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突破极限:需求弹性助力太阳能、风能等可再生能源市场发展

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突破极限:需求弹性助力太阳能、风能等可再生能源市场发展

发布日期:2018-07-08 作者: 点击:

随着美国燃煤发电量稳步下降,哪种能源将最终替代煤炭来满足美国电力需求的问题仍然没有答案。因过去十年开采技术不断进步而价格低廉的天然气是一个潜在候选。而技术的突破性进展和创新商业模式的出现使无论大规模还是分布式风电和太阳能发电项目的长期价格屡创新低,他们也成为了天然气发电的强劲竞争对手。


这些趋势可能并不是互相排斥的。事实上,许多电力行业参与者认为天然气和可再生能源可以携手共同发展。多年来,美国电力公司和系统运营商一直主张通过修建天然气发电装机能够有效平衡波动的可再生能源并满足峰值负荷,还指出了电网内可再生能源发电比例也许存在“上限”。此外,风能和太阳能资源丰富时会降低能源价格,这种“优先顺序效应”会降低可再生能源项目开发的投资回报率,并有可能进一步限制它们在整个发电系统中所占的比例。


但是,这一分析仅描述了供应侧的情况而忽视了需求侧的弹性。落基山研究所在最新报告《需求弹性:实现低成本低碳电网的关键》中展示了需求弹性可以成为比燃气电厂成本更低、污染更少的替代品来平衡电网中的可再生能源。我们通过模拟在大范围地理区域内调度需求弹性,将一天之中用电需求高但可再生能源供应不足时段的电力消费转移到可再生能源供应充足的时段。研究发现,与依赖于燃气发电相比,这种策略能够显著地降低用户成本,减少可再生能源弃风弃光现象,降低峰值需求和碳排放。


为什么提高可再生能源发电装机比例会限制其自身经济效益


由于运营成本低廉,新增可再生能源装机常常会替代电网中成本更高的发电装机,从而降低整体批发电力价格。系统中波动性可再生能源装机量的升高也会造成能源需求和供应之间的不匹配,因燃煤电厂和核电厂等缺乏弹性的发电装机无法在可再生能源丰富时段降低出力,迫使可再生能源降低出力,增加可再生能源弃风弃光的风险。


可再生能源供应和随时段变化的电力需求之间的不匹配,再加上缺乏弹性的火力发电装机,会极大地降低可再生能源项目的收益,阻碍它们市场份额的增长。例如,在加利福尼亚州和美国中西部地区,可再生能源应用比例的提高、电网拥堵和其他发电设施缺乏弹性等原因正在造成可再生能源发电收益的下降。


将可再生能源与需求而不是供应相结合


落基山研究所的最新报告展示了如何通过利用控制和通信技术来管理能源消费,从而解决需求与供应不匹配,以及可再生能源“价值缩水”的问题。一般而言,需求响应技术仅注重于在高负荷时段削减负荷,而我们的研究分析了需求弹性在转移一天中电力消费时段方面起到的作用,同时保持一天中电力消费总量不变。


我们在《重塑能源》研究中重塑情景的基础上,对未来德克萨斯州高比例可再生能源电力系统每小时的电力供需情况进行模拟。分析结果显示,在8种家用和商用终端电力负荷中使用需求弹性技术,将电力需求转移到可再生能源丰富的时段能够平缓净负荷曲线并降低峰值负荷,极大地降低下午时段对发电量爬升的需求。与缺乏弹性需求的系统相比,需求弹性能够通过减少弃风弃光使可再生能源的价值提高30%以上,大幅提高开发新建可再生能源项目的吸引力。


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