一直以來，美國未實現大規(guī)模風電及光伏發(fā)電并網的兩個主要理由是它們的可控性及可調度性差，并且成本高昂。而電網運營商們漸漸發(fā)現，事實并非如此。
“紐約電力調度中心(NewYorkISO)是首個將風電這種分布式間歇性資源應用于電力經濟調度及阻塞管理的。當時人們認為利用風電并網來維護電網的穩(wěn)定性真是個瘋狂的舉措，”國家可再生能源實驗室(NREL)的高級研究工程師埃瑞克艾拉說，“但如今在美國幾乎每一個電力調度中心都開始這么做。我們還將進一步利用風電的靈活性，為維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性提供更多支持。另外，大規(guī)模的光伏發(fā)電也將逐步并網來保證電網穩(wěn)定性。
美國國家可再生能源實驗室(NREL)、美國電力研究院(EPRI)及科羅拉多大學正在研究如何實現風電和光伏發(fā)電的有功功率控制，從而使它們像傳統(tǒng)能源發(fā)電那樣保持電網的穩(wěn)定性。研究重點集中在有功功率控制的調節(jié)儲備和一次調頻兩方面。
“有功功率控制是通過控制發(fā)電機組的出力來平衡輸入功率與負荷功率。”艾拉解釋道，“提供調節(jié)服務是實現有功功率控制的途徑之一，即使是在短時間內。”例如，當大型發(fā)電機組突然出現故障時，需要提供備用電力來補充電網的電力損耗，這時就可以通過有功功率控制維持電網的穩(wěn)定性。此外，它也能在線路負荷和可再生能源出現間歇性變化，需要平衡時穩(wěn)定電網。
艾拉表示，電網運營商希望有更好的方法解決輸電線路過載，電壓下降和頻率變化方面的問題，但他們未曾考慮過利用新能源發(fā)電的有功功率控制來穩(wěn)定電網，而電力監(jiān)管機構也沒有這方面的推薦和建議。風力渦輪機制造商說，他們有足夠的技術支撐來提供新能源發(fā)電的有功功率控制這項服務，但似乎新能源開發(fā)商們并沒有對這方面的需求。而對新能源開發(fā)商們來說，由于電網運營商對這項服務需求不大，因此抬高成本以開發(fā)新能源的性能，意義甚微。電力監(jiān)管機構則認為，傳統(tǒng)能源發(fā)電本身已經可以維持電網的穩(wěn)定性了，因此要求電網運營商們從新能源開發(fā)商那里購買這項服務也是沒有意義的。因此關鍵在于如何將各方觀點綜合起來從而達到利益平衡。
調節(jié)儲備可以修正經濟調度的時間間隔內電量不平衡的狀況。艾拉解釋道，它比常規(guī)的調度速度稍快，是系統(tǒng)操作者根據發(fā)電機輸出功率的時刻變化來判斷的。美國大平衡地區(qū)，地區(qū)輸電組織(RTOs)、電力調度中心(ISOs)，以及垂直一體化集團公司都有大量調節(jié)備用容量。
研究表明，風電在一定時間內可以提供比傳統(tǒng)能源“更快更準確”的服務。因為傳統(tǒng)能源發(fā)電有降低反應速度的熱時間常數，而風電完全是動力電子過程，因此能夠實現即時反應。
要滿足平衡電網的需求，調節(jié)備用容量在輔助服務市場將是收益非?？捎^的一項服務。通常電力市場在調節(jié)備用容量服務上的支出比購買能源本身高很多，而且隨著更多新能源并入電網，這種花費將更加頻繁。艾拉舉例說，現如今備用容量市場已達到每千瓦時$0.21(每兆瓦時$209.02)。
一項系統(tǒng)仿真實驗的結果顯示，若美國加利福尼亞的所有風力發(fā)電廠都采用風電來提供調節(jié)備用容量，該區(qū)電力調度中心可在兩個月間將收益提升400萬美元。此外，還有很多其他方式能夠繼續(xù)增加收益。
一次調頻能減少電網頻率的變化。它的必要性在于，當大型發(fā)電機脫機時，所有連結的裝置都會同步減速，降低頻率來彌補功率損失。如果頻率下降太多，就要甩負荷或限電來避免大規(guī)模災難性停電。
研究顯示，若輸電系統(tǒng)中40%以上的電力直接由風電提供，當風電的頻率響應不充足時，電網性能就會降低;而系統(tǒng)仿真實驗中，若由風電提供頻率響應，電網性能將有非常顯著的提升。
艾拉說，造成調節(jié)儲備和頻率響應分離的主要經濟因素是頻率響應沒有相應的輔助服務市場。電網運營商和新能源發(fā)電商沒有足夠的市場激勵來經營這項服務。另外，頻率響應的服務供應每年都在下降，我們認為，一定要有充足的市場激勵來提供頻率響應服務所需的資源，否則這項服務的供應將持續(xù)下降。因此，我們必須保證一次調頻這些輔助服務有足夠的市場激勵，艾拉說，并且不能再阻止任何機構提供相關服務。
利用新能源發(fā)電實施有功功率控制的前提條件是，讓發(fā)電商們都選擇參與到這個市場，并設置合理的市場規(guī)則，使發(fā)電商獲得盡可能高的額外稅收，這樣可再生能源發(fā)電將比其他方式表現得更加卓越。有關研究顯示，風電最適合實施有功功率控制，且其質量遠遠超過其他的發(fā)電方式。它是電網的維護者，而非損害者。
