在深脱碳的道路上：避免太阳能墙

虽然您可能没有关注，但加利福尼亚的电网经历了激进的改造。如今，加利福尼亚州的超过25％来自可再生能源，而不是从大型水电或从屋顶太阳能光伏（PV）面板产生的所有电力的额外10-15％。相比只有五年前那太阳能已生长20倍（图1）。在典型的春天日的中间，公用事业电厂的太阳能提供令人印象深刻的7千兆瓦（GW）网格连接功率，占全州使用的电力的约20％（图2）。

去年，来自国家和州间资源的总电力为296,843千兆瓦（GWH），包括未指明的来源的状态。一个估计为8％加利福尼亚的电力消耗从风电场和直接连接到加利福尼亚独立系统操作员（CAISO）网格的太阳能电厂产生6％。这种快速增长是新兴的可再生能源行业的好消息，可以作为可再生能源扩大的证明点。除了这些实用规模可再生能源发电厂外，加利福尼亚州还有3.5 GW的太阳能“自发电”，仪表的客户侧，当太阳闪亮时，抵消了电网的电力需求。而且，不断增长的第三个来源是“社区太阳能，“居民和企业投资小型，当地的太阳能厂。

图1.来自太阳能和风能直接连接到卡西欧栅格的加利福尼亚州的总发电量（加州Energy almanac.）。

依法，在2020年，加利福尼亚州计划在其可再生组合标准（RPS）要求下，从可再生来源提供33％的电力，50％到2030％。许多状态可再生能源项目在管道中，包括近9 GW的太阳能光伏和1.8 GW的新风项目，已经收到了环境允许。电力购买协议已经签署了至少1 GW的新太阳能项目。如果开发了所有这些允许的项目，加利福尼亚州将在2020年的太阳能发电量约为16 GW。

虽然迄今为止，风随着加州的可再生能源的重要部分，但大多数符合达到2020年的33％的RPS要求的新增额外的速度是来自直接网格连接的太阳能光伏。加利福尼亚拥有巨大和高品质太阳能资源，估计技术潜力超过4,000 GW的公用事业级太阳能和76 GW用于屋顶太阳能。与加利福尼亚州中西部不同，加利福尼亚州对风力有适度的技术潜力，并且许多最佳网站已经存在发达。加利福尼亚确实有一个大型的海上风力资源，其中一些现在允许，但仍然存在高成本和技术挑战。来自邻近国家的陆上风产生的进口电力是有前途的，但一些进口需要新的高压传输线，可能需要十年来计划，现场，许可，金融和建设。

图2.加利福尼亚能源混合2016年5月29日。请注意，可再生能源在一天中提供超过40％的权力。其中，超过30％来自太阳能功率（CAISO每日可再生能源手表）。

加利福尼亚有重大努力 -这可再生能源传递计划（Reti） -已成功识别和建立线路以满足其RPS要求。今年，加利福尼亚州推出了新阶段的RETI，以开发50％rps所需的额外传输最近学习支持加州参议院账单350实施（其中包括50％的RPS）显示了10亿美元的每年通过加入大规模的传输线来节省10亿美元的每年节省，这将为加利福尼亚带来更多状态的风能。

相反，加利福尼亚州继续依靠太阳能资源满足2030年的50％的RPS，根据A的峰值生产的全态太阳能发电能力将达到30％至40 GW。报告由能源和环境经济学公司（E3）。在这些条件下，在阳光灿烂的日子，在一年中的大部分时间里，加利福尼亚州都会产生比仅在日常太阳能中间的时间内的更多电力。E3计算这大量的过度可能是23％的问题，导致可用可再生能源的8.9％的缩减，太阳能光伏过度超过42-65％。换句话说，加利福尼亚可以击中太阳能墙。这甚至没有考虑到中午的需求由于安装额外的住宅和商业太阳能光伏系统“电表后面”而可能会降低。“

击中太阳能墙的后果

在十年前，几乎将不可想象的是，在日期中间，太阳能可以提供比加州需求大的经济更多的电力。但支持的政策，快速扩大和降低成本使得这可能是今天的现实。虽然从某些角度来看，这是非常令人鼓舞的，但实际上，击中太阳能墙有后果。例如：

