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图解日食对智利光伏发电的影响

2019年7月2日下午,日食现象在南太平洋和南美洲上空出现。智利、阿根廷的部分地区处于月球的本影区,可观测到日全食。此次日食开始于南太平洋,本影区向东移动并横穿南美洲(图1)。智利城市拉塞雷纳(La Serena)是首先观测到日全食的城市之一。日食于智利标准时间15点22分开始,16点38分日全食开始,持续约2分钟,整个日食结束于17点46分,接近日落时间。智利的光伏发电在日食期间降低,但整个国家的电力供应并未受到影响。

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1:月球阴影的移动轨迹

来源:NASA


智利非常规可再生能源快速发展

受地理条件等因素的限制,2017年之前,智利电网由4个相互独立的部分组成。2017年,北部电网(SING)和中部电网(SIC)联网,组成新的国家电力系统(Sistema Eléctrico Nacional),覆盖全国98.5%的人口。截至2018年底,智利国家电力系统的装机容量为24.6 GW2018年度发电量为76738 GWh。两大电网的联网也有利于可再生能源在更大范围内的开发和利用。

 

近年来,以光伏发电、风电为代表的非常规可再生能源在智利快速发展。智利能源部公布的数据显示,截至2018年底,非常规可再生能源在全国发电装机容量中的占比为20.8%,较2017年提高2.9个百分点。2018年智利新增的715 MW发电装机中,32%来自风电,59%是光伏发电。智利的光伏装机容量由2012年的2 MW上升到2018年的2137 MW,约占智利全部发电装机的8.7%

 

上世纪90年代,水电是智利的主要电源,随后被化石能源发电超越(图2)。近年来,非常规可再生能源的发电量不断增加。2018年度,光伏发电在智利全部发电量中的比例达到7.1%,并有望在2019年达到9.4%


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21990-2016年智利发电量构成

来源:国际能源署



日食对智利光伏发电的影响

如图3所示,黄色曲线是对72日光伏发电的预测,蓝色曲线是71日光伏的出力情况作为参考,红色曲线为日食当天光伏的实时功率曲线。日全食发生时,智利全国的光伏输出功率由当日最高的1450 MW降至200 MW以下。日全食达到极点后,太阳逐渐露出,光伏的输出功率开始回升。由于此时已经接近日落,功率曲线又同平日一样逐渐趋零。


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372日智利光伏发电功率曲线

来源:Coordinador Eléctrico Nacional


为了应对此次日食,智利能源部和电力调度机构(Coordinador EléctricoNacional)提前数月进行准备工作,针对不同情景制定了应急方案,以保证电力系统的正常运行。日食发生时,水电和天然气发电的输出功率上升,弥补了光伏的供电缺口。如图4所示,虚线部分为日食发生的时段,与前一日和后一日功率曲线对比,可以更加直观地看到各类电源输出功率的变化情况。通过对灵活性电源的调度,智利的电力供应并未受到日食的影响。

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471-3日智利发电功率曲线

来源:Coordinador Eléctrico Nacional



日食检验电力系统的灵活性

日食并非罕见的天文现象。上一次日全食发生于2017821日,日食的本影区横贯美国东西海岸。电力系统运营商CAISO负责加利福尼亚州大部分区域的电网运行,其范围内的光伏发电装机容量约为10 GW。在一天的部分时段内,光伏发电可以满足全网40%的负荷。日食发生时,CAISO损失的光伏输出功率超过5 GW。通过增加水电和天然气发电出力、提高区域外购电比例等措施,CAISO保障了电力系统的稳定性。根据预测,南美洲下一次日全食将于20201214日发生。届时,月球的本影区仍将经过智利、阿根廷等国家,电力系统的灵活性又将迎来新一轮考验。


Everything under the sun is in tune, but the sun is eclipsed by the moon.



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