加速风能和太阳能采用的3个因素

最初发布在RMI Outlet.Mark Dyson，James Mandel博士和Amory B.Lovins撰写

网格经济学的整体观点如何解决可再生能源整合的“问题”

今年早些时候，麻省理工学院的研究人员是一系列分析师中最新的一位，他们对太阳能光伏持续增长的局限性感到震惊。简而言之，这些分析人士提出，可变的可再生能源将在运行时降低批发价格，从而限制其自身的经济成功。这些担忧已引起其他场所（包括Vox，Greentech Media和《金融时报》）的报道，导致观察家认为可再生能源的未来前景可能暗淡。

但是，这些担忧真的有道理吗，还是基于对电网和电力市场的过时假设？我们认为，这些批评假设一个静态的网格和不变的市场机制，可以用来使任何创新看起来都不好。但是，对未来成本最低，清洁和可靠的电力系统进行更全面的评估，将考虑到可变的可再生能源的高比例，以及更高效的市场（和使用）和新技术，以无缝，弹性地整合这些资源。

在本文中，我们认为批发价格下降是个好问题，对经济局限的担忧忽略了供应方演变，需求方资源和市场机制更新带来的补救措施。随着世界各地在巴黎召开COP21会议，这些信息对于制定和推行低碳清洁能源道路同样重要。

了解“问题”

人们越来越担心，风能和太阳能等可变可再生能源可能面临美国电网采用上限。该论点是，大量可变的可再生能源将产生过多的供应，这些供应集中在一天中的特定时间生产。臭名昭著的“鸭子曲线”就是一个例子：当计算出大量太阳能光伏（PV）的产量时，特定的每日需求曲线的鸭子状形状以加利福尼亚州的电网为模型。

批评人士认为，可变可再生能源的这种技术特征，特别是光伏发电（与负载不完全匹配的日发电模式），可能对所有形式的发电机，特别是可再生能源本身产生经济影响。可用时，大量的可再生资源可以出售大量的电力，从而抵消了边际成本较高的资源（例如燃气发电厂）的生产。由于电价通常由市场上清除的边际成本最高的资源决定，因此可再生能源发电的增加往往会降低市场价格。

这种“优劣顺序效应”通常会减少化石发电商的收入。这种影响在欧洲尤为明显，在欧洲，每天化石高峰期间使用昂贵的热电厂发电对于化石发电业主来说是非常有利的。那里的光伏价格下跌如此之快，以至于欧盟前十大公用事业公司的市值损失了一半。但是，择优顺序效应还意味着，随着采用率的提高，可变可再生能源本身也可能获得较低的利润。一个普遍的结论是，可变的可再生能源只能在电力生产中发挥适度的作用，而在较高的采用水平下，由于批发价值的下降而被边缘化。

思想实验的另一半：促进可再生能源采用的三个因素

提出这些论点的分析师仅对微观经济学思想实验的前半部分进行了阐述。他们假设的问题取决于供求规律，但忽略了两者的重要方面，大大夸大了所感知的“问题”。让我们看看如何。

1）供应整体变化，而不是逐步变化

这些思想实验中的许多实验都考虑仅添加一个供应资源（通常是太阳能PV），而不考虑同时发生的许多其他供应方变化。实际上，太阳能光伏，风能和天然气都在很大程度上同时加入了供应组合。前两个通常是互补的，第三个是可调度的，因此在一起，它们可以做很多事情来减轻通常描绘的“鸭嘴曲线”。

同时，非经济资产的报废将为批发价格提供反补贴的支撑。例如，即使旧的，肮脏的工厂通常具有较低的生产成本，但由于合规升级成本高或其他侵蚀其利润的固定成本，它们可能仍会退出市场。随之而来的供应不足会导致边际供应曲线数量收缩，从而导致可再生能源和剩余化石发电机的价格上涨，利润更高，除非需求下降，就像在工业化世界中所做的那样。

2）需求越来越灵活，而不是固定的

分析人士认为，可再生能源的可变性将限制其增长，但他们通常假设批发市场的效率非常高，而零售市场和固定需求状况却保持不变。这种不完整且不对称的处理方式忽略了利用等式的需求侧的新兴能力。例如，人们喜欢并响应随时间变化的定价程序，并且这些程序开始大规模推广。在不中断所提供服务的前提下，包括电热水器和电动汽车在内的许多设备的用电需求具有内在的灵活性。此外，新的商业模式（来自公用事业和第三方）正在通过提供无缝的解决方案而毫不费力，方便地提供无缝的解决方案，而无需客户成为兼职能源交易商，从而推动了这种便利的灵活性。

