随着清洁能源在全国范围内持续快速增长，清洁能源技术成为我们主要的电力来源，电网运营商和公用事业公司正在重新审视如何确保电网可靠性和防止电力短缺．
在可再生能源尚未普及的年代，要弄清楚电网能否可靠运行并不难。电网规划者只是简单地预测峰值负荷水平，峰值负荷通常发生在炎热的夏天的下午，并确保他们有足够多的污染化石燃料发电厂，并随时准备在需要时启动。现在我们生活在这样一个时代，这个国家的一些地方生产超过30%他们的电力来自各种可再生能源，这个数字将迅速接近100%在未来的几十年．
为了彻底摆脱化石燃料，我们不仅需要取代化石燃料能源从化石燃料工厂，但能力以及电网可靠性的贡献。然而，要确定可再生能源在多大程度上保证了电网的可靠性，实际上是相当棘手的。
这让全国各地的电网运营商都在问:“我们能在多大程度上依靠可再生能源来防止电力短缺，确保电网的可靠性?”回答这个问题的最佳方法是什么?”
伟大的问题。这个博客有答案。因此，请坐，我将把一个深奥的概念，有效负载承载能力(ELCC)，与它在顺利过渡到清洁能源中的关键作用之间的点联系起来。
多年来，电网操作员的工作变得相当复杂。
一个关键概念:有效承载能力(ELCC)
为了确定可再生能源在多大程度上可以确保电网的可靠性，许多电网规划者采用了一种名为有效承载能力，简称为ELCC。利是不是新的概念，但它的使用在过去的十年里直线上升。
从本质上讲，发电资源的ELCC是衡量该资源在电网最有可能出现电力短缺时产生能量的能力。ELCC通常表示为资源容量的百分比，例如，一个100兆瓦的太阳能发电厂，其ELCC为30%，可以对可靠性要求做出30兆瓦的贡献。
值得注意的是，这里讨论的可靠性要求仅仅是为了防止电力短缺而设计的。然而，有其他停电原因以及ELCC没有真正解决的电网可靠性的其他方面。ELCC是关于资源防止因电力短缺而停电的能力，尽管这种类型的停电是罕见的在美国，这些中断可能会有严重的后果政治后果对失去权力的人也有很大的影响。
ELCC是如何计算的?
计算ELCC值需要概率网格建模。在不深入讨论太多细节的情况下，该过程涉及运行许多不同的模拟，其中电力负荷和可再生能源发电等重要变量在每个模拟中随机变化。执行ELCC计算有几种不同的方法，但它通常涉及确定在所有这些模拟中“替换”一个资源(或一组资源)需要多少“完美容量”。
在这里，“替换”意味着用刚好足够的“完美容量”替换有问题的资源，以实现相同水平的电网可靠性。“完美容量”可以被认为是一个神话般的发电厂，从来没有任何停机，可以立即上升和下降，可以24/7/365运行。(根据定义，完全容量的ELCC为100%。)因此，如果需要30兆瓦的“完美容量”来取代一个100兆瓦的太阳能发电厂，那么该太阳能发电厂的ELCC将是30兆瓦/ 100兆瓦= 30%。
ELCC取决于哪些因素?
当ELCC计算方法应用于现实世界时，很快就会发现结果对一系列因素非常敏感。例如，ELCC的计算取决于所研究的可再生能源技术的类型、用电量的模式以及电网中其他资源的类型和数量。但最终，ELCC是一个度量资源的能力为了防止电力短缺．
因此，影响ELCC计算的主要因素有两个。第一个因素是资源的能力，这决定了当资源发电。第二个因素是电力短缺，或者更具体地说，当电力短缺是最有可能发生的。由于能源使用模式和电网上的资源可以显著影响可能出现的短缺时间，因此它们会严重影响ELCC计算的结果。
例1:决定太阳ELCC的因素
太阳能是资源能力如何影响其ELCC的一个很好的例子。在一年的过程中，太阳生产剖面有自然的变化，这导致不同季节的太阳ELCC值不同。事实上，加州监管机构确实计算过每月利高值对于太阳能和风能，因为它们对可靠性的贡献差异很大。基本的想法是，由于该国的许多地区通常会在夏季下午晚些时候或傍晚早些时候遇到峰值负荷，太阳能在夏季太阳照射到傍晚时更好地确保电网可靠性，但在冬季并非如此。
另一个影响太阳能生产概况，进而影响太阳能ELCC值的因素是技术类型。例如，一个固定倾斜的太阳能发电场的ELCC值会比一个axis-tracking太阳能农场(即当太阳在天空中移动时，太阳能电池板重新定向以面对太阳)。这是因为轴跟踪太阳能发电厂跟随太阳，并继续以更高的水平发电，直到晚上，这是最需要电力的时候。
加州监管机构每月计算太阳能和风能的ELCC值。ELCC值一般在春季和夏季较高，此时太阳能和风能生产廓线与峰值负荷时间更接近。
数据来源:CPUC
例2:随着可再生能源的上升，ELCC下降(但实际上比这更复杂)
正如我已经提到的，ELCC值在很大程度上取决于当电力短缺最有可能发生，电网中现有资源的类型和数量对电力短缺的可能时间有重大影响。这导致了一个有趣的现象，即资源的数量影响自身的ELCC．例如，在保持所有其他变量不变的情况下，当你向电网添加更多的太阳能时，太阳能的ELCC就会下降。
为什么会发生这种情况?您添加到电网的第一个太阳能发电厂是一个可靠性巨星，可以轻松解决白天的可靠性不足。但随着越来越多的太阳能发电厂同时发电，所有这些太阳能发电厂都有效地防止了白天的可靠性问题，剩下的可靠性挑战转移到晚上，而太阳能则无能为力。在这一点上，增加更多的太阳能对防止电力短缺几乎没有什么帮助。
不幸的是，ELCC在现实世界中要复杂得多，因为您从来没有“保持所有其他变量不变”。在现实中，不同类型的发电资源相互作用，创造“多样性收益”，可以提高ELCC的价值。
例如，增加大量太阳能发电可以将可靠性问题转移到晚上，这将增加在晚上发电的风力发电的ELCC。但是，增加夜间发电的风力发电可能会把可靠性问题推到白天，增加太阳能的ELCC。因此，可再生能源的多样性可以提高ELCC值，并确保电网可靠性高于单个可靠性贡献的总和。因此，在向清洁电力过渡的过程中，可再生能源的多样性可以成为确保电网可靠性的关键组成部分。
随着越来越多的太阳能和风能加入电网，这些资源的ELCC会下降。然而，当太阳能和风能加在一起时，“多样性效益”提高了ELCC值，提高了电网可靠性。
为什么ELCC很重要?
为了成功地摆脱化石燃料，实际上关闭煤和天然气工厂，你不能仅仅取代这些工厂的能源，你还必须取代它们的可靠性贡献。添加替代可再生能源能源进入电网很容易，但要弄清楚你可以在多大程度上依赖可再生能源要复杂得多能力防止电力短缺，确保电网可靠性。
这就是ELCC发挥作用的地方——它是电网运营商用来衡量可再生能源可靠性贡献的主要方法之一。精确的ELCC计算可以帮助顺利过渡到由高水平可再生能源供电的电网，确保在电网转型过程中保持照明。
最后，你们中的一些人可能会想，为什么我没有提到能源储存，它在向清洁能源的过渡中扮演着至关重要的角色。当然，我之所以保持沉默是有原因的:ELCC在能源存储中的应用非常复杂，值得专门为它写一篇博客……很快就会发布!