关于可再生能源和电网的三个神话被揭穿
可再生能源怀疑论者认为，由于风能和太阳能的可变性，它们不能成为可靠电网的基础。但可再生能源的扩张以及能源管理和存储的新方法可以带来可靠和清洁的电网。
随着风能和太阳能变得越来越便宜，并且它们在发电中所占的份额不断增加，对这些技术的怀疑论者正在传播一些关于可再生能源和电网的神话。这些神话归结为：依赖可再生能源将导致电力供应不可靠。
去年夏天，一些评论家认为，加州停电是由于可再生能源的“间歇性”造成的，而事实上，主要原因是气候变化引起的极端热浪、错误的规划以及缺乏灵活的解决方案。发电来源和充足的电力储存。去年冬天德克萨斯州遭遇严寒时，州长格雷格·阿博特错误地指责风能和太阳能该州发生大规模电网故障，其规模远大于加利福尼亚州。事实上，在 90% 的停电期间，可再生能源的表现超出了电网运营商的预测，而在其余的停电期间，最多只落后于天然气发电厂的十五分之一。相反，其他原因——例如发电厂的耐候性不足以及天然气 因设备冻结而关闭——导致了该州大部分地区的电力短缺。
除了巨型电池之外，还有许多更便宜且无碳的方法来处理可变的可再生能源。
在欧洲，通常的目标是德国，部分原因是其能源转型政策从化石燃料和核能转向高效利用和可再生能源。新当选的德国政府计划加速前者并完成后者，但一些批评者警告说，德国正在“面临可再生能源的极限”。
事实上，完全有可能维持一个基于可再生能源加上其他手段（包括改进的能源管理和存储方法）组合的可靠电力系统。更清楚地了解如何可靠地管理电力供应至关重要，因为气候威胁需要快速转向太阳能和风能等可再生能源。成本大幅下降加速了这一转变——彭博新能源财经估计，太阳能和风能是全球 91% 电力最便宜的来源——但错误信息和神话阻碍了这一转变。
误区一：日益依赖可再生能源的电网是不可靠的电网
俗话说“我们相信上帝；所有其他人都带来数据”，值得一看的是可再生能源水平高的国家的电网可靠性统计数据。最常用于描述电网可靠性的指标是每个客户一年内经历的平均停电持续时间，这一指标被称为“系统平均停电持续时间指数”（SAIDI）。根据这一指标，德国近一半的电力由可再生能源提供，其电网是欧洲乃至世界上最可靠的电网之一。2020年，SAIDI仅为0.25小时在德国。在欧洲，只有列支敦士登（0.08 小时）以及芬兰和瑞士（0.2 小时）表现更好，2020 年欧洲发电量的 38% 为可再生能源（领先于全球的 29%）。由于各种原因，法国（0.35 小时）和瑞典（0.61 小时）等国家对核电的依赖程度要高得多，但表现更差。
美国的可再生能源和核电各占约 20% 的电力，其停电率是德国的五倍——2020 年为 1.28 小时。自 2006 年以来，德国的可再生能源发电份额几乎翻了两番，而其停电率也几乎是德国的两倍。减半。同样，从 2007 年到 2020 年，德克萨斯州的风电装机容量增加了六倍，变得更加稳定。如今，德克萨斯州的风力发电量（约占其总发电量的五分之一）比美国任何其他州都多
误区二：德国等国家必须继续依靠化石燃料来稳定电网并支持风能和太阳能发电
再次强调，官方数据并非如此。从 2010 年（日本福岛核事故前一年）到 2020 年，德国化石燃料发电量减少了 130.9 太瓦时，核发电量减少了 76.3 太瓦时。这些都被可再生能源发电量的增加（149.5太瓦时）和能源节约所抵消，在疫情也导致经济活动减少之前，2019年消耗量减少了38太瓦时。到2020年，德国的温室气体排放量比1990年的水平下降了42.3% ，超过了2007年设定的40%的目标。仅电力部门的二氧化碳排放量就从2010年的3.15亿吨下降到2020年的1.85亿吨。
