最初由Ryan Koronowski发表在ClimateProgress。
近30年以来，世界上最大的炮弹一直静静地坐在弗吉尼亚州与西弗吉尼亚州接壤的乔治华盛顿国家森林中。它坐落在阿巴拉契亚山脉中部，坐落在蓝岭山脉的后面，距离美国首都有五个小时的车程。
受益于城市力量的城市地区很少有人知道它的存在，更不用说它的用途了。与在弗吉尼亚州温斯普林斯（Warm Springs）居住和工作了几英里的人们交谈，其中一些人的意识模糊，但会很容易地承认，他们对输电的方式一无所知。为该设施运营公司Dominion Power工作的Dan Gessler简而言之：“我认为绝大多数公众甚至都不知道它的存在，它就在山上茫茫荒野中。”
从术语的常识上来说，巴斯县水力抽水蓄能设施并不是真正的电池，而是世界上最大的抽水蓄能设施。它存储了大量的能量，这为区域传输组织PJM Interconnection服务的13个州（和DC）的6000万人提供了帮助。通常，当一个大区域中的某人下班回家并打开电灯或打开电视时，从电源线流下来的一些电子来自弗吉尼亚州农村山区的两个湖泊。
设施的站长肖恩·弗里德利（Sean Fridley）看着办公室上方一千英尺高的上层水库时，他看不到水滴。他看到了数千兆瓦深的功率块，大量存储的势能-比胡佛水坝的输出功率更高-只需轻按一下开关即可打开。
“这是有史以来最大的工程项目之一，”弗里德利说。“机器巨大。”
但是，这种巨大的“电池”能否被气候干旱所耗尽？
再看水电
我们使用的大部分能源，其根本取决于太阳。太阳能将辐射直接转换为电能，由于太阳温差导致风在地球上流动，从而使巨大的涡轮旋转，并且我们燃烧来自太阳生长的植物的生物燃料。化石燃料来自依靠太阳能生长的有机物，然后死亡并埋藏在地下数百万年，变成一种可以燃烧的能量，从而使其他涡轮机旋转。
自1882年第一座水力发电大坝在威斯康星州上线以来，自来水一直在发电。太阳使表层上的水蒸发，将其拉成云层，然后沉淀到集水区。然后，水在重力作用下通过河流被拉低至海平面。水力发电将水取走，并通过一台机器使涡轮旋转，从而发电。为了确保有足够的水来可靠地发电，大多数水力发电设施都筑起了一条河，以便在长期内通过干旱和洪水释放出稳定的水量。
大多数人都熟悉常规水力发电的基本知识，但是水力抽水蓄能又如何呢？第一批是在欧洲，最早可追溯到第一座水力发电大坝十年后。这个想法是在稳定水力发电的情况下发电，但要利用原本会浪费掉的电力来代替正常的蒸发，降水和重力，而这些蒸发，降水和重力使河流流动。抽水蓄能设施会使用多余的电能并向山上抽水，以后可在此用它为家庭和企业供电。抽水蓄能设施为电网提供了可靠性，并提供了放置电能的场所，否则将浪费电能。
特里·尼尔森（Terry Nelson）是巴斯县的发电运营与维护经理。他在80年代就帮助建造了该设施，并以此方式进行了描述：“实际上，这是一个非常简单的站点。您可以产生很多能量，但是如果您查看煤炭站，我们将变得更加简单。我们没有煤尘，没有高压蒸汽。这是一个工作的好地方。声音不大。”
确实，坐在发电站中心的会议桌旁，让一些保持运转的人员参观，当另一台涡轮机投入使用以满足电力用户的需求时，访客可以听到并听到一种稳定的嗡嗡声。但是，它很容易与大声的空调混淆，并最终从注意力中消失。
为什么要抽水储存？
操作电网是艰苦的工作。要使电力生产商的不断变化的电力供应与电力消费者的不断变化的电力需求相协调，就需要认真的计划，大量的资源和智能软件来管理整个系统的逐秒波动。能够在需求激增时提供额外电力的设施，以及在需求下降时供应保持高水平时有效地获取额外电力的设施非常有用。
抽水蓄能设施带给电网运营商的主要资产是可靠性。电站经理弗里德利说：“事实上，我们可以快速启动，可以在系统上投入大量电力，可以为系统提供稳定性-可以降低电网风险。”
