可更新性能报告 1.0

管理总结 自2019年以来，EIA扩大了对美国每个平衡机构（BA）的每小时数据的收集。数据的扩展S 收集要求收集每个BA产生的每小时燃料组合，使我们能够在BA级别分析间歇性的风能和太阳能中断。除此之外，ISO一直在工厂级别提供透明的定价数据，以及越来越透明的（除了一些值得注意的例外）关于风能和太阳能削减的数据。 本报告的目的是跟踪清洁能源向能源组合的渗透，特别是风能，太阳能，水力和核能。除了清洁能源渗透之外，我们还通过三种关键方式探索间歇性风能和太阳能的表现：削减，主要市场中心的负定价水平，以及最终在各个ISO地区经历的为期一天或更多的停电。 ThereportisstructuredtoprovideanationaloverviewwithselectedhighlevelconclusionsandrecommendationsfollowedbyregionaldetailsoftheISO.Ourconcludingisthat100%renewableisimpossibleinmanypartsofthe 因此，我们考虑其他低碳到零碳技术，以补充可再生能源并扩大电网的能力。 我们希望您发现这份就职报告内容丰富，发人深省。 Contents 事实快速 该国大多数地区的清洁能源渗透率接近50％。 在过去的5年里，太阳能和风能已经达到了200%。分别。40%增长 Renewables当前3键挑战到网格：过度缩减，负市场定价和长的时期停电。 Introduction 美国知名度最高和规模最大的BA是集成系统运营商（ISO）和区域传输运营商（RTO）。ISO和RTO以外的BA也报告。对于本报告，我们采用了EIA-930地区，除了东南部，我们将包括杜克，TVA，南方公司和FPL在内的几个EIA-930地区整合到一个大地区。不幸的是，一些BA没有报告与ISO/RTO相同的细节。即使是ISO-NE和NYISO也没有将太阳能作为能源组合的单独组成部分。因此，我们限制了对该国非ISO/RTO部分的分析。.A Thepurposeofthisreportistotrackthepenetrationofcleanenergyresourcesintotheenergymix–specificallywind,solar,hydroandnuclear.Inadditiontopenetration,weexcloretheperformanceofwindandsolar,bothbatternatingres •Operations:削减可再生资源（如数据允许）•市场:可再生能源对市场定价的影响•可用性:可再生中断发生的频率、持续时间和时间 来源：EIA-930，罗兰贝格 国家可再生性能摘要 美国的产能与能量混合演化 间歇性的、依赖于天气的可再生能源发电技术的容量因素远低于通常观察到的可调度资源。美国可再生能源的容量和能源混合贡献之间的差异强调了这一现实。 我们看到容量和能源组合数据的几个趋势。太阳能在美国经历了最大的百分比增长，从2019年到2023年，产能和能源贡献都增长了200%以上。风它比太阳能成熟一些，但从2019年到2023年，容量和能源贡献继续以大约40%的速度快速增长。天然气hasgrowslowlyinthecapacitymix,butmuchfastersintheenergymix,indicatingashifttowardshigherutilizationoftheinstalledcapacitybasetocompensateforrenewablehatternallyandcoalretirement.Conversly,煤炭hasdeclinedmorerapidlyinenergycontributionthancapacity,implyingadeclinationinutilizationofachracinginstallationcapacitybase.Morepersonally,therehasbeenanenergydeclineinselectzero-carbonresourcessuchashydroand核至关重要的是，水电和核能的下降在很大程度上抵消了2019-2023年风能和太阳能的增长。 还有电池存储容量从2019年的几乎为零增长到2023年的几乎15GW。但是，电池存储仅提供容量而不提供能量。实际上，根据系统往返效率，这些系统是能源的净消耗者。B 到2023年，几个地区的清洁能源接近或超过了50%，但有明显的例外。C 2023年美国的关税和负面定价 The increased share of wind and solar in the energy mix has led to issues on the grid. Curtailmenthas increased penterly in parally with renewable penetration. The aggregate reported curtailmentin 2023 was close to 25 TWh. 一个问题是巨大的，如果它摆在我们面前没有解决，我们看到了一些方法向前迈进。” 理查德·费曼，理论物理学家 缺乏传输和由此造成的拥堵是这些运营和市场问题的主要原因。D 2023年跨美国的可更新出口天数 不可否认的是，可再生资源经历了许多天的中断，以及连续多天的几次中断。 当一个人从落基山脉向东移动时，风力表现恶化，最终导致大西洋中部和东北部各州的表现不佳。此外，风力中断是一种“超区域”现象-当风力输出在广泛的地理区域内发生时。尽管在MISO和SPP中，风的渗透率大且分布良好，但这些地区仍然经历了频繁的一天中断和持续多天的几次中断。 相比之下，太阳能中断似乎是一个更局部的现象。