这些因素共同提高了需求的灵活性（一种重要的低成本资源），并在有效的市场中对价格变化做出了最自然的反应，在该市场中，消费者找到了使用风能和太阳能的廉价电力并从中受益的方法。换句话说，由于可再生能源在一天中的某些时段降低了能源价格，因此需求灵活性允许客户将需求转移到那些时段，这既会降低其他（高峰）时段的能源价格，又会提高其在生产时支付给可再生能源的价格最多。

3）储存使可再生能源可分派，而不变

多样化的供应和灵活的需求将在缓解可再生能源整合方面发挥重要作用，但是，在问题仍然存在的情况下，电池价格的持续下降以​​及电池可提供的价值范围意味着剩余的可变性问题可能可以通过适度的增量来解决。费用。在零售方面，这可能会导致分布式发电的自我平衡增加（我们已经在德国和澳大利亚看到过这种情况，并且可能会影响美国的公用事业业务模式）。在批发方面，随着可变资源开始饱和市场，高价位的时间将激励开发商开始考虑存储。已经将存储视为峰值发电的短期替代品，为达到峰值容量而安装的电池也可用于缓解可再生能源对电价的经济影响。

蓄能已经成为集中太阳能（通过熔融盐）的共同特征，并已成为太阳能PV的日益普遍的特征。例如，智利最新拍卖的无补贴电力的全部可再生中标不仅包括白天低至65美元/ MWh的太阳能，还包括夜间通过热能或电能存储的太阳能，夜间为97美元/ MWh。 。通过存储，可变的可再生能源成为可调度的，可调度的可再生能源几乎没有与可变的可再生能源相同的功绩。可以肯定的是，我们最近的演示表明，仪表背后的分布式存储具有13种好处，可以使电池具有成本效益，并不一定使其与许多其他实现电网灵活性的方法具有竞争力，但是类似的推理表明，电池有很大的应用范围。避免约束模型暗示的问题的选择。

整个系统的思维为实现最低成本的结果指明了道路

认为可再生能源将在经济上限制其继续采用的分析家通常忽略了上面列出的考虑因素，更重要的是，这些论点建立在增量思考的基础上，假设当今的电网和市场是固定的，并且只有一件事发生变化（例如，光伏或风能） -能源市场份额）。更加全面，综合和准确的分析应从最终目标（可靠，有弹性和成本最低的能源服务）开始，并促进整个系统设计的迅速实现。

从这个角度出发，引起如此多麻烦的可再生能源的特性-可变的产量和接近零的边际生产成本-简直成为了奖励有效投资的市场设计的设计考虑因素。考虑到供应的稳定性，需求的灵活性以及诸如存储等新兴技术，即使在当前的电网范式和市场结构下，可变的可再生能源也不大可能面临任何实际的增长限制。

对现有市场一无所知

但是，即使可再生能源确实在当前市场上面临采用限制，我们也没有理由必须保持这些市场的现状。批发电力市场很大程度上是历史巧合的产物，它是上世纪热电厂仅相互竞争的范例所形成的。反映了21世纪电网的现实和不断变化的资源组合的现代市场设计已经在德国首创，可以为调整成本最低的资源组合的激励措施大有帮助。尤其是，如加利福尼亚州和纽约州所做的那样，将仪表背后的分布式能源和灵活的负荷整合到能源市场中，可以为电网带来新的功能和完善的控制水平。

整合挑战？

不断变化的供应，灵活的需求，存储和更新的市场可以消除增加电网可再生能源的限制。在以后的文章中，我们将重点介绍这些相同的杠杆如何解决可再生能源“整合成本”的共同关注和误解。例如，最近一篇大肆宣传的论文声称，高渗透率的可再生能源必须招致急剧上升的整合成本。但是，事实证明，这是所用模型中极为严格的假设的假象，再加上一种说法，即对火力发电厂的竞争者造成的损害是击败可再生能源的可再生能源的经济成本。

可再生能源将继续存在

分析人员经常提出的关于可再生能源的“问题”可能是孤立存在的，但是当考虑到所有选择方案时，这些问题就被夸大了。确实，这是个好问题：它们是供求的自然力量，其作用是向市场参与者发送信号，以加强资源选择，激励需求灵活性以及投资存储和其他新兴技术。反对风能和太阳能光伏的论断得出结论，这些资源将需要更大的补贴才能在“鸭子曲线”时代生存。但是，相反，我们可以利用供应持久性，需求灵活性，存储和市场设计的潜能来为所有资源提供一个公平的竞争环境，而不是紧贴20世纪电网的前提。保护旧系统远不如启用新系统，因此创新可以蓬勃发展，企业家可以蓬勃发展，所有选择都可以充分公平地竞争。

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