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來源:北極星電力網(wǎng)???作者:上繼 ???發(fā)布時(shí)間: 2017-08-30 10:45???瀏覽: 2539
2017年的超級日全食對美國電力系統(tǒng)的影響究竟有多大
月球遮擋日光會(huì)造就奇觀，同時(shí)也會(huì)削減太陽能發(fā)電的輸出功率。在加州，此次“超級日全食”一度造成太陽能的輸出銳減了5.5 GW。
時(shí)隔38年，日全食再次出現(xiàn)在美國上空。8月21日上午，整個(gè)北美地區(qū)都可以在不同程度上觀測到日食現(xiàn)象，位于月球本影范圍內(nèi)的地區(qū)則可以看到日全食。這條寬約113公里的本影區(qū)于美國西北部的俄勒岡州登陸，橫貫14個(gè)州后，在東南部的南卡羅來納州進(jìn)入大西洋(圖1)。日全食的持續(xù)時(shí)間為2分鐘左右，整場日食持續(xù)了近3個(gè)小時(shí)。
圖1 美國大型光伏電站分布以及日光遮擋比例
數(shù)據(jù)來源：CAISO
月球遮擋日光會(huì)造就奇觀，同時(shí)也會(huì)削減太陽能發(fā)電的輸出功率。如圖1所示，只有極少數(shù)大型光伏電站位于日全食的影響范圍內(nèi)，但在一些太陽能裝機(jī)較為密集的地區(qū)，日偏食也會(huì)造成較大影響。加利福尼亞州是美國太陽能裝機(jī)容量最大的州，此次日食中，加州60—80%的日光都被遮擋。在北卡羅來納州，日光被遮擋的比例超過90%。為了保障電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，日食引起的太陽能發(fā)電缺口需要通過其他手段來彌補(bǔ)。
截至2016年底，加州的太陽能裝機(jī)(包括光熱發(fā)電、大型光伏電站和分布式光伏)接近14 GW，約占全美太陽能的40%。加州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商(California ISO，以下簡稱CAISO)負(fù)責(zé)加州大部分地區(qū)的電力市場和電網(wǎng)的運(yùn)行，其太陽能裝機(jī)約為10 GW。在部分時(shí)段內(nèi)，太陽能可以滿足CAISO全網(wǎng)30-40%的負(fù)荷。除太陽能外，CAISO內(nèi)還包括火電(以燃?xì)獍l(fā)電為主)、核電、風(fēng)電、水電以及生物質(zhì)能、地?zé)崮艿绕渌稍偕茉矗瑫r(shí)也從附近的地區(qū)進(jìn)口部分電力。在保證穩(wěn)定性的前提下對各類能源進(jìn)行經(jīng)濟(jì)調(diào)度是CAISO的主要任務(wù)之一。
圖2 CAISO各類能源的日均輸出功率，8月14-18日(MW)
數(shù)據(jù)來源：CAISO
圖2顯示了日食發(fā)生的前一周(8月14-18日)，CAISO內(nèi)各類能源的輸出功率在一天之內(nèi)的平均變化情況。早9點(diǎn)至晚5點(diǎn)之間，太陽能的出力占據(jù)較大部分，整個(gè)系統(tǒng)的靈活性由燃?xì)?、水力發(fā)電等方式提供，而核電始終保持穩(wěn)定的輸出。
8月21日的日食使CAISO的太陽能輸出發(fā)生較大變化(圖3)。早晨9點(diǎn)，網(wǎng)內(nèi)的太陽能出力隨著日食的出現(xiàn)而減小;11點(diǎn)左右，太陽能的輸出降至最低，此時(shí)與前一周平均水平之間的差距達(dá)到5.5 GW;此后，日光被遮擋的比例逐漸降低，太陽能也開始恢復(fù)正常運(yùn)行。
圖3 CAISO太陽能輸出功率曲線(MW)
數(shù)據(jù)來源：CAISO
此次日食并未對加州電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。圖4顯示了8月21日CAISO內(nèi)各類能源的出力情況。對比圖2和圖4可以發(fā)現(xiàn)，早9點(diǎn)至11點(diǎn)之間，燃?xì)獍l(fā)電、水電的輸出功率以及進(jìn)口電力的比重增加，彌補(bǔ)了日食引起的供電缺口;11點(diǎn)至下午1點(diǎn)，太陽能出力逐漸恢復(fù)，燃?xì)獍l(fā)電等的輸出功率也出現(xiàn)回落，用電需求和系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到保障。
圖4 8月21日CAISO各類能源的輸出功率(MW)
數(shù)據(jù)來源：CAISO
事實(shí)上，CAISO在2016年就已經(jīng)針對此次日食開展了準(zhǔn)備工作。根據(jù)日食發(fā)生前的預(yù)測，大型光伏電站的輸出功率將減少4.2 GW，分布式光伏將減少1.4 GW，其他種類的能源需要在日食期間額外提供約6 GW的負(fù)荷。為此，CAISO與區(qū)域內(nèi)的電力公司、燃?xì)夤竞桶l(fā)電廠合作，提前準(zhǔn)備好燃?xì)?、水力發(fā)電機(jī)組等靈活性較高的備用容量。另一方面，日食期間太陽能的爬坡率(ramp rate)遠(yuǎn)高于正常水平，若處置不當(dāng)，電力供需的不均衡將危及電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過與美國西部多個(gè)電力公司建立“能源不平衡市場”(Energy Imbalance Market)，CAISO可以與其他地區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)電力交易，為系統(tǒng)提供了額外的靈活性。此外，加州能源委員會(huì)(California Energy Commission)也對電力需求側(cè)提出倡議，呼吁用戶在日食期間提升能效，減少電力消費(fèi)。
除加州之外，位于月球本影區(qū)邊緣的北卡羅來納州也受到日食的影響。北卡羅來納州的太陽能裝機(jī)容量在全美排名第二，日食期間，州內(nèi)的太陽能輸出功率由正常情況下的1.8 GW降低至0.1 GW。但太陽能在北卡羅來納州的電力結(jié)構(gòu)中占據(jù)的比重較小，當(dāng)?shù)氐碾娏疽膊扇×藨?yīng)對措施，日食并未對該州電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成負(fù)面影響。
