研究表明，大规模储能将增加美国电力系统总排放量

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点

由于风能和太阳能等可再生能源技术并非总是在我们需要时产生能量，因此人们经常认为，在电力系统完全过渡到可再生能源之前，我们必须将风能和太阳能储存在大型电池或其他形式的电网储能中。储能被誉为将释放可再生能源并使其能够与不可再生能源充分竞争的“圣杯”。

虽然毫无疑问储能可以帮助将可再生能源与电网整合，但罗切斯特理工学院的埃里克·希廷格和卡内基梅隆大学的伊内斯·阿泽维多最近的一项研究表明，如果今天安装大规模储能，它很可能会增加美国电力系统的总排放量，因为它通常会存储来自化石燃料而非可再生能源产生的电力。

那么这里发生了什么？一方面，储能是可再生能源的“圣杯”。另一方面，专家表示储能可能会增加排放。在这篇文章中，我将解释储能如何影响电力系统的总排放量，以及为什么研究人员说储能在短期内可能对排放不利。

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与传统的发电厂不同，大多数形式的储能不会产生任何现场排放。传统的抽水蓄能或新兴的电池系统没有烟囱或燃烧。相反，电网储能的大部分排放是由储能对更广泛电网的上游和下游影响造成的。

储能的关键应用之一是在电力需求和批发电力市场价格较低时充电，然后在电力需求高峰和批发价格较高时放电。由于储能电站以低价购买电力，然后以高价出售电力，因此它会积累收入，这些收入可用于偿还其前期资本成本。

以这种方式运行的储能电站对总排放的影响取决于哪些类型的发电厂开启以满足储能电站充电引起的新增需求，以及储能电站放电时抵消哪些类型的发电机。如果储能用风能充电并抵消煤炭，那肯定对排放有利。如果它用煤炭充电并抵消天然气，那么它肯定对排放不利。但哪种情况最有可能发生呢？

希廷格和阿泽维多的研究的目的是预测哪些发电机将被用于为储能充电，以及哪些发电机将在储能放电时被抵消。为了预测储能何时充电和放电，他们模拟了储能电站将如何经济地响应美国各个电力市场的价格波动。然后，他们使用数据来显示哪些发电机可能在一天中的不同时间响应电力需求的变化，从而预测哪些发电机将上线以满足储能充电带来的额外需求，以及哪些发电机将在储能放电时被抵消。

研究结果表明，以最佳方式响应电力市场价格信号的储能电站通常会使用煤电充电，然后抵消天然气调峰发电，因为天然气电力的市场价格通常高于煤电价格。由于燃烧煤炭产生的温室气体 (GHG) 排放量约为燃烧天然气的两倍，因此即使储能以 100% 的往返效率运行，温室气体总排放量也可能会增加。当您加上与储能转换过程相关的能量损失时，情况会变得更糟。

尽管通常认为储能是一项“绿色”技术，但希廷格和阿泽维多的研究表明，储能不太可能用可再生能源产生的电力充电。与传统的发电厂不同，风能或太阳能发电的成本没有增加，因此风力或太阳能发电场几乎永远不会因电力需求低而减少发电量。因此，风能和太阳能无法突然增加其输出以进行储能充电。相反，煤电厂最有可能提高其产量以满足储能带来的新增电力需求。

简而言之，以经济方式参与当今电力市场的储能最有可能存储来自煤电厂的电力，然后削弱天然气调峰发电厂，导致总排放量增加。

虽然在当今电网上运行的储能可能会增加总排放量，但重要的是要记住，与储能相关的排放几乎完全与当地电力来源的组合有关，而这种组合可能会发生变化。随着电网中安装的可再生能源数量的增加，将会有越来越多的情况下，必须强制减少可再生能源的生产，以防止输电线路过载、关闭“可靠性必须运行”的发电厂或破坏电网的稳定性。在这些情况下，储能可以利用原本无法输送到电网的可再生能源充电，然后在一天中的晚些时候放电以抵消煤电或天然气发电厂，从而减少温室气体总排放量。然而，这种情况在当今可再生能源占比较小的电网上很少见。

当州和联邦政策制定者考虑储能激励措施、指令或示范项目时，他们应该认真考虑储能可能对排放产生的特定影响。与可再生能源不同，电池或其他技术形式的储能对于气候而言并非绝对有利，因此不应将其视为如此。在可再生能源受到限制的地区（例如夏威夷）实现可再生能源的储能可以帮助减少碳排放，但仅仅存储低峰化石燃料电力的储能几乎肯定会增加碳排放。

参考文献：希廷格和阿泽维多，2015 年。