长城证券_产业报告_美国加州电力市场新能源弃电的挑战与应对_陈培培,谢斯尘

美国加州电力市场新能源弃电的挑战与应对 作者 从交通领域的混动车到电动车、从能源领域的新能源到氢能，美国加州地区一直致力于推进经济运行与生活方式的低碳转型，也是全球领先的能源转型的示范区域。2024年近60%的电力来自于非化石能源，风光发电量占比已经超过30%，其电力系统已经表现出较为明显的以新能源为主体的新型电力系统的特征。加州地理形态狭长，人口主要集中在北部的旧金山与南部的洛杉矶区域，而新能源又集中在中部峡谷地区，发电与用电负荷空间错位明显。加州自90年代开始电改以来，电力市场运行已经成熟，并不断向西部其它州扩展。 分析师陈培培SAC：S1070524030001邮箱：chenpeipei@cgws.com 以上特征与我国新能源发展所面临的条件有很多相似之处。十四五以来，我国新能源高速发展，截止2025年9月新能源装机已经突破17亿千瓦，占全国发电装机容量的45.96%。136号文落地后，我国新能源全面入市，电力市场特别是现货市场快速发展，新能源面临机制电价与现货双重变化的挑战。全国新能源消纳监测预警中心公布的我国今年1-8月风电与光伏的弃电率为5.9%与5.1%，蒙西、甘肃、青海、新疆等省区的弃光率超过了10%。 分析师谢斯尘SAC：S1070525070004邮箱：xiesichen@cgws.com 相关研究 加州的经验表明新能源消纳是以新能源为主体的新型电力系统的普遍性挑战，在新能源电量渗透率超过20%以上后，传统发电结构与电网系统对增量新能源的接受能力出现明显下降，新能源弃电将呈现上升趋势。从过去三年的数据看，储能、跨区域消纳与电网升级是应对新能源弃电的最重要手段，其中快速建设的集中式电池储能是快速应对新能源消纳的最有效方式。从中长期看，随着新能源发电成本的进一步下降，新能源非电利用也将成为新能源消纳的新方向。 内容目录 1.加州电力系统结构......................................................................................................................................42.新能源弃电现象与主要特征........................................................................................................................63.新能源弃电的主要原因分析........................................................................................................................73.1新能源发电过剩（供需失衡）..............................................................................................................73.2电网阻塞............................................................................................................................................83.3系统灵活性不足与平衡需求...............................................................................................................104.缓解策略与效果.......................................................................................................................................115.总结........................................................................................................................................................14 图表目录 图表1：CAISO管理的西部电力市场（WEIM）................................................................................................3图表2：加州电力系统装机占比变化................................................................................................................4图表3：加州储能年新增装机（MWh）............................................................................................................5图表4：加州新能源弃电率与新能源装机渗透率...............................................................................................6图表5：加州新能源弃电量（GWh）分布.........................................................................................................7图表6：2024年加州光伏发电与限电量...........................................................................................................7图表7：加州各发电种类的发电量占比.............................................................................................................8图表8：加州人口密度分布（2020年）...........................................................................................................8图表9：加州光伏项目地理分布（2025年）....................................................................................................9图表10：加州电网弃电分类（2024-2025）.....................................................................................................9图表11：春季典型日加州电网新能源与可调负荷上网电量曲线（单位：MW，2025年3月20日）..................10图表12：春季典型日加州电网电池储能与跨区域电力交易功率曲线（单位：MW，2025年3月20日）...........11图表13：春季典型日加州电网中电池储能相对出力水平.................................................................................12图表14：加州集中式独立储能项目位置分布（2025年）................................................................................12图表15：西部非平衡电力交易市场（WEIM）经济收益（亿美元）..................................................................13图表16：加州电网增加技术领域及路线.........................................................................................................13图表17：可再生清洁氢能源系统联盟（ARCHES）拟建设的加州氢能基础设施系统..........................................14 根据观察者网，2024年美国加州名义GDP达到4.1万亿美元，超过日本的4.02万亿美元。如果作为一个单独“经济体”计算，加州在全球排名第四，仅次于美国、中国和德国。加州电力市场是美国最大的区域电力市场之一，CAISO数据显示，2024年加州电力系统的总发电量是2161亿度。 在上世纪80年代以前，加州电力系统与美国其它区域市场一样都采用区域垂直化的电力公司提供发输配售服务。美国自80年代逐步开始电力市场化改革，1996年加州通过AB1890法案，引入独立发电商（IPP）竞争机制，打破了公用事业公司对电力供应的垄断。并成立CAISO作为独立运营商，负责电网调度和批发市场运营。2014年成立西部能源失衡市场（WesternEnergyImbalanceMarket，WEIM），整合了西部11个州的实时电力交易。2025年进一步推出扩展日前市场（ExtendedDay-AheadMarket，EDAM），成为美国第四大区域电力市场。虽然加州的电力系统里已经深入绑定周边州的电力系统，本文只讨论加州部分的电力系统弃电情况。 资料来源：Westernenergyboard，长城证券产业金融研究院 2002年美国加州引入可再生能源配额制（RPS），制定了2017年新能源电量占比达到20%的目标。2018年重新修订了RPS中长期目标，提出2030年加州地区零碳电量占比60%，2045年实现电力系统碳中和。加州RPS的提出与实施，极大推动了本区域的新能源发展和与之相匹配的电力系统与电力市场的改革。根据CAISO数据（图2）可以看出，电力系统的非化石能源装机占比大幅上升，从2011年的39%上升到2024年的57%，其中贡献最大的是光伏，从2011年的1%上升到2024年的26%。 资料来源：CAISO，长城证券产业金融研究院 1.加州电力系统结构 1.系统运营 加州系统运营商（CAISO）是加州输电网络的核心管理机构，负责协调和运营加州及部分西部地区的输电系统。它不拥有输电资产，但作为独立系统运营商，负责电网调度、电力市场运营、电网规划、新增电力区域整合。CAISO受联邦能源监管委员会（FERC）、加州公用事业委员会（CPUC）与加州能源委员会（CEC）监督。 2.电网（输电与配电）投资与运维 输电与配网的所有权按区域由多个独立的实体持有，这些实体负责电网资产的投资、升级与维护。包括太平洋燃气电力公司（PG&E）、南加州爱迪生公司（SouthernCaliforniaEdison，SCE）、圣迭戈燃气电力公司（SanDiegoGas&Electric，SDG&E）、洛杉矶水电局（LADWP）、加州水务局（DepartmentofWaterResources）和其它一些独立输电公司。 3.公用事业公司（主导传统与混