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太阳能和风力发电有一个缺点：它们都是间歇性的——夜晚没有阳光，风不能总是吹。公共部门把波动性可再生能源接入到电网需要一个学习过程。现在可以用复杂的预报方法来预测什么时候太阳被云层遮住或者什么时候起风，电网运营商可以在更多的时间内调节供需平衡。高度互联的电网可以把多余的电量长距离地传输到最需要的地方。如果太阳能或者风力发电不足，天然气调峰发电厂（natural-gas peaker plant）就可以快速点火发电。
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并不是所有的电网都是这么强大或者互联的，有些地方根本无法进行远距离输电，或者在需要时快速启动发电。另外一个平衡间歇性可再生能源峰谷的解决方案是把多余的能源存储起来供以后使用，随着太阳能和风能发电在电力生产中的占比越来越大，这种技术将变得至关重要。
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人民的力量
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虽然现在有很多储能技术，但大部分都很昂贵。最普通、技术含量最低的就是抽水蓄能电站，将水抽到一个位置较高的水库，需要时将水释放出来冲下水库并带动涡轮发电机。另外一个方法是将空气压缩到大容器或者地下洞穴里，当需要时，释放空气来带动涡轮产生电能。
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很多不同类型的可充电电池也可以用于存储电能。电池是由电化学电池组成的，使用化学反应来发电。锂电池目前越来越受欢迎，因为它相对较轻，可以将大量的电能储存在一个较小的空间内，现在从各种便携式电子设备到电动汽车都在使用这种电池。科学家们认为，他们能够进一步改进电池的设计和组成，能够使现有的能量密度翻一番。
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另外一个很有希望的电网技术是液流电池。它由一组分别装有两种不同液体的容器和一块单独的电化学电池组成。当这两种液体被泵运送通过电池时，离子通过薄膜从一种液体流向另外一种液体，电子流向外部电路。因为液流电池是把能量存储在液体电解质中，所以其能量密度由存储容器的体积决定。目前这种电池还没有进行量产并销售，但是，如果可以使用廉价而且毒性较小的材料来制作，那么它们将得到更为广泛的应用，可以用于几个小时的电能存储。
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加州之梦
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与发电量相比，全球的电能储存量很小，但这将在未来几十年内有所改观。加利福尼亚州要求在2030年，可再生能源的发电量达到50%，要求三家最大的私营公共事业公司在2020年之前使电网增加1.3千兆瓦的储能容量。南加州爱迪生公司（Southern California Edison，SEC）是一家为加利福尼亚州中南部1500万人提供服务的公共事业公司，已经采购了几百兆瓦的存储容量。爱依斯能源储存公司（AES Energy Storage）是能源巨头美国爱依斯电力公司（AES）的子公司，正在为SCE安装一个100兆瓦的巨大的锂离子电池系统，能够快速灵活地提供长达4个小时的电力。SCE还在与硅谷的Stem公司合作，该公司将小型模块化的锂离子蓄电池与智能软件整合在一起，能够减少企业的电力成本，并且为电网提供服务。它与SCE的合同要求在10年内，Stem为SCE的客户安装大概1000个85兆瓦的分布式储能设备。
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美国调查公司GTM Research的能量储存总监拉维·曼哈尼表示，到2020年，大部分新型电能储存设备将被安装在“电表后面”，不仅是公司，还有家庭。德国公共事业公司RWE的能量储存专家克里斯汀·梅茨格也给出了同样的预测。他预计在未来几十年，德国各地公共事业公司客户的分布式电力存储容量联合在一起将很大，足够为电网提供各类服务，这将使得建造昂贵的大型存储项目变得不必要。只有在2050年之后，当可再生能源为德国提供80%以上的电力时，才需要额外的长期电力存储设备。
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根据调查公司Navigant的研究显示，目前全球的新能源存储系统基本都在使用锂离子电池技术，大概占了全部存储容量的85%以上。加利福尼亚州的特斯拉汽车公司正在与其电池供应商松下公司一起在内华达州建造一个价值50亿美元的超级电池工厂——Gigafactory，以满足市场对其汽车不断增长的需求，以及用于家庭和企业的模块化储能系统——Powerwall和Powerpack。其他大型锂离子电池制造商也在扩大生产规模。
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由于规模经济、垂直整合和其他效率的提高，所有这一切都将大幅降低电池组的成本。根据彭博新能源财经的报告，电动汽车的电池组成本可以从现在的350美元每千瓦小时下降到2030年的120美元以下，这将使得电动汽车能够在没有任何补贴的情况下与传统汽车进行竞争。报告指出，到2040年，全球新车销量的35%都将是电动汽车和插电式混合动力汽车。
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随着可再生能源在电力行业的份额增加，给电动汽车充电的能源将日益来自清洁能源。另外，在用电高峰时段，电动汽车车主可以把他们汽车电池的电力提供给电网，以降低他们的电费。电网将变得更加干净、更加联网以及更加分布式。家庭客户和商业客户不仅可以自己用电池存储能量，还可以把多余的能量卖给别人。
