據(jù)美國能源信息署的數(shù)據(jù),隨著加州太陽能發(fā)電量的增加,加州獨立系統(tǒng)運營商(CAISO)的電網(wǎng)運營商發(fā)現(xiàn),在太陽能發(fā)電量趨于最高的一天中,凈負荷(減去可變可再生能源發(fā)電量后的剩余需求)有所下降。當(dāng)為典型的一天繪制負荷圖表時,可以看到凈負荷曲線在中午大幅下降,然后在晚上太陽能發(fā)電量下降時急劇上升,如此形成的曲線看起來像鴨子的輪廓,因此這種模式通常被稱為“鴨子曲線”。隨著加州太陽能發(fā)電量的持續(xù)增長,中午凈負荷的下降幅度越來越大,給電網(wǎng)運營商帶來了挑戰(zhàn)。
電網(wǎng)運營商需要隨時平衡一個地區(qū)的發(fā)電量和電力需求。在大多數(shù)消費者睡覺和許多企業(yè)關(guān)門的時候,需求在一夜之間是最低的。早上,隨著人們醒來,企業(yè)開始營業(yè),需求開始增加。需求全天保持上升,晚上隨著人們下班回家和居民用電量的增加而略有上升,然后在深夜再次下降。
但是,與傳統(tǒng)發(fā)電廠(例如核能、燃煤和天然氣發(fā)電廠)不同,太陽能和風(fēng)能資源不能隨意充分調(diào)度以滿足需求,公用事業(yè)公司在一些時刻不得不削減這些資源以保護電網(wǎng)運營。太陽能只在白天產(chǎn)生,中午太陽最強時達到峰值,日落時減弱。隨著更多的太陽能發(fā)電量上線,傳統(tǒng)發(fā)電廠在中午的使用頻率降低,鴨子曲線愈加明顯。
鴨子曲線意味著兩個與太陽能應(yīng)用增加有關(guān)的挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)是對電網(wǎng)壓力。從中午到深夜,傳統(tǒng)發(fā)電廠對電力的需求急劇波動,此時能源需求仍然很高,但太陽能發(fā)電量已經(jīng)下降,這意味著傳統(tǒng)發(fā)電廠(如天然氣發(fā)電廠)必須迅速增加電力生產(chǎn),以滿足消費者需求。這種快速增長使電網(wǎng)運營商更難實時匹配電網(wǎng)供應(yīng)和電網(wǎng)需求。此外,如果生產(chǎn)的太陽能超過了電網(wǎng)的使用量,運營商可能不得不減少太陽能發(fā)電,以防止過度發(fā)電。
另一個挑戰(zhàn)是經(jīng)濟方面的。鴨子曲線的動態(tài)性會挑戰(zhàn)可調(diào)度發(fā)電廠的傳統(tǒng)經(jīng)濟性,因為導(dǎo)致該曲線的因素減少了傳統(tǒng)發(fā)電廠的運行時間,從而導(dǎo)致電費收入減少。如果收入的減少使發(fā)電廠的維護變得不經(jīng)濟,電廠可能會在沒有可調(diào)度的替代品的情況下退役。在凈需求波動很大的系統(tǒng)中,可調(diào)度電力的減少使電網(wǎng)管理者更難平衡電力供需。
然而,鴨子曲線也為能源儲存創(chuàng)造了機會。大規(guī)模部署電池等儲能系統(tǒng),可以將白天產(chǎn)生的一些太陽能儲存起來,并在日落后釋放出來。中午儲存太陽能發(fā)電會使鴨子的曲線變平,晚上調(diào)度儲存的太陽能發(fā)電會縮短鴨子的“脖子”。加利福尼亞州正在迅速建設(shè)電池存儲;從2018年的0.2吉瓦增長到2023年4月的4.9吉瓦,預(yù)計加州運營商在今年年底前在該州再建造4.5吉瓦的電池存儲容量。
鴨子曲線并不是加州獨有的,它越來越多地發(fā)生在美國其他地區(qū)和世界各地,因為這些地方的太陽能發(fā)電份額正在增加。
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