【ITIF】为什么风能和太阳能需要天然气-一种现实的方法来改变(英)

近日，信息技术与创新基金会（Information Technology and Innovation Foundation, ITIF）发布了一份名为《为什么风能和太阳能需要天然气：改变的现实方法》的报告。该报告由Robin Gaster撰写，发表于2024年9月。报告深入探讨了风能和太阳能作为清洁能源的不稳定性，以及为何在可预见的未来，天然气在能源转型中扮演着不可或缺的角色。报告指出，尽管风能和太阳能的增长迅速，但它们的不稳定性要求我们寻找可靠的能源解决方案，而天然气正是应对这一挑战的关键。报告中提出了一系列具有深刻见解的关键点，包括对季节性能源储存技术的评估、天然气在能源转型第二阶段的作用，以及对未来电网的长期战略和实施建议。这份报告为理解清洁能源未来的发展方向提供了宝贵的视角和丰富的信息。

随着全球能源结构的转型，风能和太阳能作为清洁能源的代表，正逐步取代化石燃料，成为电力供应的主力军。然而，这两种能源的不稳定性也给电力系统的稳定运行带来了挑战。《为什么风能和太阳能需要天然气：一种现实的方法来改变》这份报告，深入探讨了这一问题，并提出了一系列解决方案。

首先，报告指出，风能和太阳能的快速增长正在迅速取代电网中的煤炭，但它们是更加不稳定的能源。随着电网对这两种能源的依赖加深，电网的可靠性可能会降低。季节性的能源存储技术，如氢能、抽水蓄能和压缩空气储能，并不是现实的选择。更多的核能可以减少规模，但不能解决问题。只有天然气可以保证在绿色转型期间的可靠性。

报告中提到，监管机构必须帮助天然气从始终在线的基础负荷电力转变为通常处于关闭状态的容量保险。现有的联合循环电厂和单循环峰值电厂可以做到这一点，如果它们被运营（和资助）来这样做的话。

此外，报告还强调了发展季节性储能技术的重要性。由于这些技术在未来几十年内都不会部署，美国能源部（DOE）有时间解决这些技术的整个创新周期，现在应该专注于早期阶段的研发。

报告中的数据揭示了一个严峻的现实：到2050年，即使在95%的电力来自风能和太阳能的情况下，天然气仍将占发电量的16%。这表明，尽管风能和太阳能的份额将显著增加，但天然气在电力系统中仍将发挥关键作用。

报告还提出了一个观点，即在能源转型的过程中，可能会出现电力过剩的情况。这并不会立即导致停电，但当风能和太阳能被“削减”（电网以任何价格拒绝）时，这会减少投资者建设更多风能和太阳能的激励。就像机票一样，如果太阳能能源在生产时没有被出售（或储存），它就会损失100%的价值。

对于这种能源的不稳定性，一种明显的解决方案是储存能源，以便在能源稀缺时使用。美国能源部已经定义了长时储能（LDES）为10小时以上的电力储存，这是现有4小时电池市场的一个步骤，也超出了即将到来的8小时电池市场的可能。

报告中还提到，为了解决这种长期能源储存的挑战，我们需要考虑各种技术选项。例如，抽水蓄能（PHS）是一种成熟的储能技术，它依赖于水的潜在重力能量。然而，PHS面临着规模挑战，建造或扩大大坝的受欢迎程度从未像现在这样低。

氢能储能被认为是解决长期储能问题的主要解决方案。氢能具有重要优势：它可以大规模生产，可以无限期地储存，燃烧时不会产生污染，而且可以通过绿色能源或核能电解产生，不会产生排放。然而，氢能也有明显的缺点。关键的是，电力转化为氢能再转化为电力的往返效率只有大约40%。

压缩空气储能（CAES）是另一种潜在的解决方案。与PHS不同，它对环境影响最小，不需要淹没土地和筑坝。与氢能相比，泄漏不会产生不利的环境后果，而效率更高。它使用类似的地质结构（即盐穴或含水层）在地下储存大量压缩空气。

报告最后指出，解决VRE带来的挑战需要一个长期的解决方案。目前，美国能源部（DOE）的大多数活动都集中在比季节性储存更短的持续时间上，而且没有一个中央枢纽或机构支柱专注于季节性储存和更长时间。

这篇文章的灵感来自于《为什么风能和太阳能需要天然气：一种现实的方法来改变》这份报告。除了这份报告，还有一些同类型的报告，也非常有价值，推荐阅读，这些报告我们都收录在同名星球，可以自行获取。

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