因此，随着德国可再生能源发电比例稳步增长，电网可靠性得到改善，燃煤和温室气体排放大幅减少。
在日本，福岛多座反应堆熔毁后，40 多个核反应堆永久或无限期关闭，但没有实质性增加化石燃料发电或温室气体排放；尽管政策抑制了可再生能源，但节省的电力和 可再生能源几乎抵消了全部损失。
误区三：由于太阳能和风能只有在有阳光或有风的时候才能产生，因此它们不能成为全年 24/7 供电的电网的基础。
虽然可变输出是一个挑战，但它既不是什么新鲜事，也不是特别难以管理。没有任何一种发电厂一年 365 天、每天 24/7 都在运行，而运营电网总是需要随时管理需求的变化。即使没有太阳能和风能（它们往往在不同的时间和季节可靠地工作，从而不太可能出现短缺），所有电力供应也会有所不同。
水资源供应的季节性变化以及日益严重的干旱减少了水力发电大坝的发电量。核电站必须关闭以补充燃料或进行维护，而大型化石燃料和核电站通常在大约 7% 到 12% 的时间内停止运行，有的甚至更多。燃煤电厂的燃料供应可能会因火车脱轨或桥梁故障而中断。出于安全原因，核电站或机组可能会意外关闭，2007 年至 2009 年日本最大的核电站也是如此。2019 年，法国每座核电站平均因“计划”或“被迫”关闭 96.2 天。不可用。” 增加到115.5 天2020 年，法国核电站的发电量还不到理论上的 65%。与预期和实际表现相比，人们甚至可以说核电是法国2020年最不稳定的电力来源。
气候和天气相关因素导致核电站多次中断，在过去十年中，中断频率增加了七倍。即使通常稳定的核输出也可能突然而持久地失效，例如福岛灾难后的日本，或 2003 年区域停电后的美国东北部，这次停电引发了突然关闭，导致 9 座反应堆在几天内几乎没有发电，并需要近两年的时间才能发电。几周才能恢复满负荷输出。
在欧洲，通常的目标是德国，部分原因是其能源转型政策。
因此，所有的能源都会在某个时候变得不可用。管理电网必须应对这一现实，就像应对波动的需求一样。大量可再生能源的涌入并不会改变这一现实，即使它们处理可变性和不确定性的方式正在发生变化。现代电网运营商强调多样性和灵活性，而不是名义上稳定但灵活性较差的“基荷”发电来源。多元化的可再生能源投资组合不会像大型火力发电站那样大规模、持久或不可预测地失败。
大多数有关可再生能源的讨论都集中在电池和其他电力存储技术上，以减轻可变性。这并不奇怪，因为电池正在迅速变得更便宜并且得到广泛应用。与此同时，具有多样化属性的新型存储技术不断涌现；美国能源部全球储能数据库列出了30种已经部署或正在建设的储能系统。与此同时，除了巨型电池之外，还有许多其他更便宜的无碳方法来处理可变的可再生能源。
首先也是最重要的是能源效率，这会减少需求，特别是在高峰使用期间。效率更高的建筑物需要更少的供暖或制冷，并且温度变化更慢，因此它们可以依靠自身的热容量滑行更长时间，从而以更少的能源维持舒适度，尤其是在高峰负荷期间。
第二种选择是需求灵活性或需求响应，其中公用事业公司对那些在要求时降低用量的电力客户进行补偿——通常是自动且不知不觉的——帮助平衡供需。最近的一项研究发现，如果积极追求有效的需求响应，美国具有 200 吉瓦经济高效的负载灵活性潜力，到 2030 年可以实现这一潜力。事实上，加州最近的短缺带来的最大教训可能是更加认识到需求响应的必要性。面对过去两个夏天的挑战，加州公用事业委员会制定了紧急减负荷计划，以早期的需求响应工作为基础。
