NREL为美国东部电网增加风能和太阳能的使用建模

美国国家可再生能源实验室以“前所未有的细节”为模型，模拟了美国东部电网如何适应更高水平的风能和太阳能光伏发电。

许多人声称，现有的电网无法应对风能和太阳能发电等波动的可再生能源的涌入。人们认为，世界上许多电网的老化特性使其与人们普遍认为的可再生能源的未来不相容，因为随着太阳的升起和落下以及风的吹拂而产生的自然波动会使其不自然。

但是，一项代表美国能源部（DOE）国家可再生能源实验室（NREL）完成的工作的新研究使用了高性能计算功能以及可视化工具来进行建模，NREL称之为“史无前例的细节”，与目前相比，美国东部的电网如何在运营上容纳更高水平的风能和太阳能PV发电，但可能会在未来十年内出现。

NREL的David Palchak是《东部可再生能源发电集成研究》的合著者，他研究了NREL能源系统集成设施中使用计算资源开发的数据可视化。图片来源：国家可再生能源实验室

这项研究到底有多“空前”？其他试图详细说明这些问题的研究以1小时为间隔研究运行，但是，NREL的东部可再生能源发电集成研究（ERGIS）使用的模型以5分钟为间隔分析了一年的电网运行-这是相同的网格操作员当前使用的时间间隔。

美国能源部能源部负责人查尔顿•克拉克（Charlton Clark）表示：“通过对电力系统进行深入和详细的建模，NREL帮助重新建立了关于在世界上最大的电力系统之一中，我们在风能和太阳能方面能进行多大工作的对话。”研究经理。“随着最终报告的发布，减少生产成本模型，基础数据和可视化工具反映了我们致力于为电力系统规划人员，操作人员，监管人员和其他人员提供工具，以预测和计划某些方面可能需要的运营和其他重要变化清洁能源期货。”

这项研究基于整个东部互连的高分辨率模型-包括从加拿大交易来的电力-并模拟了横跨从佛罗里达州到缅因州的电力系统中的5,600多台发电机和60,000多条输电线路，加拿大的部分地区，并向西延伸至新墨西哥州。构想了四种不同的假设情景，其中化石燃料，风能，太阳能和天然气的含量各不相同-包括高达30％的可再生能源渗透率。

ERGIS研究的NREL项目负责人Aaron Bloom说：“我们的工作为电力系统运营商和监管机构提供了有关东部互连网在未来情景中如何使用更多风能和太阳能的见解。”“更重要的是，我们正在共享我们的数据和工具，以便其他人可以进行自己的分析。”

根据国家可再生能源实验室的数据，ERGIS报告的结果表明，随着风能和太阳能发电量的增加：

传统电源（例如煤炭，天然气和水力发电）的运行发生了变化。更快地调高或调低以适应风和太阳能的季节性和每日变化，以保持供需之间的平衡。此外，随着风能和太阳能资源满足更多的电力需求，传统发电机的运行时间可能会更短.Eastern Interconnection上的电力流变化更快，更频繁。在风能和太阳能发电量很高的时期（例如，日负荷的40％或更多），模型区域会根据新的净负荷模式频繁地进行大批量交易。监管变化，市场设计创新和灵活的操作程序对实现更高水平的风能和太阳能。从5分钟的运行水平来看，ERGIS显示，电力系统可以在各种极端条件下以可变资源（例如风能和太阳能）来满足负荷。但是，技术可行性取决于其他提供必要的斜坡，能源和容量服务的输电和发电运营商；批发市场设计变更；以及各种资本支出，所有这些都将产生财务和其他影响，可能需要解决并且不在本研究范围之内。

这些发现有趣的是，它们的出现（在撰写本文时，NREL网站出现问题，并且我目前无法访问该报告）不包括使用电池存储技术来缓解任何差异在可再生能源发电中发现。这进一步强调了已经描述的错误事实，即，至少美国东部电网似乎能够承受比最初怀疑的更大的波动。与电池存储的集成只会进一步巩固可再生能源在未来能源结构中的地位。