2007年8月,美国众议院通过了一项议案,旨在促进采用可再生能源为国家电网提供电能。这项名为Udall-Platts的议案,要求到2020年,全国10%的电力供应必须来自可再生能源。参议院是否会支持该议案还须拭目以待,但是不少州政府已经采取了类似或者更为积极的措施,制定了“可再生能源配额制”。目前有25个州都规定了可再生能源发电(如风力发电、光伏发电和沼气发电等)必须占电力供应总量的比例。从技术的经济性考虑,在以上提到的三种可再生能源发电中,风力发电可以发挥最大的作用。但风力的不稳定性仍然是风能利用的一大障碍。当风停止时,风力涡轮发电机到底会不会引起停电事故呢?
风能支持者们认为,用提供给电网的风电可以说明问题。他们认为,如果风电并入电网的比例低于某一阈值时,这种系统可以用微不足道的代价对它进行调节,就像它在处理不可避免的载荷波动时那样。但是,当风电变化幅度超过一定阈值时,供电公司就可能会遇到麻烦,除非它们经过精心策划将电能和其他的能源组合在一起发电。要判断风电不影响整个电网供电稳定的并入程度非常困难,但风能的支持者们却指出,丹麦生产的电能总量就有1/5来自风力发电。
美国环境保护局研究与发展办公室大气保护项目的约瑟夫·道格拉斯(Joseph F.Decarolis)在他的博士论文中涉及了有关风力发电工程和公共政策问题。他说,当他在几年之前开始这项研究时,除了一些不需复杂计算的数据外,其他一无所有。他指出,一些分析家得出这样一个结论:如果将风力涡轮发电机安放在足够广阔的地域内,风力的间隙性不应该是一个严重的问题。但是,这一概念与道格拉斯和他的博士论文导师,现在卡尔加里大学任教的大卫·基思(David W.Keith)的观点并不一致。因此,他们创建了一个数学模型去验证这种概念。
通过模型运算的结果表明,即便是风电仅占电网总电力的很小一部分,这种风力的间歇性也会造成一定的损失。道格拉斯的计算结果表明,一般用这种方式生产的电能每千瓦时要损失1～2美分。这点损失虽不是很大,但如果没有这种损失,风力发电的价格仅是每千瓦时5美分左右,因此1～2美分的损失还是相当可观的。
丹麦的许多风力发电厂已并入公共电网,而且其电网是同挪威和瑞典连结在一起的。当丹麦的风力强劲时,挪威和瑞典的水力发电厂就会减少发电,而当斯堪迪那维亚半岛南端(丹麦)的电力减弱时,挪威和瑞典的水电厂就会加速发电。这样就可以使这两种可再生能源协同工作,使风电和水电之间保持平衡,为整个电网提供便宜而且可靠的电能。
那么,如果公用事业公司没有像挪威和瑞典那样可以沿河建造水电站的条件时,它们在风力发电方面能有什么作为呢?举例而言,它们可以改用抽水蓄能的方式发电。也就是说,利用高处流向低处的水推动涡轮机转动发电。在用电低谷时,这些发电用过的水还可以抽回到高处的水库中去,将富余的能量储存起来以备后用。
20世纪70年代的能源危机后,弗吉尼亚州的阿勒格尼山中的巴思县境内建造了一座抽水蓄能水电站,这是此类设施的一个杰出典范。
另一种处理电网不稳定性的技术是压缩空气储能技术。其基本原理是,利用过剩的电能驱动压缩机压缩空气,并将经压缩的空气贯注进地下的贮存洞穴中。这些压缩空气就像天然气贮存在地下那样被存放在那里。然后,当需要电能的时候,再将这些被压缩的空气注入天然气涡轮发电机中。通常情况下,在燃料燃烧之前,天然气涡轮发电机要消耗掉其中的大量能量来压缩空气。如今采用预压缩空气技术,可以节省1/2～2/3的燃料消耗。
“在重视环境保护的今天,你不会再有机会找到一个可以让你铲平山顶建造水库的地方,”爱荷华州特雷尔市公用电力公司原总经理肯特·霍尔斯特(Kent Holst)解释说。目前,霍尔斯特正在为爱荷华公用事业协会工作,为该州的一座抽水蓄能发电厂开发压缩空气储能的混合型设备。这个发电站尚处于规划初期,据霍尔斯特称,可行性研究报告表明,这个项目可得到丰厚的经济回报。
在世界上的其他地方,也会采取一些不同的方式贮存风能。例如,爱尔兰打算为Sorne Hill风力发电场安装一个巨型电池,用来调节发电中出现的偏差。该设备叫做钒氧化还原液流电池,某些方面有点像一个巨大的燃料电池,只不过它能重复充电和放电。最近的一项可行性研究表明,这个正在建造中的能贮存12兆瓦小时电能的电池,要在10年或15年才能收回成本。
虽然道格拉斯对这样的电池是否真能解决大范围的风电不稳定问题表示怀疑,但他相信,风力涡轮发电机的输出不稳定问题总会找到某种解决的办法。“你可以用很合理的代价来补偿风力发电中的间歇性损失”,道格拉斯说。他还认为,风能这种时有时无的特性不应该构成风电发展的很大障碍。肯定有人,包括环境保护论者还会继续反对利用风能发电,不赞成地平线上出现有损视觉形象的风力涡轮发电机。然而,在另外一些人眼里,这样的形象是美好的。看来,风力发电这种新兴产业的前途可能会取决于美学、而不是经济上的考虑。
位于阿勒格尼山脉的抽水蓄能水电站从1970年开始运营