最近被一則新聞刷屏,稱“今年上半年我國(guó)光伏發(fā)電新增裝機(jī)規(guī)模超預(yù)期,同比增3倍至20GW以上。”那你有沒(méi)有想過(guò)如果這些光伏發(fā)電全部并網(wǎng)且沒(méi)有發(fā)生“棄光”的話,電網(wǎng)該是怎樣的情形?
也就在十幾天前,加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)打破了自己曾創(chuàng)下的光伏發(fā)電記錄。7月12日下午1點(diǎn)06分光伏發(fā)電出力8,030MW,超過(guò)2015年約6000MW的發(fā)電記錄。這相當(dāng)于200萬(wàn)戶家庭的全部用電量。更讓人激動(dòng)的是這個(gè)發(fā)電記錄還沒(méi)有包括那些個(gè)人用戶的離網(wǎng)型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。]
不過(guò),光伏發(fā)電滲透這么迅猛真的沒(méi)問(wèn)題么?
早在2013年,CAISO就預(yù)測(cè),按照現(xiàn)在光伏發(fā)電的增長(zhǎng)速度,到2020年,光伏發(fā)電就把火力發(fā)電踢下寶座,占領(lǐng)電力系統(tǒng)??稍偕茉窗l(fā)電比例上升本該是件歡快的事情,但這卻引起了加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)“鴨子”的思考。
光伏發(fā)電和鴨子有什么關(guān)系?
想像一下光伏發(fā)電的情形。白天發(fā)電量會(huì)超過(guò)用電量,但在傍晚太陽(yáng)能發(fā)電停止時(shí),電力需求卻急劇上升。這種現(xiàn)象就是“鴨子曲線”。
上圖的“鴨子曲線”可以形象的表示出加州一天24小時(shí)中的電力凈負(fù)荷情況,還有對(duì)不遠(yuǎn)的將來(lái)的預(yù)測(cè)。
按照之前的預(yù)測(cè),到2020年,加州的“鴨子”便會(huì)出現(xiàn)“大肚腩”。尤其是春季,陽(yáng)光充足,天氣涼爽,因?yàn)椴恍枰_(kāi)空調(diào)使得電力需求急劇降低;再加上濕潤(rùn)和大風(fēng),水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電蜂擁加入到本已飽和的光伏發(fā)電大軍當(dāng)中。
加州電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商不僅擔(dān)心“鴨子”肚子過(guò)大,也擔(dān)心脖子太長(zhǎng)(擔(dān)心鴨子變天鵝?),也真是操碎了心。白天太陽(yáng)能發(fā)電能夠滿足很大一部分的電力需求,電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商只需調(diào)配小部分電力。但到了傍晚,沒(méi)有了給力的光伏發(fā)電,在短短的幾個(gè)小時(shí)內(nèi),凈負(fù)荷蹭蹭蹭的就上去了。這就是為什么出現(xiàn)了一條又長(zhǎng)又陡的線,想必這該是只傲氣的“鴨子”吧。
加州的“鴨子”難題
加州對(duì)“鴨子”的擔(dān)憂已經(jīng)有幾年了,那個(gè)時(shí)候加州的可再生能源發(fā)電比例標(biāo)準(zhǔn)還只是在2020年達(dá)到33%。如今,加州州長(zhǎng)JerryBrown簽署通過(guò)了新的法案,可再生能源發(fā)電比例將在2030年達(dá)到50%。估計(jì)也是因?yàn)檫@個(gè)“激動(dòng)人心”的法案,最近又掀起了一波對(duì)“鴨子”的思考。之前CAISO的預(yù)測(cè)也算是八九不離十吧,至少知道會(huì)變成個(gè)“胖鴨子”。但CAISO小瞧了光伏發(fā)電比例增長(zhǎng)速度,沒(méi)有料到“鴨子”長(zhǎng)胖的速度竟如此之快,簡(jiǎn)直是逆天的節(jié)奏。
