可再生能源在减少温室气体和引领美国走向能源独立方面发挥着至关重要的作用。这一作用很快就会变得更大：美国政府正推动在 2012 年前将可再生能源翻一番。最大的两个来源是风能和太阳能。但风能和太阳能的间歇性可能会导致供需匹配问题——如果我们能以工业规模很好地储存电力，这些问题就会大大缓解。目前有几种储存系统正在争夺主导地位。
压缩空气储能 夜晚，当风力最强且用户入睡时，未使用的风力发电可以驱动大型压缩机，将大量空气压入密封的地下空间。当白天需求上升时，压缩空气可以用来驱动涡轮机，将能量转换回电力。桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）的机械工程师 Georgianne Peek 表示，这项技术可以以相对较低的成本长时间提供大量电力。这项技术也很成熟：已有两座压缩空气储能电站运行了几十年。位于阿拉巴马州麦金托什的麦金托什一号电站于 1991 年上线；德国一座类似的电站自 20 世纪 70 年代以来一直在运行。麦金托什一号电站可以可靠地以 110 兆瓦的功率运行 26 小时。（一兆瓦的功率足以满足约 600 至 1000 个典型美国家庭的用电需求。）
压缩空气系统确实存在一些缺点。首先，它并不能完全消除对化石燃料的需求，因为配套的电力发电机使用天然气来补充储存的压缩空气的能量。压缩空气储存系统还需要一个密封的地下空间，这限制了它们的安装地点。现有两座压缩空气电站使用天然盐穹。工程师们通过用水冲洗盐穹来溶解盐，然后抽出盐水，从而形成一个密封良好的洞穴。但盐穹地质构造并不普遍，因此研究人员正在探索其他廉价的建造储藏室的方法。俄亥俄州诺顿一家计划建设的工厂将使用一个废弃的石灰岩矿。爱荷华州的另一家工厂将把空气泵入排干的天然含水层。Peek 说，废弃的油井和枯竭的天然气储层也可能有效，只要它们离电网不是太远。
熔盐换热器 太阳能和风能一样，也是一种间歇性能源，夜间消失，在不方便的时候被云遮挡。熔盐换热器等热能储存系统通过使太阳能随时可用，从而缓解了这些问题。
目前只有一个例子：西班牙的 Andasol 发电站，该电站于去年秋季开始运行。Andasol 拥有约 126 英亩的槽形太阳能集热器（pdf），它们将太阳热量聚焦到装有合成油的管道上。热油被输送到附近的发电厂，用于产生蒸汽。白天，一部分油用于加热一种由钠和钾等元素与硝酸组合而成的液态硝酸盐混合物，使其温度超过 700 华氏度。这些液态盐可以在绝缘储罐中保持数周的热量。当集热器无法产生足够的电力来满足需求时，就会将盐从储罐中抽出，并利用其热量来运行发电厂。一整罐熔盐可以使 Andasol 电站以 50 兆瓦的电力满负荷运行长达七个半小时。
美国能源部太阳能技术项目（Solar Energy Technologies Program）的 Frank Wilkins 表示，熔盐备用系统使太阳能更加灵活和可靠。Wilkins 说，热能储存系统可以将太阳能电站的年容量因子（即电站平均运行时间的百分比）从 25% 提高到 70%。成本是最大的缺点。Andasol 发电站耗资约 4 亿美元，而这仅仅是计划三期项目的第一阶段。但随着更多电站的建设，成本可能会下降。今年二月，亚利桑那州公共服务电力公司（Arizona Public Service）宣布计划建造一座与 Andasol 类似的发电站。预计将于 2012 年投入使用。
钠硫电池 钠硫电池的工作原理与启动汽车的铅酸电池非常相似；两者都利用化学反应来储存和产生电力。区别在于使用的材料。铅酸电池包含一个铅板和一个二氧化铅板（电极），浸泡在硫酸（电解液）中。铅与酸之间的反应会产生电流。铅酸电池简单可靠，但由于它们所需的空间和功率电子设备量大，因此在风力发电场上使用并不现实。
钠硫电池使用熔融钠和硫作为电极，并使用固体陶瓷电解质，具有更高的能量密度。“铅酸电池更便宜，”Peek 说。“但你可以在更小的空间内获得与钠硫电池相同的能量——这很重要，因为房地产也是要花钱的。”钠硫电池也可以充电到最大容量并完全放电，这使其效率更高。而且它们的寿命约为 20 年，而铅酸电池的寿命为三到五年。
包括 Xcel Energy 在内的一些美国公用事业公司已经安装了小型风力发电场和钠硫电池组合。（American Electric Power 的尚未投入使用。）风力发电场产生的多余电力可以储存在电池中，并在风力低、需求高时再输送到系统中。每个电池系统的大小约相当于一辆半挂车，可以储存约一兆瓦的电量，并以六到八小时的时间放电。缺点仍然是成本高昂，部分原因是目前没有美国公司制造钠硫电池；唯一的制造商在日本。
