北美风很大。如果美国和加拿大有足够的风力涡轮机，仅靠风力就能满足他们所有的电力需求，甚至还有盈余。太阳能也是如此，甚至有更大的电力盈余。美国西南部沙漠的阳光足以满足全国的电力需求——超过20倍。但这两个来源都具有固有的不稳定性：风力减弱，云层出现，且几乎没有预兆。此外，风往往在夜间吹得更猛烈，而此时的电力需求是最低的。
根据美国能源部的数据，当太阳能或风能等间歇性能源达到一个地区总能源产量的约20%时，平衡供需就变得极具挑战性：有时轮流停电可能不可避免。其他地方也存在同样的问题，尤其是在德国，由于慷慨的补贴，大量的光伏发电能力涌现。
曾参与研究加州电力供应情况的诺贝尔物理学奖得主伯顿·里希特（Burton Richter）告诉《纽约时报》博客作者安德鲁·雷夫金（Andrew Revkin），由于间歇性，公用事业公司需要保留化石燃料燃烧发电厂作为后备，以便在需要时快速增加发电量。里希特告诉雷夫金，这种被称为大规模负载跟踪的方法“只能用天然气来实现”。
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当然，如果加州的风力低迷持续数天，加州可以像往常一样在州际市场上购买电力。关于可以实现大量电力从东海岸到西海岸传输的覆盖整个大陆的超级电网的提议，部分基于“风总是在某个地方吹”的理念。此外，使电网更加智能化也会有所帮助，这样用户在动态定价的提示下，可以在能源充足时购买所需的能源，并在成本上升时减少用电量。
然而，专家们越来越怀疑，即使是超级电网或智能电网，也足以覆盖风能和太阳能的间歇性。他们说，解决方案必须包括存储大量的能量以供以后使用。理想情况下，美国可以建造一个非常巨大的电池，一切就解决了。但我们谈论的是千兆瓦（数十亿瓦）的电力，而这样的电池将非常昂贵，至少以目前的技术来说是这样。
幸运的是，存在两种已经成熟且经济可行的大规模储能方式，并且一些更具未来感的储能方式也很有希望——正如我在《大众科学》2012年3月刊的《聚集风力》一文中所描述的那样。这两种技术不如媒体通常喜欢报道的技术那么引人注目——正如一家在线贸易期刊所说，它们显然“更像是摩登原始人，而不是杰森一家”。其中一种涉及将水抽到山上，另一种涉及压缩空气。
抽水蓄能设施由两个水库组成，它们之间的高度差很大。当有多余电力时，电动泵将水从较低的水库抽到较高的水库中，从而以重力势能的形式储存能量。当风能和太阳能减弱或根本无法满足需求时，操作员会让水向下流过涡轮机，从而发电。在压缩空气设施中，多余的电力将空气泵入地下洞穴，然后以高压释放以转动涡轮机。
抽水蓄能已使用了几十年，以平衡美国大型电网上的负荷。美国消费者使用的电力中约有2.5%流经了其中一个发电厂。在欧洲，这个比例是4%，在日本是10%。但是，随着越来越多的风能和太阳能上线，北美电网需要多少存储容量才能保持可靠性？
这个问题很难准确回答。“这非常复杂，”HDR Engineering, Inc. 的高级副总裁里克·米勒（Rick Miller）说，该公司建造抽水蓄能设施。不同的可再生能源组合在输出特性上可能差异很大，有些更容易与需求匹配，而另一些则更难。例如，新墨西哥州的光伏电池板会在附近的城镇最需要的时候可靠地输出电子——也就是空调开启的时候。对于风能来说，情况比较复杂。
加利福尼亚州帕洛阿尔托电力研究所的哈雷什·卡马斯（Haresh Kamath）表示，许多因素将决定需要多少存储。人们想要多大比例的可再生能源？他们愿意为此支付多少费用？他们愿意忍受多少传输？他们可能会使用哪种负载？以及他们准备接受什么水平的可靠性？卡马斯说：“很多人对如何回答这些问题有不同的看法，而且我们很可能会在世界不同地区的不同时间对这个问题得出不同的答案。”
了解问题的规模会有所帮助。美国平均每时每刻消耗约 500 吉瓦的电力——大致相当于 5 亿个烤面包机或吹风机同时插上电源。其中略低于 20% 的能量来自核能，核能实际上已经不产生碳排放，另外几个百分点来自传统的水力发电，除了是绿色能源之外，它也没有间歇性问题。需要脱碳（想想：燃煤电厂）并且最终可能成为间歇性的电力供应部分，那么就是剩下的 80%，大约 400 吉瓦。
如果所有电力都来自风能，而且风力在所有地方同时减弱，那么原则上，美国将需要 400 吉瓦的后备电力。但这种最坏的情况至少看起来不太可能发生。
相反，据美国能源部能源存储项目负责人伊姆雷·吉尤克（Imre Gyuk）称，许多电网运营商和公用事业公司都认为，一个好的经验法则是，典型的可再生能源组合将需要约 20% 的存储备份。对于我们平均 400 吉瓦的可再生能源电力，20% 将相当于 80 吉瓦。这很多，相当于 80 座核电站，但也许并非遥不可及。美国已经拥有超过 20 吉瓦的抽水蓄能容量，而且该行业正在考虑将这一数字翻一番的提议。
然而，发电能力只是故事的一方面。储能系统的额定值不仅取决于其功率，即它们可以多快地产生能量（以吉瓦为单位测量），还取决于它们存储的总能量（以吉瓦时为单位测量）。一个能量容量为 1 吉瓦，只能供电 10 分钟的设施不会很有帮助；在理想世界中，它可以供电 100 小时，从而存储 100 吉瓦时。建造类似于现有抽水蓄能设施的新设施可能会有所帮助，但在风力最长、最严重的低迷期除外。对于这些最坏的情况，我们可能仍然不得不为轮流停电做好准备。
当然，这种简单的计算也假设了当前的消费水平。我们如何为将来应该驾驶的所有电动汽车提供动力？
现在由化石燃料驱动的经济部门的电气化——特别是如果混合动力汽车或全电动汽车成为主要的交通工具——确实会大幅增加电力消耗。幸运的是，为了平衡负载，这个问题会在一定程度上自行解决，因为大多数人会在夜间为汽车充电，并会使用智能电表，使他们能够在电力充足且价格便宜时用电。
可再生能源的间歇性正在成为电力系统脱碳的最大障碍。幸运的是，这个问题似乎是可以解决的。