摘要：在光伏電池和風力發電機發明近150年後，它們的發電量仍只佔全球總量的7%，而現在正發生著一些翻天覆地的變化。十多年前他們還是次要的能源系統，但現在它們的增長速度超過其他任何能源，並且下降的成本也使得其競爭力能夠與化石燃料相抗衡。那麼制約新能源滲透率提高的因素是什麼，是技術因素還是市場問題？
可再生能源大量接入時對電力系統造成的影響
可再生能源出力具有間隙性，非常不穩定，大量接入電網時會造成很大的衝擊。新能源機組接入後，電力系統的慣量會減小，導致系統頻率的變化超過規定值，電力系統面臨重新啟動與系統崩潰的風險。
圖1 發電系統示意圖
系統慣量是由在網的同步發電機數量和大小決定的，當新能源接入增加，在網同步發電機組相應減少時，失去同樣常規機組造成了更快以及更大的系統頻率的變化導致系統不穩定，因此大部分國家的政策是對新能源機組的接入比例進行限制，如英國要求風力發電機組所佔比例不超過40%。
大量新能源機組接入後對常規機組靈活性要求增高。著名的光伏發電鴨子圖可以很好的說明這一問題。可再生能源出力常常具有反調峰特性，簡單說就是電力系統是要求即發即用的，每一個實時都要求發用平衡，而新能源發電與我們用電的習慣正好反著。
圖2 光伏發電鴨子圖
當光伏發電大量接入時，系統運行所面臨的一個問題是，太陽很快就落山了，而用電高峰正好開始，那麼系統需要在兩三個小時內將原本由光伏發電所供應的電力需求轉由常規機組去提供。隨著光伏接入量越大，這個鴨脖坡度會變得更陡，那麼對於常規機組的上網速度要求就越高。因此電力系統面臨一個艱難的選擇，要不然提前切掉一部分光伏，讓這個脖子的坡度沒那麼陡峭，要麼就是讓大家投資更貴更能快速反應的機組。
當新能源滲透率過高時，必須要考慮電力系統的運行安全問題。新能源發電最大的特點是輸出的變化大和不可預測性。電網仍然需要一定數量的燃燒化石能源的機組來為系統提供基礎負荷的支持，而且還時刻需要變化功率來照顧系統需求側負荷的功率變化。所有電力系統調度需要一定的備用容量，以防止新能源輸出不及預期。備用容量一般為一定數量的火力機組半載運行。
可再生能源的分佈與我們的用能地常常是不重合的，電網輸送通道有限，這也是導致我國西部能源無法有效外送到東部消納的重要原因。
可再生能源市場瓶頸
化石能源的價格還遠遠沒有到達可以完全讓我們捨棄的地步。在這方面，政府對於市場的干預影響會比較大。比如對新能源的價格補貼和研究資助等等。但是補貼不是可持續的，真正新能源有競爭力還是需要靠更好的技術。在歐洲，環境稅是非常高的，這種政策可以平衡能源市場，讓能源價格的拐點來的更早，而且相比較於價格補貼要更可持續，這種選擇壓力也會促使企業增加關於新能源的研發。
突破可再生能源瓶頸的措施
眾所周知，德國和其他一些國家通過較先進的電力技術，已經成功地使電網接納了相當大比例的可再生能源電力。這五項技術分別是：發揮區域或全國互聯電網在接納不同電源上的槓桿作用；提高可再生能源發電預測預報技術；整合可調度的可再生能源；增加分佈式儲能設施；利用電力需求側響應。
電源多樣化以及互聯電網
德國和丹麥都與兩個以上的鄰國交換電力，以此來平衡風電場和光伏電站出力的波動性。例如，丹麥在國內電量有盈餘的時候將風電向境外輸送，當國內電量不足時又從挪威電網輸入水電。
提高可再生能源發電預測預報能力
現代的光伏發電和風力發電是已知發電技術中最可靠的技術類型，但是他們的出力會隨時間和氣候的變化出現較大波動。幸運的是，發電機與電力負荷並非一一對應，所有的發電機共同服務於整個電網，電網將這些發電機聯接到一起，為所有的電力負荷供電。這樣，德國電力巨頭萊茵集團與西門子合作，通過波動性可再生能源構成的多種能源結構，"合成"了穩定的出力。這些穩定、可靠的電源來自對多種波動性電源的精心設計與安排，因此，對波動性電源出力必須預測準確。儘管還有進步的空間，但現在的預測技術已經相當先進，對光伏和風電的預測往往比對電力需求的預測還準確。例如，在多風暴天氣的冬季個別月份，法國電網運營商所記錄的全國實際風電發電情況與其前一天預測的數值非常接近。
整合可調度的可再生能源
現代的電網運營商也融合了更廣泛的電源。他們先從地理位置和類型上多樣化的風電和光伏發電入手，然後增加其他能調度的可再生能源，這些能源在任何需要的時候都可以啟動並且運行狀態良好，譬如大型、小型水電，幾種新興的海洋能，太陽能光熱電站，地熱能，以及生物質能，沼氣發電等。
增加分佈式儲能設施
另一個重要的靈活電源是分佈式儲電或儲熱。有了智能電網，汽車充電可以是雙向的，在特需情況下可以由汽車反向供電。特斯拉和其他一些電動汽車商，以及太陽能開發商都在嘗試開發這樣的功能。作為目前全球最大的電池生產商，特斯拉也正在利用其全球一流的電池和汽車逆變器，為建築物和工廠提供有效、可靠和經濟的分佈式儲能系統。
利用電力需求側響應
運營商也可結合電力需求側響應，控制和影響電力用戶的個體用電行為。也許你的電熱水器會偶爾停止工作一刻鐘，但你卻永遠不會注意到這類"負荷管理"策略。利用智能控制技術，許多建築設備和工業生產過程可以悄無聲息地使電力需求與電網的靈活性相協調。現代通信技術，分佈式智能控制，透明化定價結合節能技術，使得電力需求側響應成為比預想中更強大、更普適的一種方式。需求側響應的新形式正不斷地湧現。
結語
能源的發展史，其實就是人們不斷變換、組合和優化資源並尋求最大化使用資源的過程。終有一天石油、煤炭這些石化能源將被取代。但是何時被取代？被誰取代？目前來看短期內是沒有任何新能源具有像石化能源一樣的經濟性、穩定性和便利性。新能源短期內不會完全替代傳統化石能源，完全取代舊能源。可再生能源佔比高到超過傳統能源，還是有可能的。
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