中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2023年春季以來，反映美國電力系統(tǒng)凈負(fù)荷的“鴨子曲線”（duck curve）轉(zhuǎn)變?yōu)楦佣盖偷摹皪{谷曲線”（canyon curve）。
“鴨子曲線”源自美國加州電力系統(tǒng)模型，本質(zhì)上是指一天內(nèi)發(fā)電出力所滿足的電力負(fù)荷的變化圖表（凈負(fù)荷=實(shí)際負(fù)荷-可再生能源發(fā)電出力），曲線因形似一只鴨子而得名。2008年，美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）首次發(fā)現(xiàn)，隨著光伏和其他可再生能源的增加，該曲線呈現(xiàn)出獨(dú)特的形狀。
在加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（CAISO）看來，隨著加州光伏裝機(jī)容量的持續(xù)增長，“鴨子曲線”的低點(diǎn)會(huì)越來越低，這給電網(wǎng)運(yùn)營商在經(jīng)濟(jì)上和電網(wǎng)運(yùn)行方面帶來雙重挑戰(zhàn)。美國能源信息署（EIA）也表示，“鴨子曲線”并非加州獨(dú)有，在美國多地以及全球可再生能源占比高的地區(qū)，“鴨子曲線”都變得更加明顯。
加州如何緩解“鴨子曲線”難題？高比例可再生能源并網(wǎng)有哪些挑戰(zhàn)？監(jiān)管機(jī)構(gòu)能發(fā)揮哪些作用？圍繞這些問題，在近期舉行的第15屆中美綠色能源論壇期間，eo采訪了加州能源委員會(huì)（CEC）原主席羅伯特·維森米勒（Robert Weisenmiller）。
維森米勒在CEC任職超過九年，曾負(fù)責(zé)加州的電力需求預(yù)測，該預(yù)測是加州電力系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)。他致力于幫助加州出臺(tái)開創(chuàng)性的能源政策，鼓勵(lì)創(chuàng)新的清潔能源研發(fā)項(xiàng)目。在其任內(nèi)，維森米勒推動(dòng)修訂了加州建筑和電器能效標(biāo)準(zhǔn)。退休后，他創(chuàng)立了咨詢公司MRW & Associates，幫助企業(yè)、金融機(jī)構(gòu)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行戰(zhàn)略規(guī)劃和政策研究，并提供能源市場分析和監(jiān)管、電力定價(jià)、邊際成本分析等咨詢服務(wù)。
據(jù)維森米勒介紹，以光伏為代表的可再生能源發(fā)展迅速，加州對(duì)靈活性的需求大幅增加。人們?cè)趽?dān)心高電價(jià)的同時(shí)也擔(dān)心電力系統(tǒng)是否安全可靠。隨著光伏發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加州著名的“鴨子曲線”（凈負(fù)荷曲線）進(jìn)一步下沉，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。他指出，為應(yīng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行挑戰(zhàn)，加州正通過部署儲(chǔ)能、推動(dòng)區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)以及擴(kuò)大容量充裕性等措施，促進(jìn)可再生能源并網(wǎng)，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
eo：加州宣布到2045年實(shí)現(xiàn)100%清潔能源發(fā)電，目前實(shí)施了哪些舉措推廣綠色電力？在負(fù)荷管理方面有什么計(jì)劃？
維森米勒：加州計(jì)劃在2045年實(shí)現(xiàn)100%清潔電力，目前已有約60%的電量來自可再生能源，理想狀態(tài)下，2035年可再生能源發(fā)電量將達(dá)到90%?？稍偕茉吹脑鲩L主要?dú)w功于屋頂光伏的迅猛發(fā)展。此外，加州還有包括公用事業(yè)規(guī)模的光伏、風(fēng)電和儲(chǔ)能、地?zé)崮?、小型水電和生物質(zhì)能等可再生能源，其中光伏和風(fēng)電的發(fā)電量增長最快。
