最近被一則新聞刷屏，稱“今年上半年我國光伏發(fā)電新增裝機(jī)規(guī)模超預(yù)期，同比增3倍至20GW以上。”那你有沒有想過如果這些光伏發(fā)電全部并網(wǎng)且沒有發(fā)生“棄光”的話，電網(wǎng)該是怎樣的情形？

也就在十幾天前，加州獨立系統(tǒng)運(yùn)營商（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06分光伏發(fā)電出力8，030MW，超過2015年約6000MW的發(fā)電記錄。這相當(dāng)于200萬戶家庭的全部用電量。更讓人激動的是這個發(fā)電記錄還沒有包括那些個人用戶的離網(wǎng)型屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)。]


不過，光伏發(fā)電滲透這么迅猛真的沒問題么？

早在2013年，CAISO就預(yù)測，按照現(xiàn)在光伏發(fā)電的增長速度，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立系統(tǒng)運(yùn)營商對“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)電量會超過用電量，但在傍晚太陽能發(fā)電停止時，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小時中的電力凈負(fù)荷情況，還有對不遠(yuǎn)的將來的預(yù)測。

按照之前的預(yù)測，到2020年，加州的“鴨子”便會出現(xiàn)“大肚腩”。尤其是春季，陽光充足，天氣涼爽，因為不需要開空調(diào)使得電力需求急劇降低；再加上濕潤和大風(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)營商不僅擔(dān)心“鴨子”肚子過大，也擔(dān)心脖子太長（擔(dān)心鴨子變天鵝？），也真是操碎了心。白天太陽能發(fā)電能夠滿足很大一部分的電力需求，電力系統(tǒng)運(yùn)營商只需調(diào)配小部分電力。但到了傍晚，沒有了給力的光伏發(fā)電，在短短的幾個小時內(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“鴨子”的擔(dān)憂已經(jīng)有幾年了，那個時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JerryBrown簽署通過了新的法案，可再生能源發(fā)電比例將在2030年達(dá)到50%。估計也是因為這個“激動人心”的法案，最近又掀起了一波對“鴨子”的思考。之前CAISO的預(yù)測也算是八九不離十吧，至少知道會變成個“胖鴨子”。但CAISO小瞧了光伏發(fā)電比例增長速度，沒有料到“鴨子”長胖的速度竟如此之快，簡直是逆天的節(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日這幾天每個小時的電力數(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2020年的預(yù)測情況。


她在博客中這樣寫到：“我們白天的凈負(fù)載跟預(yù)測值差不多，白天光伏發(fā)電降低了電力凈負(fù)載。傍晚5點到8點這段時間電力需求的急速攀升比預(yù)期平緩一些。這或許是因為當(dāng)初沒有料想到需求側(cè)能效提升的原因吧”。

加州電網(wǎng)的挑戰(zhàn)

加州獨立系統(tǒng)運(yùn)營商(CAISO)目前提供的可再生能源電力占比25%，贊一個。這個結(jié)構(gòu)將隨著時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。

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)，這樣的變化對加州獨立系統(tǒng)運(yùn)營商(CAISO)來說是一個不小的挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)一：來自暗處的“殺機(jī)”，需調(diào)配電力傻傻算不清


說起來這都是離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)惹的“禍”，房屋、辦公樓、停車場、學(xué)校的屋頂上太陽能電池板隨處可見。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，加州獨立系統(tǒng)運(yùn)營商并不能清楚的計算這些“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，誰來拯救要折斷的“鴨脖子”？


因為光伏發(fā)電的出力，CAISO需要調(diào)度的電力越來越少。但因為約束性合同，或者是操作上的問題，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個小時內(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2020年的預(yù)測情況相似。一個要上天，一個要遁地，不知道CAISO會不會看懵逼？

挑戰(zhàn)三：產(chǎn)能過剩時，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?，F(xiàn)象，甚至在某些日子，電力過剩將高達(dá)13-14GW。

在供過于求的日子里，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，加州獨立系統(tǒng)運(yùn)營商CAISO怎么打算的呢？

鼓勵更多靈活的、快速出力的電源，能夠快速填補(bǔ)激增需求

提高對抽水蓄能電站的依靠，同時也拓展其他儲能方式

擴(kuò)大CAISO能量失衡市場（EIM）的足跡，從而提高對區(qū)域網(wǎng)絡(luò)容量的依靠性

設(shè)計更加精密的峰谷電價結(jié)構(gòu)（如分時電價(TOU)和實時電價(RTP)），以此鼓勵移峰填谷，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)棄光將會是最壞的打算。不過，所有努力的成果將大部分取決于能量失衡市場擴(kuò)張的命運(yùn)。

許多專家相信，一個覆蓋美國西部大部分區(qū)域的電力批發(fā)市場的出現(xiàn)是必然趨勢，這只是時間問題。這個新的電力批發(fā)市場很可能擁有一個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，這需要一點時間，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各州的主權(quán)以及新生電力批發(fā)市場的核心管理等問題。相似的的解決方案在美國其他地區(qū)屢試不爽，相似的解決方案沒有理由在加州會以失敗告終。

中國的光伏發(fā)電裝機(jī)和并網(wǎng)正在經(jīng)歷一個爆發(fā)式增長。加州的電網(wǎng)調(diào)峰和消納經(jīng)驗或許能給我們提前上一課。