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前车之鉴看美国如何消纳可再生能源

2019/08/15 来源:石家庄信息港

导读

近日,国家发改委出台了《关于开展可再生能源就近消纳试点的通知》(以下简称《通知》),提出可再生能源在局域电就近消纳、努力解决弃风和弃光问题、

  近日,国家发改委出台了《关于开展可再生能源就近消纳试点的通知》(以下简称《通知》),提出可再生能源在局域电就近消纳、努力解决弃风和弃光问题、鼓励可再生能源参与直接交易等目标。随着近几年可再生能源在世界范围内的快速发展,如何对其进行有效的消纳不仅是中国面临的挑战,也是欧美等发达国家面临的挑战。本文主要分析美国在如何消纳可再生能源这一难题上所采取的措施以及取得的效果,期待对我国进行类似的改革起到一定的借鉴作用。

  以风电和为代表的可再生能源在美国电力系统占据了重要的地位。在2014年美国的新增装机容量中,有一半是可再生能源。2014年风电和太阳能新增装机容量分别为4.7GW和7GW,使得截至2014年底美国风电和太阳能总装机容量分别达到64GW和20GW。

  然而,大规模可再生能源的并,使得系统如何消纳这些能源成为了严峻的问题。这些问题包括,输电容量的扩容往往落后于可再生能源发电容量的扩容,造成电力无法输送到需要的区域;风和太阳能等新能源受自然天气因素的影响较大,使得系统运行的不确定性增加;新能源独有的 反用电 规律(比如在半夜负荷很低时风电反而更多;晚上负荷高峰时期太阳能却无法发电)对系统内的其它传统机组的运行带来很大压力,等等。这些问题导致的一个重要不利结果,便是所谓的 弃风 和 弃光 现象。据美国中部地区的供电公司Xcel的一份研究报告表明,201 年其系统内弃风电量达到291GWh,对应的市场价值达1450万美元。从整个美国的范围来看,因无法消纳全部可再生能源带来的损失则更多。

  美国没有统一的全国电,在各个区域内电力系统的运行水平差别很大。不同的区域市场消纳可再生能源的措施也千差万别。本文选取了几个有代表性的区域,详细分析了它们的应对措施。在此之前,有必要先了解一下可再生能源的电力购买协议。

  1、可再生能源的电力购买协议PPA

  电力购买协议(Power Purchase Agreement, PPA) 实际上是买电方和卖电方签署的一项长期电力交易合同。在风电和机组的规划和建设过程中,PPA的作用显得尤为重要。这主要是因为它以长期合同(一般是20年)的方式签订了买卖电的价格,从而使得可再生能源发电商有稳定的收入来源从而规避了在电力市场中可再生能源的波动所带来的风险。美国大部分的风电和太阳能工程都是通过PPA来进行金融担保的。

  交易价格是PPA内容的关键。在谈判的过程中,买卖双方会对可再生能源的出力水平、年平均运行小时数等指标进行详细地分析和评估,从而确定出合理的交易价格。然而,电力市场运行时 弃风 和 弃光 的不确定性,会给买卖双方带来经济上的损失。PPA一般会规定这种损失应该由哪一方来进行承担。大部分PPA都选择由购电方来承担损失(take-or-pay),即购电方不仅要支付实际接收到的电力,还要支付被弃掉的风和太阳能原本可以产生的电力。

  了解PPA的本质会对理解美国如何消纳可再生能源有重要的帮助。在竞争性的电力市场中,由于风电和太阳能的报价一般很低,它们往往会获得优先调度的权力。然而,由于系统安全或者线路阻塞等原因,市场中经常出现的 弃风 和 弃光 的现象会对可再生能源的消纳起到负面的影响。一般说来,美国电力系统消纳可再生能源主要有三个途径:一是市场机制的巧妙设计,二是合理的输电投资规划,三是尽量减少 弃风 和 弃光 的行为以及带来的损失。

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