增加可再生能源电力的比重

    长期以来，电力行业的很多人都认为，风电和太阳能光伏发电这两种波动性较大的可再生能源电力在整个发电系统中只能占据很小的一部分比例，否则将危及整个电网的安全。
    然而，众所周知，德国和其他一些国家通过五项技术，已经成功地使电网接纳了相当大比例的可再生能源电力。这五项技术分别是：发挥区域或全国互联电网在接纳不同电源上的杠杆作用；提高可再生能源发电预测预报技术；整合可调度的可再生能源；增加分布式储能设施；利用电力需要侧响应。
电源多样化以及互联电网
     2012年，德国可再生能源供应了全国电力总需求的23%/在丹麦，可再生能源电量占比更是达到了41%之多，仅风电便供应了2013年全部电量的33%，其中，12月份的风电占比高达54.8%。德国、丹麦供电系统的可靠性在欧洲国家中是最高的，比美国电力系统的可靠性在欧洲国家中是最高的，比美国电力系统的可靠性更是高出约10倍。德国和丹麦都与两个以上的邻国效换电力，以此来平衡风电场和光伏电站出力的波动性。例如，丹麦在国内电量有盈余的时候将风电向境外输送，当国内电量不足时又从挪威电网输入水电。
    位于欧洲电网边缘的西班牙在2013年上半年生产的可再生能源电量占比达到了49%，而仅与西班牙电网实现互联的葡萄牙有70%的电量来自可再生能源(不包含分别占西班牙和葡萄牙29%和30%的水电电力)。整个2013年，西班牙所发电量有32%来自可再生能源(不包含30%的水电)，葡萄牙这一数值为47%(不包含44%的水电)。同样，仅与英格兰和威尔士电网互联的苏格兰是一个电力净输出地，有40%的电量来自可再生能源(不包含36%的水电)。
    短时段内，上述可再生能源占比排名前4位的国家在可再生能源发电比例上曾分别达到70%、136%、61%和100%，类似地，美国科罗拉多州的艾克赛尔能源公司2013年风电占比在短时段内超过了60%。
提高可再生能源发电预测预报能力
    现代的光伏发电和风力发电是已知发电技术中最可靠的技术类型，但是他们的出力会随时间和气候的变化出现较大波动。幸运的是，发电机与电力负荷供电。这样，德国电力巨头莱茵集团与西门子合作，通过波动性可再生能源构成的多种能源结构，“合成”了稳定的出力。
    这些稳定、可靠的电源来自对多种波动性电源的精心设计与安排，因此，对波动性电源出力必须预测准确。尽管还有进步的空间，但现在的预测技术已经相当先进，对光伏和风电的预测往往比对电力需求的预测还准确。例如，在多风暴天气的冬季个别月份，法国电网运营商所记录的全国实际风电发电情况与其前一天预测的数值非常接近。
 整合可调度的可再生能源
    现代的电网运营商也事例了更广泛的电源。他们先从地理位置和类型上多样化的风电和光伏发电入手，然一增加其他能调度的可再生能源，这些能源在任何需要的时候都可以启动并且运行状态良好，譬如大型、小型水电，几种新兴的海洋能，太阳能光热电站，地热能，以及生物质能，沼气发电等。
增加分布式储能设施
    另一个重要的灵活电源是分布式储电或储热(例如冰蓄冷空调、电动汽车智能充电、光伏系统备用电池设备)。有了智能电网，汽车充电可以是双向的，在特需情况下可以由汽车反向供电。特斯拉和其他一些电动汽车商，以及太阳能开发商都在尝试开发这样的功能。作为目前全球最大的电池生产商，特斯拉也正在利用其全球一流的电池和汽车逆变器，为建筑物和工厂提供有效、可靠和经济的分布式储能系统。而Sunverge、SolarCity、Solar Grid Storage、Stem以及一些新兴企业正在着手或者已经开始提供分布式储能设备，作为太阳能光伏发电的一种补充。
利用电力需求侧响应
    运营商也可结合电力需求侧响应，控制和影响电力用户的个体用电行为。也许你的电热水器会偶尔停止工作的一刻钟，但你却永远不会注意到这类“负荷管理”策略。利用智能控制技术，许多建筑设备和工业生产过程可以悄无声息地使电力需求与电网的灵活性相协调。现代通信技术，分布式智能控制，透明化定价(特别是能反应实时生产和配送成本时)结合节能技术，使得电力需求侧响应成为比预想中更强大、更普适的一种方式。
    需求侧响应的新形式正不断地涌现。例如，我的电动汽车充电器根据电网的频率每秒都在0到7千瓦功率范围内对充电率进行调整。这种“快速调节机制”足够使我(如果电网确实如联邦能源管理委员会所承诺的那样补偿我)每晚充电时都能获得少量的收益。
发挥综合效应
    所有这些手段为我们提供了多样的选择。但是如果这都不够呢？接下来代价更高的选择可能是大容量储能设施(地下洞穴的压缩空气、抽不畜能电站、氢、传统电池或液流电池)。但上文提到的五个欧洲国家并不需要新的储能设备或备用容量。确实，新的证据似乎印证了我一贯的假设，即高比例或者100%的可再生能源电力系统比目前大型火电厂和核电站所需的储能或备用容量要少。例如，许多电力公司分析发现，大型风电场只需要大约5%或者更少的“调峰备用”，而大型火电厂需要的备用高出3倍。
    随着越来越多国家开发利用更多的可再生能源，这项策略将得到更多检验。目前为止，实践证明之前的分析都是正确的。2011年，美国国家可再生能源实验室的一项提出了到2050年如何在仅增加1.36亿千瓦大容量储能设施的情况下(占可再生能源总装机容量的10%左右)使可再生能源力电在美国电网中占比达到80%-90%。在《重塑能源》一书中，美国洛基山研究所所描述的80%可再生能源变革情景增加的大容量储能很少，只有6700万千瓦(6.3%)，这主要是因为其可再生能源有一半是分布式的。
    目前，需求侧资源能够占到美国电力销售市场的五分之三。在市场交易中，越是有更多的方式去参与竞争，就越容易弄清楚以客户为中心的分布式供应体系以及需求侧资源能够在大程度上提供灵活可靠的低本电力服务。已经显而易见的是，关于可再生电力供应比例的断言是站不住脚的。
    目前世界非水电可再生能源发电只有6%，要使全球的可再生能源应用水平达到前述欧洲五国或美国的两个州的平均水平，仍任重而道远。但是，每年全球范围内可再生能源领域私人投资都达到了2500亿美元，新装装机容量也超过了8000万千瓦，前景都很乐观。2013年全球清洁能源名义投资额下跌了11%，但是在2012年，尽管名义投资额也下降了10%左右，由于成本下降速度更快，所以装机容量还是增加了6%。
    自2008年开始，全球每年新增发电装机有一半来自可再生能源，太阳能电池组件增长的速度比手机增长还要快。彭博新能源财经预测，在今后的一两年内，太阳能发电可以在全球四分之三的市场与电网零售电力相竞争。可再生能源电力革命的第一步——规模化生产已经起步，接下来最有趣的就是确保所有进行中的各项工作紧密配合。（本文作者为美国洛基山研究所联合创始人、首席科学家，全球知名的能源问题专家，《重塑能源》一书的主要作者。）