据1993年西北太平洋国家实验室的研究报告称，能帮助美国满足日渐增长的电力需求的潜在风能十分惊人，强风力地区大约覆盖了美国大陆的6%。如果得以开发的话，这些风力能满足美国现阶段的电能消费还绰绰有余。然而，美国大陆毗邻的48个州中仅有区区0. 6%的地区可能会开发风力发电。即使是这样，被开发的地区只有不到5%真正拥有风轮机和相关的电力设备，并在大多数情况下被开发地区中的土地利用，如耕作和放牧等可能仍和现在一样。

开发风能可以极大的缓解美国在发电方面对石油和天然气进口的依赖，在能源价格一路飙升的情况下（石油价格最高达每桶72美元，天然气价格也居高不下），大力发展风力发电还能稳定电价。与石油和天然气相比，风能不仅价格低廉而且稳定，是稳定电价的强有力的保障，况且风能都比其清洁得多。

然而，人们还是经常听到风力发电的不稳定性的问题。因为只有刮风时才能产生电能，这是不争的事实。电网能调控产量时高时低的电能吗？风能能被及时输送到正急需它的地方吗？风能在需求量少时是否可以储存以备用电高峰之需吗？能否开发出使风能真正变得可以快速调配的蓄能技术吗？所有这些问题的答案都是肯定的，有的甚至已经付诸实践。

风力发电和能量传输技术正顺应风力发电量的增长而日益发展，例如大型半导体装置可使风电场对电网的频率与电压的波动产生迅速反应。这是电网研究者预测风力发电成本会降低的原因之一。如果考虑到电网规模很小或是风力发电在电力系统中所占的高比例，并网整合的费用将会上升。在这些情况下，半导体装置就能和蓄能技术结合起来，在一段时期内处理好风力发电所造成的起伏。实际上，越来越多的蓄能方法正在使电网运作者们能和调配供热厂的热能一样地调度风能。大陆的大功率电网将最终通过横贯整个地区的风能调配，来平衡各地风力状况不一的问题，也同时可均衡后备电力供应的负担。

以下是对一些技术和方略的简单介绍，这些技术和方略已使风力发电的地位变得更加重要，并将在未来几十年内持续发展。

电子“冲击缓冲器”

夏威夷提供了证明未来技术对风能并网作用的良好的实验场所（每个岛屿必须在电能方面自给自足，那里没有大陆上的大型区域电网提供后备电能）。当风力发电占据了电网总容量的5～10%后，风速突然变化会导致发电量大大减少，甚至能引发供电中断。这是目前总部设在火奴鲁鲁的夏威夷电力公司所面临的挑战，该公司在比格岛上安装了总发电功率为30MW风力发电设备，负荷用电比例在用电高峰时会超过15%，负荷最小时甚至能达到30%。

目前解决由风造成的甩负载问题的方法是在电网系统中增加发电量。作为一种替代方法，夏威夷电力公司目前将一种融合了电子技术和蓄能技术的电子冲击缓冲器（ESA）作为示范装置投产运行，安装在比格岛风电场的ESA示范单元，从1月初就已开始运作。

电子冲击缓冲器的工作过程分为三步。当探测到风电场的瞬时（如一阵强风吹来，输出功率突然上升时），它会迅速的储存电能。相反，如风仅仅持续几秒的间歇，其会向电力系统补充电能。若电力产出与其平均值逐渐偏离超出一定限度，也能促进ESA吸收或释放电能。

很重要的一点是，ESA还能调控无功功率——输电线交替变化的电流与电压的乘积。传输途中，无功功率被输电线上的能量场慢慢消耗。无功功率太多或太少都能引起电压相应的上升和下降。通过调控无功功率，ESA可以补偿电力系统中的电压变化，从而提高电能的质量和系统的稳定性。

夏威夷电力公司选用的ESA设计严密，在15秒～60秒内能处理一片风电场15～25%的电力产出，而其体积小得可以放在拖车上，它的能量循环方式比化学电池受欢迎得多。1月份的牛刀小试，使ESA示范装置如设想中的那样大显神通，它成功地抵挡住了风电场的电力、电压波动，以及由传统发电或是负载减少所引起的波动。