不久前加州大學(xué)伯克利分校的助理教授MeredithFowlie寫(xiě)了一篇名為“鴨子著陸啦”的博客。她將加州2013到2016年每年3月28日到4月3日這幾天每個(gè)小時(shí)的電力數(shù)據(jù)繪成了下圖。2016年的數(shù)據(jù)構(gòu)成的“鴨肚子”比前幾年明顯多了,而且竟然達(dá)到了之前對(duì)2020年的預(yù)測(cè)情況。
她在博客中這樣寫(xiě)到:“我們白天的凈負(fù)載跟預(yù)測(cè)值差不多,白天光伏發(fā)電降低了電力凈負(fù)載。傍晚5點(diǎn)到8點(diǎn)這段時(shí)間電力需求的急速攀升比預(yù)期平緩一些。這或許是因?yàn)楫?dāng)初沒(méi)有料想到需求側(cè)能效提升的原因吧”。
加州電網(wǎng)的挑戰(zhàn)
加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)目前提供的可再生能源電力占比25%,贊一個(gè)。這個(gè)結(jié)構(gòu)將隨著時(shí)間的推移更加的清潔和綠色。本就幾乎不出力的煤電,也將徹徹底底的退出歷史舞臺(tái)。
2030年可再生能源發(fā)電比例標(biāo)準(zhǔn)(RPS)將達(dá)到50%,這意味著加州向“綠色天堂”進(jìn)軍的步伐將越來(lái)越快。短短幾年中,如此多的可再生能源發(fā)電將并入電網(wǎng),這樣的變化對(duì)加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
挑戰(zhàn)一:來(lái)自暗處的“殺機(jī)”,需調(diào)配電力傻傻算不清
說(shuō)起來(lái)這都是離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)惹的“禍”,房屋、辦公樓、停車(chē)場(chǎng)、學(xué)校的屋頂上太陽(yáng)能電池板隨處可見(jiàn)。這些離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)一方面將減少火電出力,降低CAISO的凈負(fù)載,減少電力公司的收入;另一方面,加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商并不能清楚的計(jì)算這些“嵌入式發(fā)電系統(tǒng)”的電力供應(yīng),CAISO僅能猜想他們需要調(diào)度多少電力。
挑戰(zhàn)二:凈負(fù)荷入天遁地,誰(shuí)來(lái)拯救要折斷的“鴨脖子”?
因?yàn)楣夥l(fā)電的出力,CAISO需要調(diào)度的電力越來(lái)越少。但因?yàn)榧s束性合同,或者是操作上的問(wèn)題,即使是在不需要的情況下,很多輸出電源依舊全力產(chǎn)電。即使低谷刷下限,電力需求高峰仍在,而且可能更高!
就在今年二月,CAISO遭遇了在短短的3個(gè)小時(shí)內(nèi)快速填補(bǔ)11GW電力需求的經(jīng)歷。上圖也顯示出,在4月24日的最低凈負(fù)載約為12GW,這與之前對(duì)2020年的預(yù)測(cè)情況相似。一個(gè)要上天,一個(gè)要遁地,不知道CAISO會(huì)不會(huì)看懵逼?
挑戰(zhàn)三:產(chǎn)能過(guò)剩時(shí),拿什么保護(hù)可再生能源電力?
加州炎熱的夏季也是電力需求高峰期,所有的可再生能源發(fā)電被充分利用。但在3月到6月間,不棄光顯得有點(diǎn)困難。按照現(xiàn)階段的法案,到2024年,如果可再生能源發(fā)電比例標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到40%,將出現(xiàn)嚴(yán)重的電力過(guò)?,F(xiàn)象,甚至在某些日子,電力過(guò)剩將高達(dá)13-14GW。
在供過(guò)于求的日子里,怎么才能夠避免棄光呢?
CAISO如何接招?
哎,放著這么多的可再生能源電力不用,看著都心疼。雖然現(xiàn)在“胖鴨子”也不算胖到不忍直視,CAISO勉勉強(qiáng)強(qiáng)還能應(yīng)付。但就這驚人的增肥速度,CAISO怎能坐視不管?所以啊,加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商CAISO怎么打算的呢?
