周末读：加州的太阳能和风能整合挑战

反复出现的负电价以及减少风能和太阳能都是加利福尼亚电网的现实。

5月26日是加利福尼亚可再生能源的重要日子。加州独立系统运营商（CAISO）电网上的公用事业规模太阳能输出峰值接近10 GW，这受到近4 GW风的提振。这导致大型风能和太阳能在下午2点后不久达到需求的64.6％的新高。

当天中旬，该州的天然气厂大幅下降，总产量降至1吉瓦左右。即使这样，也减少了多达1吉瓦的太阳能和风能，在一天当中总共浪费了7吉瓦小时（GWh）的风能和太阳能。价格也可能跌至负值，因为在5月份月份，每5分钟间隔的9.5％经历了负价，这是2018年迄今为止的最高价。

随着所有这些事情的发生，即使在最大的太阳能和风能输出时段，CAISO电网仍显示出净电力进口。

一个月前也看到了类似的动态，大型风能和太阳能创下了其之前所有发电量的63.8％的记录。这些日子非常好，因为春季的周末会带来总体电力需求低和太阳能发电量高的双重情况。但是，它们并不是太阳能产量最高的日子，因为大型太阳能现在经常会超过10 GW的峰值。而且这还不包括CAISO无法看到的屋顶和其他“仪表背后”太阳能的GW数倍。

反复出现的负电价以及减少风能和太阳能都是加利福尼亚电网的现实。尽管负电价可能是健康的市场信号，但削减电力浪费是浪费，而且两者的上涨幅度都表明加利福尼亚难以整合大量可再生能源。随着该州逐步实现到2030年达到其50％的可再生能源要求，这一挑战将变得越来越重要。

灵活性

仅仅将风力和太阳能添加到具有针对常规电力特性而设计的物理和市场结构的电网中是不够的。为了以最小的限度整合风能和太阳能，必须进行更改。

研究人员已经在这个问题上研究了数十年，并且有大量的技术文献描述了如何做到这一点。有很多方法可以解决这只猫，包括部署能量存储，更快速的电力交易和增强的预测-所有这些都是美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）针对加利福尼亚的报告的主题。和美国西部。

尽管部署大量电池并建立数百英里的传输是一项昂贵的工作，但实现这种过渡的许多其他措施却并非如此。

气候政策倡议组织（Climate Policy Initiative）在2017年的一份报告中强调了这一点：灵活性，这是低成本，低碳电网的关键。该报告发现，只要为实现系统其余部分的最大灵活性而对活动和资源进行了优化，具有“近乎全部”可再生能源的电网可以以较低的总体系统成本运行。这种灵活性不仅在添加可再生能源的区域中需要，而且在相邻电网的电力进出口中都需要。

不幸的是，这些关于灵活性的学术讨论与电网运行的实际实践之间可能有很大的距离，特别是在加利福尼亚州。

局部灵活性，或缺乏灵活性

在观察削减和负价格的情况时，包括Vox的David Roberts在内的作家得出的结论是，加利福尼亚的“太阳能发电量过多”。从理论上讲，这是一个懒惰的问题，因为它没有考虑其他资源在加州电网中的作用。

CAISO一直在努力使州内资源的运营更加灵活，并取得了不同程度的成功。在某些情况下，特定资源会受到限制。灵活性最低的是加州最后剩下的核电站，暗黑破坏神峡谷。暗黑破坏神峡谷将以约2.3 GW 24/7的全功率运行，直到因维护，加油或紧急情况而关闭，并且不响应包括负电价在内的价格信号。

暗黑破坏神峡谷并非独一无二。 pv杂志详细介绍了为什么核电厂即使在具备技术能力的情况下在实践中也不灵活。核电的高资本支出/低运营支出性质不仅有力地抑制了低于100％的产量生产，而且更重要的是，这种倾斜加剧使这些电厂的系统磨损。充其量只能导致增加维护成本和停机时间。暗黑破坏神峡谷计划于2025年关闭，这将消除此问题。

加利福尼亚的水力发电船队在实践中也显示出有限的灵活性。即使在太阳能和风能普及率最高的日子里，船队也仅增加了约1/3，从中午的2.4吉瓦增加到5月26日晚高峰时的3.9吉瓦。

鉴于斯堪的纳维亚半岛，乌拉圭和哥斯达黎加等其他国家和地区的经验，这是违反直觉的。在这些国家和地区，水力发电大坝固有的灵活性使世界上某些风能和可再生能源的普及率最高。

但是，加州大部分船队不是由大型水坝组成，而是由较小的水坝和河流上游水电站组成。CAISO指出，后者具有“固定的生成配置文件”，不可调度。

鉴于其他两种资源相对缺乏灵活性，加利福尼亚的化石燃料工厂船队（几乎完全是天然气发电）有助于填补这一空白。当净电力需求达到最高时，这些天然气厂对于傍晚的斜坡特别重要。

随着时间的推移，加利福尼亚极大地增加了其天然气船队的灵活运营。5月26日，CAISO电网上的化石燃料输出从下午1点至下午3点降至仅800 MW，从晚上8点至晚上9点再次上升至4.2 GW。

CAISO已经创建了一个支付系统，以实现灵活的生成。但是，政策研究公司Energy Innovation认为该系统无法按设计运行，并指出许多收到付款的单位最终都没有承诺，因为他们需要太多提前警告才能对超出预期的夜间坡度有所帮助。取而代之的是，能源创新公司的埃里克·吉蒙（Eric Gimon）声称，该系统已成为天然气发电的一种补贴形式，包括较旧的不灵活的机组。

进口：问题和解决方案

根据吉蒙（Gimon）的说法，就提供灵活性而言，不是该州的天然气厂在进行最繁重的举动，而是电力进口。这一点在5月26日得到了证实，当时进口量从正午太阳高峰时的大约200兆瓦增加到晚上9点至晚上11点的近10吉瓦。

电力进出口一直是CAISO的重要工作领域，CAISO创建了一个新的多州市场-能源不平衡市场（EIM）-以便与其他电网进行更快速的电力交易。自2014年成立以来，其他五家区域公用事业公司也加入了EIM，CAISO估计，截至2018年第一季度，EIM为参与活动的公用事业公司的客户提供了3.3亿美元的经济利益，并允许使用66吉瓦小时的发电量。风能和太阳能的电力本来仅在第一季度就可以减少。

与此同时，CAISO说，EIM减少了对州内资源的需求，减轻了加利福尼亚州天然气船队的一些负担。

但是，尽管EIM继续在地域上扩展，但其可提供的收益却受到限制。EIM在实时调度和15分钟市场中运作，因此仅限于解决日前预报与实际负载之间的差异。

这意味着EIM与通过日间市场交易的大量电力无关。问题就在这里。即使采用EIM，加利福尼亚州仍会在太阳能发电高峰时显示出净进口电量，而这会减少太阳能和风能。