保持电网的可靠性—来自可再生能源整合研究的经验教训

核心观点

• 三大关键问题：维持大规模系统可靠性面临三大关键问题：响应风能和太阳能发电的短期变化、确保足够的发电量以满足一年中所有时间的需求、以及在电网扰动的情况下保持稳定。
• 研究发现：
  • 短期波动性：可再生能源发电的短期波动性和不确定性可以通过提高电网灵活性成本有效地进行管理。研究表明，这些系统可以达到所需的可靠性水平，如果采取适当措施改变电网规划和运营方式。
  • 资源充足性：可以通过投资组合方法满足一年中所有时间的电力需求。一种组合方法将可变可再生能源部署与调度资源（如储能、现有和新建化石资源以及新的“清洁基荷”技术）结合起来。
  • 频率稳定性：电力电子设备的增加利用支持频率稳定性。研究表明，在风电和太阳能发电大幅增加的情况下，电网仍能保持可靠的运行。
• 扩展的传输网络：容量扩张和时间序列运营研究通常表明，为了以成本效益的方式在美国实现风能和太阳能的高贡献，需要增加现有传输设施的利用率以及扩展新的传输设施。

关键数据

• 2023年，清洁能源资源为美国提供了约41%的电力，其中超过16%的总发电量来自风能和太阳能。
• Gagnon等（2024）预测，在现有政策下，风能和太阳能到2035年可能为国家电力生成提供超过60%的比例。
• 多项研究考察了每年能源供应中超过50%来自风能和太阳能的电网。

研究结论

• 尽管美国电力 grid 平均而言尚未达到 100% 的可变可再生能源，但该国（以及世界上的许多地区）在较短的时间框架内已经实现了非常高的可再生能源贡献。
• 从研究和实际经验中吸取的教训现在已经纳入了对未来可再生能源增长的电力规划。随着风能和太阳能成为成本最低的新电力来源，并且储能能够提供经济有效的峰值容量，许多电力资源计划中包括了这些技术的大规模部署。
• 在过去的二十年里，已经进行了数十项研究，以评估在可变可再生能源（风能和太阳能）部署增加的情况下维持电力系统可靠性的相关问题。这些研究确定了应对太阳能和风能资源的波动性和不确定性的经济有效方法。许多这些方法已经被实施，使得可变可再生能源资源在当前电网中的贡献不断增加。
• 这些研究还指出了适应未来增长的途径，包括解决传统发电角色的变化，从能源资源转变为容量资源。研究还确定了新技术如何帮助保持电网稳定性。这些经验可以支持当前的公用事业计划，在维持州和联邦可靠性标准的同时开发大量经济效益的可再生能源部署。