峰值削减

ESA只能应付几分几秒时段的波动，而处理几分几小时的波动则要用其他办法。现在，这样的波动一般是这样处理的：改变传统发电站的发电量。这当然意味着需要使用燃料——一项需要额外的发电功率的措施。这些补充措施所耗费用现在来说还微不足道，但随着风力发电在电网中所占比值越来越重，费用也会随之上升。蓄能措施提供了一种解决方案，花费较少，而且可以更新。

风力发电机组结构图

夏威夷电力局正在评估一种被称作抽水蓄能系统的潜在价值：在非高峰负荷时段，利用多余的电能通过水泵将水从一个位置较低的蓄水池抽到位置较高的蓄水池储存下来。然后，在用电高峰期，水被放出来向下流经水轮机，又可产生需要的电能。这种方式可以缓解用电高峰期和非高峰期造成的电能起伏。夏威夷电力局已认识到其潜在作用不容小觑，目前正在讨论安装20～50兆瓦时的抽水蓄能设备，以储存来自3个主要风电场的电能。

另外，蓄电池也提供了一种无需以石油或天然气为燃料的火力发电来弥补风能不足的方法。受地势所限，抽水蓄能系统受到一定限制，但蓄电池却几乎能安装在任何地方。安装得当的蓄电池能够平衡风电场的电能供给，也能使人们对电能调度问题不再心存顾虑。

如一项由夏威夷电力公司参与的工程，用蓄电池平衡了因超负荷运行的比格岛电网的峰值电力需求。一个功率1. 2兆瓦容量的由日本NGK电瓷公司设计制造的Na-S电池，已被安装在比格岛。通过在用电正常负荷期向这种电池充电，用户可随时使用这种可直接使用的电能，而不用再给已不堪重负的电网添加负担，避开了用电高峰期问题。

协 调

风力发电并入电网所耗费的成本，因其发生的时段不是几分、几小时，而是几天或更长的时间；更好的协调电力资源将有助于减少这种不确定性所造成的耗费。至于改进对未来几天的风况预报，可以对风力发电供应做更好的预测和准备，包括人工网络技术和物理风吹模型的新的风况预报分析方法已经在应用了。

陆上风力发电厂

加利福尼亚独立系统操作公司（ISO）对他们开发出的风力发电预报系统信心十足，目前已成功进军加利福尼亚电力市场。使用ISO的风力发电预报系统，可以减少每月因风力发电并网后出现的偏差而付费。因为许多短期间电力生产超过和不足的数字可以相互抵消，每月的付费相对较少。

在风力发电和水力发电之间的协调是另外一种解决每日每月供电波动的方法。在能建水力发电站的地方，公用事业公司用水电作为蓄能的方式，以缓解风力发电易产生的起伏。水利资源丰富的瑞典和挪威已经在为风能丰富的丹麦和德国北部提供部分支持。类似的事在美国西太平洋地区也有，博纳维尔电力局（BPA）从世界上最早的水利枢纽（哥伦比亚河水电系统）向加利福尼亚和整个美国西部输送了大量的电能。

目前BPA计划将风能并网服务于西北太平洋地区日益增长的电力需求。由于遭遇了一个干旱的夏季，哥伦比亚河水电系统正经历着一场重大的季节性波动。通过将可观的风能并入电网，BPA希望借此保护水利资源，而将风能转化为可供调配的电能以备高峰期之用。

超大功率电网

真正发挥美国的风能潜力需要在全美范围内对供电系统进行大胆的整合。到目前为止，最有发展潜力的是中西部地势较高的地区。利用这些风能，需要大量的新型输电设备，以便把电能从原来偏远的地区输送到城市的负荷中心区。最后，你能想象一根巨大的直流输电线，如一根“刺”一般沿着多风的地区慢慢伸展，从达科他州到得克萨斯州，类似的设想已经在欧洲赢得信誉。如爱尔兰都柏林风电场的开发者安粹风能公司（Airtircity）和瑞士工程界巨头ABB公司，正在着手研发一个从西班牙至波罗的海底的超大功率电网的计划（因为各地风况不一，这项电网联接工程能进一步缓解风力发电的波动）。

目前需要的是更合理的规划——在研发方面，要继续减少上述新技术的成本；在电能输送方面，随着新的风电场的投产，需要卓有成效地将这些新技术融入电力系统。

［本文作者卡尔·斯托尔科夫（Karl Stahlkopf）是夏威夷电力公司高级副总裁和首席技术官］