鼓勵(lì)更多靈活的、快速出力的電源,能夠快速填補(bǔ)激增需求
提高對(duì)抽水蓄能電站的依靠,同時(shí)也拓展其他儲(chǔ)能方式
擴(kuò)大CAISO能量失衡市場(chǎng)(EIM)的足跡,從而提高對(duì)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)容量的依靠性
設(shè)計(jì)更加精密的峰谷電價(jià)結(jié)構(gòu)(如分時(shí)電價(jià)(TOU)和實(shí)時(shí)電價(jià)(RTP)),以此鼓勵(lì)移峰填谷,達(dá)到削減需求的目的。
如果所有的手段都失敗了,那么,棄風(fēng)棄光將會(huì)是最壞的打算。不過(guò),所有努力的成果將大部分取決于能量失衡市場(chǎng)擴(kuò)張的命運(yùn)。
許多專家相信,一個(gè)覆蓋美國(guó)西部大部分區(qū)域的電力批發(fā)市場(chǎng)的出現(xiàn)是必然趨勢(shì),這只是時(shí)間問(wèn)題。這個(gè)新的電力批發(fā)市場(chǎng)很可能擁有一個(gè)別樣的名字和不同的組織架構(gòu),以獲得包括更多人的支持。
但是,這需要一點(diǎn)時(shí)間,也需要耐心的等待。搞定所有的利益相關(guān)方需要花些功夫,畢竟這需要考慮美國(guó)各州的主權(quán)以及新生電力批發(fā)市場(chǎng)的核心管理等問(wèn)題。相似的的解決方案在美國(guó)其他地區(qū)屢試不爽,相似的解決方案沒(méi)有理由在加州會(huì)以失敗告終。
中國(guó)的光伏發(fā)電裝機(jī)和并網(wǎng)正在經(jīng)歷一個(gè)爆發(fā)式增長(zhǎng)。加州的電網(wǎng)調(diào)峰和消納經(jīng)驗(yàn)或許能給我們提前上一課。
也就在十幾天前,加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)打破了自己曾創(chuàng)下的光伏發(fā)電記錄。7月12日下午1點(diǎn)06分光伏發(fā)電出力8,030MW,超過(guò)2015年約6000MW的發(fā)電記錄。這相當(dāng)于200萬(wàn)戶家庭的全部用電量。更讓人激動(dòng)的是這個(gè)發(fā)電記錄還沒(méi)有包括那些個(gè)人用戶的離網(wǎng)型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。]

不過(guò),光伏發(fā)電滲透這么迅猛真的沒(méi)問(wèn)題么?
早在2013年,CAISO就預(yù)測(cè),按照現(xiàn)在光伏發(fā)電的增長(zhǎng)速度,到2020年,光伏發(fā)電就把火力發(fā)電踢下寶座,占領(lǐng)電力系統(tǒng)??稍偕茉窗l(fā)電比例上升本該是件歡快的事情,但這卻引起了加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商對(duì)“鴨子”的思考。
光伏發(fā)電和鴨子有什么關(guān)系?
