在可再生电力发电方面，夏威夷在几乎所有类别中都领先于其他州。
其 33% 的电力来自屋顶太阳能，并且有 60 个公用事业规模的可再生能源项目向其电网供电。州立法机构希望到 2045 年实现 100% 可再生能源。
其他州正在密切关注夏威夷如何做到这一点，同时防止过载和电压骤降。国家可再生能源实验室本周发布的一项研究显示，夏威夷为各州提供了一个“预览”，预示着当美国以比许多专家预期的更快的速度转向可再生能源时，各州可能会采取的措施。
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NREL 能源系统集成设施项目经理玛莎·西姆科-戴维斯说：“如果这在夏威夷可以做到，那么在其他任何地方都可以复制。” 该报告指出了将大量波动的可再生能源输送到分配夏威夷群岛电力的六个电网的解决方案。
该研究表明，“智能逆变器”（可以自动响应潜在过载的开关）的使用有助于电网应对太阳能的起伏。该研究称，长期以来被认为是控制电网中不确定因素的屋顶太阳能的增长，“实际上可能是电网稳定性的资产”。
现在有些日子，夏威夷接近 60% 的电力来自可再生能源。这在一定程度上很受欢迎，因为夏威夷传统上大部分电力都来自价格昂贵的进口石油。
但是，其他州也正在找到自己的理由来加快向可再生能源发展的步伐。公用事业公司和消费者对更多太阳能和风能的破纪录的热情正在将国家电网的管理推向未知水域。
今年 1 月，美国能源信息署 (EIA) 宣布，去年美国安装的公用事业规模发电容量中，几乎一半涉及可再生能源。它预测，风力发电今年将超过水力发电，成为美国最大的可再生能源来源。这将是历史上第一次。
美国的风能和太阳能总发电量创下又一项纪录，占美国电力总量的 10% 以上。这标志着自 1984 年以来，可再生能源发电量首次超过美国核电站的发电量。根据 EIA 的数据，在去年春季的某些日子里，加利福尼亚州快速增长的太阳能发电量占该州电力总需求的 50% 以上。
坏消息是，太阳能和风能的飞速增长带来了许多未知数。计算机建模人员认为，如果可再生能源增长加速，在高峰需求期间保持电网提供可靠电力将是一个挑战。
“免费燃料”
除了夏威夷和 NREL 的实验外，在预测如何管理当风停止或阳光不照时运行方式不同的大型电网方面，经验相对较少。
电力研究所 (EPRI) 的高级技术负责人约翰·比斯特林说：“模型之间存在一些分歧，尤其是在你展望 2030 年之后的时候。” EPRI 为公共和私营公用事业公司进行研究，这些公司生产美国 90% 的电力。
比斯特林去年与来自 EIA 和其他两个美国政府机构的专家会面，探讨国家电力系统建模问题。在首次正式比较他们的模型后，这些小组于 11 月发布了一份报告。报告的结论是，由于天气逐年变化，需要尚不存在的关于大规模可再生能源生产的多年数据，才能更准确地模拟风能和太阳能。
该小组得出结论：“至少，需要提高对高渗透率（可变可再生能源）情景的理解，以增加对模型解决方案的信心，这些解决方案显示出与当今系统相比的显着发展。”
虽然太阳能正在迅速成为最便宜的电力来源，但建模人员发现，构建的设施产生超过其分配能力的公用事业公司可能会发现它变得更加昂贵。
另一方面，这些小组的报告称，希望为太阳能和风力发电场融资的公用事业公司将发现“几乎所有成本都是前期成本”。与此同时，传统发电厂面临持续的燃料成本以及这些成本在电厂寿命期内增加的风险。
帮助 NREL 创建模型的能源系统分析师韦斯利·科尔说：“任何时候你获得免费燃料，这都一定是好事。”
建模人员担心的问题之一是，在来自可再生能源的竞争中，有多少燃煤和核电站能够生存下来，并在 2030 年之前仍然存在。它们有助于在电力需求高峰期控制和支持电网。夏威夷正在探索的另一个难题是，大型、可靠的储能系统是否会及时出现，以合理的价格存储过剩的太阳能和风能。
比斯特林说：“我们使用了一系列指标来尝试了解不同情景的影响。” “这些涉及数百亿美元。因此，这里有很多利害关系。”
科尔说：“模型试图衡量你是否有足够的电力来维持系统在最高风险时段的运行。这是一个非常热门的话题。” “总的来说，我们对事物有一个初步的近似，但未来还有很大的改进空间。”
储能和碳税
电动汽车的出现可能会增加电力需求，但也可能导致更大、更便宜的电池的开发，这些电池可以存储大量风能和太阳能。科尔说，储能“是一个潜在的游戏规则改变者，特别是对于太阳能而言”。他解释说，如果太阳能可以在阳光消退但电力需求仍然很高的傍晚使用，那么“你可以获得更高的太阳能渗透率”。
EIA 可再生能源分析团队负责人克里斯·纳莫维茨说：“储能是这个难题中非常关键的一部分。” 他补充说，设定高可再生能源生产目标的州给建模人员带来了另一个令人费解的问题。大约有 30 个州设定了高目标，其中以夏威夷、纽约和加利福尼亚州为首，这些州计划到 2030 年实现 50% 的可再生能源。
这些目标的定义以及各州可能实现这些目标的方式也各不相同。纳莫维茨表示，复杂因素包括有多少这些目标可以通过从其他州进口可再生能源来实现，以及可能必须建造以输送进口电力的新电力线的成本。
一个引起建模人员注意的发展是 NREL 最近对加利福尼亚州一家 300 兆瓦太阳能发电厂进行的测试。第一太阳能公司拥有的这家发电厂证明，它可以通过使用电子逆变器来循环升降功率水平，从而帮助平衡电网供需。这是一项创新，可以替代目前提供这些备用服务的燃煤和天然气发电厂的损失。
另一个大问题是未来可能通过的国家碳税的影响。
纳莫维茨说：“我们不从事试图告诉人们未来应该制定什么政策的业务。” “我们正在努力表示市场如何运作，以便当您引入不同的情景时，您了解一般会产生什么影响。”
如何在更多可再生能源的压力下对国家三个电网进行建模是四个建模团队在单独研究中存在分歧的领域。互连的电网相当于地球上最大、最复杂的人造机器之一，每个团队都出于政策原因选择了不同的指标。
EPA 比较了来自美国 64 个地区的数据；EIA 选择将美国划分为 22 个电力供应区域；EPRI 使用州界查看系统；NREL 使用来自 152 个区域的数据，其中一些区域（如电网一样）延伸到加拿大和墨西哥的部分地区。
EPRI 的比斯特林指出，可以肯定的是，计算机模型无法提供所有答案，但建模团队希望为公用事业公司、政府政策制定者、环保团体和其他利益相关者提供的不仅仅是对拥有更多可再生能源将带来的挑战的惊鸿一瞥。
比斯特林说：“我们希望确保深入了解树木的树皮，但也呈现整个森林的景象。”
转载自 Climatewire，经 E&E News 许可。E&E 在www.eenews.net提供有关重要能源和环境新闻的每日报道。