可再生能源如何运作及其如何重塑全球电网

可再生能源来自于在人类时间尺度上自然补充的源头——阳光、风、流动的水、地球内部的热量和有机物质。与煤炭、石油、天然气或核燃料不同，这些源头不会被燃烧或消耗；发电厂反而是捕捉已在环境中流动的能量并将其转化为电力。

每种技术如何将自然转化为电力

风力涡轮机使用形状像飞机机翼的叶片。当风吹过它们时，两侧的空气压力差产生升力，使转子旋转。转子转动发电机——要么直接转动，要么通过加快旋转速度的齿轮箱转动——这种机械旋转产生电力，根据美国能源部的说法，电力通过变电站送入电网。

太阳能电池板的工作方式不同：它们没有运动部件。硅太阳能电池经过处理，使得一层带正电荷，另一层带负电荷。当阳光击中电池时，光子使电子脱离，这种电子流——光伏效应——产生直流(DC)电力。由于家庭和大多数电网使用交流(AC)，逆变器在使用前转换电力。

水力发电厂利用落水或流水的力量使连接到发电机的涡轮旋转，基本原理与风力相同，但使用水的重量和运动而不是空气。地热发电厂利用地下储存的热量产生蒸汽来驱动涡轮，而生物能源厂燃烧有机物质(如农业废弃物或木材)产生热量，热量被转化为电力。

可再生能源正在追上煤炭

根据国际能源署的《全球能源评论》，可再生能源在2025年供应了全球电力生成的34%，高于2024年的32%和十年前的23%。与核电相结合，低排放源在2025年达到了全球发电的43%——国际能源署表示这是五十年来的最高比例。

国际能源署报告称，仅太阳能光伏在2025年就增加了约600太瓦时的发电量，创历史最大年增长纪录。风能和太阳能合起来达到了全球电力生成的17%，高于十年前的约5%。国际能源署表示，全球可再生能源生成在2025年'基本匹配'了燃煤发电，而煤炭发电本身下降了约0.5%——这是自2015年以来首次在非危机时期出现下降。

为什么可变性是中心工程挑战

风能和太阳能输出随天气和日光而上升和下降，因此电网运营商需要其他工具来在每一时刻保持供应与需求的匹配。

电池已成为平衡这些波动的主要工具之一。根据国际能源署的数据，全球电池储存容量新增在2025年达到108吉瓦，比2024年高出约40%。中国增加了刚好超过63吉瓦，美国增加了19吉瓦，同比增长60%。国际能源署表示，在加州，电池储存从五年前供应不到1%的小时级电网平衡需求，增加到2026年第一季度的超过60%。

接下来会发生什么

国际能源署预计，2025年至2030年间，全球将安装4,600吉瓦的新可再生能源装机容量——大约是过去五年增加总量的两倍——其中太阳能光伏约占增长的80%。全球可再生能源发电预计将增长60%，从2024年的9,900太瓦时增加到2030年的16,200太瓦时，将可再生能源在全球电力中的比例推至43%。