最近被一則新聞刷屏，稱“今年上半年我國光伏發電新增裝機規模超預期，同比增3倍至20GW以上。”那你有沒有想過如果這些光伏發電全部并網且沒有發生“棄光”的話，電網該是怎樣的情形？

也就在十幾天前，加州獨立系統運營商（CAISO）打破了自己曾創下的光伏發電記錄。7月12日下午1點06分光伏發電出力8，030MW，超過2015年約6000MW的發電記錄。這相當于200萬戶家庭的全部用電量。更讓人激動的是這個發電記錄還沒有包括那些個人用戶的離網型屋頂光伏發電系統。]


不過，光伏發電滲透這么迅猛真的沒問題么？

早在2013年，CAISO就預測，按照現在光伏發電的增長速度，到2020年，光伏發電就把火力發電踢下寶座，占領電力系統。可再生能源發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運營商對“鴨子”的思考。

光伏發電和鴨子有什么關系？

想像一下光伏發電的情形。白天發電量會超過用電量，但在傍晚太陽能發電停止時，電力需求卻急劇上升。這種現象就是“鴨子曲線”。



上圖的“鴨子曲線”可以形象的表示出加州一天24小時中的電力凈負荷情況，還有對不遠的將來的預測。

按照之前的預測，到2020年，加州的“鴨子”便會出現“大肚腩”。尤其是春季，陽光充足，天氣涼爽，因為不需要開空調使得電力需求急劇降低；再加上濕潤和大風，水力發電和風力發電蜂擁加入到本已飽和的光伏發電大軍當中。

加州電力系統運營商不僅擔心“鴨子”肚子過大，也擔心脖子太長（擔心鴨子變天鵝？），也真是操碎了心。白天太陽能發電能夠滿足很大一部分的電力需求，電力系統運營商只需調配小部分電力。但到了傍晚，沒有了給力的光伏發電，在短短的幾個小時內，凈負荷蹭蹭蹭的就上去了。這就是為什么出現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”的擔憂已經有幾年了，那個時候加州的可再生能源發電比例標準還只是在2020年達到33%。如今，加州州長JerryBrown簽署通過了新的法案，可再生能源發電比例將在2030年達到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，簡直是逆天的節奏。

不久前加州大學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據繪成了下圖。2016年的數據構成的“鴨肚子”比前幾年明顯多了，而且竟然達到了之前對2020年的預測情況。


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

加州電網的挑戰

加州獨立系統運營商(CAISO)目前提供的可再生能源電力占比25%，贊一個。這個結構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年可再生能源發電比例標準(RPS)將達到50%，這意味著加州向“綠色天堂”進軍的步伐將越來越快。短短幾年中，如此多的可再生能源發電將并入電網，這樣的變化對加州獨立系統運營商(CAISO)來說是一個不小的挑戰。

挑戰一：來自暗處的“殺機”，需調配電力傻傻算不清


說起來這都是離網型發電系統惹的“禍”，房屋、辦公樓、停車場、學校的屋頂上太陽能電池板隨處可見。這些離網型發電系統一方面將減少火電出力，降低CAISO的凈負載，減少電力公司的收入；另一方面，加州獨立系統運營商并不能清楚的計算這些“嵌入式發電系統”的電力供應，CAISO僅能猜想他們需要調度多少電力。

挑戰二：凈負荷入天遁地，誰來拯救要折斷的“鴨脖子”？


因為光伏發電的出力，CAISO需要調度的電力越來越少。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個小時內快速填補11GW電力需求的經歷。上圖也顯示出，在4月24日的最低凈負載約為12GW，這與之前對2020年的預測情況相似。一個要上天，一個要遁地，不知道CAISO會不會看懵逼？

挑戰三：產能過剩時，拿什么保護可再生能源電力？


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。按照現階段的法案，到2024年，如果可再生能源發電比例標準達到40%，將出現嚴重的電力過?，F象，甚至在某些日子，電力過剩將高達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。雖然現在“胖鴨子”也不算胖到不忍直視，CAISO勉勉強強還能應付。但就這驚人的增肥速度，CAISO怎能坐視不管？所以啊，加州獨立系統運營商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

擴大CAISO能量失衡市場（EIM）的足跡，從而提高對區域網絡容量的依靠性

設計更加精密的峰谷電價結構（如分時電價(TOU)和實時電價(RTP)），以此鼓勵移峰填谷，達到削減需求的目的。


如果所有的手段都失敗了，那么，棄風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張的命運。

許多專家相信，一個覆蓋美國西部大部分區域的電力批發市場的出現是必然趨勢，這只是時間問題。這個新的電力批發市場很可能擁有一個別樣的名字和不同的組織架構，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方需要花些功夫，畢竟這需要考慮美國各州的主權以及新生電力批發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。

中國的光伏發電裝機和并網正在經歷一個爆發式增長。加州的電網調峰和消納經驗或許能給我們提前上一課。