锌溴和钒氧化还原液流电池是其他有前途的技术。虽然它们的开发不如钠硫电池成熟，但它们可能更容易扩大规模。钒电池的充电和放电速度也可能比钠硫电池快，因此它们可能更适合于平滑由快速变化的天气引起的大功率波动。
氢能 氢基储能技术在纸面上看起来很棒：使用电力从水中分解氢，然后在需要时将氢在燃料电池中转换回电力。唉，底层技术昂贵且复杂，但麻省理工学院的化学家 Daniel Nocera 可能找到了更好的方法。他的制氢离子系统使用氧化铟锡电极和含有钴和磷酸钾混合物的容器。将电极放入水中并施加电压。钴、钾和磷酸盐迁移到电极上，形成一种催化剂，开始将水分子分解成氧气和氢离子。与大多数现有系统不同，该材料相当便宜，并且催化剂可以自我更新，因此寿命很长。
Nocera 仍在寻找一种廉价的方法将氢离子转化为氢气，以及一种将光伏板产生的电力高效传输到催化剂的方法。但他认为他的方法将有助于氢基础设施的其他部分到位。“这项发现为我们以前无法进入的门打开了通道，”Nocera 说。“我认为这不会太难。”
美国人可能已经准备好拥抱电动汽车，但技术能否跟上？
经过漫长漫长的过程，金融危机、环境问题、油价的剧烈波动——以及24 亿美元的政府资助——可能终于将实用的电动汽车带入了美国市场。几乎所有主要汽车制造商都将在未来几年内推出电池驱动的汽车。但一个重大问题仍然存在：电池技术是否足够先进，能够取代汽油？工程师们认为有三种可能的方式。
改进电池 成功的汽车电池必须一次充电提供长续航里程，并足够快地释放能量以实现快速加速。锂离子电池——类似于为您的笔记本电脑或手机供电的电池——同时满足这两个要求，这使得它们比丰田普锐斯等油电混合动力汽车使用的镍氢金属电池有了很大的进步。但该技术仍有局限性：成本高昂，每单位重量的能量输出仅为石油的 1/40，而且如果过热或过充电，可能会起火。
尽管如此，它今天就存在，汽车制造商正在投入大约 14 种改进设计，这些设计应该能使锂离子电池更小、更安全、更高效。其中一项研究是在技术中添加锰或磷酸铁，以提高能量容量，同时防止失控发热。斯坦福大学的科学家最近表明，将硅线嵌入电池可以将其存储容量提高十倍，而麻省理工学院的研究人员则重新设计了电池材料，以实现更快的充电速度。如果这些创新投入市场，雪佛兰 Volt 等插电式汽车可以在几分钟内而不是几小时内充满电，一次充电可行驶 400 英里。
但这些进步需要时间才能进入引擎盖下的极端环境。价格也可能是一个障碍。卡内基梅隆大学最近的一项研究表明，插电式混合动力汽车的终生使用成本将高于同等的汽油动力汽车，因为电池成本很高。例如，据估计，雪佛兰 Volt 的 200 节锂电池组将花费约 16,000 美元。
寄希望于突破 一款真正成功的电动汽车可能需要显著改进的储电技术。丰田对金属空气电池表示兴趣，这种电池通过锌或铝与氧气反应来储存电力。金属空气电池的续航里程将远超锂离子电池，但它无法通过简单的电流充电，因此驾驶员需要定期清理电池并补充金属“燃料”。
更根本的突破可能来自于转向电容器，这是一种利用电场捕获电子的设备。虽然电容器的储能能力不如电池，但它们在释放快速电脉冲（例如，用于快速加速）和收集电力（例如，制动时回收）方面要好得多。工程师们正在试验电池和电容器的双系统，以利用各自的优势。
坚持基础设施 鉴于电池和电容器的缺点，一些工程师认为真正的解决方案在于改进基础设施：他们希望使电动充电点像加油站一样普及。
其中一项提案来自 Better Place 公司，该公司设想了一个系统，消费者可以付费接入一个全国性的插电式停车场和自动换电站网络，这些换电站可以将耗尽电力的电池更换为新电池，从而提供快速解决方案。以色列已经签署了创建一个此类网络的协议。
目前，汽车制造商们正在竞相开发尽可能多的电动汽车，并观察哪种会畅销。美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）的 Ahmad Pesaran 预测，在未来十年里，锂离子电池将占据主导地位。通用汽车、福特、日产和梅赛德斯都在开发锂电池汽车；就连以其镍电池普锐斯取得巨大成功的丰田，也将在今年晚些时候推出锂离子版本。当然，所有这些都可能迅速改变——就像 20 世纪初一样，当时安静、可靠、由原始铅酸电池供电的电动汽车似乎注定要席卷市场。但亨利·福特的汽油动力 T 型车改变了行业，实现了更低的成本、更远的续航和更高的速度。历史可能会重演。“这些都是巨大而昂贵的赌注，”福特能源储存战略与研究高级经理 Ted Miller 说。“我猜你必须有点赌徒的心态。”
