風(fēng)能和太陽能在美國(guó)迅速增長(zhǎng)。隨著這些能源在電力結(jié)構(gòu)中占據(jù)更大的份額，它們的增長(zhǎng)引發(fā)了新的問題：太陽能和風(fēng)能如何影響能源價(jià)格?由于發(fā)電廠持續(xù)數(shù)十年，政策制定者和投資者應(yīng)該怎樣考慮確保未來對(duì)電力基礎(chǔ)設(shè)施的投資得到回報(bào)?

勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究小組決定研究風(fēng)能和太陽能在這些問題上所占的比例會(huì)有多大影響。在我們的最新研究中，我們發(fā)現(xiàn)這些能源資源的高比例導(dǎo)致電力系統(tǒng)發(fā)生了一些深刻的變化。

特別是，我們的研究顯示太陽能和風(fēng)能如何降低能源價(jià)格，但它們?cè)黾恿诉\(yùn)營(yíng)電網(wǎng)的新復(fù)雜性，這對(duì)監(jiān)管機(jī)構(gòu)有重大影響。對(duì)于消費(fèi)者而言，這項(xiàng)研究提醒人們，通過風(fēng)能和太陽能使電網(wǎng)更加清潔是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，需要對(duì)電網(wǎng)目前的運(yùn)行方式進(jìn)行重大改變 - 但是如果我們作為一個(gè)國(guó)家能夠變得更加強(qiáng)大，那么它將提供大量機(jī)會(huì)。我們使用電力時(shí)靈活。

長(zhǎng)期決定

之前的分析，包括我們自己的分析表明，太陽能和風(fēng)能已經(jīng)影響了批發(fā)電力市場(chǎng)，導(dǎo)致能源價(jià)格出現(xiàn)更多波動(dòng)。

當(dāng)然，太陽能產(chǎn)生在太陽之后，在早晨增加，在中午產(chǎn)生最多，在晚上產(chǎn)生。風(fēng)能輸出取決于天氣，季節(jié)和地理。太陽能是可以預(yù)測(cè)的，特別是在干燥的氣候條件下，可以提前幾天和幾小時(shí)預(yù)測(cè)風(fēng)能，但兩者都可以有很大差異。由于這些原因，太陽能和風(fēng)能也被稱為可變可再生能源(VRE)。

我們的最新研究考察了基于反映低VRE水平的假設(shè)而做出的某些政策決策是否仍將實(shí)現(xiàn)其預(yù)期目標(biāo)，如果風(fēng)能和太陽能在未來的高水平使用。

例如，要求公用事業(yè)公司的項(xiàng)目管理員為能效措施選擇最具成本效益的選項(xiàng)。由于太陽能的比例很高，公用事業(yè)公司可能希望在太陽能輸出下降的晚上減少需求，而不是在有充足的無排放電力的中午。因此，效率焦點(diǎn)可能會(huì)從空調(diào)，通常在一天的炎熱期間需要更多，轉(zhuǎn)向照明。

另一個(gè)問題是如何部署電動(dòng)汽車充電器：在太陽能發(fā)電量很大的情況下，最好將充電器放在商店或辦公樓，以便在中午太陽能輸出高時(shí)進(jìn)行充電。但是在夜間強(qiáng)風(fēng)和許多風(fēng)力渦輪機(jī)的地區(qū)，當(dāng)電動(dòng)車輛停放在業(yè)主的住所時(shí)，電力可能是最便宜和最清潔的。

沒有燃料成本等于批發(fā)能源價(jià)格下降

我們的研究考察了價(jià)格在兩種不同情況下的變化：高VRE和低VRE。我們使用詳細(xì)的電網(wǎng)模擬來關(guān)注美國(guó)四個(gè)電力市場(chǎng)的2030年：加利福尼亞州的CAISO，德克薩斯州的ERCOT，中西部的SPP和紐約的NYISO。該分析對(duì)比了40%至50%的高風(fēng)電和太陽能股的市場(chǎng)結(jié)果以及反映2016年水平的低可再生基線。

就上下文而言，2016年加利福尼亞州的太陽能市場(chǎng)占14%，風(fēng)能占 7%(州法律規(guī)定2030年將增加約40%的風(fēng)能和太陽能)。德克薩斯州是風(fēng)力渦輪機(jī)總產(chǎn)能的全國(guó)領(lǐng)先者，占全部德克薩斯州能源的13%，中西部風(fēng)力帶的地區(qū)占風(fēng)電的比例最大 - 2016年接近20%，但旁邊沒有太陽能。與此同時(shí)，紐約有著雄心勃勃的2030年目標(biāo)，但到目前為止只有很少的風(fēng)(3%)和太陽能(1%)。

