在过去的十年里，西班牙的风能产量飙升，从2004年占全国发电量的6%上升到现在的20%左右。虽然这对清洁能源的支持者无疑是好消息，但可再生能源的激增也带来了一个挑战，即要确保电力在客户需要的时候提供，而不仅仅是在有风的时候。

为了适应风能供应的增加，西班牙的公用事业公司没有使用21世纪的高科技电池，而是使用了一种经受了时间考验的19世纪技术——抽水蓄能水力发电。抽水蓄能设施通常配备水泵和发电机，在上下水库之间输送水。一个基本的装置利用多余的电力——比如说，大风的夜晚风力涡轮机产生的电力——从较低的水库(比如水坝后面的水库)抽水到海拔较高的水库。然后，当风停止吹或电力需求激增时，从高处释放的水被用来转动水力涡轮机。

这正是西班牙大型公用事业公司Iberdrola在2013年完成的耗资13亿美元的科尔特斯-拉穆埃拉(Cortes-La Muela)水电项目扩建时所做的。该公司利用剩余电力将Júcar河的水泵入河上方1700英尺峭壁上的一个大型水库。当需求上升时，水被释放出来发电。这座1762兆瓦的抽水蓄能发电能力是欧洲最大的，是一个水力发电综合体的一部分，每年能为约50万户家庭提供电力。

伊利诺伊州阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)能源系统工程师弗拉基米尔·科里塔罗夫(Vladimir Koritarov)说，尽管目前围绕储能的很多话题都集中在创新电池技术的发展上，但全球98%以上的已安装储能能力实际上都来自抽水水力。如今，在全世界为对抗全球变暖而大力使用太阳能和风能的推动下，抽水蓄能水力发电正处于激增阶段，从意大利到中国，发电厂和公用事业公司正在建设新的设施，以平衡电网的供需关系。

Koritarov指出:“在所有的储能技术中，抽水蓄能水力发电仍然是唯一成熟、可靠、经过验证和商业化的，能够提供大型公用事业规模的储能技术。”

目前总发电量为142吉瓦

目前，全球有292座抽水蓄能水电设施投入使用，总容量达142吉瓦。根据美国能源部的全球能源存储数据库，还有46个项目正在开发中，总容量为34吉瓦。

位于德国波恩的国际可再生能源机构的分析师Ruud Kempener指出，化学电池通常安装在配电层，除了存储之外，它们还提供其他服务，比如以毫秒为单位缩小供需差距。电池的容量通常在一兆瓦到几十兆瓦之间。

相比之下，抽水蓄能水力发电系统的容量在几百到几千兆瓦之间，为整个电力系统提供了灵活性，Kempener说，这一作用在未来将变得更加重要。他是最近一份报告的主要作者，该报告发现，到2030年，抽水蓄能水电需要从目前的约150吉瓦增加到3325吉瓦，才能使可再生能源在全球能源结构中的份额翻一番。

西班牙最近的能源政策改革阻止了可再生能源的高速增长。尽管如此，西班牙最近已经有几个新的抽水蓄能项目上线，德国、奥地利和意大利也在开发更多的抽水蓄能项目。在意大利，瑞士公用事业公司Repower计划建设572兆瓦的Campolattaro抽水蓄能电厂正在获得批准，该电厂位于那不勒斯东北约55英里处，将从一个堰塞湖把水抽到附近山上新建的水库。

北卡罗莱纳州达勒姆市杜克大学全球变化中心的研究科学家杨志仁(Chi-Jen Yang)表示，抽水蓄能在中国发展最快。“每隔几个月就有一座新的抽水水电站上线，”他说，并补充说，“目前有10到15座在建，每座都非常巨大，大约1吉瓦或更大。”

杨说，中国的抽水蓄能装机容量为220亿千瓦，最近超过了美国的210亿千瓦，并将在2018年超过世界领先的日本的270亿千瓦。河北省正在建设的36吉瓦丰宁抽水蓄能电站将在2022年左右建成，届时将成为世界上最大的电站。

美国的新项目

在美国，联邦能源监管委员会(Federal Energy Regulatory Commission)于2014年为两个项目颁发了许可证，均位于加利福尼亚州。萨克拉门托市政公用事业区耗资8亿美元、400兆瓦的爱荷华山抽水蓄能项目包括在Slab Creek水库上方1200英尺的地方建造一个水库，以及一个地下发电厂和连接两个水域的隧道。鹰冠能源公司的14亿美元1300兆瓦的鹰山抽水蓄能项目包括在约书亚树国家公园附近的一个老铁矿上和下水库的建设。

美国还有几十个项目正处于早期规划和初步研究阶段。其中包括华盛顿州价值25亿美元、1200兆瓦的JD池抽水蓄能水力发电项目，该项目将在哥伦比亚高原上的一串串风力涡轮机之间建立一对上部水库，并在哥伦比亚河峡谷墙下2400英尺处的约翰戴大坝附近的一个废弃铝厂建立一个下部水库。规划者们设想哥伦比亚河大坝、大型风力涡轮机阵列和拟建的抽水蓄能设施之间的密切协调，该设施将在风力稳定时蓄水，在风平浪静时释放。

