日全食或致美国光伏发电量减少40吉瓦时，五大电网运营商如何应对

4月8日（周一）的日全食将导致美国部分地区光伏发电损失数千兆瓦时，专家表示，此次影响可能超过以往任何一次日食。全国电网运营商已为此筹备数月，并称能够在不影响可靠性的前提下应对这一事件。但他们也表示，不确定的天气前景以及与日食相关的人类行为变化，使能源需求预测变得更加复杂。

尽管全食带仅覆盖美国部分光伏设施，且云层覆盖会影响损失程度，但Solcast首席数据科学家Hugh Cutcher指出：“此次日食对美国全国光伏发电的影响将是显著的。”Solcast是一家提供太阳辐照度数据和预测技术的公司。

Solcast估计，在日食期间，美国所有电网的最大发电损失可能高达39.9吉瓦时，其中约16.2吉瓦时来自屋顶光伏。

尽管可再生能源减少，但“归根结底，我们会没事的”，在德克萨斯市场运营的需求响应供应商Octopus Energy US首席执行官Michael Lee表示。

专家普遍预计，天然气将在日食期间填补大部分光伏缺口。

“我们预计天然气将是最可能的解决方案，因为日食非常可预测，每个电网都有满足这一需求事件的天然气基础设施，该需求将超过去年，这既由于日食路径，也由于自10月以来装机容量的增加，”Solcast营销主管Harry Woods在电子邮件中表示。

Lee还表示，灵活负荷和电池也将发挥作用。“需求响应和灵活性可以打造低成本电网，”他说。但最终，“这一事件仅持续一小时，在人们通常外出观看日食时管理数百万个恒温器是唾手可得的机会。”

加利福尼亚州长期以来一直是光伏发电的领导者，但由于日食路径，其影响相对温和——可能损失日常光伏发电量的5%-6%，据Solcast称。PJM互联和德克萨斯电力可靠性委员会（ERCOT）市场可能损失高达日常光伏发电量的10%-11%。

但抛开光伏发电损失预测，美国不同地区的电网如何为即将到来的事件做准备？

加州独立系统运营商（CAISO）

加州对高渗透率光伏或日食并不陌生：去年10月，该州经历了一次日环食，影响了电网约从上午8:40到9:30。据加州独立系统运营商官员称，在那次事件中，电网规模光伏发电以约82兆瓦/分钟的速度下降，最终相对于典型晴天的发电量减少了约9,600兆瓦。

周一的日食影响将小于2023年的那次事件，但该州快速的光伏建设使情况变得复杂。在2023年10月的日食期间，CAISO范围内安装了超过16,500兆瓦的电网规模光伏容量，据电网运营商称。现在已超过18,500兆瓦。

“尽管距离2023年日食仅六个多月，但我们在CAISO及其管理的能源不平衡市场中，电网规模和表后光伏都有相当多的增长，”ISO高级能源气象学家Jessica Stewart在3月的规划会议上表示。

Stewart表示，在即将到来的事件中，加州将从上午10点到下午12:30经历日食影响，电网规模光伏容量将以约79兆瓦/分钟的速度下降，直到最大遮挡。恢复时，光伏将以约84兆瓦/分钟的速度上升，增加约6,700兆瓦至满发。

官员称，日食对电价的影响要到日前和实时电价形成时才能知晓。

ERCOT

为德克萨斯州大部分地区提供服务的电网运营商表示，预计光伏发电将受影响三小时，最大影响出现在下午1:40，届时光伏发电将降至最大晴空输出的约7.6%。

ERCOT已要求所有市场参与者“监控当天的运行状况，并根据需要调整当前运行计划”，但预计活动期间将正常运行。

该电网运营商“正在与光伏预测供应商合作，确保预测模型考虑日食影响”，根据上月向电网运营商可靠性和运行小组委员会提交的规划演示。“ERCOT将根据需要预先调整系统状态，以应对下行和上行的光伏爬坡，并使用辅助服务满足额外平衡需求。”

Lee表示，这可能包括新的ERCOT应急储备服务，该服务将使火电和电池资产处于待命状态。但应对日食期间需求变化的主要工具“仍然是能源价格”。

“随着供应变化，实时能源价格将波动，”他说。“这种波动很好，因为它激励更多发电上线，也激励负荷灵活性开始参与。”

PJM互联

PJM高级工程师、负荷预测专家Michael Stewart表示，光伏发电损失多少“将取决于当天的天气模式”。他在3月7日的运行委员会会议上概述了准备工作。

该电网运营商正在为8,200兆瓦并网资源损失80%-85%的发电量做准备。还有约4,800兆瓦的表后资源将受影响，从而增加电网需求。

Stewart的演示指出，有几个变量可能影响负荷，包括学校停课或与日食相关的旅行。这“不是假日，但也不是正常的周一”。

“密切关注天气预报，PJM正准备根据需要调度发电以应对光伏损失，包括按要求使用备用和调节资源，”该电网运营商在博客文章中表示。“备用资源在调用时可提供所需的备用发电，而调节资源可提供能量以帮助控制系统电压和频率。”

纽约

2017年，纽约独立系统运营商在日食期间损失了约500兆瓦的发电量，当时太阳被遮挡约75%。

“如今，全州光伏发电量是当时的五倍，但云层覆盖量将最终决定日食期间损失多少发电量，”NYISO技术专家兼气象学家Mark Taylor在声明中表示。

如果4月8日天空晴朗，该电网运营商预计日食开始时太阳能发电量约为3,500兆瓦。随后发电量将在一个多小时多一点的时间内急剧下降，可能降至约300兆瓦，然后回升至2,000兆瓦。在下午3:15至3:30之间，该州不同地区的太阳将被完全遮挡长达3.5分钟。

ISO的太阳能预测工具“可预测系统全天可预期的太阳能发电量，并帮助我们的规划人员和运营商确定满足预期需求的资源需求，”该运营商在博客文章中表示。“如果出现意外情况，太阳能资源未按初始预测发电，NYISO的运营团队必须设法弥补差额。”

中大陆独立系统运营商（MISO）

上一次日食路径穿越中大陆独立系统运营商（MISO）区域是在2017年，当时该电网仅有100兆瓦太阳能。如今已超过5,000兆瓦。

“我们预计不会出现任何与可靠性相关的问题，”MISO在4月2日的博客文章中表示。

日食路径穿越MISO的南部和中部地区，两个控制中心位于全食带内。该电网运营商预计“黑暗变化”将从下午1:30持续到4:25。在晴天，该电网运营商表示，在90分钟内发电量可能下降约4吉瓦，随后反弹3吉瓦。

虽然预测典型日的电力需求“通常很简单”，但MISO指出，周一“将不是典型的春日”。学校停课、营业时间改变、酒店和餐厅更繁忙，以及可能因黑暗导致的温度降低，“使得准确预测当天的电力需求更具挑战性，”该电网运营商表示。