• 依赖于如此多的太阳能将需要超过10多个天然气发电厂的速度快速升高，从下午4：00-6：00，当太阳下降时，当人们回到家时，阳光下降。
• 当太阳不闪亮时，几天，天然气厂的大量备用容量或者可以访问其他调度电源的源。
• 零边缘成本太阳能发电可以挤出可以提供基准电力的其他有价值的低碳电源。例如，天然气联合循环厂，地热能和核电不能以零边际成本在这些时间内运行。
• 在过度方面的大规模缩减太阳能光伏，将降低对投资者的太阳能产能的价值。
• 过度变化期间的实时定价可能会限制或消除PV对住宅和商业规模安装的网络计量优势。

毫无疑问，加州的太阳能潜力是宝贵的，但我们必须采取措施避免太阳能墙。幸运的是，在加利福尼亚州的许多层面都被认可并解决了这些问题。

避免太阳能墙

避免太阳能墙的众多方法是今天提供的，因此在我们开发新技术，政策和市场时，将来存在更多选项，以利用世界各地存在的大型太阳能资源。在短期内，关键行动包括：

• 开发一种可再生能源发电的混合，在太阳能，风和其他形式的可再生生成中平衡。正确的一代混合将是特定于地区的，但加利福尼亚应包括增加风发，以提供夜间功率。
• 支持跨越地理区域的区域一代市场，平衡可再生生成的可变性。加利福尼亚造成了一个能源不平衡市场与参与者在内华达州，怀俄明州和俄勒冈州。区域市场的扩张是存在的学习作为参议院账单350的实施的一部分，加利福尼亚州的50％的RPS法。
• 确保快速斜坡天然气厂的能力在早晨和傍晚的时间内提供可靠的供应，因为太阳升起并落下。
• 通过实时定价扩展负载转移的使用，以在日间时间使用大量的太阳能电源时使用电力。
• 鼓励电动车的日间智能充电，利用丰富和零边缘成本的太阳能发电。实现这将需要工作场所充电站和新的商业模式。随着国家能源使用的约40％的运输，运输部门的电气化可能具有消除尾管排​​放和对丰富和低成本太阳能的需求的双重效益。
• 增加储能储存，以避免在峰值生产期间削减太阳能过度。目前，大型泵浦水电或压缩空气储存项目存在很少有金融激励措施。升级成本根据使用情况和技术，电池中小型储存范围为约300美元至超过1,000美元/兆瓦（MWH）。与泵送 - 水力储存相比，这些价格昂贵，190美元至270美元/兆瓦。相比之下，气体峰值植物的尺寸成本为165美元至218美元/兆瓦。电池储存的商业案例将受到限制，直到价格明显下降。将需要R＆D和扩展来降低成本。
• 使用电解产生氢气燃料，以增加天然气栅格，产生燃料电池的热量和功率，或电力氢气。但是，与储存电池电力相比，结合电解和燃料电池的基于氢的储存系统效率效率三倍。此外，今天，这些技术昂贵，并且需要大量的成本降低来使其成为竞争的替代方案。
• 对于长期来说，科学家正在开发新的方法，以生产可再生能源的燃料。这Suncat中心和人造光合作用联合中心正在开发新材料，以生产可用于运输或备份电网的二氧化碳，水和可再生能源的“零净碳燃料”。虽然我们不知道如果发生所需的突破，但净零碳燃料的游戏变化潜力将解锁太阳能的全部潜力并突破太阳能墙。

太阳能的全球潜力是巨大的，肯定可以在深度脱碳的未来能源系统中发挥重要作用。在托马斯爱迪生的话语中，“我把钱放在阳光和太阳能上。什么是力量！我希望我们不必等到石油和煤炭在解决之前耗尽。“*

我们有工作要做，但我们在路上很好。谁将在五年前想象的是，太阳能将提供6％的加利福尼亚电力，并追踪到双重，三倍或超越？但我们需要聪明 - 通过平衡生成混合，扩大区域市场，创造实时市场来避免进入太阳能墙，以提高太阳能峰值产生期间的需求，并创造新的电力需求，如日期充电电动车。在长期，电力储存，氢气一代和零净碳燃料将进一步解锁太阳能的潜力。