太阳能和电池助力德克萨斯州度过热浪

文摘   2024-09-04 21:32   美国  

今年夏天,德克萨斯州电网不断打破用电需求记录。幸运的是,太阳能和电池的使用也在不断创新高,帮助避免了电网紧急状况。
以上周为例,当时大部分地区气温飙升至三位数,导致德克萨斯州电力可靠性委员会(Electric Reliability Council of Texas,简称ERCOT)运营的电网需求激增。
根据收集和分享全国电网数据的初创公司电网状态(Grid Status)的数据,8月20日(上周二),ERCOT创下了85,931兆瓦的新峰值需求记录,略高于10天前创下的85,612兆瓦记录。
幸运的是,对于依赖ERCOT电网的2200万用户来说,8月20日的太阳能发电量也达到了20,799兆瓦的近期记录,仅略低于两天前创下的20,832兆瓦记录。这大量的太阳能发电使得整个正午时段的供需保持平衡。而且,由于太阳能是当今电网上最便宜的电力来源,批发电价保持在低位。

(图表:2024年8月20日ERCOT电网总负荷)
然而,当太阳开始下山,太阳能发电开始减少时,由于气温仍然很高,空调使用并没有减少。上周二晚上7:50,ERCOT创下了另一项记录:70,900兆瓦的"净负荷"。这个数字衡量的是一天中可用发电容量(减去太阳能和风能发电)与用电需求最不匹配的时刻,迫使电网调度成本最高的"边际"资源。
这些边际资源包括专门为此目的而签约的化石燃气发电厂,以及为减少需求而付费限制能源使用的数据中心、工厂和其他大客户。随着ERCOT调度并耗尽这些资源,能源价格迅速飙升,达到每兆瓦时5,000美元的上限,如上图和下图中的青色线所示。

(图表:2024年8月20日ERCOT电网净负荷)
电网状态(Grid Status)的联合创始人兼战略主管康纳·瓦尔多克(Connor Waldoch)表示:"主要风险从峰值负荷转移到净负荷。你最终会遇到这样的情况:ERCOT可能打破负荷记录,价格却相当低,而一两个小时后,你会看到价格飙升,以及辅助服务的部署和所有ERCOT专门设计来应对这种情况的措施。"
但就像在春季和夏季类似的高温引发的电网峰值期间一样,整天储存太阳能的电池再次拯救了局面 - 并可能因此获得了可观的利润。8月20日晚上7:35,向电网放电的能量储存达到了3,927兆瓦的新纪录,远高于前一天创下的3,283兆瓦纪录。

(图表:2024年8月20日ERCOT电网能量储存充放电量)
最终结果如何?ERCOT避免了采取向客户发出紧急节电警报等选择 - 或最后的手段,即要求公用事业公司实施"轮流停电",即依次关闭整个电网的不同部分以强制降低需求。
今年以来,德克萨斯州电网经历了几天类似8月20日的情况,最早可以追溯到4月底和5月初,当时异常温暖的春季天气将系统推到了崩溃的边缘。
总的来说,"事情都按照应有的方式运作得很好,"德克萨斯州能源咨询公司斯多葛能源(Stoic Energy)的总裁道格·刘易斯(Doug Lewin)说。"毫不夸张地说,太阳能和储能在今年保持ERCOT电网稳定度过严峻热浪方面起到了决定性作用。"
事实上,刘易斯上周在他的德克萨斯能源与电力通讯(Texas Energy and Power Newsletter)中写道,如果没有该州惊人的电池容量增长,ERCOT可能不得不采取紧急措施。上周,ERCOT的物理响应能力(即发电厂迅速启动和客户迅速关闭的能力)已接近可能需要ERCOT考虑实施轮流停电的阈值 - 但电池及时介入,恢复了稳定性。

(图表:当电池增加时,电网的脆弱性下降)
德克萨斯州太阳能和电池支持的电网模式
使这种转变更加引人注目的是,德克萨斯州已成为风能、太阳能和现在的电池部署的领先州,而这一切都是在没有任何州级清洁能源强制要求的情况下实现的。
加利福尼亚州也看到太阳能和电池的巨大增长缓解了2020年8月导致轮流停电和2022年9月紧急节能措施的热浪引发的电网压力。但这种增长是由数十年的州清洁能源政策推动的。
相比之下,在德克萨斯州,ERCOT高度竞争的电力市场结构和宽松的电网互连规则使清洁资源能够胜过化石燃料竞争对手。德克萨斯州在2020年风能发电量居全国首位,2023年超过加利福尼亚州成为公用事业规模太阳能装机容量最大的州,今年在公用事业规模电池系统部署方面可能会超过加利福尼亚州。
总的来说,2024年第一季度,来自风能、太阳能和核能的零碳电力占ERCOT电网供电的47%,高于2023年全年的40% - 这一转变几乎完全是由公用事业规模的太阳能和电池在经济上胜过化石燃料发电厂推动的。
尽管德克萨斯州立法者去年推出了一系列支持化石燃料发电厂的政策,太阳能和电池仍在继续扩张。这些政策包括一个50亿美元的低息贷款计划,最近吸引了72份申请,寻求240亿美元以建设多达38吉瓦的新化石燃气发电厂。它们还包括一项创建"性能信用机制"的计划,该机制将为在电网紧急情况下可用的天然气发电机组支付更多资金。
但天然气发电厂并不总能在这种紧急情况下可用。去年春天,当热浪与许多发电厂年度维护同时发生时,太阳能和电池填补了天然气发电的缺口。有时,化石燃料发电厂无法启动或被迫减少发电量,特别是在极端高温和极端低温时期,这可能导致运营问题。
刘易斯指出,在上周的热浪期间,"热力中断"(即煤炭、天然气和核电厂不可用或性能不佳)比ERCOT的预测高出20%,8月20日更是高出30%。
他补充说:"公平地说,热力发电厂的中断通常比去年夏天少," - 尽管这"有点像用微不足道的赞美来批评,因为去年夏天的中断太多了。"
但从去年夏天到今年夏天最大的变化是,德克萨斯州的太阳能发电量从13吉瓦增加到21吉瓦,电池容量在过去12个月里大约翻了一番。去年,电网运营商发出了11次这样的节能呼吁,"而今年一次都没有,"刘易斯说。
"最大的区别是有了更多的太阳能和更多的储能。"
天然气发电厂仍然是ERCOT电网上最大的发电资源,其支持者表示,德克萨斯州需要更多的天然气发电厂,以便在风不起或太阳不照时可以启动。但对于该州最炎热的夏季下午和晚上,太阳能和电池的组合已被证明是一种可靠、更便宜 - 且更清洁 - 的替代方案。
文章来源:https://www.canarymedia.com/articles/clean-energy/solar-and-batteries-are-helping-texas-weather-heatwaves-heres-how

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