一些证据表明存在更大的潜力：对 2050 年德克萨斯州电网的每小时模拟发现，随着太阳能输出减弱和家庭负载激增，八种类型的需求响应可以消除傍晚电力需求的急剧上升。例如，目前可用的冰蓄冷技术通常在夜间使用成本较低的电力和较冷的空气来冻结水，然后在炎热的日子里使用冰来冷却建筑物。这减少了空调的电力需求，并节省了资金，部分原因是用于供暖或制冷的存储容量比存储电力便宜得多。同样，在不改变驾驶模式的情况下，当电力更加充足、价格实惠且可再生时，许多电动汽车可以进行智能充电。
所有的能源都会在某个时候变得不可用。
随着可再生能源发电的增加，稳定电网的第三个选择是地理和技术的多样性——陆上风电、海上风电、太阳能电池板、太阳能热发电、地热能、水力发电、燃烧市政或工业或农业废物。这个想法很简单：如果这些能源中的一个在某一特定时间没有在某个地点发电，那么其他能源很可能会发电。
最后，某些形式的存储，例如电动汽车电池，如今已经很经济。模拟显示，建筑物中的冰蓄冷空调，再加上 96% 的时间都停放的电动汽车电网的智能充电，可以使德克萨斯州在 2050 年能够使用 100% 可再生电力，而无需巨型电池。
举个更棘手的例子，欧洲冬季的“黑暗低迷”通常被认为需要数月的电池存储才能建立全可再生电网。然而，德国和比利时顶级电网运营商发现，欧洲只需要一到两周的可再生备用燃料，仅提供冬季发电量的 6%，这并不是一个巨大的挑战。
底线很简单。电网可以以零或适度的成本处理更大比例的可再生能源，这一点早已众所周知。一些水电很少或没有的欧洲国家已经从可再生能源获得约一半到四分之三的电力，其电网可靠性比美国更好。现在是打破这些神话的时候了。
关于可再生能源和电网的三个神话被揭穿
可再生能源怀疑论者认为，由于风能和太阳能的可变性，它们不能成为可靠电网的基础。但可再生能源的扩张以及能源管理和存储的新方法可以带来可靠和清洁的电网。
随着风能和太阳能变得越来越便宜，并且它们在发电中所占的份额不断增加，对这些技术的怀疑论者正在传播一些关于可再生能源和电网的神话。这些神话归结为：依赖可再生能源将导致电力供应不可靠。
去年夏天，一些评论家认为，加州停电是由于可再生能源的“间歇性”造成的，而事实上，主要原因是气候变化引起的极端热浪、错误的规划以及缺乏灵活的解决方案。发电来源和充足的电力储存。去年冬天德克萨斯州遭遇严寒时，州长格雷格·阿博特错误地指责风能和太阳能该州发生大规模电网故障，其规模远大于加利福尼亚州。事实上，在 90% 的停电期间，可再生能源的表现超出了电网运营商的预测，而在其余的停电期间，最多只落后于天然气发电厂的十五分之一。相反，其他原因——例如发电厂的耐候性不足以及天然气 因设备冻结而关闭——导致了该州大部分地区的电力短缺。
除了巨型电池之外，还有许多更便宜且无碳的方法来处理可变的可再生能源。
在欧洲，通常的目标是德国，部分原因是其能源转型政策从化石燃料和核能转向高效利用和可再生能源。新当选的德国政府计划加速前者并完成后者，但一些批评者警告说，德国正在“面临可再生能源的极限”。
事实上，完全有可能维持一个基于可再生能源加上其他手段（包括改进的能源管理和存储方法）组合的可靠电力系统。更清楚地了解如何可靠地管理电力供应至关重要，因为气候威胁需要快速转向太阳能和风能等可再生能源。成本大幅下降加速了这一转变——彭博新能源财经估计，太阳能和风能是全球 91% 电力最便宜的来源——但错误信息和神话阻碍了这一转变。