“如果丢失了一个大型设备，我们可以在五到十分钟内将一个设备联机。那是500兆瓦。”其他备用发电厂（例如天然气联合循环发电厂）最多需要20-30分钟即可开始发电。“具备快速启动大型设备的能力，对系统非常重要。”
抽水蓄能设施的经济现实是这样的事实，即它允许像核电这样的大型基本负荷系统在夜间运行，而不会无效率（且昂贵）地降低生产效率。很难让核反应堆空转。低效运营现有的燃煤电厂绝不是所有人的最大利益-因此，找到一种以生产方式充分利用其生产的电力的方法，将是一个全胜。因此，在深夜，电力需求急剧下降，而原本可以被浪费掉的额外电力可以非常便宜地用于为巴斯县这样的抽水设施充电。每当有风吹来时，风力涡轮机也会旋转，只要电力便宜，这样的设施就不在乎电子来自何处。该工厂的发电/技术支持主管史蒂夫·金（Steve King）说：“您可以利用他们晚上生产的电力来抽回我们的水。”
有一天，可能有可能使用这种额外的能量（或额外的间歇风和太阳能）为常规电池系统充电。但是，目前，世界上最大的常规电池甚至无法接近巴斯县这样的大型抽水蓄能工厂实现的生产或储存能力。考虑到常规电池的当前状态，将水抽到山上要便宜得多。
那么它是怎样工作的？
欧洲继续在抽水蓄能方面进行大量投资，可再生能源产量猛增，生产能力也得到提高。美国有40个抽水蓄能设施，而巴斯县虽然是世界上最大的，但也是最年轻的国家之一。乔治亚州的落基山水力发电厂是最新的，于1995年投产。由于设施昂贵，难以安装且难以建造，因此在美国的发展一直很缓慢。
在弗吉尼亚州和西弗吉尼亚州之间的山区中，一个大型设施的设计文件可以追溯到1970年代初，当时区域性电力供应商希望找到与他们夜间夜间电力有关的东西。该国没有多少地方可以提供这种独特的地质机会，可以轻松地在不同高度的两个大型水库之间来回抽水。该地点的两个山谷非常适合水力发电设施。该电台于1975年获得牌照，此后不久便破土动工。1985年，耗资16亿美元，该电站投入运营。
整个系统布置在两个水库上。上层水库较小，由Little Back Creek和一个4平方英里的分水岭喂养。这个水库是一个人工湖，从山谷中创造出来，由一个由1800万立方码的粘土和石头的不透水核心构成的大坝填满。
从这个水库下坡超过1000英尺是一个更大的湖泊，由Back Creek和一个更大的75平方英里的分水岭提供。水从该系统流出，流入杰克逊河，再流入詹姆士河，再流入切萨皮克河口。
但在此之前，巴斯县抽水蓄能设施的51名工人已经为此工作。
在上部水库壁的中途，有三条隧道，被“垃圾架”覆盖-安装了格栅以防止杂物和野生生物进入。因为水是双向流动的，所以炉排在很大程度上可以自我清洁。隧道（称为“油管”）从山腰向下延伸1,262英尺，直达发电厂，俯瞰下部水库。早晨需要电源时，一个巨大的球阀在底部打开，水向下流到10层高的海绵状发电站。它沿压力管向下流动，经过打开的阀门，然后进入直径为19英尺的涡轮叶片壳体的顶部。水压足够大，足以开始旋转90吨涡轮机的叶片。很快。它加速运行，并在五分钟内安装在涡轮机周围的发电机沿着高压传输线发送电力，从而为电网提供高达462兆瓦的电能。水继续向下进入下部水库，慢慢地注满水。一共有三个压力管道，每个都有两个涡轮机。
在炎热的天气中，第一个涡轮机将在上午10点或11点开始旋转，而最后一个发电机可能会一直运转到晚上8点。数十亿加仑的水从上部水库（可能下降105英尺）流到下部水库（可能上升60英尺）。但是，只要从车站旁边的停车场看下水库的表面，就可以看到车站附近的轻微起伏，这表明正在发生任何事情。尽管水库中有鱼类和正常的野生动植物，但由于水库的急剧下降以及一天中水位的急剧变化，因此禁止钓鱼和其他娱乐活动。当天晚些时候，由于需求下降，涡轮机关闭，该设施的另一个主要目的成为中心焦点。
