由于電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商們有效運(yùn)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(zhǎng)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(shí)間推移不斷變化的可再生能源，在確?？煽啃缘那疤嵯拢浒l(fā)電量在電力供應(yīng)中只可能占幾個(gè)百分點(diǎn)而已。但現(xiàn)在仍持這種觀點(diǎn)的人會(huì)看到愈來愈多的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
我們看到，通過結(jié)合應(yīng)用五種技術(shù)，德國(guó)和其它一些國(guó)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(guó)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(bào)和預(yù)測(cè)；3)整合可調(diào)度的可再生能源；4）增加分布式儲(chǔ)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(guó)，可再生能源發(fā)電量在2012年發(fā)電總量中占比達(dá)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(dá)到了驚人的41%，其中僅風(fēng)力發(fā)電的占比就達(dá)到了2013年全年發(fā)電總量的33%，當(dāng)年12月單月占比高達(dá)54.8%。這兩個(gè)國(guó)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(guó)電力供應(yīng)體系高出約十倍。
這兩個(gè)國(guó)家均與兩個(gè)或多個(gè)鄰國(guó)交換電能，幫助平衡風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和光伏不斷變化的電力輸出。比如，當(dāng)?shù)湹娘L(fēng)機(jī)發(fā)電量超額時(shí)，就會(huì)向其他國(guó)家出口，發(fā)電量不足時(shí)，就從斯堪的納維亞電網(wǎng)進(jìn)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(dá)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(guó)蘇格蘭，40%的發(fā)電量來自可再生能源（不含水電的36%）。
短時(shí)期內(nèi)，可再生能源發(fā)電量占比較高的前四位國(guó)家，分別可以實(shí)現(xiàn)70%、136%、61%、和100%的可再生能源供電?？屏_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(bào)能力和可預(yù)測(cè)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(dá)98%-99%），但是它們的輸出功率會(huì)受時(shí)間和天氣的影響而大幅變化。不過，一臺(tái)電機(jī)不只驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載；所有電機(jī)會(huì)合在一起為電網(wǎng)服務(wù)，即所有電機(jī)整合在一起來驅(qū)動(dòng)所有負(fù)載。因此，德國(guó)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(duì)許多變量的籌劃調(diào)控，所以必須準(zhǔn)確預(yù)報(bào)電力輸出的變化。盡管準(zhǔn)確性還有待提高，但是預(yù)報(bào)能力的發(fā)展已經(jīng)實(shí)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(cè)。例如，在一個(gè)多暴風(fēng)雨的冬季月份，法國(guó)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商報(bào)告的全國(guó)實(shí)際風(fēng)力發(fā)電量與其提前一天預(yù)報(bào)的發(fā)電量（見如下圖示）已十分接近。較少的誤差在電能實(shí)際調(diào)度上網(wǎng)前的幾個(gè)小時(shí)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(yùn)營(yíng)正在整合更大范圍內(nèi)的資源。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商從風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電開始，多樣化選擇地點(diǎn)（這樣它們就不會(huì)在同一時(shí)間遇到同樣的天氣）和資源類型（這樣它們就不會(huì)以同樣的方式做出反應(yīng)）。各運(yùn)營(yíng)方還會(huì)加上其它“可調(diào)度的”、在需要時(shí)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?jī)?chǔ)存的熱能在夜間運(yùn)行的太陽能熱電廠、地?zé)?、燃燒的生物質(zhì)能，生物燃?xì)?，或垃圾（?jīng)常用于不同裝機(jī)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(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)）。
增加分布式儲(chǔ)能
另一項(xiàng)關(guān)鍵性靈活資源是分布式發(fā)電設(shè)施的電量?jī)?chǔ)存 – 如熱（比如冰蓄冷空調(diào)）或電（比如電動(dòng)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(shí)現(xiàn)汽車雙向充電，當(dāng)電力極其寶貴時(shí)，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(jì)性的分布式儲(chǔ)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(chǔ)存裝置，為太陽能光伏發(fā)電提供有益補(bǔ)充。
有效利用需求側(cè)管理
運(yùn)營(yíng)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(jiǎng)金的形式鼓勵(lì)你偶爾關(guān)閉一會(huì)你的電熱水器；你永遠(yuǎn)不會(huì)注意到這種“負(fù)荷管理”情況的發(fā)生。許多建筑服務(wù)項(xiàng)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(huì)變得出奇地靈活，電網(wǎng)也會(huì)更靈活。結(jié)合現(xiàn)代化電信、分布式控制智能、透明定價(jià)（尤其能夠反映出實(shí)時(shí)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(dòng)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(huì)像FERC所說的那樣因?yàn)榭焖僬{(diào)整而獎(jiǎng)勵(lì)我），因?yàn)槲抑灰客韺?duì)汽車進(jìn)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(xiàng)。但是，如果選項(xiàng)不夠的話怎么辦？下一個(gè)更加昂貴一點(diǎn)的選項(xiàng)應(yīng)該是大規(guī)模儲(chǔ)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(chǔ)存、氫氣或常規(guī)的流體電池）。不過，前面提及的五個(gè)歐洲國(guó)家還從未出現(xiàn)過需要增加新儲(chǔ)能或備用容量的情況。事實(shí)上，新證據(jù)證明了我長(zhǎng)期以來的猜測(cè)，即大部分或所有可再生電力系統(tǒng)所需的儲(chǔ)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(gòu)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(chǔ)備容量”僅有約5%，甚至更少。而大型熱電站所需的平衡儲(chǔ)備容量是這一數(shù)字的三倍。
隨著更多的國(guó)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(huì)遭受考驗(yàn)。到目前為止，實(shí)踐情況已經(jīng)肯定了分析結(jié)論。國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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?jī)?chǔ)存電能來運(yùn)營(yíng)美國(guó)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(shí)現(xiàn)80%可再生能源轉(zhuǎn)換的方案中，所需增加的大容量?jī)?chǔ)存電能更少，僅為 67 吉兆（占比約為6.3%），這主要是因?yàn)樵摲桨钢锌稍偕茉窗l(fā)電設(shè)施的一半是分布式的。
我們讓所有選項(xiàng)相互競(jìng)爭(zhēng)。例如，正是由于需求側(cè)的資源現(xiàn)在已經(jīng)在美國(guó)五分之三的州的電力拍賣會(huì)上競(jìng)標(biāo)，我們就能從市場(chǎng)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(shí)情況已證明，長(zhǎng)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(gè)歐洲國(guó)家和美國(guó)的兩個(gè)州可再生能源發(fā)電份額的平均水平仍相距甚遠(yuǎn)。不過，可再生能源每年獲得來自世界各地的私人投資高達(dá)兩千五百億美元，發(fā)電量達(dá)80吉兆，市場(chǎng)很看好這兩個(gè)發(fā)展勢(shì)頭。2013年，對(duì)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(jī)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(cái)經(jīng)的預(yù)測(cè)，太陽能發(fā)電有望在一兩年內(nèi)在全球四分之三的市場(chǎng)上與零售電網(wǎng)的電力競(jìng)爭(zhēng)。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(gè)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(yù)主席。