想像一下光伏發(fā)電的情形。白天發(fā)電量會(huì)超過(guò)用電量,但在傍晚太陽(yáng)能發(fā)電停止時(shí),電力需求卻急劇上升。這種現(xiàn)象就是“鴨子曲線”。


上圖的“鴨子曲線”可以形象的表示出加州一天24小時(shí)中的電力凈負(fù)荷情況,還有對(duì)不遠(yuǎn)的將來(lái)的預(yù)測(cè)。
按照之前的預(yù)測(cè),到2020年,加州的“鴨子”便會(huì)出現(xiàn)“大肚腩”。尤其是春季,陽(yáng)光充足,天氣涼爽,因?yàn)椴恍枰_(kāi)空調(diào)使得電力需求急劇降低;再加上濕潤(rùn)和大風(fēng),水力發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電蜂擁加入到本已飽和的光伏發(fā)電大軍當(dāng)中。
加州電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商不僅擔(dān)心“鴨子”肚子過(guò)大,也擔(dān)心脖子太長(zhǎng)(擔(dān)心鴨子變天鵝?),也真是操碎了心。白天太陽(yáng)能發(fā)電能夠滿足很大一部分的電力需求,電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商只需調(diào)配小部分電力。但到了傍晚,沒(méi)有了給力的光伏發(fā)電,在短短的幾個(gè)小時(shí)內(nèi),凈負(fù)荷蹭蹭蹭的就上去了。這就是為什么出現(xiàn)了一條又長(zhǎng)又陡的線,想必這該是只傲氣的“鴨子”吧。
加州的“鴨子”難題
加州對(duì)“鴨子”的擔(dān)憂已經(jīng)有幾年了,那個(gè)時(shí)候加州的可再生能源發(fā)電比例標(biāo)準(zhǔn)還只是在2020年達(dá)到33%。如今,加州州長(zhǎng)JerryBrown簽署通過(guò)了新的法案,可再生能源發(fā)電比例將在2030年達(dá)到50%。估計(jì)也是因?yàn)檫@個(gè)“激動(dòng)人心”的法案,最近又掀起了一波對(duì)“鴨子”的思考。之前CAISO的預(yù)測(cè)也算是八九不離十吧,至少知道會(huì)變成個(gè)“胖鴨子”。但CAISO小瞧了光伏發(fā)電比例增長(zhǎng)速度,沒(méi)有料到“鴨子”長(zhǎng)胖的速度竟如此之快,簡(jiǎn)直是逆天的節(jié)奏。
不久前加州大學(xué)伯克利分校的助理教授MeredithFowlie寫(xiě)了一篇名為“鴨子著陸啦”的博客。她將加州2013到2016年每年3月28日到4月3日這幾天每個(gè)小時(shí)的電力數(shù)據(jù)繪成了下圖。2016年的數(shù)據(jù)構(gòu)成的“鴨肚子”比前幾年明顯多了,而且竟然達(dá)到了之前對(duì)2020年的預(yù)測(cè)情況。

她在博客中這樣寫(xiě)到:“我們白天的凈負(fù)載跟預(yù)測(cè)值差不多,白天光伏發(fā)電降低了電力凈負(fù)載。傍晚5點(diǎn)到8點(diǎn)這段時(shí)間電力需求的急速攀升比預(yù)期平緩一些。這或許是因?yàn)楫?dāng)初沒(méi)有料想到需求側(cè)能效提升的原因吧”。
加州電網(wǎng)的挑戰(zhàn)
加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)目前提供的可再生能源電力占比25%,贊一個(gè)。這個(gè)結(jié)構(gòu)將隨著時(shí)間的推移更加的清潔和綠色。本就幾乎不出力的煤電,也將徹徹底底的退出歷史舞臺(tái)。
2030年可再生能源發(fā)電比例標(biāo)準(zhǔn)(RPS)將達(dá)到50%,這意味著加州向“綠色天堂”進(jìn)軍的步伐將越來(lái)越快。短短幾年中,如此多的可再生能源發(fā)電將并入電網(wǎng),這樣的變化對(duì)加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(CAISO)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
挑戰(zhàn)一:來(lái)自暗處的“殺機(jī)”,需調(diào)配電力傻傻算不清

說(shuō)起來(lái)這都是離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)惹的“禍”,房屋、辦公樓、停車(chē)場(chǎng)、學(xué)校的屋頂上太陽(yáng)能電池板隨處可見(jiàn)。這些離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)一方面將減少火電出力,降低CAISO的凈負(fù)載,減少電力公司的收入;另一方面,加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商并不能清楚的計(jì)算這些“嵌入式發(fā)電系統(tǒng)”的電力供應(yīng),CAISO僅能猜想他們需要調(diào)度多少電力。
挑戰(zhàn)二:凈負(fù)荷入天遁地,誰(shuí)來(lái)拯救要折斷的“鴨脖子”?

