根据美国能源情报署(EIA)日前发布的一份研究报告，目前加州削减的可再生能源发电量(尤其是光伏发电)正在上升。2022年，加州独立系统运营商(CAISO)削减了2400GWh的光伏系统和风力发电设施的电力，其中光伏发电量占95%。
图1加州独立系统运营商的风力发电和光伏发电每月的弃电量(2015年1月～2023年7月)
随着间歇性的光伏发电量的增加，可用的输电基础设施或储能容量的缺乏导致发电量暂时过剩。当出现电网拥塞导致电力线路没有足够的能力输送电力时，或者当发电量超过客户需求时，就会出现弃电情况。
美国能源情报署(EIA)表示，加州的弃电主要是由于电网拥塞。自从2019年以来，由于光伏发电量的增长超过了输电容量和储能容量的增长，与电网拥塞相关的弃电一直在稳步上升。
图2 加州独立系统运营商由于各种原因的弃电量(2019年～2023年9月)
加州独立系统运营商(CAISO)通常在每年春季削减光伏发电，因为春季温度适中，电力需求通常较低，而由于阳光充足，光伏发电量相对较高。
电力系统运营商正在研究一些解决弃电问题的方法。缓解弃电的一个途径是参与美国西部能源失衡市场(WEIM)，这是一个实时的电力交易市场，允许加州独立系统运营商(CAISO)以外的参与者买卖电力以平衡供需。美国能源情报署(EIA)表示，到2022年，10%以上的电力削减是通过这个市场的交易避免的。预计在2025年春季，美国西部能源失衡市场(WEIM)将会增加日前市场。
图3 加州独立系统运营商的光伏发电量和削减量的平均时间(2022年1月至2023年6月)
加州独立系统运营商(CAISO)还在扩大电网容量以缓解拥塞。该公司发布2022～2023年输电规划报告概述了将建设的45个输电项目，以适应不断增长的可再生能源发电量。这个前瞻性计划将大幅增加电网容量，以满足预计在未来10年增加40GW可再生能源项目的需求。
作为第三种方法，加州独立系统运营商(CAISO)正在推动能够响应需求的灵活资源的开发。根据美国能源情报署(EIA)发布的数据，该州目前拥有4.6GW的电池储能系统，储能开发商计划到2024年底增加到7.6GW。
图4 加州的“鸭子曲线”现象越来越严重
了解间歇性可再生能源发电对传统集中式输电网运行影响的另一种方法是 “鸭子曲线”模型。
“鸭子曲线”是电网运行的一种概念，这个曲线表明光伏发电的峰值期间(中午到下午)和电力需求的峰值期间(下午晚些时候和晚上)之间的不匹配。这条曲线的形状像一只鸭子的轮廓，它显示了在一天中电力供求不匹配的高峰和低谷。
出现的“鸭子曲线”会给电网运营带来压力，给电力市场带来挑战，导致加州和其他大量安装光伏系统的各州加快部署储能系统来应对这些挑战。
美国能源信息署表示，随着光伏发电在加州的普及，“鸭子曲线”现象将会加剧。中午的净负荷下降越来越低，这使得加州独立系统运营商(CAISO)更加难以平衡电网的运营。
用户的电力需求从中午到深夜不断波动，此时能源需求仍然很高，但光伏发电量在此期间开始下降，这意味着化石燃料发电厂(例如天然气发电厂)必须迅速提高发电量以满足需求。这种快速增长使得电网运营商更难实时匹配电网供应和需求，因此需要一种平衡电网运营和批发市场供求的机制。
然而，“鸭子曲线”现象为促进储能部署打开了大门，以满足加州和其他以可再生能源为基础的经济体的电网平衡需求。
美国能源信息署表示，“大规模部署的储能系统(例如电池储能系统)可以将光伏系统在白天产生的多余电力储存起来，并在太阳下山后释放出来供电。中午储存一些电力会使‘鸭子曲线’变平，晚上释放储存的光伏发电会缩短‘鸭子曲线”’的长脖。”
全球风险保险商DNV公司表示，尽管项目总投资成本较高，但光伏+储能项目在电力价格上具有优势。配套储能系统的光伏系统可以在白天阳光充足时给电池充电，并在价格高时出售其储存的电力。DNV公司表示，到2038年，共址部署光伏系统和储能系统的电力价格将超过成本，使这些项目的开发更具吸引力。
DNV表示：“将光伏系统和储能系统进行整合，可以按需生产能源，就像水电设施、核电厂或化石燃料发电厂一样。”
DNV表示，在未来10年，全球约20%的光伏系统将会配套部署储能系统，到本世纪中叶，这一比例将达到50%左右。
