日食的時(shí)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(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

北京時(shí)間8月22日凌晨，美國(guó)迎來(lái)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(gè)世紀(jì)日全食再次跨越美國(guó)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(yáng)完全被月球遮住的現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間

北京時(shí)間8月22日凌晨，美國(guó)迎來(lái)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(gè)世紀(jì)日全食再次跨越美國(guó)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(yáng)完全被月球遮住的現(xiàn)象，持續(xù)時(shí)間僅兩分鐘左右。當(dāng)月球逐漸遮擋著太陽(yáng)的光線，原本風(fēng)和日麗的白天瞬間變得黑暗，數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的美國(guó)民眾觀看此次日全食現(xiàn)象。美國(guó)共有14個(gè)州能夠見(jiàn)證這場(chǎng)罕見(jiàn)的日全食現(xiàn)象，整個(gè)過(guò)程共持續(xù)了90分鐘。

在全美各地，日全食觀察護(hù)目鏡等商品也早已銷售一空。“日食經(jīng)濟(jì)”對(duì)于8月份美國(guó)多個(gè)領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)狀況起到的提振效果，也已可見(jiàn)一斑。但這也并非完完全全是好事。至少，有一個(gè)產(chǎn)業(yè)就已經(jīng)如臨大敵——那就是美國(guó)的電力行業(yè)……

上一次在美國(guó)局部地區(qū)發(fā)生日全食，還要追溯到38年前的1979年。誠(chéng)然，日全食發(fā)生的那幾分鐘，全食區(qū)域內(nèi)確實(shí)會(huì)有照明用電需求的一過(guò)性上升，但鑒于照明電力占美國(guó)總耗電量的比重不大，因此，短時(shí)間的黑暗對(duì)于電網(wǎng)的需求端的影響雖然不能說(shuō)沒(méi)有，但卻不是矛盾的主要方面。真正的問(wèn)題出在電力的供應(yīng)端。

上一次美國(guó)發(fā)生日全食時(shí)，大規(guī)模太陽(yáng)能發(fā)電還只是一種停留在紙面上的設(shè)想，但如今，太陽(yáng)能供電已是美國(guó)能源體系中所不可或缺的重要一環(huán)。過(guò)去10年間，美國(guó)的太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量以平均每年68%的驚人速度增長(zhǎng)。目前，美國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電總?cè)萘繛?.5萬(wàn)兆瓦，共有26萬(wàn)人在光伏發(fā)電領(lǐng)域就業(yè)。而日全食遮擋陽(yáng)光的狀況，則會(huì)對(duì)全美太陽(yáng)能發(fā)電能力帶來(lái)全方位考驗(yàn)。

此次日食影響的范圍包括了美國(guó)光伏裝機(jī)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(jī)規(guī)模的40%。日食現(xiàn)象在當(dāng)?shù)貢r(shí)間21日早上9時(shí)05分開始，10時(shí)21分將出現(xiàn)日食高峰期，直到11時(shí)44分完結(jié)，整個(gè)過(guò)程超過(guò)3小時(shí)。

近年來(lái)，加州的新能源發(fā)電，尤其是太陽(yáng)能，實(shí)現(xiàn)了大跨步的增長(zhǎng)。目前，加州電力供應(yīng)的40%來(lái)自于可再生能源。根據(jù)太平洋煤電公司（PG&E）資料，現(xiàn)時(shí)共有30萬(wàn)名用戶使用屋頂型太陽(yáng)能發(fā)電，占全美國(guó)屋頂型太陽(yáng)能發(fā)電的25%，而灣區(qū)夏日有三分之一電力來(lái)自太陽(yáng)能等再生能源。因此日全食會(huì)令部分用戶失去部分發(fā)電量，PG&E預(yù)計(jì)，屆時(shí)北方服務(wù)區(qū)域的太陽(yáng)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(yáng)能的供應(yīng)量，而這部分缺口相當(dāng)于超過(guò)150萬(wàn)個(gè)家庭的用電負(fù)荷。加州另一家電力供應(yīng)商也表示，在日食從開始到結(jié)束的2個(gè)半小時(shí)中，其太陽(yáng)能機(jī)組的發(fā)電能力將會(huì)減半。而考慮到該公司的設(shè)施位置離全食帶尚有相當(dāng)?shù)木嚯x，因此，其他一些區(qū)域所受的影響可能更大。

