日食的時候加州電力系統(tǒng)究竟發(fā)什么了什么？幾張圖告訴你！

2017-08-28 09:54:53 能譜網(wǎng) 　點擊量：評論 (0)

北京時間8月22日凌晨，美國迎來了日全食狂歡，這不僅是今年全球唯一一次日全食，也是近一個世紀日全食再次跨越美國東西海岸，上一次橫跨兩海岸的日食發(fā)生在1918年。全日食是指太陽完全被月球遮住的現(xiàn)象，持續(xù)時間

北京時間8月22日凌晨，美國迎來了日全食狂歡，這不僅是今年全球唯一一次日全食，也是近一個世紀日全食再次跨越美國東西海岸，上一次橫跨兩海岸的日食發(fā)生在1918年。

全日食是指太陽完全被月球遮住的現(xiàn)象，持續(xù)時間僅兩分鐘左右。當月球逐漸遮擋著太陽的光線，原本風和日麗的白天瞬間變得黑暗，數(shù)以百萬計的美國民眾觀看此次日全食現(xiàn)象。美國共有14個州能夠見證這場罕見的日全食現(xiàn)象，整個過程共持續(xù)了90分鐘。

在全美各地，日全食觀察護目鏡等商品也早已銷售一空。“日食經(jīng)濟”對于8月份美國多個領域的經(jīng)濟活動狀況起到的提振效果，也已可見一斑。但這也并非完完全全是好事。至少，有一個產(chǎn)業(yè)就已經(jīng)如臨大敵——那就是美國的電力行業(yè)……

上一次在美國局部地區(qū)發(fā)生日全食，還要追溯到38年前的1979年。誠然，日全食發(fā)生的那幾分鐘，全食區(qū)域內(nèi)確實會有照明用電需求的一過性上升，但鑒于照明電力占美國總耗電量的比重不大，因此，短時間的黑暗對于電網(wǎng)的需求端的影響雖然不能說沒有，但卻不是矛盾的主要方面。真正的問題出在電力的供應端。

上一次美國發(fā)生日全食時，大規(guī)模太陽能發(fā)電還只是一種停留在紙面上的設想，但如今，太陽能供電已是美國能源體系中所不可或缺的重要一環(huán)。過去10年間，美國的太陽能發(fā)電總裝機容量以平均每年68%的驚人速度增長。目前，美國太陽能發(fā)電總容量為4.5萬兆瓦，共有26萬人在光伏發(fā)電領域就業(yè)。而日全食遮擋陽光的狀況，則會對全美太陽能發(fā)電能力帶來全方位考驗。

此次日食影響的范圍包括了美國光伏裝機最大的州——加利福尼亞。雖然不直接處于日全食帶，但加州共有8.8GW的商業(yè)規(guī)模光伏電站，占全美光伏裝機規(guī)模的40%。日食現(xiàn)象在當?shù)貢r間21日早上9時05分開始，10時21分將出現(xiàn)日食高峰期，直到11時44分完結，整個過程超過3小時。

近年來，加州的新能源發(fā)電，尤其是太陽能，實現(xiàn)了大跨步的增長。目前，加州電力供應的40%來自于可再生能源。根據(jù)太平洋煤電公司（PG&E）資料，現(xiàn)時共有30萬名用戶使用屋頂型太陽能發(fā)電，占全美國屋頂型太陽能發(fā)電的25%，而灣區(qū)夏日有三分之一電力來自太陽能等再生能源。因此日全食會令部分用戶失去部分發(fā)電量，PG&E預計，屆時北方服務區(qū)域的太陽能能源將減少85%、灣區(qū)減少75%、中海岸及中央谷地減少百分之65%。此次日全食平均減少2600兆瓦(megawatts)太陽能的供應量，而這部分缺口相當于超過150萬個家庭的用電負荷。加州另一家電力供應商也表示，在日食從開始到結束的2個半小時中，其太陽能機組的發(fā)電能力將會減半。而考慮到該公司的設施位置離全食帶尚有相當?shù)木嚯x，因此，其他一些區(qū)域所受的影響可能更大。

不過PG&E表示用戶的電力供應不會受到影響，PG&E總裁NickStavropoulos說：“日全食不常見，但每日當太陽下山后，我們也相當于在應對日全食的現(xiàn)象。”而為了應對這次日全食，電力公司與加州電力調(diào)度中心（ISO）準備了長達一年的時間。他們計劃用其他快速反應電能來源替補減少的太陽能源，包括在雨季后帶來的充足、潔凈和可再生水利發(fā)電電源，確保當日的穩(wěn)定電源。

從加州電力調(diào)度中心（ISO）事后發(fā)布的新能源發(fā)電和電力負荷報告來看呢，這次加州電網(wǎng)可謂是有驚無險地成功應對了這次考驗。如下圖所示，在日食發(fā)生的時間里（早上9時05分開始，10時21分將出現(xiàn)日食高峰期，直到11時44分完結），太陽能發(fā)電設施（光伏、光熱發(fā)電）在數(shù)分鐘內(nèi)失去能量來源而停止供電，然后又在陽光再次普照時快速恢復。這樣的“V”形功率變化，對電網(wǎng)的穩(wěn)定性造成了較大的沖擊。

在加州電力能源供應占有重要地位的太陽能發(fā)電，在短時間內(nèi)發(fā)電功率迅速下降（下圖中的綠線），而與此同時，用電負荷還在增加（下圖中的橙線）。加州電力調(diào)度中心此前預測，日食高峰期時發(fā)電缺口達到6000兆瓦，其中2/3來自商業(yè)太陽能發(fā)電站發(fā)電功率的減少，其余部分來源于戶用光伏。而這部分戶用光伏，原本是可以直接覆蓋商業(yè)和居民的在上午逐漸增加的用電負荷的。

隨著陰影的增加，加州電網(wǎng)每秒鐘減少70兆瓦的電力供應。為填補太陽能發(fā)電的空缺，州內(nèi)的水電、火電機組可謂是馬力全開。從下面這張圖可以明顯看出，在日食持續(xù)的時間里，水電、火電機組的發(fā)電功率都有一定幅度的上升。

此外還與其他聯(lián)邦州有很頻繁的電力交易往來，導致電力市場價格波動很大。

雖然，各大發(fā)電廠商和電網(wǎng)運營商都已經(jīng)對日全食所可能帶來的沖擊提前做好了應急預案，比如使用應急天然氣發(fā)電機組來填補發(fā)電低谷，確保電力供給穩(wěn)定，但是此次北美大日食仍會以最生動的方式向公眾展示太陽能發(fā)電在美國能源版圖中早已不再是吳下阿蒙，而是不可或缺的一環(huán)。

加州大學伯克利分校教授DanielKammen評論說，這次日全食事件更加突出了通過儲能來平衡波動的可再生能源發(fā)電量的重要性。這次的經(jīng)驗可以幫助當?shù)氐氖垭姽荆?a href="http://www.e4938.cn/yqxxh/hd/" target="_blank" class="keylink">發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司應對下一次的挑戰(zhàn)：2024年4月8號，又會有新一次的日全食在北美上演。屆時，太陽能發(fā)電在美國電力供應的比例會更高，從今日的15GW增長到2024年的120GW。加州也要求能源供應商的能量來源在2020年之前有1/3來自新能源，而在2030年之前，要達到一半。

屆時，美國的電力系統(tǒng)將會迎來更嚴峻的挑戰(zhàn)。