在今年1月27日-2月2日的這一周，美國東部和中部地區遭遇極度嚴寒的惡劣天氣，幾乎所有可以運行的發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查：那就是如果電網完全依賴可再生能源供電，那將會發生什么？需要部署多少容量的電池儲能系統來保持正常供電？

根據電力生產和需求的數據，他們展示了采用100%可再生能源構成的電網，一半電力來自風能，一半電力來自太陽能，如果沒有足夠的風能或太陽能完全為電網供電，那么意味著需要部署大量的儲能系統來滿足高需求。

“需要在更多地方部署更多電池儲能系統。”調研機構Wood Mackenzie Power＆Renewables公司研究主管Wade Schauer表示。他是該調查報告的共同撰寫人。

“很多”是多少？

Schauer的調查分析表明，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在內的電網，其所需要的儲能裝機容量將從目前的約11GW增加到277.9GW。這大約是Wood Mackenzie公司預測2040年美國儲能裝機容量的兩倍。

部署儲能系統是解決電力難題的關鍵，而美國實施綠色新政的城市、州和支持者都在談論在幾十年內實現采用100%的可再生能源的目標。但是需要對電網進行改造，以滿足最熱和最冷天氣的需求，這項任務將涉及風力、太陽能、儲能，以及州際輸電線路的大量建設。

電力系統的發展演將是時斷時續的過程，隨著化石燃料逐漸被淘汰，風能、太陽能和儲能的發展速度與不斷變化的經濟和技術因素密切相關。Wood Mackenzie公司的調查者將極度嚴寒事件期間的電力供應的表現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

分析報告指出，完全采用風能和太陽能的電網需要為風力和太陽能不足的時候做好準備。

在1月27日-2月2日極度嚴寒的這一周，分析師測試了采用50％的風力、50％的太陽能的電網，認為將有長達18小時的電力缺口，其中可再生能源沒有產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進行補充。

電網必須設計成在可用時最好地利用風能和太陽能，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，這是當今大多數電力系統管理方式的根本轉變。

“在現代電網中，所有先進技術都致力滿足更多靈活性的各級需求。”監管援助項目負責人、緬因州公用事業監管機構工作人員David Littell說。電網運營商必須提供相應的電力來滿足不斷變化的電力需求。雖然化石燃料發電廠可以根據需要增加或減少，但太陽能發電和風力發電的可控性較低，這就是儲能系統成為采用太陽能和風能的電網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。然而，現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的項目。其他類型的儲能系統包括壓縮空氣儲能系統、飛輪儲能和多種類型的熱儲能。

Schauer指出，為了滿足需求，儲能技術的進步將不僅僅是電池，還可能包括尚未開發的技術。

他認為，到2040年，盡管政策變化和技術進步將得以正確結合，實現向無碳電網的全面過渡。但很難想象在2030年綠色新政的時間框架內如何實現這一目標。

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公司制定的目標。

可行性是斯坦福大學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100%采用可再生能源是一個令人欽佩的目標，但在政治上難以實現。他認為到2030年可能達到80％的可再生能源，然后很快就會達到100％，這更加現實。

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%可再生電力系統最具挑戰性的部分。為了應對風能、太陽能和儲能的大幅增長，當地社區需要愿意在輸電線路上建設這些項目。

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

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

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

利用核電將降低儲能需求

除了對采用風力發電和太陽能發電的電網進行預測分析之外，Schauer和調查報告的合著者Brett Blankenship還分析了風能和太陽能的其他混合發電的情況，以及現有的核電站是否可以成為混合發電一部分。

通過考慮核電廠的作用，該報告涉及環境倡導者之間的爭論，其中一些人因擔心安全和浪費希望關閉所有核電廠。還有一些人卻認為，核電是向無碳電網邁進的一個重要組成部分。

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

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

該方案采用的可再生能源電網，其中包括裝機容量為575GW的公用事業規模太陽能發電設施（根據Wood Mackenzie的分析，目前為34GW）和裝機容量為194GW的風力發電設施（目前為47.8GW）。核電的裝機容量為58.2GW。

雖然調查報告重點關注了今年年初的寒冷幾天運行情況，但Schauer也根據2018年的所有數據進行了此類分析，包括夏季熱浪期間。這些教訓是相似的，強調了實現清潔電網的艱巨性。

他說：“當采用一整年的時間來推斷的時候，這將變得更具挑戰性。”