因?yàn)楣夥l(fā)電的出力,CAISO需要調(diào)度的電力越來(lái)越少。但因?yàn)榧s束性合同,或者是操作上的問(wèn)題,即使是在不需要的情況下,很多輸出電源依舊全力產(chǎn)電。即使低谷刷下限,電力需求高峰仍在,而且可能更高!
就在今年二月,CAISO遭遇了在短短的3個(gè)小時(shí)內(nèi)快速填補(bǔ)11GW電力需求的經(jīng)歷。上圖也顯示出,在4月24日的最低凈負(fù)載約為12GW,這與之前對(duì)2020年的預(yù)測(cè)情況相似。一個(gè)要上天,一個(gè)要遁地,不知道CAISO會(huì)不會(huì)看懵逼?
挑戰(zhàn)三:產(chǎn)能過(guò)剩時(shí),拿什么保護(hù)可再生能源電力?

加州炎熱的夏季也是電力需求高峰期,所有的可再生能源發(fā)電被充分利用。但在3月到6月間,不棄光顯得有點(diǎn)困難。按照現(xiàn)階段的法案,到2024年,如果可再生能源發(fā)電比例標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到40%,將出現(xiàn)嚴(yán)重的電力過(guò)?,F(xiàn)象,甚至在某些日子,電力過(guò)剩將高達(dá)13-14GW。
在供過(guò)于求的日子里,怎么才能夠避免棄光呢?
CAISO如何接招?
哎,放著這么多的可再生能源電力不用,看著都心疼。雖然現(xiàn)在“胖鴨子”也不算胖到不忍直視,CAISO勉勉強(qiáng)強(qiáng)還能應(yīng)付。但就這驚人的增肥速度,CAISO怎能坐視不管?所以啊,加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商CAISO怎么打算的呢?
鼓勵(lì)更多靈活的、快速出力的電源,能夠快速填補(bǔ)激增需求
提高對(duì)抽水蓄能電站的依靠,同時(shí)也拓展其他儲(chǔ)能方式
擴(kuò)大CAISO能量失衡市場(chǎng)(EIM)的足跡,從而提高對(duì)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)容量的依靠性
設(shè)計(jì)更加精密的峰谷電價(jià)結(jié)構(gòu)(如分時(shí)電價(jià)(TOU)和實(shí)時(shí)電價(jià)(RTP)),以此鼓勵(lì)移峰填谷,達(dá)到削減需求的目的。

如果所有的手段都失敗了,那么,棄風(fēng)棄光將會(huì)是最壞的打算。不過(guò),所有努力的成果將大部分取決于能量失衡市場(chǎng)擴(kuò)張的命運(yùn)。
許多專家相信,一個(gè)覆蓋美國(guó)西部大部分區(qū)域的電力批發(fā)市場(chǎng)的出現(xiàn)是必然趨勢(shì),這只是時(shí)間問(wèn)題。這個(gè)新的電力批發(fā)市場(chǎng)很可能擁有一個(gè)別樣的名字和不同的組織架構(gòu),以獲得包括更多人的支持。
但是,這需要一點(diǎn)時(shí)間,也需要耐心的等待。搞定所有的利益相關(guān)方需要花些功夫,畢竟這需要考慮美國(guó)各州的主權(quán)以及新生電力批發(fā)市場(chǎng)的核心管理等問(wèn)題。相似的的解決方案在美國(guó)其他地區(qū)屢試不爽,相似的解決方案沒(méi)有理由在加州會(huì)以失敗告終。
中國(guó)的光伏發(fā)電裝機(jī)和并網(wǎng)正在經(jīng)歷一個(gè)爆發(fā)式增長(zhǎng)。加州的電網(wǎng)調(diào)峰和消納經(jīng)驗(yàn)或許能給我們提前上一課。