由于電網(wǎng)運營商們有效運用各種技術(shù)，高比例可再生能源證明他們能夠可靠地提供電力供應(yīng)。

長期以來，許多電力界人士一直認(rèn)為，風(fēng)能和太陽能光伏這兩種隨著時間推移不斷變化的可再生能源，在確?？煽啃缘那疤嵯?，其發(fā)電量在電力供應(yīng)中只可能占幾個百分點而已。但現(xiàn)在仍持這種觀點的人會看到愈來愈多的現(xiàn)實挑戰(zhàn)。

我們看到，通過結(jié)合應(yīng)用五種技術(shù)，德國和其它一些國家正在以高比例的可再生能源為他們的電網(wǎng)提供電力，且效果十分成功。這五種技術(shù)包括：1）在地區(qū)和國家相互連通的電網(wǎng)中充分利用各種發(fā)電資源；2）提高可再生能源發(fā)電的預(yù)報和預(yù)測；3)整合可調(diào)度的可再生能源；4）增加分布式儲能；5）有效利用需求側(cè)管理。

發(fā)電方式的多樣性和互聯(lián)電網(wǎng)

在德國，可再生能源發(fā)電量在2012年發(fā)電總量中占比達23%。在丹麥，可再生能源發(fā)電量在發(fā)電總量中占比甚至達到了驚人的41%，其中僅風(fēng)力發(fā)電的占比就達到了2013年全年發(fā)電總量的33%，當(dāng)年12月單月占比高達54.8%。這兩個國家擁有歐洲最穩(wěn)定的電力供應(yīng)系統(tǒng)，其可靠性比美國電力供應(yīng)體系高出約十倍。

這兩個國家均與兩個或多個鄰國交換電能，幫助平衡風(fēng)力發(fā)電場和光伏不斷變化的電力輸出。比如，當(dāng)?shù)湹娘L(fēng)機發(fā)電量超額時，就會向其他國家出口，發(fā)電量不足時，就從斯堪的納維亞電網(wǎng)進口水電電能。不過，這種電網(wǎng)互聯(lián)可能并不像多數(shù)人想的那么重要。

2013年上半年，處在歐洲電網(wǎng)邊緣的西班牙的可再生能源發(fā)電量占其總發(fā)電量的49%，而與其接壤的葡萄牙的可再生能源發(fā)電量占比達到了驚人的70%（風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電占比分別為29%和30%，不包括水電）。西班牙2013年全年的發(fā)電量中，32% 來自可再生能源（不含水電的30%）、葡萄牙47%的發(fā)電量來自可再生能源（不含水電的44%）。在與英格蘭和威爾士接壤的電力凈輸出國蘇格蘭，40%的發(fā)電量來自可再生能源（不含水電的36%）。

短時期內(nèi)，可再生能源發(fā)電量占比較高的前四位國家，分別可以實現(xiàn)70%、136%、61%、和100%的可再生能源供電。科羅拉多州的 Xcel 能源公司，去年一年的風(fēng)力發(fā)電量就已超過60%。

更高的預(yù)報能力和可預(yù)測性

現(xiàn)代光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電均是已知的最可靠的發(fā)電技術(shù)（從技術(shù)方面看，可用率往往高達98%-99%），但是它們的輸出功率會受時間和天氣的影響而大幅變化。不過，一臺電機不只驅(qū)動一個負(fù)載；所有電機會合在一起為電網(wǎng)服務(wù)，即所有電機整合在一起來驅(qū)動所有負(fù)載。因此，德國電網(wǎng)巨頭公司 RWE 與西門子公司合作，整合各種不同的可再生能源以穩(wěn)定電力輸出。

這種穩(wěn)定和可靠的電力供應(yīng)依靠的是對許多變量的籌劃調(diào)控，所以必須準(zhǔn)確預(yù)報電力輸出的變化。盡管準(zhǔn)確性還有待提高，但是預(yù)報能力的發(fā)展已經(jīng)實現(xiàn)了光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電比電力需求更容易預(yù)測。例如，在一個多暴風(fēng)雨的冬季月份，法國電網(wǎng)運營商報告的全國實際風(fēng)力發(fā)電量與其提前一天預(yù)報的發(fā)電量（見如下圖示）已十分接近。較少的誤差在電能實際調(diào)度上網(wǎng)前的幾個小時內(nèi)也消失了。

整合可調(diào)度的可再生發(fā)電資源

現(xiàn)代化的電網(wǎng)運營正在整合更大范圍內(nèi)的資源。電網(wǎng)運營商從風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電開始，多樣化選擇地點（這樣它們就不會在同一時間遇到同樣的天氣）和資源類型（這樣它們就不會以同樣的方式做出反應(yīng)）。各運營方還會加上其它“可調(diào)度的”、在需要時可以穩(wěn)定供電的各種可再生資源，包括大型和小型水電、幾種新興的海洋能源、能夠依靠儲存的熱能在夜間運行的太陽能熱電廠、地?zé)帷⑷紵纳镔|(zhì)能，生物燃氣，或垃圾（經(jīng)常用于不同裝機容量的聯(lián)合循環(huán)熱電廠，包括燃料電池里的“綠色氣體”或天然氣，或利用余熱進行熱電聯(lián)產(chǎn)）。

