随着越来越多的风能和太阳能并入电网，电网运营者面临一个问题：如何应对太阳和风能发电的波动性？
加利福尼亚州计划花费 数十亿美元 购买电池，以平衡太阳能和风能供电，就像减震器缓和道路颠簸一样。但真的有必要吗？完全不需要！
在我的 研究中，我发现，即使不使用电池，我们也能容纳一个由50%可再生能源供电的电网。
通过按分钟乃至按秒调整数百万家庭和企业的用电功率，可以构建足够灵活、能够适应太阳能和风能发电起伏的系统。这种方法不需要新增硬件，只需要一些控制软件和消费者的少量参与。
大规模平衡任务
如今，风能或太阳能采购的电力已经导致输入电网的能源出现大大小小的“波动”。
例如，在太平洋西北地区一个典型的一周里，电力每小时可能增加或减少超过1吉瓦。这相当于一座大型核电站的发电量，足以供应100万户家庭。
看绿色线条。风力发电具有波动性，而且与实际电力需求（下方红线，蓝线下方）并不总是同步。
博纳维尔电力管理局
这对该地区的电网运营者而言是一项巨大挑战。电力大幅波动需要同样巨大的储能设备：有风时充电，风平浪静时放电。
目前，供需平衡主要通过增加发电量而非储能来实现。
电网运营者会调用所谓的平衡备用资源，这些资源来自化石燃料发电机或水电站（如有）。这些电厂会根据电网平衡机构发出的信号调高或调低出力。这只是维持电网可靠运行所需的众多辅助服务之一。
许多州如今正急于寻找新的辅助服务来源，联邦政府也在寻求激励措施：联邦能源监管委员会（FERC）的745、755和784号令，是政府机构近期为 能够响应并平衡电网的资源建立经济激励措施的举措。
电池是解决方案吗？
储能无处不在，但我们必须把目光放到电力之外。
以一栋 大型办公楼为例。如果风扇功率降低或提高10%，持续10或15分钟，会有人注意到吗？这不会影响楼内人员的舒适度，但由此产生的功率变化可以满足电网相当一部分需求。由于热惯性——一种热储能形式，建筑可以被视为虚拟电池。
那么更长的时间段呢？住宅泳池泵（以及灌溉用泵）在佛罗里达州和加利福尼亚州都是重要负荷——每个州都远超1吉瓦——而且可以安排在一天中的不同时间运行。
借助本地智能——通过每台设备上的芯片，或用于多台设备的家用电脑——佛罗里达州100万个泳池可以作为大型电池加以利用。每个泳池通过单向通信接收电网运营者发出的调节信号。泳池将根据自身需求（例如近期清洁时长）以及电网需求，在开启和关闭状态之间切换。与办公楼的情况一样，每位消费者都能获得所需的服务保障。
当然，泳池只是耗电但灵活的负荷之一。
水泵、冰箱或热水器等开关式负荷需要一种特殊的智能控制，才能准确消除可再生能源发电造成的波动。随机化是成功的关键：为避免同步（我们不希望所有泳池同时关闭），本地智能控制包含一种专门设计的“抛硬币”机制；每个负荷会根据自身环境和电网状态，以一定概率开启或关闭。
在严格限制每个负荷所提供服务质量的同时，仍有可能向电网提供高度可靠的辅助服务。例如，如果设定了这一限制，配备智能恒温器时，室内温度的偏差不会超过一度。冰箱会保持低温并可靠运行，泳池也不会滋生藻类。
接下来该怎么做？
首先，我们必须尊重当今电网惊人的稳健性。
这得益于精妙的控制工程，就像自动控制理论帮助人类首次登上月球，也让今天的飞机如此可靠。我们不能假装能够在不与了解电网神秘动态的控制和电力工程师合作的情况下改造电网。试图平衡供需时，行动过于激进会导致不稳定和停电；响应过慢也会如此。
我们确信，未来几年将基本解决这些工程挑战——这是电力领域令人振奋的时刻！
“智能”负荷，也就是配有控制器的设备，可以与发电机和电池一起平衡电力供需。
作者；图片由作者提供
下一个挑战是参与度。
如今，佛罗里达州约有750,000名房主已与公用事业公司佛罗里达电力与照明公司签订合同，允许该公司在紧急情况下关闭泳池泵和热水器。我们如何扩大这些合同的覆盖范围，让数百万房主和 商业建筑运营者 参与进来，提供所需的虚拟储能？近期FERC规则为平衡电网的辅助服务提供报酬，是建立激励措施的宝贵第一步。
由于不会让消费者失去舒适感，所需的激励可能很少：提供灵活性的是泳池或冰箱，而不是房主。
只要家用电器具备一点智能和灵活性，可持续的能源未来就能实现，而且成本不高。
本文由 The Conversation合作发布。发布本文并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者：Sean Meyn 是 佛罗里达大学
图片：2007年12月8日，一道彩虹悬挂在西班牙巴斯克地区杜兰戈镇附近的发电风机上空。路透社/Vincent West。
