计算增加的​​风和太阳能所需的发电厂循环的排放和成本

能源部可再生能源实验室(NREL)的新研究量化了风能和太阳能发电对西方化石燃料发电厂运营商的潜在影响。为了在电网上容纳更多的风能和太阳能，公用事业公司必须更频繁地减速和停止并启动常规发电机，以便为其客户提供可靠的电力 - 这种做法称为自行车。

该研究发现，与通过研究中评估的风能和太阳能发电所实现的碳减排相比，更频繁循环引起的碳排放可忽略不计(<0.2%)。由于化石燃料发电机的循环，风能和太阳能的二氧化硫排放量比预期减少了5%。氮氧化物排放量比预期减少2%。该研究还发现，高水平的风能和太阳能将使西方每年的化石燃料成本降低约70亿美元，同时每年产生的骑行成本为3500万美元至1.57亿美元。对于普通的化石燃料电厂而言，这导致每兆瓦时(MWh)发电的运营和维护成本增加0.47美元至1.28美元。

“电网运营商一直在循环发电厂，以适应电力需求的波动以及传统发电厂的突然停电，电网运营商使用相同的工具来适应高水平的风能和太阳能发电，”NREL项目经理Debra Lew表示。研究。“增加循环以适应高水平的风力和太阳能发电，使平均化石燃料发电厂的运营成本增加2%至5%。但是，我们的模拟显示，从系统角度来看，避免的燃料成本远远高于增加的循环化石燃料植物的成本。“

西风和太阳能一体化研究(WWSIS-2)的第二阶段是2010年5月发布的WWSIS的后续行动，该研究探讨了将高水平的风能和太阳能电力集成到西部电网中的可行性，益处和挑战。 。WWSIS发现，如果可以进行某些操作变更，技术上是可行的，但第一项研究提出了关于循环对磨损成本和排放的影响的问题。

为了计算新研究的磨损成本和排放影响，NREL设计了五个假设情景，以检查在2020年西部互联电力系统的部分产生高达33%的风能和太阳能。这相当于西部互联(包括加拿大和墨西哥)四分之一的电力来自风能和太阳能。该研究模拟了循环影响，表示风和太阳能水平范围在无和33%之间，并不代表任何特定水平。

该研究假设未来的平均天然气价格为4.60美元/ MMBtu，平衡之间的重要合作以及传输能力的最佳使用(即不保留合同义务的传输)。NREL以五分钟为间隔对该年度整个Western Interconnection的运营进行建模，以了解每小时内的潜在影响。有了这些假设，研究发现，高风能和太阳能的方案减少CO 2排放量的29%穿过西方互连-34%，与具有可忽略的影响循环。

循环减少了2%-5%的SO 2效益，因此在高情景下SO 2排放减少了14%-24%。这些影响以整体西方互联水平为模型，区域变化可能会有所不同。此外，该研究没有检查循环对汞和空气毒性控制设备的影响，这些设备现在正在煤炭装置上进行改造，以符合最近的EPA规定。循环实际上将NOx效益提高了1%-2%，因此在高情景下NOx排放降低了16%-22%。这是因为西部的平均煤电厂在部分输出时的NOx排放率低于满输出的NOx排放率。

“为电网增加风能和太阳能大大减少了化石燃料的数量 - 以及相关的排放 - 本来可以燃烧以提供电力，”Lew说。“我们的高风和太阳能场景，其中整个西部电网中四分之一的能源将来自这些来源，将西部电网的碳足迹减少了大约三分之一。循环导致一些低效率，但碳排放减少的影响远小于1%。“

WWSIS-2没有考虑其他因素，例如风能，太阳能，化石燃料发电厂或输电的建设资本成本。这些成本很重要，但超出了本研究的范围，该研究侧重于运营。

“从系统的角度来看，高比例的风能和太阳能会降低公用事业运营商的排放和燃料成本，”Lew说。“潜在的自行车影响抵消了这些减少的一小部分。”

根据该研究，平均而言，4兆瓦时的可再生能源取代了1兆瓦时的煤炭发电和3兆瓦时的天然气。潜在的最大潜在影响是煤炭单位的大幅增加。其他发现包括：

由于日落和日出，太阳能在本研究中创造了电网最大的需求。然而，因为我们知道一年中每天的太阳在天空中的路径，系统操作员可以预测这些大的增长需求并相应地进行规划。由快速移动的云引起的太阳变化不太可预测，但它产生相对较小的斜坡需求。

日前风力预报中的错误可能使运营商难以决定第二天哪些发电厂需要在线。但是，由于预测准确性比提前24小时提前4小时，因此提前4小时决定是否启动可以相对快速增加的发电厂有助于缓解这些预测误差。

尽管风电和太阳能在电网运行方面存在差异，但该研究发现它们对全系统运营成本的影响非常相似。

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