「格局」越大，越能看到可再生能源的可靠
看待可再生能源的發展，格局要大。態度包容，目光長遠，規模宏大等等意義都包含在這短短的四個字裡面了。比起化石能源，可再生能源確實還太年輕，還有很多的瓶頸和難題有待攻克，但是他的巨大潛力註定它會成為全球能源轉型的中流砥柱。
之前在跟秦海巖老師的訪談中聊過可再生能源的間歇性，也就是很多人常說的「不穩定性」。記得他當時說「不穩定」是整個電力系統的常態，並不能因此就否定可再生能源的前景。我們完全可以通過更加完善的的電網、更加合理的發電廠分佈來改善這一問題。
所以，今天呂某整理了一些文獻觀點，繼續來跟大家說說可再生能源的可靠性。
電力系統的可變性和不可控性
在電力系統中，用戶端負荷、電力傳輸線路以及發電機的出力表現、是否可以工作等等，都存在一定程度的可變性和不可預測性。為了維持系統總體的穩定運行，每個電力系統都會推行作業標準、操作流程和必要的輔助設備要求，而這些為了平衡系統做出的努力往往需要系統付出額外成本。
光伏（PV）、風電甚至潮汐能和波浪能的輸出很大程度上受到天氣條件的影響。據NERC（The North American Electric Reliability Corporation）的研究，PV的輸出可能在2-10分鐘級的時間內變化+/-70%，而一天可能出現多次這樣的變化。同樣的，特拉華大學土壤、海洋和環境學院的Archer教授等人(Archer & Jacobson, 2007)發現，風電輸出會由於風速的飆升和驟降發生巨大的變化。而這種變化卻無法與用電負荷匹配。如果由單一風電或光伏發電場向系統供電，會出現供電不足或供電大於負荷的情況。
更廣的分佈和聯結可以有效提高穩定性
然而，多國學者研究發現，隨著不同位置RE發電場數目的增加，平均天氣條件和地理位置的相關性顯著下降。分散的RE發電場輸出穩定性遠遠高出單一位置的RE發電場，以致於在一定地理分佈情況下，RE能夠完全替代一部分煤電廠，而且和煤電廠一樣可靠。
平均風速、風速標準差和互聯風電場數量的關係，Archer and Jacobson 2003，隨著互聯風電場數目的增加，從期望的偏離減少，輸出更加平穩
風 電
- Palutikof et al. 英國，1990
澳大利亞格里菲斯大學的Palutikof教授和同事在一項1990年的研究中，利用模型模擬了風電場分散分佈對風電場整體發電錶現的作用。這項研究假設了四個風電場，分別位於英國Dungeness,Fleetwood, Lynemouth 和 St Mawgan。
四個風電場在分別考慮時，每1000小時中有0~4.2小時輸出變化達到100%，有5.7~39小時中輸出變化高於50%。然而，當同時考慮四個風電場時，輸出變化永遠低於100%，且每1000小時中只有0~1.9小時中輸出變化高於50%。
- Archer and Jacobson, 美國, 2007
在另外一項美國中西部的研究中，分佈在850km x 850km的區域中的19個風電場，在全部連接至一個電網時，約33%的風電發電量擁有等同於煤電的可靠性，可以作為基礎負荷。
同時研究者還發現，隨著系統中不同位置風電場的數量的增加，系統輸出也愈加平穩。系統輸出間歇性改善與數目增加並非線性關係，但研究沒有發現飽和現象。另一個很有趣的發現是，在月際和年際時間尺度上，互聯風電場的長期波動性遠遠小於水電。
光 電
和風電情況相似，天氣條件也是光伏發電輸出的決定性因素。分散的地理分佈同樣能減少由天氣不穩定導致的光伏發電系統變化。
- Mills et al. 美國, 2009
美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Mills A等人2009年時針對廣域地理多樣性對太陽能短期變化的影響進行了研究。他們基於一個區域內Clean sky index（表徵陽光輻射量）的數據，進行建模分析，量化分析不同分佈條件下統計學意義上的波動性。
模型結果顯示，通過聯通地理分佈分散的多個光電廠，雲層遮擋導致的小時內輸出變化將被降低至可忽略不計，系統只需應對太陽位置改變造成的輸出變化（如下圖中黑色曲線所示）。
老呂插個話
其實這並不是一個靠直覺就可以得出的結論，用數學方法嚴謹做論證比較有意思，如果沒法接受可以看看得出結果的核心演算法。
01 波動性評價：從一個時間間隔到另一個時間間隔間的輸出差異作為衡量輸出波動性的指標
02整體波動性：步長為60分鐘情況下輸出差異的標準差
03 用於描述clean sky index分佈的參數
因此總體上來說，在各個時間尺度上，更分散的分佈的光電廠有著更低的整體波動性。
同理，對於風電場而言，增加聯通風電場的數目能提高系統輸出面對局部風速變化的穩定性，逐漸近似於風速恆穩條件下的工作狀態。
所以綜上可見，風電、光伏由於局部天氣變化引起的輸出波動性會對系統安全造成威脅並提高成本，但擴大分部，提高電網互聯互通能夠減小甚至消除這種影響，極大地提高系統可靠性的同時降低成本。
以上言論僅代表呂某個人觀點。不喜可噴不過那啥，大家都是體麪人，勿忘風度~
參考文獻：
[1] Mills A. Understanding variability anduncertainty of photovoltaics for integration with the electric power system[J].2009.
[2] Archer C L, Jacobson M Z. Supplyingbaseload power and reducing transmission requirements by interconnecting windfarms[J]. Journal of Applied Meteorology and Climatology, 2007, 46(11):1701-1717.
[3] Delucchi M A, Jacobson M Z. Providing allglobal energy with wind, water, and solar power, Part II: Reliability, systemand transmission costs, and policies[J]. Energy policy, 2011, 39(3): 1170-1190.
[4] Palutikof J P, Cook H F, Davies T D.Effects of geographical dispersion on wind turbine performance in England: asimulation[J]. Atmospheric Environment. Part A. General Topics, 1990, 24(1):213-227.
[5] Katzenstein W, Fertig E, Apt J. Thevariability of interconnected wind plants[J]. Energy policy, 2010, 38(8):4400-4410.
[6]Mills A, Wiser R. Implications ofwide-area geographic diversity for short-term variability of solar power[R].Lawrence Berkeley National Lab.(LBNL), Berkeley, CA (United States), 2010.
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