美國已接近尾聲有記錄以來最熱的夏天之一。在全國範圍內，熱浪導致某些日子的電力需求高峰達到一定水平遠超過季節性平均水平。

電網營運商依靠所謂的「調峰」電廠來確保他們有足夠的供應來滿足這些激增的需求。調峰裝置可以快速啟動且成本相對較低，但它們通常每單位燃燒更多的燃料電比其他類型的化石燃料單位所產生的產量。

由於調峰器的效率低於其他工廠，因此通常僅在高需求期間運作。從歷史上看，巔峰者全年運轉時間不到 10%，通常一次只持續幾個小時。

儘管如此，每單位發電量的較高排放引起了環境和健康問題。截至 2021 年，有美國各地有 999 座峰化工廠，在所有 50 個州。這些工廠中約 70% 燃燒天然氣，其餘則由石油和煤炭提供動力。

減少空氣污染和戰鬥氣候變遷，美國正在擺脫化石燃料並增加對風能等再生能源的使用太陽能。但諷刺的是，隨著氣候變遷產生更頻繁、更強烈的熱浪，許多電力系統越來越依賴調峰發電廠來平衡再生能源發電的波動。建議：建立新的峰值或者延長老人的壽命在各州引起爭議，包括威斯康辛州,麻薩諸塞州,德州和紐約。

我的研究重點是發電的經濟及環境成本及效益。以下是清潔能源轉型如何改變尖峰發電廠的作用以及在高峰需求期間保持照明的其他一些選擇。

平衡電源

對於系統營運商來說，發電廠的關鍵特徵是能否按需發電。許多可再生資源，包括風能、太陽能和某些類型的水力發電，被稱為不可分派資源因為它們受自然支配，在條件允許時產生能量。利用它們發電的成本很低，因此它們通常會發揮最大容量。

使用化石燃料或核電被稱為可調度資源因為它們可以在需要時隨時發電。然而，它們的運作成本高於再生能源，主要是因為天然氣、煤炭、核能和石油工廠必須購買燃料才能運作。

其中一些工廠（歷史上是那些使用煤炭或核燃料的工廠）被稱為基荷電廠。它們發電相對便宜，但需要時間才能啟動並達到滿功率。中級單位每增加一兆瓦時的發電成本就更高，但它們的循環速度比基荷發電廠更快。峰值發電者每兆瓦時的成本最高，但他們可以非常快速地調整其輸出。

從歷史上看，基本負載機組全年運行，中間機組調整輸出以滿足短期需求波動。尖峰發電廠僅在罕見的需求高峰期使用。

但隨著電力供應商向電網添加更多風能和太陽能，他們會更頻繁地使用可調度化石燃料機組來平衡再生能源發電的變化，例如，運行空調當太陽落山但氣溫仍然很高時。這有利於能夠快速改變生產水準的單位，即使它們的燃油效率較低。結果是峰植物的作用越來越大。

環境正義的爆發點

電力生產來自化石燃料在美國減少了大規模投資風能和太陽能發電。但化石燃料發電廠仍在生產約占美國電力的 60%——這些工廠排放的污染物會導致氣候變遷並降低當地空氣品質。

曝露於二氧化硫、二氧化氮、粒狀物和臭氧與呼吸系統和心血管疾病以及過早死亡。儘管近幾十年來美國的整體空氣污染減少，但低收入和少數族裔社區仍然嚴重受到空氣品質不佳的影響。

2022 年的一份報告估計，有 3,200 萬美國人居住在 Peaker 發電廠 3 英里範圍內。2024 年，美國政府問責辦公室報告稱，從統計數據來看，歷史上處於不利地位的種族或族裔社區更有可能位於比平均更接近峰值。

滿足高峰需求的其他方式

還能如何平衡電力供需？一種選擇是在風能或太陽能輸出較高時使用電池儲存電力，然後在需求超過常規資源供應時將其放電。

雖然目前電池投資成本較高，但預計將大幅減少在未來的幾十年裡。2023年，美國總共擁有約15吉瓦的電池儲存容量——相當於15個大型核電廠發電廠——還有那個數字到 2024 年可能會翻一番。

另一種選擇是擴大輸電系統，這樣就可以從遙遠地區的低成本機組獲取電力，而不是依賴附近的調峰發電廠。然而，建造新的輸電線路具有重大意義監管、許可和土地使用挑戰。

第三個選項是需求響應計劃，其中電力消費者在需求較高的時期支付更高的價格。這可能有助於減少全天的需求高峰和低谷，從而使設計為全天候運行的更有效率但靈活性較低的基本負載單元受益。

然而，大多數消費者目前支付的價格並不反映批發電力成本的短期變化。此外，住宅客戶是否會根據短期價格波動而改變消費尚不確定。技術如智慧恆溫器和能源管理應用程式可以幫助減輕消費者根據價格波動手動調整用電量的負擔。

最後，發電廠所有者可以投資技術來減少化石燃料裝置的排放。尖峰客通常缺乏污染控制技術因為它們不常使用。改造舊工廠以提高其效率也可能有所幫助，因為它們每單位電力產生的排放量會更少。

這些投資成本高昂，因此政策制定者必須權衡減少空氣污染對健康的好處與發電廠所有者的投資成本。

加大風能、太陽能投資力度減少當地空氣污染來自電力生產。但它也將生產從熱效率高的基荷機組轉移出去，這些機組無法快速回應需求或再生能源產量的變化。我認為，探索政策來激勵投資電池儲存和傳輸基礎設施等替代方案，以及電廠升級以減少污染暴露，變得越來越重要。

本文轉載自對話根據知識共享許可。閱讀原創文章。