在可再生電力發電方面，夏威夷在幾乎所有類別中都領先於其他州。
其 33% 的電力來自屋頂太陽能，並且有 60 個公用事業規模的可再生能源專案向其電網供電。州立法機構希望到 2045 年實現 100% 可再生能源。
其他州正在密切關注夏威夷如何做到這一點，同時防止過載和電壓驟降。國家可再生能源實驗室本週釋出的一項研究顯示，夏威夷為各州提供了一個“預覽”，預示著當美國以比許多專家預期的更快的速度轉向可再生能源時，各州可能會採取的措施。
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NREL 能源系統整合設施專案經理瑪莎·西姆科-戴維斯說：“如果這在夏威夷可以做到，那麼在其他任何地方都可以複製。” 該報告指出了將大量波動的可再生能源輸送到分配夏威夷群島電力的六個電網的解決方案。
該研究表明，“智慧逆變器”（可以自動響應潛在過載的開關）的使用有助於電網應對太陽能的起伏。該研究稱，長期以來被認為是控制電網中不確定因素的屋頂太陽能的增長，“實際上可能是電網穩定性的資產”。
現在有些日子，夏威夷接近 60% 的電力來自可再生能源。這在一定程度上很受歡迎，因為夏威夷傳統上大部分電力都來自價格昂貴的進口石油。
但是，其他州也正在找到自己的理由來加快向可再生能源發展的步伐。公用事業公司和消費者對更多太陽能和風能的破紀錄的熱情正在將國家電網的管理推向未知水域。
今年 1 月，美國能源資訊署 (EIA) 宣佈，去年美國安裝的公用事業規模發電容量中，幾乎一半涉及可再生能源。它預測，風力發電今年將超過水力發電，成為美國最大的可再生能源來源。這將是歷史上第一次。
美國的風能和太陽能總髮電量創下又一項紀錄，佔美國電力總量的 10% 以上。這標誌著自 1984 年以來，可再生能源發電量首次超過美國核電站的發電量。根據 EIA 的資料，在去年春季的某些日子裡，加利福尼亞州快速增長的太陽能發電量佔該州電力總需求的 50% 以上。
壞訊息是，太陽能和風能的飛速增長帶來了許多未知數。計算機建模人員認為，如果可再生能源增長加速，在高峰需求期間保持電網提供可靠電力將是一個挑戰。
“免費燃料”
除了夏威夷和 NREL 的實驗外，在預測如何管理當風停止或陽光不照時執行方式不同的大型電網方面，經驗相對較少。
電力研究所 (EPRI) 的高階技術負責人約翰·比斯特林說：“模型之間存在一些分歧，尤其是在你展望 2030 年之後的時候。” EPRI 為公共和私營公用事業公司進行研究，這些公司生產美國 90% 的電力。
比斯特林去年與來自 EIA 和其他兩個美國政府機構的專家會面，探討國家電力系統建模問題。在首次正式比較他們的模型後，這些小組於 11 月釋出了一份報告。報告的結論是，由於天氣逐年變化，需要尚不存在的關於大規模可再生能源生產的多年資料，才能更準確地模擬風能和太陽能。
該小組得出結論：“至少，需要提高對高滲透率（可變可再生能源）情景的理解，以增加對模型解決方案的信心，這些解決方案顯示出與當今系統相比的顯著發展。”
雖然太陽能正在迅速成為最便宜的電力來源，但建模人員發現，構建的設施產生超過其分配能力的公用事業公司可能會發現它變得更加昂貴。
另一方面，這些小組的報告稱，希望為太陽能和風力發電場融資的公用事業公司將發現“幾乎所有成本都是前期成本”。與此同時，傳統發電廠面臨持續的燃料成本以及這些成本在電廠壽命期內增加的風險。
幫助 NREL 建立模型的能源系統分析師韋斯利·科爾說：“任何時候你獲得免費燃料，這都一定是好事。”
建模人員擔心的問題之一是，在來自可再生能源的競爭中，有多少燃煤和核電站能夠生存下來，並在 2030 年之前仍然存在。它們有助於在電力需求高峰期控制和支援電網。夏威夷正在探索的另一個難題是，大型、可靠的儲能系統是否會及時出現，以合理的價格儲存過剩的太陽能和風能。
比斯特林說：“我們使用了一系列指標來嘗試瞭解不同情景的影響。” “這些涉及數百億美元。因此，這裡有很多利害關係。”
科爾說：“模型試圖衡量你是否有足夠的電力來維持系統在最高風險時段的執行。這是一個非常熱門的話題。” “總的來說，我們對事物有一個初步的近似，但未來還有很大的改進空間。”
儲能和碳稅
電動汽車的出現可能會增加電力需求，但也可能導致更大、更便宜的電池的開發，這些電池可以儲存大量風能和太陽能。科爾說，儲能“是一個潛在的遊戲規則改變者，特別是對於太陽能而言”。他解釋說，如果太陽能可以在陽光消退但電力需求仍然很高的傍晚使用，那麼“你可以獲得更高的太陽能滲透率”。
EIA 可再生能源分析團隊負責人克里斯·納莫維茨說：“儲能是這個難題中非常關鍵的一部分。” 他補充說，設定高可再生能源生產目標的州給建模人員帶來了另一個令人費解的問題。大約有 30 個州設定了高目標，其中以夏威夷、紐約和加利福尼亞州為首，這些州計劃到 2030 年實現 50% 的可再生能源。
這些目標的定義以及各州可能實現這些目標的方式也各不相同。納莫維茨表示，複雜因素包括有多少這些目標可以透過從其他州進口可再生能源來實現，以及可能必須建造以輸送進口電力的新電力線的成本。
一個引起建模人員注意的發展是 NREL 最近對加利福尼亞州一家 300 兆瓦太陽能發電廠進行的測試。第一太陽能公司擁有的這家發電廠證明，它可以透過使用電子逆變器來迴圈升降功率水平，從而幫助平衡電網供需。這是一項創新，可以替代目前提供這些備用服務的燃煤和天然氣發電廠的損失。
另一個大問題是未來可能透過的國家碳稅的影響。
納莫維茨說：“我們不從事試圖告訴人們未來應該制定什麼政策的業務。” “我們正在努力表示市場如何運作，以便當您引入不同的情景時，您瞭解一般會產生什麼影響。”
如何在更多可再生能源的壓力下對國家三個電網進行建模是四個建模團隊在單獨研究中存在分歧的領域。互連的電網相當於地球上最大、最複雜的人造機器之一，每個團隊都出於政策原因選擇了不同的指標。
EPA 比較了來自美國 64 個地區的資料；EIA 選擇將美國劃分為 22 個電力供應區域；EPRI 使用州界檢視系統；NREL 使用來自 152 個區域的資料，其中一些區域（如電網一樣）延伸到加拿大和墨西哥的部分地區。
EPRI 的比斯特林指出，可以肯定的是，計算機模型無法提供所有答案，但建模團隊希望為公用事業公司、政府政策制定者、環保團體和其他利益相關者提供的不僅僅是對擁有更多可再生能源將帶來的挑戰的驚鴻一瞥。
比斯特林說：“我們希望確保深入瞭解樹木的樹皮，但也呈現整個森林的景象。”
轉載自 Climatewire，經 E&E News 許可。E&E 在www.eenews.net提供有關重要能源和環境新聞的每日報道。