近幾年，CEC不斷更新建筑能效標(biāo)準(zhǔn)。從2020年1月1日開始，加州所有新建住宅包括三層樓以下獨(dú)棟或公寓都要安裝住宅光伏系統(tǒng)。從2023年1月1日開始，法規(guī)進(jìn)一步要求加州所有新建筑配備光伏和儲(chǔ)能。
為保障電力供應(yīng)穩(wěn)定，CEC把負(fù)荷管理也納入《建筑能效規(guī)范》。負(fù)荷管理旨在鼓勵(lì)用戶改變用電習(xí)慣，錯(cuò)峰用電，從高峰時(shí)段用電改為在電價(jià)較低時(shí)用電。加州能源委員會(huì)要求電力公司和社區(qū)與負(fù)荷聚合商合作，聚合商要推出按小時(shí)不斷變化的電價(jià)套餐，并在加州能源委員會(huì)的數(shù)據(jù)庫中提交和更新每小時(shí)的電費(fèi)信息。
總的來說，加州在努力將電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向可再生能源和儲(chǔ)能的同時(shí)，也在全面推進(jìn)建筑、電器和交通領(lǐng)域的電氣化。
eo：加州在實(shí)現(xiàn)高比例可再生能源并網(wǎng)上面臨哪些挑戰(zhàn)？又是如何應(yīng)對(duì)的？
維森米勒：在加州，人們?cè)趽?dān)心高電價(jià)的同時(shí)也擔(dān)心電力系統(tǒng)是否安全可靠。加州有很多高新產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)對(duì)供電可靠性要求極高。同時(shí)，隨著加州越來越多的家庭、商用建筑轉(zhuǎn)向全面電氣化，電力穩(wěn)定可靠供應(yīng)也變得不可或缺。而隨著光伏發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大，加州著名的“鴨子曲線”（凈負(fù)荷曲線）發(fā)生變化，影響到電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
長期來看，為保障資源充裕性，加州正加大容量采購力度。顯然，當(dāng)電網(wǎng)從以天然氣發(fā)電為主向100%可再生能源電力過渡時(shí)，我們將主要采購可再生能源。
2021年，加州公用事業(yè)委員會(huì)（CPUC）批準(zhǔn)了一項(xiàng)計(jì)劃，要求公用事業(yè)公司開發(fā)或采購11500兆瓦的新型電力資源。這些電力資源將于2023—2026年上線，采購的所有電源都來自零碳能源，包括分布式能源（含需求響應(yīng)）、可再生能源，以及1000兆瓦的長時(shí)儲(chǔ)能。這是CPUC有史以來單筆最大的容量采購訂單，新增容量將用于取代即將退役的Diablo Canyon核電站和一些火電廠。
除此之外，2020年CPUC曾頒布2021—2023年區(qū)域購電指令，要求采購3300兆瓦電力，保障系統(tǒng)可靠性。加州AB2514法案也明確要求2020年實(shí)現(xiàn)1325兆瓦的儲(chǔ)能裝機(jī)目標(biāo)。2021年3月，為緩解極端天氣事件帶來的電力可靠性問題，CPUC追加電源采購，要求公用事業(yè)公司在2021年和2022年額外采購1500兆瓦的電力。
eo：加州光伏發(fā)電量不斷增長，“鴨子曲線”變得越來越深，這對(duì)電網(wǎng)運(yùn)營商意味著什么？
維森米勒：我們發(fā)現(xiàn)，在某種程度上，解決“鴨子曲線”問題比我們最初想象的要容易，但在有些方面比較棘手。
在“鴨子曲線”（凈負(fù)荷曲線）中，發(fā)電量的變化主要取決于風(fēng)電和光伏發(fā)電出力的變化程度。如果風(fēng)電和光伏裝機(jī)分散在一州的各地，某地的發(fā)電量下降，而另一地區(qū)的發(fā)電量有所增加，那么這時(shí)該州的發(fā)電量往往趨于平穩(wěn)。
