未来的能源市场每天会发生什么?

风能和太阳能在美国正迅速增长。随着这两种能源在电力结构中的比重越来越大，它们的增长提出了新的问题:太阳能和风能如何影响能源价格?而且，由于发电厂的寿命长达数十年，政策制定者和投资者应该考虑如何确保电力基础设施投资在未来获得回报?

我们在劳伦斯伯克利国家实验室的研究小组决定看看风能和太阳能的更高比例会对这些问题产生什么影响。在我们的最新研究在美国，我们发现这些能源的高份额导致了电力系统的一些深刻变化。

特别是，我们的研究表明，太阳能和风能往往会降低能源价格，但会增加电网运营的复杂性，这对监管机构具有重大影响。对于消费者来说,这项研究提醒我们,使电网清洁风能和太阳能是一个不断发展的过程,需要重大改变电网是如何运行的,但提供了大量的机会,如果我们作为一个国家变得更加灵活,当我们可以使用电力。

长期决策

之前的分析，包括我们自己的分析，数据显示，太阳能和风能已经影响到批发电力市场，导致能源价格出现更多波动。

太阳能的生产，当然，跟随着太阳，在早上增加，在中午产生最多，在晚上下降。风能输出取决于天气、季节和地理位置。太阳能是相当可预测的，尤其是在干燥的气候条件下，而风能可以提前数天或数小时预测，具有一定的准确性，但两者都有很大的差异。由于这些原因，太阳能和风能也被称为可变可再生能源(VRE)来源。

风能输出取决于天气、季节和地理位置。太阳能和风能差别很大。

我们最近的研究着眼于，如果风能和太阳能在未来的高水平使用，某些基于反映低VRE水平的假设所作的政策决定是否仍能实现其预期目标。

例如，公共事业部门的项目管理员被要求为能源效率措施选择最具成本效益的方案。由于太阳能所占比例很高，该公司可能希望在晚上太阳能发电量下降的时候减少需求，而不是在中午有充足的无排放电力的时候。因此，人们对节能的关注焦点可能从空调转向照明，而空调通常在一天最热的时候需要更多的能源。

另一个问题是如何配置电动汽车充电器:由于有大量的太阳能发电，最好是将充电器放在商店或办公楼里，以便在中午太阳能发电量高的时候充电。但在夜间风力强劲、风力涡轮机多的地区，当电动汽车停在车主的住所时，电力可能是最便宜、最清洁的。

无燃料成本等于较低的能源批发价格

我们的研究着眼于两种情况下的价格变化:高端和低端产品水平。我们使用详细的网格模拟来关注美国四个电力市场的2030年:加利福尼亚的CAISO，德克萨斯的ERCOT，中西部的SPP和纽约的NYISO。该分析对比了风能和太阳能占40% - 50%的市场结果，以及反映2016年水平的低可再生基准。

相比之下，加州的市场是这样的14%的太阳能2016年风能占7%(州法律要求到2030年风能和太阳能占40%)。虽然德州风力涡轮机的总发电量占德州总发电量的13%，在全国处于领先地位，但中西部的风带地区拥有最大的风力发电份额——2016年接近20%，但几乎没有太阳能发电。与此同时，纽约制定了雄心勃勃的2030年目标，但到目前为止，风能(3%)和太阳能(1%)还很少。

批发价格效应预计将大幅下降——在一年内下降15%到近40%——40%的电力由风能和太阳能提供。礼貌的劳伦斯伯克利国家实验室。

风能和太阳能高水平的最基本变化与何时用电便宜或昂贵以及这些模式的规律性程度有关。

在竞争激烈的批发市场，企业竞相向运营地区电网的实体供应电力。价格由投标决定，并根据供求按小时设定。所有中标者均按市场出清价支付。

在竞争激烈的批发市场，企业竞相向运营地区电网的实体供应电力。

因为太阳能和风能没有燃料成本，他们可以低价竞标以确保他们的电力在市场上被接受。市场上风能和太阳能越多，清算价格下降的频率就越高。在今天的市场上，我们已经看到有时价格会跌到零甚至负值。

大量的太阳能改变了每天的价格模式。举例来说，由于德州太阳能类股高企，批发价格在中午会暴跌至平均每百万瓦时10美元，然后在晚上上涨至平均每百万瓦时80美元。作为参考，1兆瓦时(MWh)的电量比美国国家电网的总电量略多一点普通美国家庭一个月的消费。

在中午时段，太阳能将成为首选的能源，因为没有燃料成本，导致所有发电机的价格都很低，而随着更多的太阳能进入电网，这一问题变得更加严重。礼貌的劳伦斯伯克利国家实验室。

在风能和太阳能向电网提供能源的比例很高的情况下，根据地区和可再生能源的混合情况，低价时段(低于5美元/MWh)的频率会增加到3%到19%。德克萨斯州的高太阳能，由于与邻近地区的电力连接有限，经历了最高的周期和接近零的价格。

能源价格低于每MWh 5美元时的工时份额。礼貌的劳伦斯伯克利国家实验室。

平均每小时的批发价格随着VRE的渗透而下降，根据地区和风能和太阳能的混合，每MWh下降5- 16美元。平均批发价的下降和非常低的价格周期的普遍出现，将影响在这些时间内运行的小型和非弹性发电机(如核电和燃煤电厂)的盈利能力。

对随需应变能力的更大需求

价格波动增加与较高的VRE股票，特别是在大风的情况下。在CAISO，春季早晨的价格可以在0到50美元/MWh之间波动，但在较低的VRE场景中，价格下降的幅度要小得多。

用于填补短期电力缺口的辅助服务的平均价格预计将随着风力和太阳能的变化而大幅上涨。礼貌的劳伦斯伯克利国家实验室。

最后，我们发现在太阳能发电量下降后，高峰时段从中午转移到了晚上。这些新的“净峰值”持续时间较短，但分布在一年中的天数更多。

用于填补短期电力缺口的辅助服务的平均价格预计将随着风力和太阳能的变化而大幅上涨。

虽然峰值通常是通过增加传统发电厂来满足的，但净峰值持续时间较短，为目标能源效率创造了机会，降低了电力需求(需求响应)、零售价格的变化反映新的峰值时间，甚至是电池。

这项研究只强调了这些变化的价格模式对电力部门需求和供应决策的可能影响。但是，它为以后在较低和较高的VRE期货中对这些决策进行有计划的定量评估提供了基础。