三人操作夜班，使用来自电网的便宜，低需求的电力将整天向下流到下水库的水泵回隧道，再流到上水库。有时他们可以将其全部备份。在很多日子里，他们无法做到—当需求高涨，由于干旱而该地区缺水，晚上需求高于正常水平时。他们通常会在需求较低的周末尝试赶上。
在过去的28年中，功率输出基本上没有变化，但是电站内的步伐有所加快。电网使它们上下循环的频率更高，因此，现在每年涡轮机可上下4500次。电力需求超过80年代，电力需求高峰意味着涡轮需要打开和关闭的次数更多。技术升级使整个系统的管理更加精确。
该设施的容量为3030兆瓦（3.03吉瓦），这意味着当上部水库装满并且所有6台涡轮机都在旋转时，它可以为电网提供那么多的电力。平均发电量为2772兆瓦-随着水从上水库流出，使涡轮机运转的水压（水头或水的重量）减小，这意味着当水量减少时，该设施开始发电。
“因此，当您将其用光并耗尽时，您将获得更少的发电量，”电站经理弗里德利说。“随着一天的进展，当我们清空此上部水库时，那将耗尽。”
气候变化与水电
人们通常担心气候变化将如何影响电网，包括暴风雨使基础设施瘫痪，洪水使设备短路或损坏，或者热浪使金属弯曲或推动冷却用电需求。然而，干旱是水力发电大坝的最大敌人。通常情况下，抽水蓄水的设施包含大量水，并且设备齐全，以至于干旱不会给它带来麻烦。但是最近，对于水位的担忧甚至引起了世界上最大的抽水蓄能设施的担忧。
Fridley解释说：“我们有能力在任何一天在山上储存24,000兆瓦时。如果我们受干旱影响，我们的电力输出就会减少。就这么简单，就是简单的物理学。该计划只是让它挖掘力量。因为实际上您无能为力。如果没有水，您将无法发电……我们还没有达到这一点，但是我们已经进行了一些密切的通话。”
喂养巴斯县的小河的范围可能从洪水期间的每秒400立方英尺（cfs）的峰值到夏季干旱时的8-12 cfs的低点不等。
该站的发电经理纳尔逊说：“问题是我们何时进入干旱时期。”“去年是我们长期以来最糟糕的一年之一，这是一个令人担忧的问题，因为如果您度过了夏天并且失去了足够的水，您将无法注满上层水库。”
纳尔逊继续说：“这取决于你的糟糕程度。“如果您无法完全填满它，那么它并不会对您造成太大的伤害，因为我们通常不会全部使用它–我们通常不会在一夜之间将其填满，然后将其全部拆下。明天。但是随着情况变得越来越糟，有可能您真的无法将其填满，以至于您失去了一些存储空间，从而失去了一些电源功能。”
高需求时期可以帮助将上层水库的水位降低到危险的低水平。尼尔森说：“几年前，我们经历了真正的炎热的一周。”“实际上，我们实际上是在一天的高负荷下抽水，所以我们第二天就会充满能量。所以这是我唯一一次看到我们这样做。每个人都在产生饱满，我们在抽水。”
该工厂的技术支持主管史蒂夫·金（Steve King）解释了如何在考虑干旱的情况下建造水库。挖掘提供了一个“保护池”，作为额外的水以通过干燥的夏季。“近年来，我们几乎已经耗尽了这个保护池。”2012年给弗吉尼亚州的大部分地区和全国大部分地区带来了“异常干旱”的干旱条件。
当水位降低时会发生什么？尽管巴斯县（Bath County）将其权力出售给PJM，也从中将其购回，但它受联邦能源管理委员会（FERC）的监管。尼尔森说：“我们与FERC达成了协议，在干旱情况下，我们不必放出太多的水。从理论上讲，仍然有一点您可能会用完。”
每个人都指出，今年干旱不是问题-那里下了很多雨。因为这不是防洪设施（就像许多大坝一样），所以所有流入的水都必须倒出。但是，几年来，流入的水量很低，以至于它所要做的就是替换由于蒸发而损失的水以及通过大坝的自然渗水。
其他水坝也在处理多余的水。田纳西河谷管理局（TVA）运营着一个抽水蓄能设施和49个其他水坝，今年田纳西州面临洪水。这意味着水力发电大坝有大量的水来产生大量的电力，从而降低了价格。这也确实意味着控制水流量的人，例如TV Schaching Schuck Bach的TVA总经理，必须让一些溢出物，这会淹没沿河的农田和建筑物。为了预测会发生什么，他们会提前15天进行建模。
