获得高可再生电网的激进思想：建造更多的太阳能和风

着名的发明者Edwin Land说过“这不是我们需要新的想法，但我们需要停止拥有旧想法。”他似乎在告诉我们，解决方案只是超越我们旧的思维习惯。

世界各地的城市，国家和国家正在致力于清洁能源经济体，甚至100％的可再生能源。仅在纽约国家，四个竞争的票据目标可再生能源50％至100％在2040年之前或之前。

现实地，只有两个可再生能源资源足够大（PDF）在美国的供应方面满足这些非常高的渗透目标 - 太阳能（到迄今为止）和风。

然而，两者都是可变的资源，由天气和日常和季节性周期驱动。因此，它们必须“坚强” - 能够按需提供交付电源 - 以取代可以根据需要派遣的化石资源。根据我们的研究，我们认为这一牢固的电力转型不仅可能，它也是价格实惠的 - 如果我们停止有旧想法。

一个根深蒂固，非常普遍，想法 - 可能是历史上高可再生能源价格的结果 - 这是可再生资源产生的所有权力必须在产生时出售。丢弃可用风或太阳能输出的想法是Anathema，在这些来源的生产超过网格可以接受的情况下施加电力生产商。

这个古老的想法忽略了一个基本的主张：超大和积极减少风和太阳能。然而，违反直觉，一项研究我们的同事们，我们进行了表明，这些步骤是最低昂贵的电网的关键，电网在很大程度上由太阳能和风电网供电。

称重储能

过度控制太阳能和风的推理是简单的：

• 储能当太阳不闪耀或风不会吹来时，是填补可再生能源可变性的必要成分。这些差距包括日内期间，例如白天和夜晚的数小时需求，以及来自持续低阳光或低风能的更重要，更大的多日和季节性差距。用于存储，网格运营商 - 确保电源与需求匹配的组织，因为它在白天上升和下降 - 通常依赖于所谓的水库泵送水电或者，对于更短的时间，电池。

• 储存越来越便宜，但即使假设最乐观的长期成本预测，我们的研究也导致我们得出结论，由于多日和季节性差距的规模，单独使用存储储存将保持昂贵。风和太阳也变得越来越贵，特别是太阳能，到过度建设越来越高效的地步。即使从风和太阳能发电机的输出基本上倾倒或“缩减”而不送入电网，这也是如此。

• 超大尺寸减少了生产差距，因为在低太阳能和风可用性期间提供更多能源输出。过度建设也降低了存储要求。

“紧致”带有产能的

今天，目前对太阳能和风力发电的监管实践始终最大化生产。经营这些设施的公司寻求以最高价格出售其所有产出，因此减少产出被视为收入损失。

该旧操作的想法抑制了过渡到依靠太阳能和风作为坚定的，按需来源，因为它们只在其可用时才使用它们的所有输出。这种方法还将可再生能源保持在保证金上。

该旧操作理念抑制了过渡到依靠太阳能和风作为公司，按需来源。......这种方法还可以在保证金处保持可再生能源。

网格如何在实践中具有过度建造的太阳能和风力资源？让我们说，区域电网的运营商需要X Megawatts / Day以满足需求。今天，该地区的太阳能电场只能在最高产量的日子内满足或超过这一需求，例如夏天的晴朗日。其他日子，通过存储满足生产差距。

相比之下，当太阳能资源超大时，太阳能发电机可以满足一年中的X MWH /日需求，差距较少 - 因此更少的储存时间需要填补空白。

一旦通过过度控制和储存的组合加强，可变可再生能源资源变得有效调度 - 能够根据需要提供电力 - 并且在功能上等同于传统发电厂。通过这种方式，可再生能源可以在没有主要网格再造的情况下替换这些发电机。

我们的团队建模了一个高太阳和超建筑解决方案（PDF）对于明尼苏达州的不是特别阳光灿烂的状态。目标是确定必要的网格连接的太阳能，风和储存的最低昂贵组合，以提供圆形的全天候全年能源服务。

该研究表明，克服了太阳能和风的自然可变性，可以通过过度建设的太阳能和风力资源和采用允许约20％至40％的电网操作策略来完成低于当前电网成本（所谓的“网格平价”）的成本。削减过量的能量产生。能量存储也用于我们的模型，但优质经济学直接取代过量的缩减生成以获得更昂贵的存储。

克服太阳能和风的自然变化可以通过过度建设的太阳能和风力资源来实现，并采用允许20-40％缩减的网格操作策略来实现。

询问的合法问题是全面部署超大型太阳能光伏所需的地区是什么。对于明尼苏达州来说，在最极端的100％PV生成场景中，假设超大尺寸的太阳或加倍太阳能来满足当前需求所需 - 这一领域将达到435平方英里，假设具有最先进的太阳能电池板效率为20％。这个区域代表不到1％的国家栽培作物和高中密度城市化空间的一半。

调整散装电网的运行方式

除了超大，缩减和储存优化之外，其中一些运营和规划实践，其中一些已经完成，将进一步提高高太阳电网的价值和性能，并促进其实现的最小中断。它们包括：

• 利用太阳能和风的互补性能和可变操作概况。在大多数地区的风和太阳能中有互补的昼夜和季节性生产型材 - 在夏天的白天的冬季和冬季冬季风高。

• 使用需求管理 - 减少电力客户位置的电力使用的实践 - 作为最大限度地减少供需空隙的一种方式。

• 支持网格运营商在其区域内具有可再生能源选址和生产管理的权限，以便在区域基础上进行缩减或储存时的决策，以最大限度地减少供需差距。

当可变太阳能产生极其昂贵和紧致的解决方案时，一种最大化可再生能源生产和避免缩减的措施是有道理的。然而，最近和预测减少交钥匙太阳能，电网管理和储存成本正在改变最佳解决方案集，从过度建设的太阳开始。

Clean Power Mevence师的高级研究员Marc Perez，他在哥伦比亚大学写下了本文的论文，为这篇文章做出了贡献。太阳能分析的摩根·普特南（Morgan Putnam）在重新定位，也有所贡献。