风能优于太阳能？关键在存储

全球对太阳能和风力发电的需求在不断激增。2009年以来，全球太阳能光伏的装机量平均每年增加了约40%，而风力发电力的装机容量已经增加了一倍。

风能和太阳能产业的急剧增长，已经导致公共部门开始测试大规模能够存储多余清洁电力并且在阳光和风力供应都不足时按需传送电力的技术。

现在，一组来自斯坦福大学的研究人员已经就为电网制造电池和其他存储技术的“巨大成本”进行了研究。目前的问题是，可再生能源的供应，例如风能和太阳能光伏，是否可以产生足够的能量来推动其自身的成长以及必要的储能产业的发展。

“当创建一项新技术时，你必须预先投入大量的精力，”斯坦福大学的一位研究助理迈克尔•戴尔表示。“研究表明，风力涡轮机和太阳能光伏装置现在生产的能量比它们消耗的能量要多。问题是，风能和太阳能产业能够负担得起多少额外的电网规模的存储，而能源供应商仍然能够为电网保存多少额外的电网规模的存储。”

在发表于三月十九日《能源与环境科学》杂志网络版的文章中，戴尔和他的斯坦福大学的同事发现，从一个充满活力的角度来看，风电行业能够轻松负担起大量的存储，足以提供超过三天的不间断电力。然而，该研究还发现，太阳能产业仅能负担起约24小时的能量储存。这是因为，与风力汽轮机相比，它需要应用更多的能量来制造太阳能电池板。

“我们研究了通过现时构建电池和其他存储技术而有可能给风能和太阳能产业造成的负担的增加，”该研究的主要作者戴尔表示。“我们的分析表明，今天的风电行业，甚至是具有大量电网规模存储的风电行业，是积极可持续的。我们发现，通过减少用于制造太阳能光伏发电的能量，太阳能产业也能实现可持续的存储能力。”

他表示，还需要减少对电池制造的能源投入。

有力的风

多年来，消费者已经习惯于认为靠煤炭、天然气或石油运行的发电厂是电力需求的主要来源。但是这些可提供可靠的、不间断的能量的化石燃料，还会散发出数亿吨温室气体，造成全球变暖。

风能和太阳能发电场提供无排放的能源，但是只有在刮风和阳光普照的时候才会发电。过剩能量可以被存储用于以后使用，但是今天的电网不具有存储能力，因此使用了其他措施来平衡电力供应和需求。

在这项研究中，斯坦福大学的小组为电网考虑了多种存储技术，包括电池和地质系统，例如抽水水电存储。对于风电行业，这个发现是非常有利的。

“风能技术产生的能量比其消耗的能量多得多，”戴尔表示。“我们研究表明，风能事实上产生了足够的富余电量来支持长达72小时的电池使用或地质储存。这表明，该行业可以部署足够的存储以应付三天的风力间歇，这在许多天气系统中都是常见的，并且仍然向社会提供净电力。”

该结果对于陆上风力涡轮机非常有利。“我们发现，通过三天的地质储存支持的陆上风电，可以支持100%的年增长率——也就是说，每年在规模方面翻一番——并且仍然能保持能量过剩状态，”他表示。

“这些结果是非常鼓舞人心的，”研究的共同作者、斯坦福大学能源工程的教授兼全球气候与能源项目(GCEP)的主任萨莉•本森表示。“他们表明，你可以创建一个通过将风能和存储结合在一起来增长及本身的可持续的能源系统。这取决于该行业的增长速率，因为你增长的越快，你就需要更多的能量来建造新的涡轮机和电池。”

太阳能行业

斯坦福大学的研究小组发现，对于太阳能行业，我们需要进行更多的工作来使电网规模的存储得到大力发展。该研究显示，一些太阳能技术，如单晶硅电池，成长得如此之快，以至于它们成为净能阱——也就是说，它们消耗的功率比他们提供给电网的要多。从能量的角度来看，这些行业“不能支持任何水平的存储，”该研究总结称。

“我们的分析表明，从一个充满活力的角度来看，大多数光伏技术与一个电池和泵送水电的等量混合一同只能承担起长达24小时的存储，”戴尔表示。“这表明，具有足够存储的太阳能光伏发电系统可以被部署于夜间来提供电力，并且该行业仍然能够以净能量盈余来运作。”

风能优于太阳能的一个优点是，它在投资方面具有巨大的能源回报，本森解释称。“在短短几个月内，风力涡轮机所产生的电力就足以偿还所有用以构建它的能量，”她表示。“但是，一些光伏发电的能源回收期用了近两年的时间。而为了实现可持续地支持电网规模的存储，需要将用于制造光伏电池的矿物燃料的量不断减少。”

其他费用

斯坦福小组主要专注于研究风能和太阳能发电场部署存储的巨大成本。研究人员并没有计算每隔几年需要多少能量来建立和替换电网规模的电池，也没有考虑建造和安装大型存储系统的财务成本。

“人们经常会问，对于间歇性可再生能源来说，存储是一个好的还是坏的解决方法?”本森表示。“这位问题太过于简单化了。它既不好也不坏。虽然风电中电网规模的存储与从电网购买电力相比可能不符合成本效益，但是它非常的实惠，即使是以两位数的速率增长的风电行业。

“在太阳能行业能够承担得起像今天风能所承担的存储之前，它需要持续地降低其用于建造光伏组件的能量。”