关注水力发电对生态的影响的水电改革联盟的鲁帕克·塔帕利亚（Rupak Thapaliya）指出，联邦政府以及州公用事业和电力公司可以做的一件明智的事情是，不要假设未来会像过去一样他说，目前对水电大坝进行许可的联邦程序并未考虑气候变化，气候模型应该是该程序不可或缺的一部分。在某些情况下，回顾过去的环境影响可能会有所帮助，但是由于仅依靠过去的表现会忽略未来的情况，因此无法显示全部情况。他说，考察该国各地的气候模式以及它们如何管理水资源只能帮助开发商，因此每个人都应该坚持最好的信息。更好的气候模型还可以帮助设施管理员在15天的预报范围之外预测洪水和干旱情况。
在日本，至少有一个抽水蓄能设施通过使用海水代替淡水来解决干旱问题，并将其“下层水库”设在太平洋。尽管与普通的淡水设施相比还有其他一些技术差异，但与海洋相连确实意味着它永远不会耗尽水。
但是淡水水电又如何呢？像巴斯县这样的设施可以用来解决气候变化导致的潜在灾难性干旱状况，可以使碳排放得到一定程度的削减。
下一步是什么？
随着风能和太阳能现在与核能竞争，风能在夜间具有合理的商业意义以帮助为抽水蓄能设施供电的时间可能比许多人想象的要近。尽管盖斯勒说他不知道Dominion有什么计划专门为巴斯县建设风电场，但他确实说：“我听说巴斯县可能成为风电场的发电厂。”
目前，该设施从PJM购买电力，PJM确实有可再生发电机，但其大部分基准电力是核能和煤炭。看看PJM的互动式可再生能源地图，可以看到整个阿巴拉契亚山脉中的广大风电场。盖斯勒说：“这实际上是一个商业决策，他们将使用最便宜的动力来抽回水，但是从他们的角度来看，抽水的方式并不重要。”如果像巴斯县这样的储能设施使对可再生能源发电厂的投资更加可行，因为例如夜间风力涡轮机产生的额外电力可以用于良好的可盈利使用，这意味着化石燃料的使用量和碳排放量将减少。
给水力抽水蓄能设施充电的理想动力源是依靠间歇性燃料（例如太阳和风）的廉价可再生能源。如果由于某种原因在需求高峰时期无法轻松地使用电网，也许它可以为巴斯县这样的设施供电。夜间吹来的过量风可以直接混入已经为巴斯县等设施充电的基准电。
理论上可以利用抽水蓄能来实现大规模的可再生能源扩张。障碍也是如此。这些设施，甚至是巴斯县四分之一的设施，都可能非常昂贵。由于特定的地理和地质需要，两个水库在高度不同的地方同时靠在一起，因此它们在很多地方也不可能存在。
国会两院最近通过并由总统签署的立法可能使他们的事情变得容易。《水电监管效率法案》和《填海小管道管理局水电开发和农村就业法案》都试图简化新水坝和现有水坝的水电开发过程，全国仅3％的水坝用于发电。与生态有关的水电改革联盟的鲁帕克·塔帕利亚（Rupak Thapaliya）表示：“该法案取得了平衡。”专门针对抽水蓄能，现在要求FERC检查为期2年的简化的闭环抽水蓄能设施的许可流程，并且应用程序也在增加。
随着化石燃料的燃烧推动整个地球的气候变化，采用可再生的低碳能源已成为当务之急。可再生能源占当前电力结构的13％，尽管风能和太阳能发展迅速，但水力发电仍占最大份额。由于风能和太阳能将在未来几十年中获得最大的增长，可再生能源的成功取决于能源存储的容易程度，抽水蓄能是一种选择，并且可以作为将这项任务扩展到可再生能源的模型需要是。如果运气好的话，它将发生在像巴斯县（Bath County）之类的站点以及在西部的站点由于气候变化加剧的干旱而耗尽水源之前。
杰夫·斯普罗斯（Jeff Spross）整理并叙述了这篇文章顶部的视频。
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