在得克薩斯州韋瑟福德，Mike Renner爬上了自家屋頂，維修太陽能熱水器和太陽能電池板。給電力系統加上電池可以幫助他度過電力管制，讓電網更靈活。
攝影：RON T. ENNIS, FORT WORTH STAR-TELEGRAM/GETTY IMAGES
撰文：ALEJANDRA BORUNDA
2月，一股寒流橫掃得克薩斯州。在皮爾蘭，週一傍晚5:30，Mauricio Montoyad所在的社區停電了，屋外風雪交加。夜幕迅速降臨，整個社區陷入一種詭異的黑暗中，只有Montoyad的屋子仍亮着燈，屋裏依舊温暖，這要歸功於太陽能電池板陣列和電池組。直至週四，電力才恢復。
雪災期間，Montoya家成了避難所；鄰居們紛紛來取暖，家裏停電的親人也來了。孩子們睡在自己的牀上，安全又温暖。
“這些電池板和電池救了我們的命，”他説：“有了這個系統，我們可以一直這樣生活下去。”
面對氣候變化帶來的極端天氣，再加上需電量越來越大，美國複雜的電力基礎設施壓力越來越重；隨着未來地球變暖，再加上美國試圖漸漸不再用化石燃料為日常生活供電，問題只會激化。
在電網其他地方停電時，小型太陽能項目，再加上屋頂上可儲存收集電力的電池，就能保證屋內照明，Montoya家就是這樣。同時，它們也能發揮重要作用：支持更大的電網。如果正確聯網使用，這就像一個“虛擬電廠”，消除用電峯谷，第一時間防止發生停電。
這個想法在能源圈討論了好幾年，加利福尼亞州、佛蒙特州和其他幾個州已經開始進行測試。不過得州還沒有行動起來。
“這會抵消壓縮機和天然氣發電廠凍結導致的影響嗎？不，當然不會，但不會再遇到得州這樣的極端（電力短缺）現象”，能源分析組織“活力清潔能源”（Vibrant Clean Energy）的能源模型師、首席執行官Christopher Clack説。
小的是美好的
太陽能和風能等可再生能源一直有一個大問題：它們不夠穩定。太陽東昇西落，風力忽大忽小，所以一直以來，是否存在有效存儲多餘能量的方法，一直困擾着科學家。而“如何”存儲也很棘手，至少大規模來看是這樣。
電池技術的進步改變了這種情況。在過去十年裏，電池可以更加高效地存儲太陽能（或任何其他能源）產生的電能，同時價格大幅降低。儲能電池的成本下降了70%。
相應地，電池的使用量也隨之飆升。根據美國能源信息署的報告，自2010年以來，美國蓄電池容量增加了10倍以上，僅2020年就翻了一番。專注於能源分析的伍德·麥肯茲公司表示，預計到2021年，這個數字將增至3倍，2025年增至6倍。
大部分增長來自所謂的“蓄電池”系統，比如目前世界最大的300兆瓦莫斯蘭登系統，位於加州蒙特雷。但很大一部分則來自人們在屋頂安裝的電池系統，它們通常與屋頂的小型太陽能電池板陣列結合在一起。（例如，Montoya家有3個特斯拉能源牆和1個太陽能電池板陣列）。
“潛能巨大，”伍德·麥肯茲公司的住宅儲能專家Chloe Holden説：“問題在於多少家庭擁有太陽能板和電池存儲系統，答案是：很多家庭。”
2019年和2020年加州遭遇停電後，很多家庭開始尋求應對辦法。很多人買了柴油發電機，但太陽能公司Sunrun報告稱，小型太陽能板和電池的銷量也有所上升，這種設備可以在短時間停電時為家庭供電，並在第二天的陽光下再次充電。2019年，加州約2萬個家庭安裝了住宅儲電系統；2020年年中，增至約3萬個家庭，加州太陽能和存儲協會的負責人Bernadette del Chiaro説。她預測，到2021年年中，這個數字將達到6萬。
這樣的增長帶來了巨大的機遇，她説：把所有這些微小的、“分散式”存儲的能量，轉化成一種巨大的、網絡化資源，當更大的電網遇到壓力時，可以尋求幫助。
測試情況
過去三年裏，電池系統才變得普及，規模大到足夠開始測試分散式系統。幾家電力公司已經開始大幅降低安裝存儲系統的成本，以換取對電池儲量的偶爾調用。他們還對客户的電力負載有一定的控制，微妙地調整他們的恆温器和冰箱，幫助控制總耗電量，又不影響舒適度。通常，提供電力的客户會獲得相應的報酬。
