抽水蓄能提供了絕大部分的長期儲能

拜登政府的目標是在十年內將溫室氣體排放量減少一半，將需要更多的太陽能和風能發電，以及大量廉價的能源儲存。風能和太陽能在一天中會發生變化，因此儲能對于提供持續的電力流動至關重要。但是今天的電池通常很小，只能存儲幾個小時的電量。為了更多地依賴風能和太陽能，還需要更多的隔夜和長期儲存。

雖然電池創新引起了廣泛關注，但自 1920 年代以來，一直在使用一種簡單、經過驗證的長期存儲技術。

它被稱為抽水蓄能。它包括將水從一個水庫上山抽到另一個較高海拔的水庫進行儲存，然后在需要電力時釋放水通過渦輪機流下山，在流向較低水庫的途中發電。

由于擔心水電對河流的影響，抽水蓄能在經常被忽視。但許多人沒有意識到，大多數最好的蓄水場根本不在河流上。

我們為不包括河流的閉環抽水蓄能系統創建了一個潛在站點世界地圖集，并在發現了 35,000 個具有良好潛力的配對站點。雖然我們通過衛星定位的這些站點中有許多位于崎嶇的地形，并且可能不適合地質、水文、經濟、環境或社會原因，但我們估計只需要幾百個站點即可支持 100% 可再生的電力系統。

澳大利亞的 Kidston 抽水蓄能水電項目使用一個古老的金礦作為水庫。學分：Genex Power

為什么風能和太陽能需要長期儲存

為了正常運行，電網必須能夠實時匹配輸入的電力供應和電力需求，否則它們將面臨短缺或過載的風險。

電網管理者可以使用多種技術來與風能和太陽能等可變資源保持平衡。其中包括通過州際高壓輸電線路在大范圍內共享電力、管理需求以及使用儲能。

部署在家庭、發電站和電動汽車中的電池對于長達數小時的儲能時間是首選。他們善于在中午太陽在頭頂上方時管理太陽能的興起，并在晚上電力需求達到峰值時釋放它。

另一方面，抽水蓄能允許比電池更大、更長的存儲空間，這在以風能和太陽能為主的電力系統中至關重要。隔夜和長期存儲也更便宜。

來自科羅拉多州城堡巖附近可能與抽水蓄能配對的河外水庫地圖集的示例。信用：安德魯布萊克斯，CC BY

離河抽水蓄能

2021年，有43座在運抽水蓄能電站，總發電量約為22吉瓦，儲能容量為553吉瓦時。它們占該國公用事業規模存儲的 93%。在全球范圍內，抽水蓄能在儲能中的份額甚至更高——約占儲能量的 99%。

抽水蓄能項目可能會引起爭議，特別是當它們涉及河流上的水壩時，這些水壩會淹沒土地以創建新的水庫并可能影響生態系統。

創建使用成對的現有湖泊或水庫而不是河流的閉環系統將避免對新水壩的需求。例如，肯塔基州貝爾縣計劃的一個項目使用一個舊煤礦。除了傳輸線之外，幾乎不需要額外的土地。

離河抽水蓄能系統包括一對相距數英里、高度差為 200-800 米(約 650-2,600 英尺)并與管道或隧道相連的水庫。水庫可以是新的，也可以使用舊礦場或現有的湖泊或水庫。

在晴天或刮風的日子里，水被抽到上層水庫。晚上，水流回通過渦輪機以回收儲存的能量。

一對 250 英畝、海拔 600 米(1,969 英尺)、深度 20 米(65 英尺)的水庫可以儲存 24 吉瓦時的能量，這意味著該系統可以提供 1 吉瓦的電力 24 小時，足夠了對于一百萬人口的城市。

水可以在上下水庫之間循環一百年或更長時間。蒸發抑制器——漂浮在水面上以捕獲潮濕空氣的小物體——可以幫助減少水的蒸發。總之，支持 100% 可再生電力系統所需的水量約為每人每天 3 升，相當于早上淋浴 20 秒。這是化石燃料發電站冷卻系統中每人每天蒸發的水的十分之一。

存儲支持 100% 可再生能源

近年來，由于沒有太多需求，幾乎沒有建造抽水蓄能，但這種情況正在發生變化。

2020 年，大約四分之三的新增發電容量是太陽能光伏發電或風能發電。它們的成本一直在下降，這使得它們在許多地區的建造成本比化石燃料更便宜。

澳大利亞安裝太陽能和風能的人均速度是的三倍，并且已經面臨大容量存儲的需求。它有兩個 正在建設中的系統，旨在比世界上所有實用電池的總和擁有更多的能量存儲;另外十幾個正在認真考慮中。沒有一個涉及河流上的新水壩。年運行成本低，工作流體是水而不是電池化學品。

將電力轉變為可再生能源，然后為車輛和供暖供電，可以消除大多數人為溫室氣體排放。擁有巨大的離河抽水蓄能潛力來幫助實現這一目標，隨著風能和太陽能的發展，將需要它。