防止百万光伏电站输出抑制 夏威夷白天电价比夜间低

位于夏威夷群岛最北端的考艾岛做出了颠覆常识的尝试。
　　
　　通常，电力高峰时的供需平衡要由能应对剧烈变化的进口化石燃料火力发电来调节。但石油火力发电的成本相对较高。因此，为了降低电力的供给成本，一直在推行对夜间电力减价等，以求将需求从最大的白天转移到其他时段的“错峰”。
　　
　　然而考艾岛却是上午9点至下午3点的电力单价比夜间还要“便宜”！其原因竟然是光伏发电。
　　
　　为考艾岛供电的非营利协同组合运营的电力公司Kauai Island Utility Coop（KIUC），其在夏威夷州最大规模、太阳能电池板输出功率为14.5MW（并网输出功率为12MW）光伏电站于2015年11月初开始了运行（图1）

　　图1：夏威夷州最大规模的百万光伏电站。电池板容量为14.5MW（摄影：REC Solar）

　　
　　美国光伏发电渗透率最高的夏威夷州
　　
　　在美国，说到“光伏发电的领先地区”，人们首先会想到拥有全美50％以上份额的加利福尼亚州。但从人均光伏发电导入量来看，夏威夷州要遥遥领先加利福尼亚州，是真正的No.1。因为夏威夷州12％的家庭都设置了光伏发电系统。
　　
　　为何由一些小岛构成、土地也并不广阔的夏威夷州光伏发电的导入领先？原因在于该州有美国第一高的电价。美国能源部（DOE）能源信息课（US Energy Information Administration：EIA）发布的2014年数据显示，美国的家用电费平均单价为12.5美分/kWh，而夏威夷州的平均单价为37.34美分/kWh，为美国整体平均值的约3倍。顺便一提，加利福尼亚州的平均单价为16.29美分/kWh，约为夏威夷州的二分之一。
　　
　　就是说，托高电价的“福”，夏威夷州率先实现了电网平价（光伏发电成本与电价相同或低于电价）。光伏发电的投资效率和经济效益也格外地高于其他州。

光伏发电的大量导入引起需供失衡
　　
　　考艾岛的KIUC开始运转的夏威夷最大规模百万光伏电站名为“Anahola”。铺设了5万6000张太阳能电池板，能满足全岛白天20％的电力需求。为了减少该光伏电站给电力系统带来的负载，还并设了输出功率为6MW的锂离子蓄电池（法国Saft公司生产）。
　　
　　KIUC开展发电、送配电及零售等全套电力业务，目前拥有客户3万3000名。在KIUC的管辖范围内，发电业务用百万光伏电站与住宅用屋顶设置型光伏发电设备加在一起，已经有约50MW的光伏发电设备发电在发电。
　　
　　顺便一提，该电力公司预计，到2015年年底之前，百万光伏电站等可再生能源将满足38％的电力需求（图2）。并且，在2015年6月通过美国首个“可再生能源100％法案”的夏威夷州，预计光伏发电将进一步普及。不过，光伏发电的大规模导入也存在问题。

　　图2：KIUC各类资源的发电比较。2009年和2015年（出处：KIUC）

设定白天电价比夜间低25％
　　
　　在夏威夷州，电力需求高峰在夜间，因此白天输出的光伏发电会出现供求失衡，可能会导致电力系统运行故障。夏威夷州典型的一日电力需求负荷（日负荷曲线）在深夜至清晨最低，之后逐渐升高（图3）。白天比较平缓，下午5点以后开始持续大幅升高，到傍晚之后迎来最大需求（峰值）。有些地区甚至发生了光伏发电的发电量大幅超过白天电力需求的情况。

　　
　　
　　图3：夏威夷州一天的电力需求负荷（日负荷曲线）（出处：HECO）

　　
　　为了防止好不容易设置的、无需燃料费的光伏发电抑制输出，减少夜间高峰时石油火力发电的运转，KIUC制定了将电力消费高峰由夜间转移至白天的电力计划。
　　
　　KIUC在光伏发电系统输出电力的上午9点至下午3点间，将电费单价较夜间降低了约25％（相当于约8～10美分／kWh）。这种电价方案已对设置了智能电表的家庭客户为对象在实施，据称将优先公寓住户以及因没有足够的资金而无法设置光伏发电系统的家庭。
　　
　　KIUC将为参与者免费提供可实时显示用电量的显示器，另外，为促进白天的电力消费，对新安装电热水器用计时器等时，还将提供相当于200美元的补助。据称，该项目首先将试行1年。其间将收集数据，用来确定是扩大该项目还是将商业客户也包含在内等的方向性。2015年10月已开始征集正式参与者，2016年第一季度开始实施。

文章作者：Junko Movellan