佛蒙特州的綠山電力公司擁有2500多名客户，他們把電池接入了更大的電網，同意一年幾次在用電高峯期，讓這家電力公司進行控制。這個系統正在幫助緩解荷載壓力，降低電費。
俄勒岡州的波特蘭、科羅拉多州的電力公司也在推行類似的試點項目，很多規模較小的項目也在籌備中。9月，負責監管美國電力系統的聯邦能源管理委員會要求全國電力公司找出實施方法；Holden説，在未來幾年裏，這個決定將會帶來巨大的創新，推動這類系統的建設。
北卡羅來納州立大學的能源研究員Jeremiah Johnson説，這一進展甚至有助於讓電力公司放棄建造新的化石燃料發電廠，並加快老發電廠的退休進程。“如果有足夠的電力以備不時之需，那麼你就會覺得不需要再建一座天然氣發電廠。”
如何預防停電
停電的原因大多很簡單：電力需求超過了系統供給。
這種情況往往發生在夏季，氣候炎熱，人們開着空調，耗電量大，用電需求劇增。極端熱浪來襲，超高的用電需求導致了去年加州北部大規模停電。
但佈雷託集團的能源分析師Ryan Hledik解釋説，這種情況也會發生在冬季，得州最近的停電也與之有關。根據物理定律，把屋內温度從零下12.2度升至18.3度所耗的能量，多於從37.8度降至21.1度，而且在得州大多靠電力。約60%的家庭用電力供暖（其他的用天然氣）。
無論是升温還是降温導致了用電壓力，遇到這樣的問題時，電源管理器通常會利用複雜的系統，試圖“消除”這種需求，有時是讓人們關掉不必要的電氣設備，有時是要求打開“峯化器”，燃燒天然氣、噴氣燃料或化石燃料產生電能，或者從其他區域購買額外的電力，來填補空缺。
但這些策略有時也不起作用，電力不足以滿足需求。此時就會停電：電力公司關閉系統，防止發生災難性事故，或者是系統因不堪重負而關閉。
分散式電池網絡（包括工業和家用）如何幫助保證屋內照明和大規模電網正常運轉呢？
Hledik解釋説，首先是用電需求方面。能夠自給自足的房屋不會給承受巨大壓力的電網增加負擔。關鍵時刻，僅僅是“減少需求”就能起到幫助作用。
然後，可以利用所有電池填補能量缺口，以防出現斷電。
無論是減少用電需求，還是提供額外的能源來源，這些虛擬發電廠“真的很有用”，全國性太陽能和電池公司Sunrun的政策主管Amy Heart説。
去年8月，在加州，虛擬發電廠可能有助於避免停電。用電需求超過供電量其實只有幾個小時，大約在500至100兆瓦之間，del Chiaro説（中等規模的天然氣發電廠可以提供約500兆瓦電力）。但由於種種原因，全加州只有約3萬個電池被徵召，電力公司無法填補缺口。Del Chiaro希望在今年夏天之前，解決政策和後勤方面的問題，不斷增加的電池存儲容量也會有所幫助。OhmConnect公司正在開發550兆瓦的虛擬發電廠，之後還會有更多項目。
“加州的情況完全可以通過增加電池存儲容量來解決，”Clack説。
而得州的情況更嚴峻，也更難管理，他説。寒冷的天氣導致很多主要供電線路在用電需求激增的時候斷開。得州連續幾天面臨20至25億瓦的電力缺口，是去年加州的10倍多。
據估計，得州有5萬户家庭有電池，理論上可以作為分擔負載的虛擬發電廠，但根據政策和權限，它們無法為電網提供電能，只能像Montoya那樣，為自家供電。但如果可以，Clack認為，一組龐大的虛擬發電廠可以幫助緩解這次的災情。
得州大學奧斯汀分校的能源專家Joshua Rhodes説：“那段時間裏，無論多少，得州電網獲得的任何一點電能都是有意義的，因為我們缺乏能源，缺乏電能。”
Holden提醒我們，虛擬發電廠和電池網絡絕非萬靈藥。但她預計，隨着存儲能力的增加，這些系統的用途也會有所擴展。屋主的需求在增加：Sunrun公司報告稱，得州暴風雪之後的一週時間裏，公司網站的瀏覽量增加了350%，把電池接入太陽能系統的請求增加了70%。
“可能就像1920年時的冰箱一樣，”儲能協會的首席執行官Jason Burwen説：“當時是令人興奮的奢侈品，而現在已經成了我們生活中必不可少的一部分。”
（譯者：Sky4）