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路漫漫
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尽管可再生能源和相关技术从现在起到2050年将带来巨大的影响，但其他能源技术也将继续发展。与可再生能源一样，核能也可以发电并且不会释放影响气候变化的气体。核裂变是由较重的原子（如铀）分裂成较轻的原子，并在这个过程中产生能量。第一批核电厂是在20世纪50年代开始运行的，目前全球大概有450座核反应堆，提供全球电力的11%。国际能源署估计，到目前为止，核能大概减少了两年目前的全球二氧化碳排放量。
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在2011年，一场地震及其随后的海啸对日本的福岛核电站造成了一系列熔融。虽然释放的辐射没有杀死任何人，却导致了超过15万人流离失所。公众对于事故进一步发生的担忧以及对放射性废弃物管理的关注，使得很难建造更多的核电站，特别是在西方国家。
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目前正在建造的60多座新反应堆大部分都在印度和俄罗斯等国家，这些国家的监管障碍及其带来的成本较低。在美国、欧洲、俄罗斯和日本大概有200多个核反应堆已经进入老龄化，在未来几十年可能会退役。因此，国际能源署预测，到2040年，即便核电在电力行业的份额出现增长，可能也会很小。
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另外一种核能——核聚变，能够提供更安全、几乎无限的电力，并且没有严重的放射性废弃物或者核反应堆熔毁的威胁。在核聚变过程中，较轻的原子，如氢原子，在高温高压作用下合成较重的原子，如氦原子，同时释放大量的能量，这也是太阳以及其他恒星产生能量的过程。自20世纪50年代以来，世界各国政府已经投入了数十亿美元用于开发这项技术。科学家们从那个时候就预测，几十年内将建成核聚变反应堆。但是，在地球上复制聚变比预期要难，当初的预言成了一个笑话，目标似乎永远在二三十年之后。
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最近，迄今为止世界上最大、最雄心勃勃的核聚变项目——国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER，ITER在拉丁文中的意思是“道路”）已经推迟了。法国正在建造的大型反应堆原本计划于2016年启用，但超出预算数十亿美元，落后于计划几年，现在预计大概还需要10年才能运转。但是，该领域的很多科学家仍然认为其最有希望获得核聚变圣杯：反应堆产生的能量比消耗的能量更多。目前，这个目标还很遥远。核聚变的世界纪录仍然保持在1997年，产生16兆瓦的能量，需要输入24兆瓦的能量。
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几家私人公司也面临这个问题。这些公司认为自己可以让核聚变更快、更便宜。每家公司对于如何在超高温下控制和维持燃料颗粒（也被称为等离子体）进行聚变反应这个根本问题有不同的解决方案。加利福尼亚州的Tri Alpha Energy公司已经吸引了数亿美元投资，其中就包括微软联合创始人保罗·艾伦的资金。该公司的方案是使用高能粒子束来帮助加热和稳定等离子体。其他公司，如加拿大的General Fusion和西雅图附近的Helion Energy也分别得到了来自著名投资人亚马逊首席执行官杰夫·贝佐斯以及贝宝联合创始人彼得·蒂尔的投资。General Fusion公司使用活塞式的设计来压缩和加热燃料颗粒，Helion Energy则使用脉冲磁场。
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这些公司有一个共同点，它们坚信可以用5到10年的时间来完成核聚变工作。有些专家则没有这么乐观，英国卡勒姆核聚变能源中心的总监史蒂文·考利说：“做出这样的承诺将有损于我们的信誉。”他认为商业化的核聚变反应堆还需要三四十年的时间。
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煤炭工人的烦恼
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同时，毫无疑问化石燃料还将继续存在几十年，即便随着时间的推移它们的使用量将逐步下降。另外，人类在使用化石燃料时还需要努力让它们变得更清洁，减少对环境的污染。
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目前大约有1/3的新建煤电站以及2/3正在运行的煤电站都是使用“亚临界”技术，效率是35%左右，而现代化电站的效率可以达到45%以上。所有的煤电站都可以安装过滤器、除尘器或者其他装置来减少或者消除大气污染物，但是根据国际能源署的报告，情况并非如此。
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更为罕见的是碳捕集与封存（carbon capture and storage，CCS）技术，该技术从发电站废气中去除二氧化碳，并将其储存在地下或者回收用于其他工业生产。目前全球大概有15个大型的CCS项目正在运行，约有1500个煤电站正在规划或者建设CCS。位于加拿大边界大坝电厂的全球第一个商业化CCS项目的成本超过10亿美元。自从2014年其开始运行以来，该项目遇到了各种技术问题甚至停机，远远没有达到其捕获90%二氧化碳的目标。
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CCS的支持者说，有了边界大坝项目的经验教训，将来新上线的项目将会更便宜、运行更顺畅。但这种项目的成本仍然让人望而却步，新建的CCS项目正在收缩，约有40个项目已经被搁置或者被取消。
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