光伏给电网带来“鸭子”负荷曲线 什么是最好的“烤鸭”技术？

福布斯网站发表署名David Carlin的文章，题目是：The Solar Revolution Is Coming: Duck! 前一句的意思是“太阳能革命正在到来”，这里Duck是双关语：一方面是指太阳能光伏带来的负荷“鸭子”曲线，另一方面是指如何因势利导应对这个鸭子曲线。

（来源：微信公众号“国际能源小数据”）

加州独立系统运营商（CAISO）在评估加州的电力生产和需求时，首次发现了这只“鸭子”。过去的几十年以来，各国电网运营商掌握了需求的预测模型，并能相应地调度发电产量以随时满足需求。但太阳能光伏的出现为需求的计算增加了一个新的维度。与煤电、核能和天然气发电不同，太阳能是“不可调度的”，这意味着它不能随意增加或减少。相反，太阳能发电取决于天气、季节和时间。太阳能的间歇性意味着电网管理者必须重新考虑如何利用常规电厂。太阳能发电越多，对常规电厂（称为“净负荷”）的需求就越低。在一个典型的日子里，净负荷图看起来就像鸭子。早上，随着更多的太阳能光伏上网（鸭尾巴），净负荷下降。当太阳最强的时候（鸭的腹部），净负荷在中午左右见底。然后，在傍晚时分，随着太阳能发电量的下降和整体能源需求的增加（鸭脖子），净负荷迅速上升。最后，当人们睡觉时（鸭头），净负荷下降。随着太阳能发电份额的增加，鸭子的肚子会越来越深，脖子越来越长。

这只看上去友善的鸭子让电网调度头疼不已。基本负荷发电厂（如煤和核电站）的建设是为了持续运行。如果因为鸭子的存在，在中午关闭这些基本负荷电厂，然后在晚上满负荷运行是困难和昂贵的。电网管理者通常依赖天然气作为峰荷电厂来应对需求负荷的变化，然而许多天然气厂只在峰荷运行，在经济上对发电商和消费者都是低效的。此外，净负荷的大幅波动会损害电网的基础设施。一个次优的解决方案是“削减”太阳能，限制进入电网的太阳能发电量，以平滑净负荷曲线，但这会导致大量的可再生能源能量浪费。

我们能否将这只鸭子“煮熟”呢？

虽然扩大太阳能光伏的使用确实存在挑战，但也有许多有效的解决方案。首先，可以通过创建一个更大的电网系统，可以在更多的地方进行太阳能发电，可以在一定程度上平滑需求高峰负荷。

其次，确立实时的市场激励机制也将有所帮助。目前，消费者和企业以平均价格购买电力。然而，由于供求关系的变化，电力的现货价格变化很大。当需求量最大时，一个实时定价的智能电网将收取更多的晚间电费。这一价格信号可能会促使人们在高电价的时段减少消费，从而在一定程度上缓解需求激增。同样，实时定价将使用户能够以合理的价格向电网出售电力，减少电力供应过剩期间的生产过剩。

实时定价也可以与能效措施相结合，具体来说就是消费者购买能源效率更高的产品，用更少的能源做更多的事情。自1980年以来，美国国内生产总值增长了近200%，而能源使用却增长了不到50%，正是效率的提高减少了对电网的压力，每年为用户节省数十亿美元。在电力供应端，电网运营商可以使用大数据和机器学习来更好地预测供需变化。

此外，不同的太阳能技术也可以发挥作用。聚光太阳能发电（CSP）利用反射镜将太阳光线聚焦，加热水并驱动涡轮机发电，生产更多的可调度能源，可以通过在不同地区和不同时段运行来补充光伏发电量。从生物燃料、潮汐能等其他可再生能源技术也将继续增长，有助于实现清洁能源结构的多样化。

最后，电池储能是最有前途的“烤鸭”方法。现在，新的电池技术以可承受的价格实现了更大的能量储存。在过去的十年里，电池价格下降了近90%。许多专家认为这只是一个开始。Wood Mackenzie的一份报告预计，2018年至2024年间，电力存储将增长1300%以上。瑞银（UBS）分析师估计，到2030年电力储能行业可能价值近5万亿美元。如果说20世纪10年代是“太阳能的10年”，那么20世纪20年代很可能是“电池储能10年”，这样的发展将使太阳能生产商能够储存能量，并在需要时将其释放到电网中，一劳永逸地解决鸭子问题。