太陽能和風能在美國迅速發展。它們目前約占能源發電量的19%，到2030年可能達到40%以上。這種清潔能源將迅速取代煤炭，許多人預計它也會取代天然氣。但這是錯誤的：事實上，未來幾十年太陽能和風能都將依賴天然氣。

如今，太陽能和風能的成本相對較低，價格可能還會進一步下降。但它們與化石燃料不同，它們屬于所謂的可變可再生能源(VRE)，這意味著它們只有在陽光照射或風吹時才會發電。

有時這種變化是可以預測的。例如，太陽能在夜間不發電，冬季發電量較少。但有些變化是不可預測的；云層覆蓋或風旱可能持續數周。只要風能和太陽能占發電量的一小部分，這些“VRE赤字”就不是問題。但隨著它們成為主導，當VRE供應量低時，我們如何填補缺口？

電力公司目前正在增加大量短時（4小時）鋰離子電池儲能，以應對每日和每小時的變化，在需求旺盛的晚上提供足夠的電力。能源部預計這一趨勢將加速，但盡管這些電池可靠且只需輕輕一按開關即可開啟，但它們每次只能解決幾個小時的VRE不足問題。

長期VRE缺口則是另一回事。如果缺口持續數周或數月，會發生什么情況？我們如何才能維持電力供應？英國皇家學會等機構的詳細研究表明，惡劣天氣可能會持續一段時間，導致年度缺口高達電網總發電量的20%（在完全脫碳的電網中）。

目前，當需求激增或供應中斷時，我們主要求助于“峰值電廠”——單循環運行的燃氣電廠，為渦輪機提供電力。這些電廠的效率低于聯合循環燃氣輪機電廠(CCGT)，而且它們的能源更昂貴，因此它們被保留下來并提供備用容量，以確保始終有足夠的應急電力。通常，電網運營商支付約15%的峰值能源需求作為備用容量。如果少于這個數字，可能會停電。如果多于這個數字，就會浪費金錢。雖然VRE的使用相對較少，但峰值電廠可以彌補VRE的不足。

但隨著VRE在整個電網中所占份額越來越大，惡劣天氣事件的影響將變得更加緊迫，供電也將變得更加不穩定。VRE占40%的電網將需要更多的保險來保證電力供應。

天然氣能源還有其他替代品，比如氫能、水力發電和壓縮空氣。水力發電運行成本低，是一項成熟且完善的技術，其發電機可以使用數十年。但我們拆除的水壩比新建的多，而且美國對新建的數十座巨型水壩沒有興趣。相反，綠色氫能的效率非常低，需要100KWh的綠色電力才能提供40KWh的儲存可調度電力，而且制造和儲存成本非常高，運輸成本也很昂貴，會造成嚴重的排放。此外，氫能不會像風能和太陽能那樣突然變得更便宜。壓縮空氣目前的運行效率約為50%。大幅提高需要冷卻然后重新加熱空氣，而當空氣長時間儲存時，這方面的成本很高。而現在添加到電網中的電化學電池無法提供所需的長持續時間、巨大的可擴展性和低成本的組合。

這樣我們就只剩下天然氣了。

為了使VRE主導的電網成為可能，必須使用天然氣作為VRE短缺的保障。這就是為什么美國能源部預測在清潔能源轉型期間，峰值發電廠的容量實際上會增長，以及為什么它預測CCGT容量不會大幅下降。

然而，天然氣發電的功能將發生變化。目前，CCGT電廠主要用作穩定基載電力，這是一種100%時間使用的能源，通過峰值電廠可提供額外的容量。隨著綠色能源轉型全面展開，CCGT電廠將從生產基載電力轉變為提供供應中斷保障，就像今天的峰值電廠一樣。

最終，我們可以希望建立一個零排放的綠色電網。在那個世界里，天然氣排放最終將被徹底淘汰。也許天然氣將被地熱或核聚變等新燃料來源所取代，碳捕獲可能會消除天然氣發電廠的排放，或者可擴展的存儲技術最終可以成熟，從而成為未來的能源保障。但總的來說，很明顯我們還沒有擁有所需的所有技術，我們需要更加努力地改進這些關鍵技術，其中許多技術仍未準備好進行全面的商業部署。

與此同時，我們必須明白，在美國，天然氣將成為風能和太陽能的關鍵推動因素，為電網提供風能和太陽能無法提供的可靠性。如果我們認真對待脫碳，那么這就是我們所需要的：對近期和中期有一個現實的看法，投入大量資金開發關鍵技術，提供廉價可靠的能源，并切實理解天然氣在脫碳電網中不斷變化但仍然至關重要的作用，未來幾十年仍將需要天然氣。