误区一：日益依赖可再生能源的电网是不可靠的电网
俗话说“我们相信上帝；所有其他人都带来数据”，值得一看的是可再生能源水平高的国家的电网可靠性统计数据。最常用于描述电网可靠性的指标是每个客户一年内经历的平均停电持续时间，这一指标被称为“系统平均停电持续时间指数”（SAIDI）。根据这一指标，德国近一半的电力由可再生能源提供，其电网是欧洲乃至世界上最可靠的电网之一。2020年，SAIDI仅为0.25小时在德国。在欧洲，只有列支敦士登（0.08 小时）以及芬兰和瑞士（0.2 小时）表现更好，2020 年欧洲发电量的 38% 为可再生能源（领先于全球的 29%）。由于各种原因，法国（0.35 小时）和瑞典（0.61 小时）等国家对核电的依赖程度要高得多，但表现更差。
美国的可再生能源和核电各占约 20% 的电力，其停电率是德国的五倍——2020 年为 1.28 小时。自 2006 年以来，德国的可再生能源发电份额几乎翻了两番，而其停电率也几乎是德国的两倍。减半。同样，从 2007 年到 2020 年，德克萨斯州的风电装机容量增加了六倍，变得更加稳定。如今，德克萨斯州的风力发电量（约占其总发电量的五分之一）比美国任何其他州都多
误区二：德国等国家必须继续依靠化石燃料来稳定电网并支持风能和太阳能发电
再次强调，官方数据并非如此。从 2010 年（日本福岛核事故前一年）到 2020 年，德国化石燃料发电量减少了 130.9 太瓦时，核发电量减少了 76.3 太瓦时。这些都被可再生能源发电量的增加（149.5太瓦时）和能源节约所抵消，在疫情也导致经济活动减少之前，2019年消耗量减少了38太瓦时。到2020年，德国的温室气体排放量比1990年的水平下降了42.3% ，超过了2007年设定的40%的目标。仅电力部门的二氧化碳排放量就从2010年的3.15亿吨下降到2020年的1.85亿吨。
因此，随着德国可再生能源发电比例稳步增长，电网可靠性得到改善，燃煤和温室气体排放大幅减少。
在日本，福岛多座反应堆熔毁后，40 多个核反应堆永久或无限期关闭，但没有实质性增加化石燃料发电或温室气体排放；尽管政策抑制了可再生能源，但节省的电力和 可再生能源几乎抵消了全部损失。
误区三：由于太阳能和风能只有在有阳光或有风的时候才能产生，因此它们不能成为全年 24/7 供电的电网的基础。
虽然可变输出是一个挑战，但它既不是什么新鲜事，也不是特别难以管理。没有任何一种发电厂一年 365 天、每天 24/7 都在运行，而运营电网总是需要随时管理需求的变化。即使没有太阳能和风能（它们往往在不同的时间和季节可靠地工作，从而不太可能出现短缺），所有电力供应也会有所不同。
水资源供应的季节性变化以及日益严重的干旱减少了水力发电大坝的发电量。核电站必须关闭以补充燃料或进行维护，而大型化石燃料和核电站通常在大约 7% 到 12% 的时间内停止运行，有的甚至更多。燃煤电厂的燃料供应可能会因火车脱轨或桥梁故障而中断。出于安全原因，核电站或机组可能会意外关闭，2007 年至 2009 年日本最大的核电站也是如此。2019 年，法国每座核电站平均因“计划”或“被迫”关闭 96.2 天。不可用。” 增加到115.5 天2020 年，法国核电站的发电量还不到理论上的 65%。与预期和实际表现相比，人们甚至可以说核电是法国2020年最不稳定的电力来源。
