基础负荷是一个神话 (2024)
电力领域一个反复出现的迷思是“基础负荷”,即认为存在一个始终需要的最低负荷水平,应该与大规模发电厂匹配以最大化效率。这个想法过时了,曾经根植于事实,但现在已不再适用。它的持续存在扭曲了关于能源未来的本来富有成效的对话,我们需要像淘汰最初提供动力的煤电厂一样淘汰这个术语。 但是,让我们回过头来,这个术语的来源是什么?它源自两个方面:电网始终需要的最低负荷(能量)以及传统火电厂的运行特性(例如煤电厂)。首先,对于特定区域来说,确实存在一个基本上始终需要的稳定负荷水平。在下面的图表中,绿色线显示加利福尼亚州在某一负荷水平下所需的小时数量。几乎没有在~18吉瓦(负荷红线以下)的小时。全年每个小时至少需要这么多负荷。这部分仍然正确,电网某个地方始终需要一定量的负荷。理解上的差距出现在第二个因素上:相信将这种负荷与大型火电发电相匹配本质上更高效。这源于历史上的偶然情况,大型稳定负荷与传统燃煤和核电厂非常匹配。这些工厂燃烧煤(或进行裂变)加热水,产生蒸汽驱动涡轮发电。在这两种情况下,将水加热到温度可能需要数小时,而这些工厂并不好处理需求波动。它们在恒定速率下运行时效率更高。但是,当以这个稳定的速率运作时,这些大型发电厂在历史上是一些最具成本效益的选择。因此,在大多数地方,建立了一个分层的发电机系统,大型、运行缓慢但高效的煤电和核电厂被设计用于服务“基础负荷”,这一直是所需的。在此之上,快速但成本更高的天然气、石油和水电发电机被分层。于是,基础负荷成为电力系统中的一个设计简写,是特定发电技术的经济和运行特性所孕育的。但是这一组特性不再成立。一方面,我们正在逐步淘汰煤炭:在美国,这更多是一种经济故事,过去20年里天然气的价格在历史上极其便宜。建设并运营新的联合循环天然气电厂(CCGT)比继续运行现有的煤电厂更便宜。发电随之发生了变化。大型燃煤和核电厂不再是最低成本的电力,无法有效地在稳定的基础上运作。现代发电技术还更好地匹配负荷波动。联合循环天然气电厂可以根据单纯的燃气燃烧快速达到部分出力,尽管它们仍需加热水以达到完全出力。核反应堆在安全上也更好地跟随负荷波动。电池作为管理电网波动的响应工具正在迅速大量出现。这显著降低了非煤发电厂在升降负荷起伏时的效率罚款。那么,为什么我们仍然在谈论基础负荷?这个神话之所以存在是因为它令人满意。一种特定类型的人会查看上述负荷分布,认为:始终存在18吉瓦的负荷,与一组大型发电机始终运行相匹配似乎是最有效的。 如果我们保持这种分层的跟随负荷和峰值负荷发电植物以处理超过18 GW的负荷,那不是感觉更简单、更美观吗?我们可以确定地设计它,并有信心在需要时发电会存在。我们甚至可以将大型无碳核能与这个基础负荷匹配!但是你必须实际检查相对成本,追求最低成本往往会导致资源配置更杂乱。假设你有一个单一的100兆瓦(MW)联合循环燃气轮机电厂,服务于一个恒定的100 MW负荷(例如,训练模型以写非押韵诗的数据库中心)。该燃气电厂的固定成本约为每兆瓦年$150,000(例如,资本成本、融资、管理费用),可变成本约为每兆瓦时$35(例如,燃料、维护)。如果该电厂全年以满负荷运行,总成本将约为$45.6M。将这 spread across 876,000 MWh 的能源生产,我们得到每兆瓦时的有效成本为$52.12。现在,假设我们考虑将100MW太阳能电厂加入混合。该太阳能电厂每天以约100MW的输出在每小时产生~6小时的太阳能,层次成本约为每兆瓦时$20。结果如下:有趣的是,来自燃气电厂的平均能源成本从 ~$52 上升到 ~$57 每兆瓦时,即使整体成本下降到 ~$49。
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