水蓄能，并且大多是幾十年前開發(fā)的項目。其他類型的儲能系統(tǒng)包括壓縮空氣儲能系統(tǒng)、飛輪儲能和多種類型的熱儲能。

Schauer指出，為了滿足需求，儲能技術(shù)的進(jìn)步將不僅僅是電池，還可能包括尚未開發(fā)的技術(shù)。

他認(rèn)為，到2040年，盡管政策變化和技術(shù)進(jìn)步將得以正確結(jié)合，實現(xiàn)向無碳電網(wǎng)的全面過渡。但很難想象在2030年綠色新政的時間框架內(nèi)如何實現(xiàn)這一目標(biāo)。

這是可以解決的問題

更重要的一點是，這樣的過渡是可以完成的，并且符合美國各州和地方政府和公用事業(yè)公司制定的目標(biāo)。

可行性是斯坦福大學(xué)Stanford University教授Mark Jacobson研究的一個重點，他研究了可再生能源和儲能如何提供美國所需的所有能源。

他說，到2030年實現(xiàn)100%采用可再生能源是一個令人欽佩的目標(biāo)，但在政治上難以實現(xiàn)。他認(rèn)為到2030年可能達(dá)到80％的可再生能源，然后很快就會達(dá)到100％，這更加現(xiàn)實。

他說，“這是一個可以解決的問題。”他表示，由于迫切需要減少導(dǎo)致氣候變化的碳排放量，這一問題必須得到解決。


Schauer說，地方政府的政策可能是快速建立100%可再生電力系統(tǒng)最具挑戰(zhàn)性的部分。為了應(yīng)對風(fēng)能、太陽能和儲能的大幅增長，當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)需要愿意在輸電線路上建設(shè)這些項目。

美國州際電力線路是將電力從擁有豐富太陽能和風(fēng)能資源的地方輸送到人口中心的關(guān)鍵。隨著太陽能發(fā)電場和風(fēng)力發(fā)電場的建設(shè)，將需要更多的電力線路。

他說：“我并不是要說實現(xiàn)這些都是不可能的，但要在短時間內(nèi)實現(xiàn)這一目標(biāo)還面臨一些基本的挑戰(zhàn)，主要是由于各地的鄰避效應(yīng)（NIMBY），這可能導(dǎo)致反對建設(shè)新的輸電線路。”

另一個重要因素是管理電力需求，Wood Mackenzie報告中沒有對此進(jìn)行討論。但David Littell表示，一些最有前景的清潔電網(wǎng)運(yùn)營方式涉及利用儲能技術(shù)在高峰期減少需求，并在電力供應(yīng)緊張時讓企業(yè)停電，提高能源效率也起著重要作用。

利用核電將降低儲能需求

除了對采用風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電的電網(wǎng)進(jìn)行預(yù)測分析之外，Schauer和調(diào)查報告的合著者Brett Blankenship還分析了風(fēng)能和太陽能的其他混合發(fā)電的情況，以及現(xiàn)有的核電站是否可以成為混合發(fā)電一部分。

通過考慮核電廠的作用，該報告涉及環(huán)境倡導(dǎo)者之間的爭論，其中一些人因擔(dān)心安全和浪費希望關(guān)閉所有核電廠。還有一些人卻認(rèn)為，核電是向無碳電網(wǎng)邁進(jìn)的一個重要組成部分。

Wood Mackenzie公司的分析表明，繼續(xù)使用核電站將極大地減少風(fēng)力、太陽能和儲能系統(tǒng)的使用量，以實現(xiàn)電網(wǎng)不再采用化石燃料電力的目標(biāo)。例如，如果沒有采用核電，所需的儲能裝機(jī)容量為277.9GW，而采用核電只需要228.9GW的儲能裝機(jī)容量。

Schauer說：“如果人們的目標(biāo)是脫碳減排，那么采用核電可以更快地實現(xiàn)。”

該方案采用的可再生能源電網(wǎng)，其中包括裝機(jī)容量為575GW的公用事業(yè)規(guī)模太陽能發(fā)電設(shè)施（根據(jù)Wood Mackenzie的分析，目前為34GW）和裝機(jī)容量為194GW的風(fēng)力發(fā)電設(shè)施（目前為47.8GW）。核電的裝機(jī)容量為58.2GW。

雖然調(diào)查報告重點關(guān)注了今年年初的寒冷幾天運(yùn)行情況，但Schauer也根據(jù)2018年的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行了此類分析，包括夏季熱浪期間。這些教訓(xùn)是相似的，強(qiáng)調(diào)了實現(xiàn)清潔電網(wǎng)的艱巨性。

他說：“當(dāng)采用一整年的時間來推斷的時候，這將變得更具挑戰(zhàn)性。” 

原標(biāo)題：美國實現(xiàn)100％可再生能源目標(biāo)需要多少儲能容量？