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“超級日全食”對美國電力系統的影響

2017-10-12

  月球遮擋日光會造就奇觀,同時也會削減太陽能發電的輸出功率。在加州,此次“超級日全食”一度造成太陽能的輸出銳減了5.5 GW。

  時隔38年,日全食再次出現在美國上空。8月21日上午,整個北美地區都可以在不同程度上觀測到日食現象,位于月球本影范圍內的地區則可以看到日全食。這條寬約113公里的本影區于美國西北部的俄勒岡州登陸,橫貫14個州后,在東南部的南卡羅來納州進入大西洋(圖1)。日全食的持續時間為2分鐘左右,整場日食持續了近3個小時。

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  圖1 美國大型光伏電站分布以及日光遮擋比例

  來源:美國能源信息署

  月球遮擋日光會造就奇觀,同時也會削減太陽能發電的輸出功率。如圖1所示,只有極少數大型光伏電站位于日全食的影響范圍內,但在一些太陽能裝機較為密集的地區,日偏食也會造成較大影響。加利福尼亞州是美國太陽能裝機容量最大的州,此次日食中,加州60—80%的日光都被遮擋。在北卡羅來納州,日光被遮擋的比例超過90%。為了保障電力系統的穩定性,日食引起的太陽能發電缺口需要通過其他手段來彌補。

  截至2016年底,加州的太陽能裝機(包括光熱發電、大型光伏電站和分布式光伏)接近14 GW,約占全美太陽能的40%。加州獨立系統運營商(California ISO,以下簡稱CAISO)負責加州大部分地區的電力市場和電網的運行,其太陽能裝機約為10 GW。在部分時段內,太陽能可以滿足CAISO全網30-40%的負荷。除太陽能外,CAISO內還包括火電(以燃氣發電為主)、核電、風電、水電以及生物質能、地熱能等其他可再生能源,同時也從附近的地區進口部分電力。在保證穩定性的前提下對各類能源進行經濟調度是CAISO的主要任務之一。

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  圖2 CAISO各類能源的日均輸出功率,8月14-18日(MW)

  數據來源:CAISO

  圖2顯示了日食發生的前一周(8月14-18日),CAISO內各類能源的輸出功率在一天之內的平均變化情況。早9點至晚5點之間,太陽能的出力占據較大部分,整個系統的靈活性由燃氣、水力發電等方式提供,而核電始終保持穩定的輸出。


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