位于夏威夷群島最北端的考艾島做出了顛覆常識(shí)的嘗試。

　　通常，電力高峰時(shí)的供需平衡要由能應(yīng)對(duì)劇烈變化的進(jìn)口化石燃料火力發(fā)電來(lái)調(diào)節(jié)。但石油火力發(fā)電的成本相對(duì)較高。因此，為了降低電力的供給成本，一直在推行對(duì)夜間電力減價(jià)等，以求將需求從最大的白天轉(zhuǎn)移到其他時(shí)段的“錯(cuò)峰”。

　　然而考艾島卻是上午9點(diǎn)至下午3點(diǎn)的電力單價(jià)比夜間還要“便宜”！其原因竟然是光伏發(fā)電。

　　為考艾島供電的非營(yíng)利協(xié)同組合運(yùn)營(yíng)的電力公司Kauai Island Utility Coop（KIUC），其在夏威夷州最大規(guī)模、太陽(yáng)能電池板輸出功率為14.5MW（并網(wǎng)輸出功率為12MW）光伏電站于2015年11月初開(kāi)始了運(yùn)行（圖1）

　　圖1：夏威夷州最大規(guī)模的百萬(wàn)光伏電站。電池板容量為14.5MW（攝影：REC Solar）

　　美國(guó)光伏發(fā)電滲透率最高的夏威夷州

　　在美國(guó)，說(shuō)到“光伏發(fā)電的領(lǐng)先地區(qū)”，人們首先會(huì)想到擁有全美50％以上份額的加利福尼亞州。但從人均光伏發(fā)電導(dǎo)入量來(lái)看，夏威夷州要遙遙領(lǐng)先加利福尼亞州，是真正的No.1。因?yàn)橄耐闹?2％的家庭都設(shè)置了光伏發(fā)電系統(tǒng)。為何由一些小島構(gòu)成、土地也并不廣闊的夏威夷州光伏發(fā)電的導(dǎo)入領(lǐng)先？原因在于該州有美國(guó)第一高的電價(jià)。美國(guó)能源部（DOE）能源信息課（US Energy Information Administration：EIA）發(fā)布的2014年數(shù)據(jù)顯示，美國(guó)的家用電費(fèi)平均單價(jià)為12.5美分/kWh，而夏威夷州的平均單價(jià)為37.34美分/kWh，為美國(guó)整體平均值的約3倍。順便一提，加利福尼亞州的平均單價(jià)為16.29美分/kWh，約為夏威夷州的二分之一。就是說(shuō)，托高電價(jià)的“福”，夏威夷州率先實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)平價(jià)（光伏發(fā)電成本與電價(jià)相同或低于電價(jià)）。光伏發(fā)電的投資效率和經(jīng)濟(jì)效益也格外地高于其他州。

　　光伏發(fā)電的大量導(dǎo)入引起需供失衡

　　考艾島的KIUC開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)的夏威夷最大規(guī)模百萬(wàn)光伏電站名為“Anahola”。鋪設(shè)了5萬(wàn)6000張?zhí)?yáng)能電池板，能滿(mǎn)足全島白天20％的電力需求。為了減少該光伏電站給電力系統(tǒng)帶來(lái)的負(fù)載，還并設(shè)了輸出功率為6MW的鋰離子蓄電池（法國(guó)Saft公司生產(chǎn)）。

　　KIUC開(kāi)展發(fā)電、送配電及零售等全套電力業(yè)務(wù)，目前擁有客戶(hù)3萬(wàn)3000名。在KIUC的管轄范圍內(nèi)，發(fā)電業(yè)務(wù)用百萬(wàn)光伏電站與住宅用屋頂設(shè)置型光伏發(fā)電設(shè)備加在一起，已經(jīng)有約50MW的光伏發(fā)電設(shè)備發(fā)電在發(fā)電。

　　順便一提，該電力公司預(yù)計(jì)，到2015年年底之前，百萬(wàn)光伏電站等可再生能源將滿(mǎn)足38％的電力需求（圖2）。并且，在2015年6月通過(guò)美國(guó)首個(gè)“可再生能源100％法案”的夏威夷州，預(yù)計(jì)光伏發(fā)電將進(jìn)一步普及。不過(guò)，光伏發(fā)電的大規(guī)模導(dǎo)入也存在問(wèn)題。

　　圖2：KIUC各類(lèi)資源的發(fā)電比較。2009年和2015年（出處：KIUC）

　　設(shè)定白天電價(jià)比夜間低25％

　　在夏威夷州，電力需求高峰在夜間，因此白天輸出的光伏發(fā)電會(huì)出現(xiàn)供求失衡，可能會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行故障。夏威夷州典型的一日電力需求負(fù)荷（日負(fù)荷曲線(xiàn)）在深夜至清晨最低，之后逐漸升高（圖3）。白天比較平緩，下午5點(diǎn)以后開(kāi)始持續(xù)大幅升高，到傍晚之后迎來(lái)最大需求（峰值）。有些地區(qū)甚至發(fā)生了光伏發(fā)電的發(fā)電量大幅超過(guò)白天電力需求的情況。

　　圖3：夏威夷州一天的電力需求負(fù)荷（日負(fù)荷曲線(xiàn)）（出處：HECO）

　　為了防止好不容易設(shè)置的、無(wú)需燃料費(fèi)的光伏發(fā)電抑制輸出，減少夜間高峰時(shí)石油火力發(fā)電的運(yùn)轉(zhuǎn)，KIUC制定了將電力消費(fèi)高峰由夜間轉(zhuǎn)移至白天的電力計(jì)劃。

　　KIUC在光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出電力的上午9點(diǎn)至下午3點(diǎn)間，將電費(fèi)單價(jià)較夜間降低了約25％（相當(dāng)于約8～10美分／kWh）。這種電價(jià)方案已對(duì)設(shè)置了智能電表的家庭客戶(hù)為對(duì)象在實(shí)施，據(jù)稱(chēng)將優(yōu)先公寓住戶(hù)以及因沒(méi)有足夠的資金而無(wú)法設(shè)置光伏發(fā)電系統(tǒng)的家庭。

　　KIUC將為參與者免費(fèi)提供可實(shí)時(shí)顯示用電量的顯示器，另外，為促進(jìn)白天的電力消費(fèi)，對(duì)新安裝電熱水器用計(jì)時(shí)器等時(shí)，還將提供相當(dāng)于200美元的補(bǔ)助。據(jù)稱(chēng)，該項(xiàng)目首先將試行1年。其間將收集數(shù)據(jù)，用來(lái)確定是擴(kuò)大該項(xiàng)目還是將商業(yè)客戶(hù)也包含在內(nèi)等的方向性。2015年10月已開(kāi)始征集正式參與者，2016年第一季度開(kāi)始實(shí)施。