時刻準備著！可再生能源應對極端天氣挑戰(zhàn)

編譯 | 孫一琳

1月28日起，來自北極的一股強大寒流席卷美國中西部地區(qū)。連日來，超過1.4億人口受到影響，政府、企業(yè)、學校、交通等運營幾乎停滯。全美有22個州的最低溫度低于零下18℃，足以在短短5分鐘內導致裸露的皮膚凍傷。極寒天氣對電力的供應提出了非常嚴苛的要求。傳統(tǒng)電網(wǎng)應對極寒天氣沒有出現(xiàn)重大的中斷失誤或電價飆升等情況。某些化石燃料倡導者借此宣揚煤炭對美國能源安全的重要性，并質疑可再生能源的可靠性。100%可再生能源能否應對極端天氣的挑戰(zhàn)、避免電力系統(tǒng)陷入困境呢？

斯坦福大學土木與環(huán)境工程學教授馬克·雅各布森（Mark Jacobson）給出了肯定的答案：“冰島就是一個很好的例子。作為較早實現(xiàn)100%可再生能源的國家，該國的電力系統(tǒng)很好地適應了本國極端多變的天氣。即使由于環(huán)境、人口等因素，冰島的能源模式不能被完全復制，但其成功可以證明，只要前期準備充分，可再生能源完全能經(jīng)受惡劣天氣的考驗?！?/p>

以下是新能源公司總結的在面對極端天氣時可以采取的措施，以及一些推動未來電網(wǎng)更加綠色低碳的途徑。

建立系統(tǒng)互聯(lián)

能源專家表示，所有能源形式都會受天氣影響，這是不爭的事實。冬季，風電機組在極端低溫下會關閉；積雪會影響太陽能電池板吸收光能；戶外存儲的煤炭資源經(jīng)常會在冬季結冰；低壓會導致管道不能正常輸送天然氣。在極端高溫的情況下，煤炭和核電站用于冷卻的水溫度過高，電站就必須停運。

因此電力系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)需要建立起對應的聯(lián)系。受極地渦旋影響的地區(qū)，其電網(wǎng)運營商PJM公司和大陸獨立系統(tǒng)運營商MISO為應對極寒天氣采取了相應的措施，如提醒運營商推遲日常維護、暫停維護中斷等，以便必要時電力公司可以在高峰期不中斷運行。

電網(wǎng)系統(tǒng)的互聯(lián)性也能調動足夠的電力。地方自立協(xié)會（the Institute of Local Self-Reliance）的約翰·法雷爾認為：“現(xiàn)有的輸電網(wǎng)絡加強了各地區(qū)的聯(lián)系，可以按需供電，更合理地調配電力，降低聯(lián)合系統(tǒng)的最大負荷。因此，即使極地渦旋影響廣泛，影響較小的附近其他地區(qū)也能夠向受災中心輸送電量?！贝送猓娋W(wǎng)能夠通過高壓傳輸在不同地區(qū)之間輸送電力，這就可以容納更多的風電和光伏電力，提高可再生能源占比。

創(chuàng)新供熱模式

美國能源信息署（Energy Information Administration）稱，在受渦旋影響的地區(qū)，居民和商業(yè)供暖都使用天然氣作為主要燃料。1月30日，由于嚴寒，天然氣消耗量創(chuàng)下歷史新高。

雅各布森認為可以使用新模式為各區(qū)提供一個完全穩(wěn)定的可再生能源供暖系統(tǒng)，用來取代天然氣。在夏天使用太陽能熱泵加熱水，將熱水儲存在水坑或者地下井中，這些熱量可以儲存長達6個月。他補充道：“即使電力中斷也沒有關系，因為熱量已經(jīng)儲存起來了?！痹诘?，這種供熱模式得到了實踐。The Drake Landing Solar Community（DLSC）公司位于加拿大的類似小型項目也取得了成功。雅各布森表示：“很多地方都在進行此類的嘗試，并且已經(jīng)取得一些成效，所以我們希望能夠大規(guī)模地推廣這一供熱模式。”

發(fā)展分布式能源

在全球變暖的情況下，人類會面臨很多問題，包括極地渦旋、熱浪、颶風等層出不窮的極端天氣。分散的電源能夠確保我們不會把所有雞蛋都放在一個籃子里。法雷爾說：“分布式發(fā)電電源布局在用電需求端，擁有越多分布式能源，電網(wǎng)系統(tǒng)就會有越強的恢復能力?！?/p>

DLSC公司在加拿大采取的創(chuàng)新供熱模式模型圖

雅各布森說：“波多黎各有11個月沒有供應電力，這是因為那里只有10個集中式化石燃料發(fā)電廠，而不是分散的風能和太陽能發(fā)電廠?！?/p>

咨詢公司W(wǎng)ood Mackenzie發(fā)布了一份關于極地渦旋期間各種能源性能的報告，并提出分布式技術將有助于減少峰值負荷，降低電網(wǎng)公司儲能的需求。

研究儲能技術

儲能技術的進一步升級將有助于電網(wǎng)應對突發(fā)情況。該咨詢公司的報告預測，100%可再生能源電力需要約18到40小時的電力儲備，才能順利應對類似1月30日的極地渦旋。但現(xiàn)階段的技術只負擔得起幾個小時的能源儲備。法雷爾說：“長效儲能技術正在迅速發(fā)展。目前來看，在能源存儲技術的研究上投入大量資源可能不是很劃算，但從長遠來看，還是非常有必要的?！?/p>

鼓勵客戶降低需求

極寒天氣期間，企業(yè)和學校的關閉大大地降低了能源需求量。一家位于明尼蘇達州的天然氣公司聯(lián)系了所有客戶，希望客戶把恒溫器的溫度調低，這樣就能維持基本供暖。

法雷爾說：“我們今后可以做的是，鼓勵顧客做好準備，這樣他們就會因自己的行為得到相應的獎勵。已有一些公共事業(yè)公司在炎熱的夏天提供這樣的項目?！?/p>

提高可再生能源可靠性

目前，隨著氣溫的升高，太陽能轉化效率會逐漸降低，可存儲電量也會減少。即使配備除冰技術，風力發(fā)電機組也不能在低于零下30℃的溫度下運轉。我們需要研發(fā)新技術，使太陽能面板和風電機組在運行過程中能承受更極端的環(huán)境變化，提供更可靠的可再生能源電力。

（編譯自sierraclub網(wǎng)站）