报告：输电和可再生能源将减少美国西部的碳排放和发电成本
如果美国西部目前正在建设并处于审批后期阶段的所有高压输电线路都能在 2030 年之前建成，从而能够建设新的可再生能源项目，那么美国西部的二氧化碳排放量将比 2005 年下降 73%。与大多数此类项目未建成的参考案例相比，到 2030 年，能源生产成本也将下降 32%。
这是美国能源部太平洋西北国家实验室的一份新报告的结果，该报告研究了美国西部的新输电和可再生能源项目如何带来经济效益并减少二氧化碳排放。这份名为《西部互联基线研究》的报告于 2024 年 9 月 13 日发布。该报告是国家输电规划研究的一部分。
“西部互联基线研究使用电网行业最可靠的数据来研究未来输电和可再生能源项目如何降低碳排放并节省成本，同时保持西部电网的稳定和可靠，”太平洋西北国家实验室电力系统研究工程师、该研究的主要作者康斯坦丁诺斯·奥科诺穆 (Konstantinos Oikonomou) 说。
在美国，超过 70 万英里的输电线路将化石燃料发电厂、核电站、风能和太阳能发电场、储能系统和水力发电厂等发电机产生的电能输送到各个地方。电网的这一骨干网络将电能输送到各个城市、社区，最终输送到各个消费者。
最近，美国能源部一直在研究如何通过扩大输电来帮助整合更多可再生能源、降低发电成本并减少电网运营产生的碳排放。为了支持这项工作，太平洋西北国家实验室的一个团队进行了一项基线分析，仅考虑了西部互联电网（为 16 个西部州和 2 个加拿大省供电的电网）正在筹备中的大型新输电项目的影响。
模拟更多输电和可再生能源
为了研究新输电线路和可再生能源的影响，研究团队建立了西部互联网络模型，该模型包含了目前处于开发或许可后期阶段的 12 个输电项目。这 12 个项目将增加 3,000 多英里的新输电线路，将怀俄明州等地与南加州、内华达州和亚利桑那州西部连接起来。
生产成本建模分析的建模输入和输出。来源：西部互联基线研究（2024 年）
研究人员随后添加了可能利用这一新输电能力建设的风能和太阳能项目以及储能系统。截至 2024 年 7 月，西部互联拥有 30 千兆瓦风能、38 千兆瓦太阳能和 14 千兆瓦储能。该报告的情景将到 2030 年再增加 35 千兆瓦风能、31 千兆瓦太阳能和 12 千兆瓦储能。
研究人员利用西部互联的新模型模拟了一年中典型的能源需求和发电情况，该模型具有更多的输电能力和 68 吉瓦的可再生能源。模拟包括了现实条件，电力需求和发电量会因一天中的时间、温度和天气条件而下降和上升。研究人员还研究了一年中能源生产和运输成本的波动情况。
该模型显示，到 2030 年，更多、更便宜的可再生能源并入电网将取代现有化石燃料发电厂 15% 的发电量，并减少 73% 的二氧化碳排放量（与 2005 年的水平相比）。发电成本也将下降 32%。
此外，新的输电线路为加利福尼亚州等州带来了新的能源进口机会，目前加利福尼亚州从太平洋西北部的水力发电机进口部分能源。报告指出，西南部的新输电线路将使加利福尼亚州能够从新墨西哥州和怀俄明州的风力地区进口风能。
PNNL 首席电力系统研究工程师、该研究报告的共同作者纳德·萨曼 (Nader Samaan) 表示：“由于我们已经开发出电力流案例，可以展示在不同发电组合下，电力在不同运行时间内如何流经电网，西部互联电网的电网规划人员可以在未来的规划中使用这些研究案例。”
可再生能源打造稳定电网
研究人员还想弄清楚这个假设的未来西部互联系统是否能承受重大故障。他们考虑了两种情况：发电中断和电力传输中断。
两次故障都模拟发生在 2030 年 7 月 29 日下午 4 点。研究人员之所以选择这个日期，是因为之前的分析表明，随着人们打开空调，电力需求往往会在仲夏达到峰值。他们之所以选择下午 4 点，是因为随着太阳开始在傍晚下降，太阳能发电量在傍晚开始下降。
萨曼说，第一种紧急情况是亚利桑那州的一座核电站失去两台发电机组，相当于“两到三个大型火力发电厂”。这种损失将对电网造成巨大打击，可能导致数千名用户停电。
研究人员发现，在可再生能源比例较高的电网中，能源存储系统将启动，提供电网抵御大规模发电损失所需的稳定性。
“在发电机停止发电之前，储能系统正在充电。但是一旦系统失去发电能力，储能设备就有足够的储备能量来停止充电并增加发电量以稳定电网，”萨曼说。
第二种紧急情况是，一条从俄勒冈州南部向加利福尼亚州北部输送 3,100 兆瓦电力的输电线路发生故障。在这种情况下，电网仍然保持稳定，因为新的输电线路将支持现有网络，通过替代路径重新路由电力。
国家输电规划研究
PNNL 电网顾问保罗·韦瑟比 (Paul Wetherbee) 表示，新报告“表明，通过公用事业公司、开发商和可靠性工作组的精心规划，新的输电线路和可再生能源即使在需求大幅增长的情况下也能保持电网稳定”。
它还支持美国能源部的国家输电规划 (NTP) 研究，该研究调查了不同的输电扩张方案并向决策者提供建议。西部互联基线研究是 NTP 研究中使用的模型的“基准案例”，该研究定于今年晚些时候发布。
NTP 研究由美国能源部电网部署办公室牵头，并与太平洋西北国家实验室和国家可再生能源实验室合作，旨在确定能为电力客户带来广泛利益的输电方案，为区域和跨区域输电规划流程提供信息，并确定跨区域和国家战略，以加速脱碳，同时保持系统可靠性。
NTP 研究由几份配套报告补充，包括这份关于新输电和可再生能源项目将为美国西部带来的经济效益的最新报告，以及之前两份关于市场和运营实践以及跨区域可再生能源区的报告。
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