研究表明，大規模儲能將增加美國電力系統總排放量

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由於風能和太陽能等可再生能源技術並非總是在我們需要時產生能量，因此人們經常認為，在電力系統完全過渡到可再生能源之前，我們必須將風能和太陽能儲存在大型電池或其他形式的電網儲能中。儲能被譽為將釋放可再生能源並使其能夠與不可再生能源充分競爭的“聖盃”。

雖然毫無疑問儲能可以幫助將可再生能源與電網整合，但羅切斯特理工學院的埃裡克·希廷格和卡內基梅隆大學的伊內斯·阿澤維多最近的一項研究表明，如果今天安裝大規模儲能，它很可能會增加美國電力系統的總排放量，因為它通常會儲存來自化石燃料而非可再生能源產生的電力。

那麼這裡發生了什麼？一方面，儲能是可再生能源的“聖盃”。另一方面，專家表示儲能可能會增加排放。在這篇文章中，我將解釋儲能如何影響電力系統的總排放量，以及為什麼研究人員說儲能在短期內可能對排放不利。

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與傳統的發電廠不同，大多數形式的儲能不會產生任何現場排放。傳統的抽水蓄能或新興的電池系統沒有煙囪或燃燒。相反，電網儲能的大部分排放是由儲能對更廣泛電網的上游和下游影響造成的。

儲能的關鍵應用之一是在電力需求和批發電力市場價格較低時充電，然後在電力需求高峰和批發價格較高時放電。由於儲能電站以低價購買電力，然後以高價出售電力，因此它會積累收入，這些收入可用於償還其前期資本成本。

以這種方式執行的儲能電站對總排放的影響取決於哪些型別的發電廠開啟以滿足儲能電站充電引起的新增需求，以及儲能電站放電時抵消哪些型別的發電機。如果儲能用風能充電並抵消煤炭，那肯定對排放有利。如果它用煤炭充電並抵消天然氣，那麼它肯定對排放不利。但哪種情況最有可能發生呢？

希廷格和阿澤維多的研究的目的是預測哪些發電機將被用於為儲能充電，以及哪些發電機將在儲能放電時被抵消。為了預測儲能何時充電和放電，他們模擬了儲能電站將如何經濟地響應美國各個電力市場的價格波動。然後，他們使用資料來顯示哪些發電機可能在一天中的不同時間響應電力需求的變化，從而預測哪些發電機將上線以滿足儲能充電帶來的額外需求，以及哪些發電機將在儲能放電時被抵消。

研究結果表明，以最佳方式響應電力市場價格訊號的儲能電站通常會使用煤電充電，然後抵消天然氣調峰發電，因為天然氣電力的市場價格通常高於煤電價格。由於燃燒煤炭產生的溫室氣體 (GHG) 排放量約為燃燒天然氣的兩倍，因此即使儲能以 100% 的往返效率執行，溫室氣體總排放量也可能會增加。當您加上與儲能轉換過程相關的能量損失時，情況會變得更糟。

儘管通常認為儲能是一項“綠色”技術，但希廷格和阿澤維多的研究表明，儲能不太可能用可再生能源產生的電力充電。與傳統的發電廠不同，風能或太陽能發電的成本沒有增加，因此風力或太陽能發電場幾乎永遠不會因電力需求低而減少發電量。因此，風能和太陽能無法突然增加其輸出以進行儲能充電。相反，煤電廠最有可能提高其產量以滿足儲能帶來的新增電力需求。

簡而言之，以經濟方式參與當今電力市場的儲能最有可能儲存來自煤電廠的電力，然後削弱天然氣調峰發電廠，導致總排放量增加。

雖然在當今電網上執行的儲能可能會增加總排放量，但重要的是要記住，與儲能相關的排放幾乎完全與當地電力來源的組合有關，而這種組合可能會發生變化。隨著電網中安裝的可再生能源數量的增加，將會有越來越多的情況下，必須強制減少可再生能源的生產，以防止輸電線路過載、關閉“可靠性必須執行”的發電廠或破壞電網的穩定性。在這些情況下，儲能可以利用原本無法輸送到電網的可再生能源充電，然後在一天中的晚些時候放電以抵消煤電或天然氣發電廠，從而減少溫室氣體總排放量。然而，這種情況在當今可再生能源佔比較小的電網上很少見。

當州和聯邦政策制定者考慮儲能激勵措施、指令或示範專案時，他們應該認真考慮儲能可能對排放產生的特定影響。與可再生能源不同，電池或其他技術形式的儲能對於氣候而言並非絕對有利，因此不應將其視為如此。在可再生能源受到限制的地區（例如夏威夷）實現可再生能源的儲能可以幫助減少碳排放，但僅僅儲存低峰化石燃料電力的儲能幾乎肯定會增加碳排放。

參考文獻：希廷格和阿澤維多，2015 年。