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日食的时候 加州电力系统究竟发什么了什么?几张图告诉你!

北极星售电网  来源:能谱网  作者:交能网  2017/8/28 8:43:20  我要投稿  
所属频道: 国外经验   关键词: 电力交易 电力公司 美国

北极星售电网讯:北京时间8月22日凌晨,美国迎来了日全食狂欢,这不仅是今年全球唯一一次日全食,也是近一个世纪日全食再次跨越美国东西海岸,上一次横跨两海岸的日食发生在1918年。

(文章来源:能谱网 ID:jiaonengwang 作者:交能网)

全日食是指太阳完全被月球遮住的现象,持续时间仅两分钟左右。当月球逐渐遮挡着太阳的光线,原本风和日丽的白天瞬间变得黑暗,数以百万计的美国民众观看此次日全食现象。美国共有14个州能够见证这场罕见的日全食现象,整个过程共持续了90分钟。

在全美各地,日全食观察护目镜等商品也早已销售一空。“日食经济”对于8月份美国多个领域的经济活动状况起到的提振效果,也已可见一斑。但这也并非完完全全是好事。至少,有一个产业就已经如临大敌——那就是美国的电力行业……

上一次在美国局部地区发生日全食,还要追溯到38年前的1979年。诚然,日全食发生的那几分钟,全食区域内确实会有照明用电需求的一过性上升,但鉴于照明电力占美国总耗电量的比重不大,因此,短时间的黑暗对于电网的需求端的影响虽然不能说没有,但却不是矛盾的主要方面。真正的问题出在电力的供应端。

上一次美国发生日全食时,大规模太阳能发电还只是一种停留在纸面上的设想,但如今,太阳能供电已是美国能源体系中所不可或缺的重要一环。过去10年间,美国的太阳能发电总装机容量以平均每年68%的惊人速度增长。目前,美国太阳能发电总容量为4.5万兆瓦,共有26万人在光伏发电领域就业。而日全食遮挡阳光的状况,则会对全美太阳能发电能力带来全方位考验。

此次日食影响的范围包括了美国光伏装机最大的州——加利福尼亚。虽然不直接处于日全食带,但加州共有8.8GW的商业规模光伏电站,占全美光伏装机规模的40%。日食现象在当地时间21日早上9时05分开始,10时21分将出现日食高峰期,直到11时44分完结,整个过程超过3小时。

近年来,加州的新能源发电,尤其是太阳能,实现了大跨步的增长。目前,加州电力供应的40%来自于可再生能源。根据太平洋煤电公司(PG&E)资料,现时共有30万名用户使用屋顶型太阳能发电,占全美国屋顶型太阳能发电的25%,而湾区夏日有三分之一电力来自太阳能等再生能源。因此日全食会令部分用户失去部分发电量,PG&E预计,届时北方服务区域的太阳能能源将减少85%、湾区减少75%、中海岸及中央谷地减少百分之65%。此次日全食平均减少2600兆瓦(megawatts)太阳能的供应量,而这部分缺口相当于超过150万个家庭的用电负荷。加州另一家电力供应商也表示,在日食从开始到结束的2个半小时中,其太阳能机组的发电能力将会减半。而考虑到该公司的设施位置离全食带尚有相当的距离,因此,其他一些区域所受的影响可能更大。

不过PG&E表示用户的电力供应不会受到影响,PG&E总裁NickStavropoulos说:“日全食不常见,但每日当太阳下山后,我们也相当于在应对日全食的现象。”而为了应对这次日全食,电力公司与加州电力调度中心(ISO)准备了长达一年的时间。他们计划用其他快速反应电能来源替补减少的太阳能源,包括在雨季后带来的充足、洁净和可再生水利发电电源,确保当日的稳定电源。

从加州电力调度中心(ISO)事后发布的新能源发电和电力负荷报告来看呢,这次加州电网可谓是有惊无险地成功应对了这次考验。如下图所示,在日食发生的时间里(早上9时05分开始,10时21分将出现日食高峰期,直到11时44分完结),太阳能发电设施(光伏、光热发电)在数分钟内失去能量来源而停止供电,然后又在阳光再次普照时快速恢复。这样的“V”形功率变化,对电网的稳定性造成了较大的冲击。

在加州电力能源供应占有重要地位的太阳能发电,在短时间内发电功率迅速下降(下图中的绿线),而与此同时,用电负荷还在增加(下图中的橙线)。加州电力调度中心此前预测,日食高峰期时发电缺口达到6000兆瓦,其中2/3来自商业太阳能发电站发电功率的减少,其余部分来源于户用光伏。而这部分户用光伏,原本是可以直接覆盖商业和居民的在上午逐渐增加的用电负荷的。

随着阴影的增加,加州电网每秒钟减少70兆瓦的电力供应。为填补太阳能发电的空缺,州内的水电、火电机组可谓是马力全开。从下面这张图可以明显看出,在日食持续的时间里,水电、火电机组的发电功率都有一定幅度的上升。

此外还与其他联邦州有很频繁的电力交易往来,导致电力市场价格波动很大。

虽然,各大发电厂商和电网运营商都已经对日全食所可能带来的冲击提前做好了应急预案,比如使用应急天然气发电机组来填补发电低谷,确保电力供给稳定,但是此次北美大日食仍会以最生动的方式向公众展示太阳能发电在美国能源版图中早已不再是吴下阿蒙,而是不可或缺的一环。

加州大学伯克利分校教授DanielKammen评论说,这次日全食事件更加突出了通过储能来平衡波动的可再生能源发电量的重要性。这次的经验可以帮助当地的售电公司,发电企业和电网公司应对下一次的挑战:2024年4月8号,又会有新一次的日全食在北美上演。届时,太阳能发电在美国电力供应的比例会更高,从今日的15GW增长到2024年的120GW。加州也要求能源供应商的能量来源在2020年之前有1/3来自新能源,而在2030年之前,要达到一半。

届时,美国的电力系统将会迎来更严峻的挑战。

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