日食的時候加州電力系統究竟發什么了什么？幾張圖告訴你！

2017-08-28 09:54:53 能譜網　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生在1918年。全日食是指太陽完全被月球遮住的現象，持續時間

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生在1918年。

全日食是指太陽完全被月球遮住的現象，持續時間僅兩分鐘左右。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，數以百萬計的美國民眾觀看此次日全食現象。美國共有14個州能夠見證這場罕見的日全食現象，整個過程共持續了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。“日食經濟”對于8月份美國多個領域的經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，有一個產業就已經如臨大敵——那就是美國的電力行業……

上一次在美國局部地區發生日全食，還要追溯到38年前的1979年。誠然，日全食發生的那幾分鐘，全食區域內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。

上一次美國發生日全食時，大規模太陽能發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。過去10年間，美國的太陽能發電總裝機容量以平均每年68%的驚人速度增長。目前，美國太陽能發電總容量為4.5萬兆瓦，共有26萬人在光伏發電領域就業。而日全食遮擋陽光的狀況，則會對全美太陽能發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的商業規模光伏電站，占全美光伏裝機規模的40%。日食現象在當地時間21日早上9時05分開始，10時21分將出現日食高峰期，直到11時44分完結，整個過程超過3小時。

近年來，加州的新能源發電，尤其是太陽能，實現了大跨步的增長。目前，加州電力供應的40%來自于可再生能源。根據太平洋煤電公司（PG&E）資料，現時共有30萬名用戶使用屋頂型太陽能發電，占全美國屋頂型太陽能發電的25%，而灣區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電量，PG&E預計，屆時北方服務區域的太陽能能源將減少85%、灣區減少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的距離，因此，其他一些區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象。”而為了應對這次日全食，電力公司與加州電力調度中心（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電電源，確保當日的穩定電源。

從加州電力調度中心（ISO）事后發布的新能源發電和電力負荷報告來看呢，這次加州電網可謂是有驚無險地成功應對了這次考驗。如下圖所示，在日食發生的時間里（早上9時05分開始，10時21分將出現日食高峰期，直到11時44分完結），太陽能發電設施（光伏、光熱發電）在數分鐘內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，對電網的穩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電，在短時間內發電功率迅速下降（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）。加州電力調度中心此前預測，日食高峰期時發電缺口達到6000兆瓦，其中2/3來自商業太陽能發電站發電功率的減少，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，加州電網每秒鐘減少70兆瓦的電力供應。為填補太陽能發電的空缺，州內的水電、火電機組可謂是馬力全開。從下面這張圖可以明顯看出，在日食持續的時間里，水電、火電機組的發電功率都有一定幅度的上升。

此外還與其他聯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，各大發電廠商和電網運營商都已經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電機組來填補發電低谷，確保電力供給穩定，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。

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電量的重要性。這次的經驗可以幫助當地的售電公司，發電企業和電網公司應對下一次的挑戰：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，美國的電力系統將會迎來更嚴峻的挑戰。