北美風很大。如果美國和加拿大有足夠的風力渦輪機，僅靠風力就能滿足他們所有的電力需求，甚至還有盈餘。太陽能也是如此，甚至有更大的電力盈餘。美國西南部沙漠的陽光足以滿足全國的電力需求——超過20倍。但這兩個來源都具有固有的不穩定性：風力減弱，雲層出現，且幾乎沒有預兆。此外，風往往在夜間吹得更猛烈，而此時的電力需求是最低的。
根據美國能源部的資料，當太陽能或風能等間歇效能源達到一個地區總能源產量的約20%時，平衡供需就變得極具挑戰性：有時輪流停電可能不可避免。其他地方也存在同樣的問題，尤其是在德國，由於慷慨的補貼，大量的光伏發電能力湧現。
曾參與研究加州電力供應情況的諾貝爾物理學獎得主伯頓·裡希特（Burton Richter）告訴《紐約時報》部落格作者安德魯·雷夫金（Andrew Revkin），由於間歇性，公用事業公司需要保留化石燃料燃燒發電廠作為後備，以便在需要時快速增加發電量。裡希特告訴雷夫金，這種被稱為大規模負載跟蹤的方法“只能用天然氣來實現”。
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當然，如果加州的風力低迷持續數天，加州可以像往常一樣在州際市場上購買電力。關於可以實現大量電力從東海岸到西海岸傳輸的覆蓋整個大陸的超級電網的提議，部分基於“風總是在某個地方吹”的理念。此外，使電網更加智慧化也會有所幫助，這樣使用者在動態定價的提示下，可以在能源充足時購買所需的能源，並在成本上升時減少用電量。
然而，專家們越來越懷疑，即使是超級電網或智慧電網，也足以覆蓋風能和太陽能的間歇性。他們說，解決方案必須包括儲存大量的能量以供以後使用。理想情況下，美國可以建造一個非常巨大的電池，一切就解決了。但我們談論的是千兆瓦（數十億瓦）的電力，而這樣的電池將非常昂貴，至少以目前的技術來說是這樣。
幸運的是，存在兩種已經成熟且經濟可行的大規模儲能方式，並且一些更具未來感的儲能方式也很有希望——正如我在《大眾科學》2012年3月刊的《聚集風力》一文中所描述的那樣。這兩種技術不如媒體通常喜歡報道的技術那麼引人注目——正如一家線上貿易期刊所說，它們顯然“更像是摩登原始人，而不是傑森一家”。其中一種涉及將水抽到山上，另一種涉及壓縮空氣。
抽水蓄能設施由兩個水庫組成，它們之間的高度差很大。當有多餘電力時，電動泵將水從較低的水庫抽到較高的水庫中，從而以重力勢能的形式儲存能量。當風能和太陽能減弱或根本無法滿足需求時，操作員會讓水向下流過渦輪機，從而發電。在壓縮空氣設施中，多餘的電力將空氣泵入地下洞穴，然後以高壓釋放以轉動渦輪機。
抽水蓄能已使用了幾十年，以平衡美國大型電網上的負荷。美國消費者使用的電力中約有2.5%流經了其中一個發電廠。在歐洲，這個比例是4%，在日本是10%。但是，隨著越來越多的風能和太陽能上線，北美電網需要多少儲存容量才能保持可靠性？
這個問題很難準確回答。“這非常複雜，”HDR Engineering, Inc. 的高階副總裁裡克·米勒（Rick Miller）說，該公司建造抽水蓄能設施。不同的可再生能源組合在輸出特性上可能差異很大，有些更容易與需求匹配，而另一些則更難。例如，新墨西哥州的光伏電池板會在附近的城鎮最需要的時候可靠地輸出電子——也就是空調開啟的時候。對於風能來說，情況比較複雜。
加利福尼亞州帕洛阿爾託電力研究所的哈雷什·卡馬斯（Haresh Kamath）表示，許多因素將決定需要多少儲存。人們想要多大比例的可再生能源？他們願意為此支付多少費用？他們願意忍受多少傳輸？他們可能會使用哪種負載？以及他們準備接受什麼水平的可靠性？卡馬斯說：“很多人對如何回答這些問題有不同的看法，而且我們很可能會在世界不同地區的不同時間對這個問題得出不同的答案。”
瞭解問題的規模會有所幫助。美國平均每時每刻消耗約 500 吉瓦的電力——大致相當於 5 億個烤麵包機或吹風機同時插上電源。其中略低於 20% 的能量來自核能，核能實際上已經不產生碳排放，另外幾個百分點來自傳統的水力發電，除了是綠色能源之外，它也沒有間歇性問題。需要脫碳（想想：燃煤電廠）並且最終可能成為間歇性的電力供應部分，那麼就是剩下的 80%，大約 400 吉瓦。
如果所有電力都來自風能，而且風力在所有地方同時減弱，那麼原則上，美國將需要 400 吉瓦的後備電力。但這種最壞的情況至少看起來不太可能發生。
相反，據美國能源部能源儲存專案負責人伊姆雷·吉尤克（Imre Gyuk）稱，許多電網運營商和公用事業公司都認為，一個好的經驗法則是，典型的可再生能源組合將需要約 20% 的儲存備份。對於我們平均 400 吉瓦的可再生能源電力，20% 將相當於 80 吉瓦。這很多，相當於 80 座核電站，但也許並非遙不可及。美國已經擁有超過 20 吉瓦的抽水蓄能容量，而且該行業正在考慮將這一數字翻一番的提議。
然而，發電能力只是故事的一方面。儲能系統的額定值不僅取決於其功率，即它們可以多快地產生能量（以吉瓦為單位測量），還取決於它們儲存的總能量（以吉瓦時為單位測量）。一個能量容量為 1 吉瓦，只能供電 10 分鐘的設施不會很有幫助；在理想世界中，它可以供電 100 小時，從而儲存 100 吉瓦時。建造類似於現有抽水蓄能設施的新設施可能會有所幫助，但在風力最長、最嚴重的低迷期除外。對於這些最壞的情況，我們可能仍然不得不為輪流停電做好準備。
當然，這種簡單的計算也假設了當前的消費水平。我們如何為將來應該駕駛的所有電動汽車提供動力？
現在由化石燃料驅動的經濟部門的電氣化——特別是如果混合動力汽車或全電動汽車成為主要的交通工具——確實會大幅增加電力消耗。幸運的是，為了平衡負載，這個問題會在一定程度上自行解決，因為大多數人會在夜間為汽車充電，並會使用智慧電錶，使他們能夠在電力充足且價格便宜時用電。
可再生能源的間歇性正在成為電力系統脫碳的最大障礙。幸運的是，這個問題似乎是可以解決的。