如何应对可再生能源的波动

 

        可再生能源的波动性增加了发电和需求的双重不确定性，如何科学应对，是摆在人们面前的重大难题。目前，大致有两种解决方法。一种方法是，找到一种巧妙的策略，使得人们对能源的需求随着风能和太阳能供应量的增减而增减(即“需求管理”)。另一种更简单的方法是，储存多余的能源，以便在需求高峰期使用，比如，美国特斯拉公司在澳大利亚建造的锂离子超级电池，就是很直观的例子。

 

        作为全球最大的锂离子电池，它能同时为3万户家庭供电，可以应对澳大利亚南部地区的一系列停电事故。但特斯拉的锂离子超级电池不乏局限性。它所容纳的能量能够应对单日内的供需失衡，若要应对一个月或一个季度的能量波动时，其制造成本就过于高昂，这也是实现100%可再生能源发电的最大障碍。因此，可再生能源的储存设备，不仅要能存储数月之久，其成本也要控制在合理范围内。

 

        水力发电

 

        水力发电有着较为可靠的储存技术，而且具有较好的发展前景。水库是储存雨水的巨型设施，当用电需求达到顶峰时，可以通过发电涡轮机释放。一些水电站也可以利用非高峰时段的多余能量将水抽上坡，以备下一次通过动力涡轮机运行。这种抽水蓄能技术占据了全球电能储存的绝大部分份额，而且仍有很大的发展空间。

 

        如今，这项技术在全球各地重新流行起来。过去十年中，我国的储水能力增加了一倍多，并计划再翻一番。技术升级，使得那些缺少充足水资源或地理位置不具优势的地方也能实施，例如，澳大利亚正在评估一个大型沿海工厂，通过将海水提升到邻近高原上的水库（海拔约260米）来储存电力。

 

        但是，由于其他环境因素的存在，水力发电的储存方案极为复杂。毕竟大部分水要用来维持河流生态系统、灌溉作物以及满足城市日常用水等。此外，居民的迁移、兴修水利也是大工程。

 

        电转气技术

 

        目前来看，比较有希望的解决方案是迅速改进技术，将剩余电能转化为可燃氢、甲烷，甚至合成柴油燃料，以实现大容量存储。

 

        电转气技术是使用电力将水分解成氢气和氧气。氢气作为清洁能源，有着广阔的应用前景，比如驱动车辆和工业锅炉等。氢气还可以被压缩送入天然气管道，输往大型储存地，以备能源需求高峰期使用。氢气甚至可以进一步与二氧化碳反应，生成的甲烷可替代地下天然气。

 

        一些专家并不赞成电转气技术，他们认为用于电解水的电解槽，效率低且价格高（是电池的好几倍）。但电转气技术的支持者认为，这项技术应用于长期储能时，经济预算会更低。比如，随着储存量的增加，储电电池成本也不断增加，储存两倍的电量就需要两倍的电池容量，而储存两倍的气体只需要增加设备运行时间即可，因此，储存量越多，电解槽的经济优势就越明显。如果以100%可再生能源发电所需的储存量来计算，电解槽的成本就远低于储电电池。

 

        区域间共享能源

 

        采用区域间共享能源，也是应对可再生能源波动的一种方式。毕竟，风总是喜欢停留在一个地方，没有风的地方则可能阳光充沛。如果能够实现风能和太阳能的跨地域运输，那么就可减少能源的储存量。

 

        这需要更高效的超级电网。利用常规交流电源线的完整横截面，传输高压直流，可以降低传输过程中遇到的电阻。在数千千米的传输中，超级电网以较小的损失传输较大的电能。

 

        我国已经建立了一系列大规模的输电线路，以供应沿海大城市的用电需求。目前，我国即将完成的一项输电工程，西起新疆，东至安徽，全长3324千米，输送电压等级提升到1100千伏，输送容量增至1200万千瓦，是目前世界上输送距离最远、电压等级最高、输送容量最大、技术水平最先进的特高压直流输电工程。这将使我国西北部闲置的风能、太阳能发电厂恢复运行。

 

        特高压技术的完善，也提高了建立全球超级电网的可能性。届时，可再生能源将更稳定、更廉价、更充足。不过，对于洲际超级电网来说，更大的挑战一方面来自地缘文化差异，另一方面来自民众的抵制。

 

        2013年，德国电网监管机构批准了三条高压直流输电线路，以平衡北海风能与德国南部太阳能的分布不均。然而迫于民众压力，德国政府不得不将电缆改铺在地下，时间点也从原计划的2022年推迟到2025年。

 

        2015年，一项研究表明，欧洲通过增进邻国间的相互协作即可实现100%可再生能源发电，从而无须构建超级电网。但是这样做会增加能源消耗，而且也面临当地居民的反对。

 

        民众的反对，加上技术、经济上的挑战，使得实现0100％可再生能源发电的目标更艰难，但是许多科学家的态度依然乐观。支持者一如既往地持有信心，而不少反对者也在转变思想。

 

        需求管理

 

        可再生能源发电的波动性给电网运营商带来了巨大的挑战，这要求电网运营商必须不断平衡供需。随着可再生能源占比的不断提升，这个挑战将愈发严峻。

 

        虽然天然气发电会排放二氧化碳，但是可以根据需求随时调整发电量。如果放弃天然气而选择可再生能源发电，那么我们将如何应对供应量骤减的问题？

 

        一种被称为“需求管理”的解决方案，成本最低。它要求在某些时刻调节能源需求以保持电网平衡。英国国家电网等运营商激励企业在需求高峰期削减使用量，或者在供应激增时提高产量，但这个过程越来越复杂。

 

        如今，智能系统和机器学习技术，使电网运营商能够巧妙地调整与网络相连的各种住宅设备。未来，当可再生能源运行时，越来越多的设备将自动激活；当可再生能源不运行时，它们将自动关闭。

 

        需求管理对于消费者而言，其实是无关紧要的，但对电网来说大有裨益。既然我们已经掌握了所需要的技术，只要用创新方法来实现就可以。