上周，一些罕见的好环保消息被公之于众：根据美国能源信息署的数据，去年安装的几乎一半新建大型电力发电设施都使用了可再生能源。该政府机构报告称，2017年总计安装的25吉瓦电力容量中，约有12吉瓦来自清洁能源，此外还有3.5吉瓦的小型太阳能，如屋顶太阳能电池板。
这项报告与另一项能源好消息相呼应：去年关闭的几乎所有发电厂都以化石燃料为能源来源。其中大部分发电厂使用的是煤炭，煤炭被广泛认为是碳排放最密集型的燃料。好消息还在继续。我们应该期待这一趋势持续下去，因为该机构报告称，电力公司计划在2018年淘汰近10吉瓦的燃煤发电。
因此，将有大量清洁能源涌入。但我们准备好了吗？许多专家认为，如果没有合适的配套基础设施，我们可能无法捕获和输送这些新装置所能提供的所有能源。
问题的根源在于我们接收清洁能源的方式。与化石燃料发电厂不同，风能和太阳能是间歇性能源。如果风不够强劲，或者云层太多（或者发生日食），电力供应可能无法满足需求。反之，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。
研究人员正在努力解决的一个问题被称为弃风限电。当可再生能源供应量过大（可能是由于连续多日的晴朗天气）时，供应量就会超过将电力从发电厂输送到您家插座的输电线路的容量。
“目前我们可以勉强应付现有的输电线路基础设施，但现有的基础设施并非考虑到不断变化的能源格局而建，”国家可再生能源实验室2017年一项关于风电弃风限电的研究的作者之一Jennie Jorgenson说。
在该报告中，NREL的研究人员模拟了一个场景，即风能占美国西部所需电力的37％，并分析了增加风能消耗的可行性。（2016年最新的估计显示，全国风能消耗占5.5％。）“Jorgenson说，‘在这种情况下，我们没有发现系统中的大量风力存在可靠性问题。’‘但如果没有扩大输电能力，我们会观察到大量风力弃风限电。’”这意味着生产的风能实际上无处可用。这基本上是“浪费的可再生能源”，因为这些能源必须来自化石燃料。
为了解决德克萨斯州（拥有任何州中最多的风力发电能力）的弃风限电问题，公共事业委员会几年前建造了一个价值70亿美元的输电线路系统。该系统被称为竞争性可再生能源区（CREZ），横跨3600英里，从西部的风力区延伸到该州人口更稠密的东部和中部地区，输送的电力足以满足约170万户家庭的需求。
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说：“如果我们没有建 CREZ，德克萨斯州的风能就不会这么多。”但同时，Rhodes指出，这个系统从一开始就不完美。输电线路基础设施几乎无法跟上全州新风力发电场的发电量。该项目完成后不久，输电线路就满负荷运行。（尽管那只是在晚上，当风最强劲、发电量最高的时候。）
但Rhodes指出了一个可能的解决方案。“在那些刮风不大的炎热夏日，阳光会照射到地面上，”他说。“夏季，那些输电线路有大量空间可以接入太阳能。它们的生产特性是互补的，所以白天我们使用太阳能，晚上使用风能——它们很少同时发电。”
根据太阳能产业协会的数据，这种双重功能的CREZ基础设施可能会非常有用。该州太阳能发电量增长迅速，预计在未来五年内将增长近5000兆瓦。全国范围内，诸如动态电网模拟之类的新技术通过全天候调整供需，已帮助提高了可再生能源的使用率。
但是，还缺少一个重要的基础设施：廉价的储能设备。“真正能够让现有输电线路承载更多可再生能源的，是廉价的电池储能，”Rhodes说。“这样，您就可以在风能和太阳能发电时将电力沿着线路输送，在它们不发电时，可以从电池中放电。”
大规模电池储能是目前较新的储能解决方案之一。而且，研究人员认为，这比过去其他清洁能源储能解决方案更可行。例如，抽水蓄能自20世纪初以来一直存在，但未能证明其功能性或经济性。在这种储存方式中，利用涡轮机的多余电力，将水从低处的储水池泵入高处的储水池。当水通过涡轮机流回时，它会产生电力。
乔治梅森大学科技创新政策中心主任David Hart说：“挑战在于，您需要一种特定的地理位置。”再加上环境问题和建造水电站的长审批流程，新建设施变得更加困难。
Hart还说，电池更灵活。首先，它们可以作为可靠的备用电源。在停电的情况下，电池可以快速启动以进行补偿。上个月，在澳大利亚，特斯拉建造的一个巨大的锂离子电池在一家发电厂发生意外故障后，在瞬间帮助恢复了澳大利亚电网的电力。电池还可以储存多余的能量。如果在风能或太阳能发电高峰期有多余的电力，电池可以储存所有这些能量以备将来使用。这样，电池就兼具了终端用户和发电厂的功能。
但Hart说，目前这种双重功能不符合当前电网系统的设置方式。您要么是终端用户，要么是发电厂，而电池两者都是。
在美国缺乏任何全国性的气候和可再生能源政策的情况下，好消息是储能技术的成本正在下降，使其成为更经济可行的解决方案。电网级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，电池的价格就越低，”Hart说。
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