運用太陽能和風能是解決能源問題的根本和長期的途徑。 但是，傳統的能源可以根據需要調節供應，而太陽能和風能是間歇性的而且不能隨需要來控制。 要有效地運用太陽能和風能，能量儲存是必須的，大規模長期儲存能量是非常昂貴的。 解決這個問題的一種方案是太陽能和風能的短期分散儲存。所謂短期，是指十幾小時至幾天，相當于太陽能和風能的變化周期。 所謂分散，是指以單個建筑為單位，并且以多種不同的方式儲存能量。從產業發展的角度看，太陽能和風能的短期分散儲存的設備會形成一個新的大規模的工業部門。

1、引言

　　世界上越來越多的人認為，運用太陽能和風能是解決能源問題的根本和長期的途徑，例如，2007年諾貝爾和平獎獲得者，前美國副總統高爾在2008年7月17日提出了“ 新登月計劃”，要求美國在十年之內，即到2018年，全部電力都用太陽能，風能和地熱產生。甚至富裕而盛產石油的阿拉伯聯合酋長國，都展示了發展“ 石油以后”世界經濟遠見，出資180億美元為初始基金，建立一個可再生能源研究示范城市Masdar，以無碳排放為目標，著重發展太陽能和風能。以下的統計數字對此作了生動的說明：

　　每年流向地球的太陽能：5.46×10²⁴J
　　每年全球的可利用風能：2.5×10²¹J
　　全世界石油總儲量：1.89×10²²J
　　全世界天然氣總儲量：1.57×10²² J
　　全世界每年能量消耗量（2007年）：5.0×10²⁰ J
　　每年流向地球的太陽能的0.01%或風能的20%就足夠全世界的能量消耗。

　　根據德國太陽能工業協會Bundseverband Solarwirtschaft的預測，在本世紀中葉以后，太陽能和風能，特別是太陽電池發電（photovolatics，簡稱PV），將成為主要的能源。見圖1。

　　但是，與傳統的能源（包括化石燃料和水電）相比，太陽能和風能有一個重大的缺點：傳統的能源可以根據需要調節供應，而太陽能和風能是間歇性的而且不能隨需要來控制$ 太陽能只有白天和晴天才有。風力的大小則經常發生無法控制的劇烈變化。如所周知，風力的能流密度P 與風速V的三次方成正比：P=1/2ρV³，其中ρ是空氣的密度，在標準狀況下（1大氣壓，溫度18℃），ρ=1.225kg/m³速度V可以從0變化到每秒幾十米，圖2是紐約市郊區White Plains 飛機場2007年1月的風能密度的變化情況。圖3是同一地方2007年7月的風能密度的變化情況。如果說，太陽能的變化還是比較有規律的，風能就沒有規律可循了。

　　從季節上來看，太陽能和風能是互補的。冬天風大而陽光弱，夏天風小而陽光強。但是，從短期來看，在幾個小時到幾天內，太陽能和風能遠遠不是互補的。從目前世界各國的經驗來看，如果只依賴大范圍的電網，太陽能和風能在總電力之中的份額只能是一小部分，例如20%大部分的電力仍然需要從化石能源提供，或者用可逆的水電站調節，來按時滿足能量的實際需要。例如，丹麥目前風力發電的比例已經超過了20%， 但是，沒有好鄰居挪威，這是很難做到的。丹麥和挪威的電網是連著的，挪威絕大部分的電力來自水電站。如果電力超過了需要，多余的電力就用來把水從海拔低的水庫泵到海拔高的水庫。當丹麥人需要更多的電力時，只要挪威把閑置的水力發電站開動起來，就可以滿足需要， 但是這種方法只有在特殊的地理環境下才能夠實現。一般來說，大規模長期儲存能量是非常昂貴的。

　　解決這個問題的一種方案是太陽能和風能的短期分散儲存。從歷史上看，這并不是一個全新的概念。在1970-1980年代的第一次能源危機期間，已經出現的許多零星的實例。所謂短期，是指十幾小時至幾天，相當于太陽能和風能的變化周期。所謂分散，是指以單個建筑為單位，并且以多種不同的方式儲存能量。如果太陽能和風能變成了總能量供應的主流，能量的短期分散和儲存勢在必行。在這里，我把太陽能和風能的短期分散儲存作為和大電網能量傳輸供應方案平行的一個能量供應方案來討論。這一方案由于避免了昂貴的直流-交流變流器和電網的建設費，減少了能量變換和傳輸過程中的損耗，在經濟上是合理的。從產業發展的角度看，太陽能和風能的短期分散儲存的設備會形成一個新的大規模的工業部門。由于人力、資源和國內市場的優勢，中國將在這一新興的工業中占主導地位。

2、氫氣

　　氫氣曾經被認為是儲存能量的最有希望的載體，而燃料電池曾經被認為是把氫氣轉化成為電能的最佳方式。如果用氫氣來代替汽油和柴油作為汽車的動力，污染問題就可以徹底解決了，因為排放出來的是完全無害的水蒸氣.Jeremy Rifkin在2002年發表的暢銷一時的題為《（The Hype about Hydrogen(氫騙局）》的書中，以自己親身的經驗，令人信服地闡明了，氫氣-燃料電池技術是不經濟的；因此在可預見的將來，不可能成為有商業競爭能力的工業技術。

　　首先，Joseph J.Romm糾正了一種常見的“氫氣是能源”的誤解。在地球上，氫只是以化合物的形式存在，例如水，要得到游離的氫氣，必須消耗能源。目前，世界上絕大部分氫氣是由天然氣產生的，這種過程叫做“蒸汽重組(steam reform)”：在很高的溫度和壓力下，把天然氣和水蒸氣通過觸媒，轉化為氫氣和二氧化碳：

CH₄+2H₂O->4H₂+CO₂

　　用電解水產生氫氣，能量效率最多只有70%，而且比蒸汽重組要昂貴許多倍，所以很少使用。因此，氫氣并不是可再生的能源，而且會引起二氧化碳污染。

　　其次，Josenh J.Romm分析了氫氣儲存的經濟性和安全性問題。目前唯一經過實踐檢驗的儲存氫氣的方法，是高壓儲氣罐。但是，即使壓縮到350個大氣壓，同樣體積的壓縮氫氣，所含的能量只是同樣體積的柴油的十分之一。但是，壓縮過程會消耗大量的能量，而且這種高壓儲氣罐十分昂貴。安全性也令人擔憂。

　　最后，Josenh J.Romm分析了燃料電池的經濟性和可靠性問題。雖然在理論上，燃料電池的效率可能達到70%，目前實際上達到的效率是40% 左右，并不比柴油機高多少。而且需要用貴金屬，成本太高，可靠性問題也遠未解決。