但現(xiàn)實(shí)情況是，光伏在午后出力水平高，那時(shí)發(fā)電量不斷增加，曲線下沉。但傍晚太陽下山時(shí)，光伏電量驟然下降。在加州，很多人晚上6、7點(diǎn)下班回家后會(huì)打開爐具等家用電器。因此，不僅是光伏發(fā)電量下降，用電負(fù)荷增量也超出了預(yù)期。這意味著系統(tǒng)運(yùn)營商需要其他電源填補(bǔ)缺失電量，比如天然氣發(fā)電和儲(chǔ)能等能夠快速響應(yīng)的電源。
現(xiàn)在加州的首要任務(wù)是安裝儲(chǔ)能，儲(chǔ)能裝機(jī)容量已經(jīng)從2019年的250兆瓦，發(fā)展到如今的6600兆瓦。部署大量儲(chǔ)能，一定程度上是為了解決“鴨子曲線”加深的問題。利用儲(chǔ)能的充放電功能，在白天陽光充足時(shí)，吸收多余的光伏電量儲(chǔ)存起來，而在傍晚，隨著負(fù)荷增加和光伏電量的減少，在用戶需要時(shí)釋放電量。
eo：要應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)扮演怎樣的角色？
維森米勒：制定合適的監(jiān)管框架非常關(guān)鍵。舉個(gè)例子，作為監(jiān)管機(jī)構(gòu)，CEC一直在試圖加強(qiáng)加州市場與其他周邊市場的聯(lián)系，推動(dòng)建立西部電力市場。加州電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)（CAISO）在加州域內(nèi)運(yùn)行，兼顧加州市場管理和電力系統(tǒng)管理，也愿意運(yùn)行整個(gè)西部聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目。
但問題是，假如你是俄勒岡州（位于美國西北部）居民，你是否希望本州的電網(wǎng)由加州運(yùn)行？你希望確保當(dāng)加州電網(wǎng)出問題時(shí)，本州不會(huì)受到影響。因此，關(guān)鍵是要處理好不同電力系統(tǒng)運(yùn)營商之間的關(guān)系。我在CEC工作期間就在解決這個(gè)問題，至今大家仍在努力緩和彼此的關(guān)系，推動(dòng)這項(xiàng)工作。
eo：為加速可再生能源并網(wǎng)，加州的輸配電系統(tǒng)也需要更新，目前加州的輸配電網(wǎng)建設(shè)現(xiàn)狀如何？
維森米勒：是的，我們亟需新增輸電線路。問題是加州可再生能源增長非?？?，輸電線路的建設(shè)速度卻跟不上。輸電線路的規(guī)劃、許可和施工建設(shè)至少要10年，建設(shè)周期很漫長。沒人喜歡在自家后院修建輸電線路，建造地下輸電線的成本又很高，所以加州的輸電網(wǎng)建設(shè)比較滯后。加州有些地區(qū)正在建設(shè)輸電線路，那些地區(qū)比較幸運(yùn)。
也有一些研究表明，在不新建線路的情況下可以擴(kuò)大現(xiàn)有線路的容量，讓現(xiàn)有輸電線路能承載更多的電能。這樣既能縮短建設(shè)周期，還能提升已有輸電通道的利用效率。利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施并擴(kuò)大輸電容量，是最簡單的解決方法。但問題是我們能改造擴(kuò)容多少線路？是否有某種技術(shù)，能讓過去承載1000兆瓦的線路擴(kuò)容至2000兆瓦？此外，有些地區(qū)間沒有輸電線路連接，但出現(xiàn)了新的輸電需求，那么，在這些地區(qū)新建線路是十分必要的。
eo：在您看來，監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)如何引導(dǎo)電網(wǎng)進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施投資呢？
維森米勒：如果要實(shí)現(xiàn)凈零排放目標(biāo)，我們就必須更新輸配電系統(tǒng)。我認(rèn)為在立法機(jī)關(guān)和州層面上，加州的行政長官知道需要建更多的輸電線路。但困難在于，一旦將輸電線路修建到某戶人家的后院時(shí)，就會(huì)涉及搬遷補(bǔ)償，大家的關(guān)系會(huì)變得緊張，問題較為棘手。但如果想要真正解決氣候問題，我們就必須更新輸配電系統(tǒng)，而且這種方式對(duì)人們產(chǎn)生的影響最小。