增加分布式儲能

另一項關(guān)鍵性靈活資源是分布式發(fā)電設(shè)施的電量儲存 – 如熱（比如冰蓄冷空調(diào)）或電（比如電動汽車的智能充電或用于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的備用電池）。通過更為智能化的電網(wǎng)實現(xiàn)汽車雙向充電，當(dāng)電力極其寶貴時，在不影響駕駛的前提下將一些峰值功率電能從汽車電池中回收回去。特斯拉公司、其它汽車制造商以及多家太陽能開發(fā)商正在研發(fā)這種功能。當(dāng)今世界上最大的電池制造商-特斯拉公司正在憑借其在汽車電池和變頻器領(lǐng)域領(lǐng)先的技術(shù)能力，為建筑物和工廠提供非常高效、可靠和并具經(jīng)濟性的分布式儲能模塊。而且，Sunverge、SolarCity、Solar Grid Storage、Stem等公司，還有更多其它公司正在開始（或已經(jīng)在）提供分布式電能儲存裝置，為太陽能光伏發(fā)電提供有益補充。

有效利用需求側(cè)管理

運營商也可以整合“需求側(cè)響應(yīng)”，控制或影響有特殊用電需求的用戶。你的電網(wǎng)公司以獎金的形式鼓勵你偶爾關(guān)閉一會你的電熱水器；你永遠不會注意到這種“負(fù)荷管理”情況的發(fā)生。許多建筑服務(wù)項目和工業(yè)生產(chǎn)均可使用這種無形的智能化控制，電力需求會變得出奇地靈活，電網(wǎng)也會更靈活。結(jié)合現(xiàn)代化電信、分布式控制智能、透明定價（尤其能夠反映出實時生產(chǎn)和交付成本）以及與高效電能整合等方法，可使需求響應(yīng)能夠管理比人們想象中更大規(guī)模的、也更通用的資源。

需求響應(yīng)的新形式不斷涌現(xiàn)。例如，我的電動汽車充電器可按電網(wǎng)的頻率在每秒零到7千瓦的幅度內(nèi)調(diào)整充電頻率。這種“快速調(diào)整”是很值得的（如果電網(wǎng)會像FERC所說的那樣因為快速調(diào)整而獎勵我），因為我只要每晚對汽車進行充電就可以掙幾美元。

全盤考慮

所有這一切都是可用選項。但是，如果選項不夠的話怎么辦？下一個更加昂貴一點的選項應(yīng)該是大規(guī)模儲能（通過地下巖洞的壓縮空氣、抽水蓄能水力發(fā)電的電能儲存、氫氣或常規(guī)的流體電池）。不過，前面提及的五個歐洲國家還從未出現(xiàn)過需要增加新儲能或備用容量的情況。事實上，新證據(jù)證明了我長期以來的猜測，即大部分或所有可再生電力系統(tǒng)所需的儲能和備用容量可能要少于電網(wǎng)公司為管理大型燃煤電廠和核電廠的發(fā)電間歇而購買的容量。例如，許多電網(wǎng)公司研究分析發(fā)現(xiàn)，主要的風(fēng)力發(fā)電裝置所需的“平衡儲備容量”僅有約5%，甚至更少。而大型熱電站所需的平衡儲備容量是這一數(shù)字的三倍。

隨著更多的國家不斷建造更多的可再生能源發(fā)電設(shè)施，任何限制這一戰(zhàn)略的舉措都會遭受考驗。到目前為止，實踐情況已經(jīng)肯定了分析結(jié)論。國家可再生能源實驗室進行的2011 REFS 研究結(jié)果說明了如何在2050年僅僅以136吉兆（約為可再生能源總發(fā)電量的10%）的額外大容量儲存電能來運營美國80%至90%的可再生能源電網(wǎng)。落基山研究所在“重塑能源”中提出的實現(xiàn)80%可再生能源轉(zhuǎn)換的方案中，所需增加的大容量儲存電能更少，僅為 67 吉兆（占比約為6.3%），這主要是因為該方案中可再生能源發(fā)電設(shè)施的一半是分布式的。

我們讓所有選項相互競爭。例如，正是由于需求側(cè)的資源現(xiàn)在已經(jīng)在美國五分之三的州的電力拍賣會上競標(biāo)，我們就能從市場上更多了解到那些以用戶為中心的、分布式供應(yīng)側(cè)和需求側(cè)的資源能夠在成本最低的情況下，可靠并靈活地提供多少電力。不過，現(xiàn)實情況已證明，長期以來，所謂的可再生能源電力供應(yīng)困難都是虛構(gòu)出來的。

現(xiàn)在全球電力中僅有約6%來自非水電可再生能源發(fā)電設(shè)施。從全球角度看，我們距五個歐洲國家和美國的兩個州可再生能源發(fā)電份額的平均水平仍相距甚遠。不過，可再生能源每年獲得來自世界各地的私人投資高達兩千五百億美元，發(fā)電量達80吉兆，市場很看好這兩個發(fā)展勢頭。2013年，對全球清潔能源的投資額下降了11%，此前2012年，盡管名義投資額也下降了10%，但由于可再生能源的成本下降更快，可再生能源的發(fā)電量增加了6%。

總而言之，自2008年起，世界范圍內(nèi)每年新增發(fā)電量中的一半都是來自可再生能源；太陽能電池的產(chǎn)量比手機產(chǎn)量增加得還快，可能超過2013年風(fēng)力發(fā)電量的增量；而且，根據(jù)彭博新能源財經(jīng)的預(yù)測，太陽能發(fā)電有望在一兩年內(nèi)在全球四分之三的市場上與零售電網(wǎng)的電力競爭。可再生能源發(fā)電革命的第一階段，產(chǎn)量增加已全面展開。接下來是有趣的一個階段，即確保發(fā)展能夠更加協(xié)調(diào)。（盧安武博士，落基山研究所的聯(lián)合創(chuàng)始人、首席科學(xué)家和名譽主席。