EIA：美國加州光伏棄電情況加劇

根據(jù)美國能源情報署(EIA)日前發(fā)布的一份研究報告，目前加州削減的可再生能源發(fā)電量(尤其是光伏發(fā)電)正在上升。2022年，加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)削減了2400GWh的光伏系統(tǒng)和風力發(fā)電設施的電力，其中光伏發(fā)電量占95%。

圖1加州獨立系統(tǒng)運營商的風力發(fā)電和光伏發(fā)電每月的棄電量(2015年1月～2023年7月)

隨著間歇性的光伏發(fā)電量的增加，可用的輸電基礎設施或儲能容量的缺乏導致發(fā)電量暫時過剩。當出現(xiàn)電網(wǎng)擁塞導致電力線路沒有足夠的能力輸送電力時，或者當發(fā)電量超過客戶需求時，就會出現(xiàn)棄電情況。

美國能源情報署(EIA)表示，加州的棄電主要是由于電網(wǎng)擁塞。自從2019年以來，由于光伏發(fā)電量的增長超過了輸電容量和儲能容量的增長，與電網(wǎng)擁塞相關的棄電一直在穩(wěn)步上升。

圖2 加州獨立系統(tǒng)運營商由于各種原因的棄電量(2019年～2023年9月)

加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)通常在每年春季削減光伏發(fā)電，因為春季溫度適中，電力需求通常較低，而由于陽光充足，光伏發(fā)電量相對較高。

電力系統(tǒng)運營商正在研究一些解決棄電問題的方法。緩解棄電的一個途徑是參與美國西部能源失衡市場(WEIM)，這是一個實時的電力交易市場，允許加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)以外的參與者買賣電力以平衡供需。美國能源情報署(EIA)表示，到2022年，10%以上的電力削減是通過這個市場的交易避免的。預計在2025年春季，美國西部能源失衡市場(WEIM)將會增加日前市場。

圖3 加州獨立系統(tǒng)運營商的光伏發(fā)電量和削減量的平均時間(2022年1月至2023年6月)

加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)還在擴大電網(wǎng)容量以緩解擁塞。該公司發(fā)布2022～2023年輸電規(guī)劃報告概述了將建設的45個輸電項目，以適應不斷增長的可再生能源發(fā)電量。這個前瞻性計劃將大幅增加電網(wǎng)容量，以滿足預計在未來10年增加40GW可再生能源項目的需求。

作為第三種方法，加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)正在推動能夠響應需求的靈活資源的開發(fā)。根據(jù)美國能源情報署(EIA)發(fā)布的數(shù)據(jù)，該州目前擁有4.6GW的電池儲能系統(tǒng)，儲能開發(fā)商計劃到2024年底增加到7.6GW。

圖4 加州的“鴨子曲線”現(xiàn)象越來越嚴重

了解間歇性可再生能源發(fā)電對傳統(tǒng)集中式輸電網(wǎng)運行影響的另一種方法是 “鴨子曲線”模型。

“鴨子曲線”是電網(wǎng)運行的一種概念，這個曲線表明光伏發(fā)電的峰值期間(中午到下午)和電力需求的峰值期間(下午晚些時候和晚上)之間的不匹配。這條曲線的形狀像一只鴨子的輪廓，它顯示了在一天中電力供求不匹配的高峰和低谷。

出現(xiàn)的“鴨子曲線”會給電網(wǎng)運營帶來壓力，給電力市場帶來挑戰(zhàn)，導致加州和其他大量安裝光伏系統(tǒng)的各州加快部署儲能系統(tǒng)來應對這些挑戰(zhàn)。

美國能源信息署表示，隨著光伏發(fā)電在加州的普及，“鴨子曲線”現(xiàn)象將會加劇。中午的凈負荷下降越來越低，這使得加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)更加難以平衡電網(wǎng)的運營。

用戶的電力需求從中午到深夜不斷波動，此時能源需求仍然很高，但光伏發(fā)電量在此期間開始下降，這意味著化石燃料發(fā)電廠(例如天然氣發(fā)電廠)必須迅速提高發(fā)電量以滿足需求。這種快速增長使得電網(wǎng)運營商更難實時匹配電網(wǎng)供應和需求，因此需要一種平衡電網(wǎng)運營和批發(fā)市場供求的機制。

然而，“鴨子曲線”現(xiàn)象為促進儲能部署打開了大門，以滿足加州和其他以可再生能源為基礎的經(jīng)濟體的電網(wǎng)平衡需求。

美國能源信息署表示，“大規(guī)模部署的儲能系統(tǒng)(例如電池儲能系統(tǒng))可以將光伏系統(tǒng)在白天產(chǎn)生的多余電力儲存起來，并在太陽下山后釋放出來供電。中午儲存一些電力會使‘鴨子曲線’變平，晚上釋放儲存的光伏發(fā)電會縮短‘鴨子曲線”’的長脖?！?/span>

全球風險保險商DNV公司表示，盡管項目總投資成本較高，但光伏+儲能項目在電力價格上具有優(yōu)勢。配套儲能系統(tǒng)的光伏系統(tǒng)可以在白天陽光充足時給電池充電，并在價格高時出售其儲存的電力。DNV公司表示，到2038年，共址部署光伏系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)的電力價格將超過成本，使這些項目的開發(fā)更具吸引力。

DNV表示：“將光伏系統(tǒng)和儲能系統(tǒng)進行整合，可以按需生產(chǎn)能源，就像水電設施、核電廠或化石燃料發(fā)電廠一樣。”

DNV表示，在未來10年，全球約20%的光伏系統(tǒng)將會配套部署儲能系統(tǒng)，到本世紀中葉，這一比例將達到50%左右。