不過(guò)PG&E表示用戶的電力供應(yīng)不會(huì)受到影響，PG&E總裁NickStavropoulos說(shuō)：“日全食不常見(jiàn)，但每日當(dāng)太陽(yáng)下山后，我們也相當(dāng)于在應(yīng)對(duì)日全食的現(xiàn)象。”而為了應(yīng)對(duì)這次日全食，電力公司與加州電力調(diào)度中心（ISO）準(zhǔn)備了長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間。他們計(jì)劃用其他快速反應(yīng)電能來(lái)源替補(bǔ)減少的太陽(yáng)能源，包括在雨季后帶來(lái)的充足、潔凈和可再生水利發(fā)電電源，確保當(dāng)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(fù)荷報(bào)告來(lái)看呢，這次加州電網(wǎng)可謂是有驚無(wú)險(xiǎn)地成功應(yīng)對(duì)了這次考驗(yàn)。如下圖所示，在日食發(fā)生的時(shí)間里（早上9時(shí)05分開始，10時(shí)21分將出現(xiàn)日食高峰期，直到11時(shí)44分完結(jié)），太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)施（光伏、光熱發(fā)電）在數(shù)分鐘內(nèi)失去能量來(lái)源而停止供電，然后又在陽(yáng)光再次普照時(shí)快速恢復(fù)。這樣的“V”形功率變化，對(duì)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(yīng)占有重要地位的太陽(yáng)能發(fā)電，在短時(shí)間內(nèi)發(fā)電功率迅速下降（下圖中的綠線），而與此同時(shí)，用電負(fù)荷還在增加（下圖中的橙線）。加州電力調(diào)度中心此前預(yù)測(cè)，日食高峰期時(shí)發(fā)電缺口達(dá)到6000兆瓦，其中2/3來(lái)自商業(yè)太陽(yáng)能發(fā)電站發(fā)電功率的減少，其余部分來(lái)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(fù)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(yīng)。為填補(bǔ)太陽(yáng)能發(fā)電的空缺，州內(nèi)的水電、火電機(jī)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(shí)間里，水電、火電機(jī)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(lái)，導(dǎo)致電力市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)很大。

雖然，各大發(fā)電廠商和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)對(duì)日全食所可能帶來(lái)的沖擊提前做好了應(yīng)急預(yù)案，比如使用應(yīng)急天然氣發(fā)電機(jī)組來(lái)填補(bǔ)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(huì)以最生動(dòng)的方式向公眾展示太陽(yáng)能發(fā)電在美國(guó)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(xué)伯克利分校教授DanielKammen評(píng)論說(shuō)，這次日全食事件更加突出了通過(guò)儲(chǔ)能來(lái)平衡波動(dòng)的可再生能源發(fā)電量的重要性。這次的經(jīng)驗(yàn)可以幫助當(dāng)?shù)氐氖垭姽荆?a href="http://www.zuoguai.cn/yqxxh/hd/" target="_blank" class="keylink">發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司應(yīng)對(duì)下一次的挑戰(zhàn)：2024年4月8號(hào)，又會(huì)有新一次的日全食在北美上演。屆時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電在美國(guó)電力供應(yīng)的比例會(huì)更高，從今日的15GW增長(zhǎng)到2024年的120GW。加州也要求能源供應(yīng)商的能量來(lái)源在2020年之前有1/3來(lái)自新能源，而在2030年之前，要達(dá)到一半。

屆時(shí)，美國(guó)的電力系統(tǒng)將會(huì)迎來(lái)更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

責(zé)任編輯：lixin

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