CAISO和ERCOT的太阳能车队规模很大，有些集中，但中断天数很少。从性能数据中可以明显看出，资产的地理分布缓解了太阳能中断的痛苦。 在随后的详细分析中会清楚的是，电网上的许多位置都没有为可再生能源的高渗透率做好准备。因此，清洁能源替代方案和新的电网能力对于这些地区适应可再生能源和实现零碳目标是必要的。E 资料来源：EIA-930，标准普尔全球，罗兰贝格 零碳网格配置就在拐角处 理查德·费曼说：“不管你的想法有多漂亮，或者你有多聪明，如果它与当地的事实不符，那就是错误的。“关于可再生能源，事实表明，在美国的许多地方-乃至世界范围内，仅靠风能和太阳能无法完成零碳工作。我们认为风能和太阳能的三个补充对于实现零碳目标至关重要。.F 加利福尼亚州地区 容量和能量增长 TheCAISOregionrepresentsacaseofhighercleanandrenewablepenetrationforbothcapacityandenergy.Renewablecapacityhasgrowthfrom29%to35%ofthemixandoverallcleancapacitygrowthhasseesimilargrowth. 在CAISO中部署存储的速度是该国最高的。存储吸收多余发电量的能力保留了原本会减少的多余太阳能。 CAISO在过去五年中的经验也指出了另一种清洁资源-水电-在气候变化的背景下所带来的挑战。在2020年至2022年等干旱年份，水电在能源结构中的份额下降，是2020年夏末停电的关键因素。水电短缺是季节性或年度性的，而不是我们在太阳能和风能方面看到的日常短缺。从广义上讲，天然气发电在很大程度上取代了水电，并抵消了2023年进口量的大幅下降。.G 抵押和负定价 CAISO承受了适度的削减。由于加利福尼亚州相对较差的陆上风势，风的渗透率有限，因此风的削减相对较低。绝大多数的削减是太阳能。所示的削减水平仅来自并网安装，不考虑屋顶或仪表后安装的削减。然而，令人担忧的是，即使在此期间安装了所有存储容量，自2019年以来，风能和太阳能资源削减的增长速度都快于容量安装的增长速度。 与整合太阳能的运营挑战相关的市场扭曲在南加州变得尤为明显。自2020年以来，负定价时间的频率是加利福尼亚州北部的两到三倍。北方太阳能资源的渗透率较低以及南北之间的传输有限是两个地区之间楔形增加的主要原因。更有可能的是，南加州的负面定价趋势可能会继续恶化，而没有办法将太阳能储存几个小时，也没有办法通过更强大的输电资产将太阳能运出该地区。.H 可更新性能 在加利福尼亚州，太阳能远比风能可靠。尽管自2019年以来，每年的风力中断事件总体上有所改善，但在加利福尼亚州，风力仍然相对不可靠。过去五年中有四年至少有五个月发生了10次风力中断事件。这些事件在冬季发生时尤其具有挑战性，因为冬季太阳能容量可能会减少。 自2019年以来，国际标准化组织平均经历了三天或更多5天或更长时间的停电事件，这对完全可再生电网造成了严重担忧，因为每年70多天的风力发电有限或没有风力发电。 相反，太阳能在加利福尼亚州仍然非常可靠。过去四年中的每一年都发生了不到三次的太阳能中断事件，这突显了加利福尼亚州有大量的太阳能正在等待旋转或存储，而不是削减。I ERCOT地区 容量和能量增长 ERCOT的容量增长了近30吉瓦，以满足我们调查中每年3.9%的最高负荷增长。除了天然气产能的小幅增长外，绝大多数产能增长来自可再生能源。在坚实的风力制度和核能的持续运行的支持下，可再生能力的份额与清洁能力同步增加。最近的太阳能装置以每年68%的速度快速增长。 总体而言，已经庞大的风能基地的持续增长以及过去三年太阳能的快速增长给燃煤电厂的利用带来了下行压力，并限制了对新天然气产能和利用的需求。 最后，储能装置已安装近3.5GW，从2019年的几乎为零增加。与CAISO一样，这种储能及其持续增长应有助于缓解可再生能源渗透率增加带来的削减和市场扭曲。J 抵押和负定价 虽然在五年期间，削减量超过了太阳能和风能的新增容量，但在2023年，我们看到了风能和太阳能削减量的减少，这可能是由于ERCOT存储的增长。同样，到2022年，负定价小时显示出稳定增长，2023年下降-存储再次成为潜在的缓解因素。我们将看到这些趋势是否会随着额外的存储安装而继续。 ERCOTWest的市场扭曲负面定价最多，因为风能和太阳能资源在ERCOT西部丰富，但缺乏足够的传输来到达东部和南部的负荷中心。问题可能会在变得更好之前变得更糟，尽管削减和负面定价已经有所缓解。未来几年，输电基础设施和储能能否跟上可再生能源发展的问题仍未得到解答。.K 可更新性能 与该国其他地区相比，ERCOT的停电事件在大多数情况下，风能和太阳能的持续时间都很短。风能和太阳能资源都经历了非常有限的中断，持续超过一两天，并且没有任何一种资源的中断持续五天或更长时间。在此基础上，ERCOT拥有本报告评估的任何地区中表现最佳的可再生资源-风能和太阳能。 也就是说，在本报告中定义中断的严格阈值是“错过”事件，例如2021年的冬季风暴Uri。从2月13日至21日，在风暴最严重的时期，只有一天的风力能力下降到10％以下，这几天的平均值不到15％。显然，放宽门槛会描绘出不同的景象。 全年风力中断相对于太阳能中断的分布平衡良好，夏季较低的风力产量被非常好的太阳能性能所抵消，冬季反之亦然。L 太阳能可靠性很高，但风特别是在夏末 来源：罗兰贝格 MISO地区 容量和能量增长 MISO的Renewablecapacitypenetrationhashistorlybeendrivedbywindinstallationsintheplains.However,thelast three years exhibit an emergence of solar installations.Generally,the renewable