在哥伦比亚河峡谷东部金色的山丘上，谢泼兹弗拉特风电场的338台涡轮机随着微风转动，产生足以驱动20万俄勒冈州家庭的电力。
与美国其他正在努力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阵列外，也越来越依赖于风电场。当风吹日晒时，这很棒，但正如任何在西雅图阴雨街道上行走过的人都可以证明的那样，你不能总是指望这一点。为了保证即使在这种不稳定的情况下，也能提供平稳、无碳的电力供应，电网需要大量的能源存储，预测表明该地区需要高达10,000兆瓦的备用储备以实现100%可再生能源目标。
在哥伦比亚河峡谷更下游，距离俄勒冈州波特兰市以东约一百英里处，一座由哥本哈根基础设施伙伴公司（Copenhagen Infrastructure Partners）和Rye Development公司占地650英亩的设施，可以通过利用一个拥有百年历史的技术——抽水蓄能水电，来弥补部分迫在眉睫的存储缺口。
抽水蓄能最初用于储存煤炭和核能产生的多余电力，它利用电网的剩余能量将水从较低的水库抽到较高的水库。当电力公司需要电力时，水流通过水力涡轮机发电。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”），而其他设计则在两个独立的水库之间循环用水（称为“闭环”）。
目前，抽水蓄能占美国23,200兆瓦能源存储容量的约95%。但随着电力消耗和停电事故的升级，将需要更多此类大型和小型项目来支持各州的电网。
如果建成——该项目在开工前需要获得最终许可——哥本哈根和Rye公司的戈尔登代尔能源存储项目将成为该地区同类项目中最大的开发项目，能够持续20小时输出1,200兆瓦的电力，相当于约500台风力涡轮机在此期间全速运转。相比之下，全国各地正在投入使用的锂离子电池很少能提供超过100兆瓦的电力超过四个小时——如果超过这个时长，它们的成本效益就会降低。抽水蓄能系统的限制仅在于水库的大小。
该项目预计将于2028年投入使用，也将是几十年来美国新建的第一个抽水蓄能系统。其他州的建设长期以来因高昂的资本成本、环境担忧以及来自其他存储技术的竞争而停滞不前。但随着脱碳化的紧迫性增强，抽水蓄能有望迎来复兴。
“这符合低碳未来的发展方向，”博伊西州立大学能源政策研究所的研究员Stephanie Lenhart说。“这确实是在振兴这项曾经用于帮助煤炭和核能发电厂的技术。”
老而弥坚
与许多新颖的储能方案不同，抽水蓄能已经存在了很长时间。事实上，在1929年，《Popular Science》曾报道了该国第一个此类工厂，一个位于康涅狄格州纽米尔福德河附近、被称为“10英里储能电池”的设施。作者惊叹于这个至今仍在运行的工厂，其储能能力比当时全国所有的汽车电池的总和还要大。
今天，美国拥有超过22,000兆瓦的抽水蓄能容量，相当于约9,000台风力涡轮机全速运转。其中大多数系统建于20世纪70年代和80年代，用于储存过剩的核能。
根据美国能源部2016年的水电愿景报告，到2050年，这一容量可能会翻一番以上，具体取决于可再生能源的增长速度。仅在过去一年，美国联邦能源管理委员会（FERC）就已为超过30,000兆瓦的额外抽水蓄能容量授予了初步许可证，其中包括洛杉矶市一项数十亿美元的提议，计划在胡佛大坝上增加这项技术，以解决其电力短缺问题。
虽然现在断言这些项目中有多少（如果有的话）会真正建成还为时过早，但许可证的激增可能表明市场正在发生变化，开始重视包括抽水蓄能在内的能源存储。
美国能源部代理可再生能源副助理部长Alejandro Moreno表示：“一段时间以来，我们才真正看到对新的抽水蓄能开发的大量关注。“我们从监管机构那里听到，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会在美国东山再起。随着去年年底通过的国家支出法案，国会在未来五年内投入了十亿美元用于能源存储领域的研究和开发。去年，一个不太可能的水电公司和环保主义者联盟甚至表示，抽水蓄能的开发是他们可以达成共识的领域，尤其是在闭环设计和改造现有大坝的可能性方面。
大多数经典的抽水蓄能系统，如纽米尔福德的那个，都是开环的，这意味着系统泵送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提案采用了闭环方法，避免了昂贵且对环境有害的大坝。较新的设计还将适合抽水蓄能的场地数量扩展到任何可以将较低水库与较高水库连接的地方（见下图）。
橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的水力技术研究项目经理Brennan Smith表示，虽然未来仍是未知数，但可能有很多小型（例如不到1吉瓦）项目会引起关注，这些项目可以随着时间的推移进行扩展。橡树岭国家实验室正在资助研究，以降低抽水蓄能的成本并提高其通用性。这些项目包括利用地下水推压产生压力来驱动涡轮机的新设计——这项技术可以在像德克萨斯州平原这样平坦的地方使用。
能源研究员Lenhart表示，新设计也使抽水蓄能更能适应不同的电网需求。“它在提供电力的时间方面一直非常灵活，但它比以前更加多样化了。”
尽管有这些进展，美国在该领域的开发与世界其他国家相比仍微不足道。例如，中国目前拥有约40,000兆瓦的抽水蓄能容量，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洞穴中建造的史上最大项目。
深度脱碳
Smith表示，尽管存在所有创新，抽水蓄能在美国仍面临财务和政治障碍。这些系统成本高昂，建造周期可能长达十年，难以吸引投资。虽然新设计有望提供帮助，但地理限制和环境影响仍然存在。例如，戈尔登代尔项目遭到了雅基马部落（Yakima Nation）和环保组织的反对，他们担心该项目会威胁到具有文化意义的遗址和附近的金雕栖息地。
抽水蓄能还必须与日益廉价的锂离子电池存储竞争，锂离子电池可以安装在任何地方，并提供市场目前重视的短期备用电源。Moreno表示，即使美国越来越多的电网由风能和太阳能提供动力，“如果没有提供一定确定性和收入的融资机制，长期储能就很难建成。”
然而，Lenhart认为，当可再生能源渗透率达到一定水平（约80%，取决于能源组合）时，电池提供的短期储能将不足以支持电网。还有其他新兴技术可以提供长期能源存储，例如液流电池，它依靠巨大的电解质罐来提供应急电力；或者绿色氢气，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行的长期储能方案——而且它拥有百年历史的支持。
Lenhart说，届时，我们可能需要抽水蓄能能在无风的日子、夜晚或两者兼有时提供的容量和稳定性。“如果我们现在不开始投资，那么当我们真正需要它的时候，我们就没有了。”