这项技术可以追溯到19世纪90年代

抽水蓄能最早于19世纪90年代在瑞士、奥地利和意大利的阿尔卑斯山地区使用，为水资源管理提供了更大的灵活性。据Koritarov称，该技术在20世纪60年代、70年代和80年代被广泛采用，用于实现负载转移，将电能从高峰时段转移到非高峰时段。该技术允许公用事业公司以最佳效率持续运行大型、不灵活的资产，如核电站和燃煤电厂。这些发电厂产生的剩余电能被用来填满水库;当需求达到峰值时，水被释放以产生额外的电力。当核电站和燃煤电厂停止建设时，“抽水蓄能也停止了建设，”他说。

如今，抽水蓄能水电的增长最为强劲，因为使用天然气的“峰值电厂”价格低廉，专门在高需求时期(如炎热夏季的傍晚)运行。皮克电厂也越来越多地被用来填补风力减弱或云层遮挡阳光造成的间歇性可再生能源发电下降的缺口。抽水蓄能水力发电也能完成同样的任务。Koritarov说，抽水蓄能的另一个好处是能够吸收多余的电力。例如，风力发电通常在夜间最高，此时需求最低，电力通常不需要。

杨指出，抽水蓄能需要的能量比它产生的能量要多，这意味着该技术只适用于在一天中某些时段有剩余发电，而在其他时段有间歇的电力系统。

这项技术并非没有环境成本。它们的运行导致了水库水位的快速波动，因为系统在从大坝水库抽水到高架水库之间切换，然后在发电过程中降低上层水库的水位。“人工洪水可能持续4个小时，然后干旱持续20个小时，然后又是一次人工洪水，”彼得·博斯哈德(Peter Bosshard)说，他是国际河流组织(International Rivers)的临时执行主任，该组织是一个总部位于加州伯克利的环保倡导组织。这种波动对陆地和淡水生态系统重叠的生态丰富地区造成严重破坏。

博斯哈德说:“我们看到还有其他更有趣的储存电力的方法即将出现，特别是通过分布式系统的电池储存。”

新建水电设施的障碍

建设新的抽水蓄能水电站面临诸多障碍，尤其是在美国。公共和私营部门对化学电池的支持可能超过对抽水水力的兴趣。其他的挑战包括数亿美元的前期资金，较长的建设时间，以及对电网灵活性价值不够的市场结构。

这些障碍阻碍了克利基塔特县公用事业区沿着哥伦比亚河建设JD池抽水蓄能水电项目的努力。然而，据该公用事业区专员兰迪·诺尔斯(Randy Knowles)说，人们对该项目重新产生了兴趣，他推动该项目已经有十多年了。总部位于北京的大型水电建设公司中国水电工程股份有限公司(HydroChina Corp.)今年10月与该县签署了一份谅解备忘录，讨论在该项目上的合作。诺尔斯说:“他们有兴趣进入美国市场，考虑到它的规模，这是一个真正有吸引力的项目。”

自2000年以来，华盛顿和俄勒冈州在距离拟建项目地点约50英里的范围内开发了47个风能项目。根据西北电力与保护委员会(Northwest power and Conservation Council)的数据，这些涡轮机的总发电量为4695兆瓦，足以为约80万户家庭提供电力。输电线将风力产生的电力输送到从约翰戴大坝出发的高压输电线上。

大多数时候，大坝和哥伦比亚盆地的其他大坝与风力涡轮机协同工作。例如，当风力减弱时，电网运营商会通过水坝输送更多的水以满足需求。当狂风呼啸时，流经大坝的水流就会减少，以节约用水，直到需要时再用。从某种意义上说，大坝就像一个巨大的电池，弥补了风力的间歇性，确保了从西雅图到洛杉矶的低碳照明。

但诺尔斯说，水电大坝容纳风力发电的能力已接近极限。例如，2011年春天，负责管理大坝的联邦机构邦纳维尔电力管理局(Bonneville Power Administration)命令许多太平洋西北风力发电场每天关闭发电几个小时，以容纳水的释放(以及由此产生的水力发电过剩)，这是法律要求的，以保证洄游鱼类的安全通行。

诺尔斯说，克利基特县公用事业区拟议的1200兆瓦的项目将减少风能部门对大坝的依赖，使哥伦比亚高原上有更多的风力涡轮机，并在这个过程中帮助美国实现长期的减排目标。

他说:“坦白地说，在认识到需求方面，我们只是走在了前面。”“所以在某个时候，每个人都会赶上来，项目就会建成。”

约翰·罗奇是驻西雅图的记者，主要报道技术、科学和环境方面的新闻。本文最初发表于360年耶鲁大学环境。