風能和太陽能在美國迅速增長。隨著這些能源在電力結構中占據(jù)更大的份額，它們的增長引發(fā)了新的問題：太陽能和風能如何影響能源價格?由于發(fā)電廠持續(xù)數(shù)十年，政策制定者和投資者應該怎樣考慮確保未來對電力基礎設施的投資得到回報?

勞倫斯伯克利國家實驗室的研究小組決定研究風能和太陽能在這些問題上所占的比例會有多大影響。在我們的最新研究中，我們發(fā)現(xiàn)這些能源資源的高比例導致電力系統(tǒng)發(fā)生了一些深刻的變化。

特別是，我們的研究顯示太陽能和風能如何降低能源價格，但它們增加了運營電網(wǎng)的新復雜性，這對監(jiān)管機構有重大影響。對于消費者而言，這項研究提醒人們，通過風能和太陽能使電網(wǎng)更加清潔是一個不斷發(fā)展的過程，需要對電網(wǎng)目前的運行方式進行重大改變 - 但是如果我們作為一個國家能夠變得更加強大，那么它將提供大量機會。我們使用電力時靈活。

長期決定

之前的分析，包括我們自己的分析表明，太陽能和風能已經(jīng)影響了批發(fā)電力市場，導致能源價格出現(xiàn)更多波動。

當然，太陽能產(chǎn)生在太陽之后，在早晨增加，在中午產(chǎn)生最多，在晚上產(chǎn)生。風能輸出取決于天氣，季節(jié)和地理。太陽能是可以預測的，特別是在干燥的氣候條件下，可以提前幾天和幾小時預測風能，但兩者都可以有很大差異。由于這些原因，太陽能和風能也被稱為可變可再生能源(VRE)。

我們的最新研究考察了基于反映低VRE水平的假設而做出的某些政策決策是否仍將實現(xiàn)其預期目標，如果風能和太陽能在未來的高水平使用。

例如，要求公用事業(yè)公司的項目管理員為能效措施選擇最具成本效益的選項。由于太陽能的比例很高，公用事業(yè)公司可能希望在太陽能輸出下降的晚上減少需求，而不是在有充足的無排放電力的中午。因此，效率焦點可能會從空調，通常在一天的炎熱期間需要更多，轉向照明。

另一個問題是如何部署電動汽車充電器：在太陽能發(fā)電量很大的情況下，最好將充電器放在商店或辦公樓，以便在中午太陽能輸出高時進行充電。但是在夜間強風和許多風力渦輪機的地區(qū)，當電動車輛停放在業(yè)主的住所時，電力可能是最便宜和最清潔的。

沒有燃料成本等于批發(fā)能源價格下降

我們的研究考察了價格在兩種不同情況下的變化：高VRE和低VRE。我們使用詳細的電網(wǎng)模擬來關注美國四個電力市場的2030年：加利福尼亞州的CAISO，德克薩斯州的ERCOT，中西部的SPP和紐約的NYISO。該分析對比了40%至50%的高風電和太陽能股的市場結果以及反映2016年水平的低可再生基線。

就上下文而言，2016年加利福尼亞州的太陽能市場占14%，風能占 7%(州法律規(guī)定2030年將增加約40%的風能和太陽能)。德克薩斯州是風力渦輪機總產(chǎn)能的全國領先者，占全部德克薩斯州能源的13%，中西部風力帶的地區(qū)占風電的比例最大 - 2016年接近20%，但旁邊沒有太陽能。與此同時，紐約有著雄心勃勃的2030年目標，但到目前為止只有很少的風(3%)和太陽能(1%)。

預計批發(fā)價格影響將大幅下降 - 在一年內(nèi)的15至40%之間 - 由風能和太陽能提供40-50%的電力。 勞倫斯伯克利國家實驗室

風電和太陽能高水平的最根本變化涉及電力便宜或昂貴的時間以及這些模式的規(guī)律程度。

在競爭激烈的批發(fā)市場中，公司競相向運營區(qū)域電網(wǎng)的實體供電。價格由投標決定，并根據(jù)供需每小時設定。所有中標者都按市場清算價格支付。

由于太陽能和風能沒有燃料成本，他們可以低價以確保他們的電力在市場上被接受。市場中的風能和太陽能越多，清算價格就越低。在今天的市場中，我們已經(jīng)看到有時價格會變?yōu)榱闵踔潦秦摂?shù)。

大量的太陽能顯著改變了每日價格模式。例如，在德克薩斯州擁有較高的太陽能股份，批發(fā)價格將在當天中間下滑至平均10美元/兆瓦時，然后在晚上上漲至平均80美元/兆瓦時。作為參考，兆瓦時(MWh)略高于一個月內(nèi)美國家庭平均消耗的電量。

由于沒有燃料成本，太陽能將成為一天中的首選電源，導致所有發(fā)電機的價格低廉，而整體電網(wǎng)上的太陽能更加嚴重。 勞倫斯伯克利國家實驗室

在風能和太陽能為電網(wǎng)提供能源的比例很高的情況下，低價格(低于5美元/兆瓦時)的時段頻率增加到3%到19%的小時，具體取決于地區(qū)和可再生能源的組合。德克薩斯州的高太陽能，與鄰近地區(qū)的電力連接有限，經(jīng)歷了最高頻率的時期，價格幾乎為零。

能源價格低于每兆瓦時5美元的小時數(shù)。 勞倫斯伯克利國家實驗室

平均每小時批發(fā)價格隨著VRE滲透率的增加而下降，價格為$ 5- $ 16 / MWh，具體取決于地區(qū)以及風能和太陽能的混合。平均批發(fā)價格的下降和價格非常低的時期的常見事件將影響VRE的盈利能力以及在這些時間運營的核電站和燃煤電廠等不靈活的發(fā)電機。

更需要按需電源

價格波動性隨著VRE份額的增加而增加，特別是在強風情況下。CAIS春季的早晨價格在0到50美元/ MWh之間可能會有很多風，但在低VRE情景下會下降到更窄的范圍。

用于填補短期電力缺口的輔助服務的平均價格預計會隨著風能和太陽能的變化而大幅上升。 勞倫斯伯克利國家實驗室

最后，我們發(fā)現(xiàn)在太陽能輸出下降后，高峰時段從中午轉移到晚上。這些新的“凈峰”持續(xù)時間較短，但分布在一年中的更多天。雖然通常通過增加傳統(tǒng)發(fā)電廠來滿足峰值，但凈峰值的持續(xù)時間較短為目標能效創(chuàng)造了機會，減少了對電力的需求(需求響應)，零售價格的變化以反映新的高峰時間，甚至是電池。

本研究僅強調了這些價格變化模式對需求和供應方電力部門決策的可能影響。但它為后來計劃在低VRE期貨和高VRE期貨中對這些決策進行定量評估奠定了基礎。