預(yù)計(jì)批發(fā)價(jià)格影響將大幅下降 - 在一年內(nèi)的15至40%之間 - 由風(fēng)能和太陽能提供40-50%的電力。 勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

風(fēng)電和太陽能高水平的最根本變化涉及電力便宜或昂貴的時(shí)間以及這些模式的規(guī)律程度。

在競(jìng)爭(zhēng)激烈的批發(fā)市場(chǎng)中，公司競(jìng)相向運(yùn)營(yíng)區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)體供電。價(jià)格由投標(biāo)決定，并根據(jù)供需每小時(shí)設(shè)定。所有中標(biāo)者都按市場(chǎng)清算價(jià)格支付。

由于太陽能和風(fēng)能沒有燃料成本，他們可以低價(jià)以確保他們的電力在市場(chǎng)上被接受。市場(chǎng)中的風(fēng)能和太陽能越多，清算價(jià)格就越低。在今天的市場(chǎng)中，我們已經(jīng)看到有時(shí)價(jià)格會(huì)變?yōu)榱闵踔潦秦?fù)數(shù)。

大量的太陽能顯著改變了每日價(jià)格模式。例如，在德克薩斯州擁有較高的太陽能股份，批發(fā)價(jià)格將在當(dāng)天中間下滑至平均10美元/兆瓦時(shí)，然后在晚上上漲至平均80美元/兆瓦時(shí)。作為參考，兆瓦時(shí)(MWh)略高于一個(gè)月內(nèi)美國(guó)家庭平均消耗的電量。

由于沒有燃料成本，太陽能將成為一天中的首選電源，導(dǎo)致所有發(fā)電機(jī)的價(jià)格低廉，而整體電網(wǎng)上的太陽能更加嚴(yán)重。 勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

在風(fēng)能和太陽能為電網(wǎng)提供能源的比例很高的情況下，低價(jià)格(低于5美元/兆瓦時(shí))的時(shí)段頻率增加到3%到19%的小時(shí)，具體取決于地區(qū)和可再生能源的組合。德克薩斯州的高太陽能，與鄰近地區(qū)的電力連接有限，經(jīng)歷了最高頻率的時(shí)期，價(jià)格幾乎為零。

能源價(jià)格低于每兆瓦時(shí)5美元的小時(shí)數(shù)。 勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

平均每小時(shí)批發(fā)價(jià)格隨著VRE滲透率的增加而下降，價(jià)格為$ 5- $ 16 / MWh，具體取決于地區(qū)以及風(fēng)能和太陽能的混合。平均批發(fā)價(jià)格的下降和價(jià)格非常低的時(shí)期的常見事件將影響VRE的盈利能力以及在這些時(shí)間運(yùn)營(yíng)的核電站和燃煤電廠等不靈活的發(fā)電機(jī)。

更需要按需電源

價(jià)格波動(dòng)性隨著VRE份額的增加而增加，特別是在強(qiáng)風(fēng)情況下。CAIS春季的早晨?jī)r(jià)格在0到50美元/ MWh之間可能會(huì)有很多風(fēng)，但在低VRE情景下會(huì)下降到更窄的范圍。

用于填補(bǔ)短期電力缺口的輔助服務(wù)的平均價(jià)格預(yù)計(jì)會(huì)隨著風(fēng)能和太陽能的變化而大幅上升。 勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

最后，我們發(fā)現(xiàn)在太陽能輸出下降后，高峰時(shí)段從中午轉(zhuǎn)移到晚上。這些新的“凈峰”持續(xù)時(shí)間較短，但分布在一年中的更多天。雖然通常通過增加傳統(tǒng)發(fā)電廠來滿足峰值，但凈峰值的持續(xù)時(shí)間較短為目標(biāo)能效創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，減少了對(duì)電力的需求(需求響應(yīng))，零售價(jià)格的變化以反映新的高峰時(shí)間，甚至是電池。

本研究?jī)H強(qiáng)調(diào)了這些價(jià)格變化模式對(duì)需求和供應(yīng)方電力部門決策的可能影響。但它為后來計(jì)劃在低VRE期貨和高VRE期貨中對(duì)這些決策進(jìn)行定量評(píng)估奠定了基礎(chǔ)。