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?ldquo;峽谷曲線”（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驗室（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)出獨特的形狀。
在加州獨立系統(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”的低點會越來越低，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（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開創(chuàng)性的能源政策，鼓勵創(chuàng)新的清潔能源研發(fā)項目。在其任內(nèi)，維森米勒推動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、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，加州對靈活性的需求大幅增加。人們在擔(dān)心高電價的同時也擔(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)對電網(wǎng)運(yùn)行挑戰(zhàn)，加州正通過部署儲能、推動區(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年實現(xiàn)100%清潔能源發(fā)電，目前實施了哪些舉措推廣綠色電力？在負(fù)荷管理方面有什么計劃？
維森米勒：加州計劃在2045年實現(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主要歸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)電和儲能、地?zé)崮堋⑿⌒退姾蜕镔|(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)荷管理旨在鼓勵用戶改變用電習(xí)慣，錯峰用電，從高峰時段用電改為在電價較低時用電。加州能源委員會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不斷變化的電價套餐，并在加州能源委員會的數(shù)據(jù)庫中提交和更新每小時的電費(fèi)信息。
總的來說，加州在努力將電力結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向可再生能源和儲能的同時，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)對的？
維森米勒：在加州，人們在擔(dān)心高電價的同時也擔(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)對供電可靠性要求極高。同時，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，我們將主要采購可再生能源。
2021年，加州公用事業(yè)委員會（CPUC）批準(zhǔn)了一項計劃，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1000兆瓦的長時儲能。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年實現(xiàn)1325兆瓦的儲能裝機(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，那么這時該州的發(fā)電量往往趨于平穩(wěn)。
但現(xiàn)實情況是，光伏在午后出力水平高，那時發(fā)電量不斷增加，曲線下沉。但傍晚太陽下山時，光伏電量驟然下降。在加州，很多人晚上6、7點下班回家后會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)是安裝儲能，儲能裝機(jī)容量已經(jīng)從2019年的250兆瓦，發(fā)展到如今的6600兆瓦。部署大量儲能，一定程度上是為了解決“鴨子曲線”加深的問題。利用儲能的充放電功能，在白天陽光充足時，吸收多余的光伏電量儲存起來，而在傍晚，隨著負(fù)荷增加和光伏電量的減少，在用戶需要時釋放電量。
eo：要應(yīng)對這些挑戰(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)行整個西部聯(lián)網(wǎng)項目。
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，本州不會受到影響。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問題，至今大家仍在努力緩和彼此的關(guān)系，推動這項工作。
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?？欤旊娋€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，就會涉及搬遷補(bǔ)償，大家的關(guān)系會變得緊張，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)，而且這種方式對人們產(chǎn)生的影響最小。
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