气候和天气相关因素导致核电站多次中断，在过去十年中，中断频率增加了七倍。即使通常稳定的核输出也可能突然而持久地失效，例如福岛灾难后的日本，或 2003 年区域停电后的美国东北部，这次停电引发了突然关闭，导致 9 座反应堆在几天内几乎没有发电，并需要近两年的时间才能发电。几周才能恢复满负荷输出。
在欧洲，通常的目标是德国，部分原因是其能源转型政策。
因此，所有的能源都会在某个时候变得不可用。管理电网必须应对这一现实，就像应对波动的需求一样。大量可再生能源的涌入并不会改变这一现实，即使它们处理可变性和不确定性的方式正在发生变化。现代电网运营商强调多样性和灵活性，而不是名义上稳定但灵活性较差的“基荷”发电来源。多元化的可再生能源投资组合不会像大型火力发电站那样大规模、持久或不可预测地失败。
大多数有关可再生能源的讨论都集中在电池和其他电力存储技术上，以减轻可变性。这并不奇怪，因为电池正在迅速变得更便宜并且得到广泛应用。与此同时，具有多样化属性的新型存储技术不断涌现；美国能源部全球储能数据库列出了30种已经部署或正在建设的储能系统。与此同时，除了巨型电池之外，还有许多其他更便宜的无碳方法来处理可变的可再生能源。
首先也是最重要的是能源效率，这会减少需求，特别是在高峰使用期间。效率更高的建筑物需要更少的供暖或制冷，并且温度变化更慢，因此它们可以依靠自身的热容量滑行更长时间，从而以更少的能源维持舒适度，尤其是在高峰负荷期间。
第二种选择是需求灵活性或需求响应，其中公用事业公司对那些在要求时降低用量的电力客户进行补偿——通常是自动且不知不觉的——帮助平衡供需。最近的一项研究发现，如果积极追求有效的需求响应，美国具有 200 吉瓦经济高效的负载灵活性潜力，到 2030 年可以实现这一潜力。事实上，加州最近的短缺带来的最大教训可能是更加认识到需求响应的必要性。面对过去两个夏天的挑战，加州公用事业委员会制定了紧急减负荷计划，以早期的需求响应工作为基础。
一些证据表明存在更大的潜力：对 2050 年德克萨斯州电网的每小时模拟发现，随着太阳能输出减弱和家庭负载激增，八种类型的需求响应可以消除傍晚电力需求的急剧上升。例如，目前可用的冰蓄冷技术通常在夜间使用成本较低的电力和较冷的空气来冻结水，然后在炎热的日子里使用冰来冷却建筑物。这减少了空调的电力需求，并节省了资金，部分原因是用于供暖或制冷的存储容量比存储电力便宜得多。同样，在不改变驾驶模式的情况下，当电力更加充足、价格实惠且可再生时，许多电动汽车可以进行智能充电。
所有的能源都会在某个时候变得不可用。
随着可再生能源发电的增加，稳定电网的第三个选择是地理和技术的多样性——陆上风电、海上风电、太阳能电池板、太阳能热发电、地热能、水力发电、燃烧市政或工业或农业废物。这个想法很简单：如果这些能源中的一个在某一特定时间没有在某个地点发电，那么其他能源很可能会发电。
最后，某些形式的存储，例如电动汽车电池，如今已经很经济。模拟显示，建筑物中的冰蓄冷空调，再加上 96% 的时间都停放的电动汽车电网的智能充电，可以使德克萨斯州在 2050 年能够使用 100% 可再生电力，而无需巨型电池。
举个更棘手的例子，欧洲冬季的“黑暗低迷”通常被认为需要数月的电池存储才能建立全可再生电网。然而，德国和比利时顶级电网运营商发现，欧洲只需要一到两周的可再生备用燃料，仅提供冬季发电量的 6%，这并不是一个巨大的挑战。
底线很简单。电网可以以零或适度的成本处理更大比例的可再生能源，这一点早已众所周知。一些水电很少或没有的欧洲国家已经从可再生能源获得约一半到四分之三的电力，其电网可靠性比美国更好。现在是打破这些神话的时候了。