来自分布式能源的挑战：能源生产和储存结合确保电网安全-北极星售电网

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即将到来的新型燃料电池能消除这种权衡利弊的需要，并且使可再生能源并入电网变得更加容易。

随着成本下降以及各国政府和公司力图减少温室气体排放，对太阳能光伏和风力涡轮机的投资正在猛增。然而，来自风和太阳的波动电量威胁着电网的稳定性。当更多的间歇性能源被连接起来，电力便会激增并且崩溃。这增加了电压、电量和交流电频率的变化性。

超过25%的能源产生自可再生能源的德国已经遇到了困难。电压故障会摧毁关键组件并破坏工厂和发电厂设备，从而导致成千上万欧元的损失。利用燃煤电厂维持稳定，又增加了温室气体的排放。

生产和负荷必须得到平衡。3种方法正在实施中：利用实时需求和定价激励举措控制负荷;增加或减少天然气发电厂，以对这种波动供电进行补偿;储存能量。每种都有一些缺点。反复要求减少用电需求会激怒用户，并且可能受到唯利是图的第三方操控。燃气轮机和电池无法提供快速(低于1秒)的大功率响应，也不能长期提供能源。电池容易退化，而且更换费用较高。组合电池则要求很多套电子设备和控制系统。

针对这些情况，美国能源部先进能源研究规划署(ARPA-E)项目负责人John P. Lemmon日前在《自然》杂志上撰文指出，即将到来的新型燃料电池能消除这种权衡利弊的需要，并且使可再生能源并入电网变得更加容易。目前，燃料电池仅被用于产生电和热。其实，它们能通过改进用于储存能源，并且由于材料和设计上的突破，还可产生诸如甲醇等液体燃料。开发拥有一种蓄电池模式的燃料电池是Lemmon所指导项目的一个重点。

Lemmon领导了13个横跨学术界、工业界和国家实验室的项目。他认为，当下研究人员必须证明，燃料电池能执行多种功能，并且仍能高效发电。

来自分布式能源的挑战

来自分布式来源的发电正在迅速扩张。到2040年，美国的太阳能光伏发电量预计将是目前的3倍。然而，传统电网并未被设计用于处理成千上万的小规模多变能源。

可再生能源具有两种间歇性。首先，输出可能时时随机波动。例如，云层会对太阳能电池板投下阴影。其次，输出随着白天和夜晚发生变动，而这是可以预测的。根据加州独立系统运营商的预估，2020年3月一个傍晚，当太阳正在落山而人们纷纷回家时，加州的用电需求在3个小时内将增至13吉瓦。这相当于开启20余座具备600兆瓦发电量的电厂。

当电网被逼到极限时，比如在一座大城市中某个闷热的夏日，减少用电需求的举措通常会被最先部署。在美国，此类“需求响应”能使峰值负荷削减9%。然而，政策上的不确定性让电网系统操作人员在处理电力需求响应时非常棘手。

最新的天然气涡轮机被设计带有缓冲能力，以帮助平衡来自可再生能源的电量输出。它们能快速进入运行状态，而且每分钟能增加数十兆瓦电量。不过，从零开始的话，这仍需要几分钟而不是数秒产生电量。已在转动的涡轮机能在几秒内投入运行，但效率较低、排放量更高，而且在美国，运行成本要高出13%～24%。

利用电池储存电网能量正受到更多关注。能源公司越来越坚信，此类设备在该领域是可行的。相关法规也变得更加有利。加州要求到2020年拥有1.32吉瓦的存储容量，而其公用事业公司已开始购买储存设备。

诸如改进后的风力预测模型等现有技术以及输电基础设施的扩建和其他举措，在并入的可再生能源增加时可能有助于维持电网稳定。不过，拥有超过50%分布式发电的更大电网(数十兆瓦或者更多)是史无前例的。现有技术是否足以支撑此类电网仍然未知。

原标题：专家建议能源生产和储存结合确保电网安全

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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