在能源储存系统方面，太阳能和风能与煤电厂竞争。 美联社照片/梅尔埃文斯
无碳能源：风的答案是什么？ 或许，但是风并不总是吹，太阳也不会总是闪耀。 风能和太阳能产生的能量是间歇性的，这意味着产生的电能根据天气而上下波动。
但是，电网的输出必须是可控的，以匹配消费者逐渐变化的需求。 因此，风能和太阳能的间歇性是电力系统的运营挑战。
储能是间歇性可再生能源问题的公认解决方案。 这个想法是当风吹或太阳照射时存储充电，然后在需要能量时放电。 网格的存储可以是 化学电池 就像我们在电子设备中使用的那些，但它也可以采取的形式 把水抽到山上 当它流回来或储存和排放时，到水库并发电 压缩空气 在一个地下洞穴里。
电网上最广泛使用的能量存储形式是将水泵送上坡，然后在高峰时段释放它以运行动力涡轮机。 Vattenfall公司, CC BY-NC-ND
由于存储是一种“绿色”技术，政府越来越多地推动公用事业规模和分布式能源存储。 例如，11月2017，纽约州州长安德鲁科莫签署了一项法案授权 2030采用存储的目标。 其他具有类似政策的州是俄勒冈州，马萨诸塞州，加利福尼亚州 像特斯拉这样的公司也将存储系统称为清洁技术。
但是大型存储系统是否会降低当前电网的排放量？ 在一个 最近的一项研究，我们发现情况并非如此 - 反映了电力系统的复杂程度。
煤的作用
由于存储可以使可再生能源满足不断变化的需求，我们通常认为该技术本质上是绿色的 - 即通过向电网添加存储和可再生能源，我们减少温室气体排放。 它类似于注意到计算机可以提供教育和生产力的好处，然后假设一个人在计算机上所做的一切都具有教育意义或生产力。 对于能量存储和计算机，它取决于您如何使用它。
在我们的分析中，我们发现，对于某些网格，增加存储可以增加碳排放。 虽然乍一看是违反直觉的，但当人们考虑如何操作电网时，这个结果是有意义的。 从广义上讲，整个美国电网都是以电网运营的 一组区域子网格 像拼布被子一样覆盖美国。
特斯拉首席执行官埃隆马斯克在2015中介绍了该公司的电网电池。 美联社照片/ Ringo HW Chiu
储能没有像煤炭或天然气发电厂那样的烟囱排放。 但新的存储会影响电网上其他发电厂的运行，从而导致碳排放量的增加或减少，具体取决于为该地区供电的发电厂类型。
在大多数情况下，美国的存储系统可以实现利润最大化。 为了做到这一点，存储“买得低而且卖得很高。”当需求低时，电力通常很便宜，而白天则更便宜，特别是当人们下班回家并打开一堆电器时。 因此，存储系统运营商倾向于在晚上购买并在白天销售。 因此，储存对排放的净影响取决于使用何种发电机来满足夜间与当天的新需求。
在拥有大量煤电的电网中 - 中西部，西部和南部各州 严重依赖煤炭 - 煤电厂通常用于满足夜间需求的微小变化。 天然气工厂倾向于在白天工作以满足高峰需求。 在这些电网中，储存往往会在晚上充满煤电，在白天取代天然气发电。
与天然气相比，煤电是一种更脏的电力来源，每单位发电量的碳排放量约为两倍。 因此，在新的储存意味着更多的煤和更少的天然气生成的地方，储存将增加来自电网的总碳排放。
在中西部地区，我们发现增加3千兆瓦的存储容量，足以供应大约500,000美国家庭的电力，相当于每年增加6,700汽车的碳排放量。 随着更多的存储空间的增加，碳排放量也会增加。
另一方面，我们发现在纽约这个煤电能力很弱的州，增加储存可以减少碳排放。 中西部目前是美国最脏的电网，而纽约是最干净的电网之一，因此其他地区将介于两者之间。
绿色并不容易
那么，网格规划者如何能够实现存储和可再生能源之间幸福婚姻的承诺，假设他们必须住在与陈旧的Uncle Coal一样的房子里？
一种可能性是，即使存储操作以使利润最大化，向电网添加足够的风和太阳能也可以抵消煤的影响。 有足够多的可再生能源，任何形式的储存 - 例如电池或蓄水池 - 将优先使用太阳能和风能，因为当电力供应超过需求时它们是最便宜的来源。 储存仍然会使煤炭电力从一夜到晚，但更多的可再生能源将足以弥补额外的排放。
可以设计法规，使储能系统充满风能和太阳能的过剩电力，这是使储存更清洁的一步。 petrmalinak / Shutterstock.com
我们对此进行了研究，发现对于中西部电网而言，当风能和太阳能达到总发电量的18％时，存在一个转折点：此时，增加存储开始减少而不是增加排放。 目前的采用水平是10百分比，因此中西部的存储减少排放需要一些时间。
另一种选择是改变存储的运行方式。 例如，在碳价格适中的情况下，不同发电机的成本会发生变化，因此即使在煤炭重的中西部电网中，也不会减少煤电厂的储存费用。
尽管在不久的将来看起来国家碳税似乎不太可能，但还有其他途径可以确保储存的绿色成果。 例如，各州可以制定鼓励更多地使用零碳资源而不是煤炭的政策。
无论如何，存储将始终帮助我们使用更多的低成本电源。 问题是这是煤炭，核能还是可再生能源。
关于作者
Naga Srujana Goteti，能源与可持续发展博士， 罗彻斯特理工学院; Eric Hittinger，公共政策助理教授， 罗彻斯特理工学院和Eric Williams，可持续发展副教授， 罗彻斯特理工学院
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