中国储能网讯：2024年4月8日，北美多地出现日全食。日全食首先出现在南太平洋上空的墨西哥，再进入美国得克萨斯州（以下简称“得州”），随后向东北方向移动，从缅因州进入加拿大。
日食发生时，到达地面的太阳总辐射会衰减，从而影响光伏出力。当月球完全挡住太阳光时会出现日全食，日全食一般在途经的地方持续几分钟，日偏食则可能持续几小时。
日食所引发的光伏出力异常波动可能威胁电网可靠运行。为应对此次日全食，北美各地电网提前准备，日食期间未发生停电或其他故障。
日食期间美国电力系统经历了什么
美国能源信息署（EIA）的数据显示，此次日全食期间美国超过6.5吉瓦集中式光伏电站无法出力。美国全境经历了不同程度的日照限制，全国约84.8吉瓦（集中式和分布式）的光伏全部或部分受到影响。
分区域看，得州电网受日全食影响最显著。EIA在日食前估算了美国各地集中式光伏电站的电量损失，结果显示，得州的光伏电站受影响最大，约17吉瓦，损失的电量比重高达90%—99%。加州大部分地区都处于部分遮挡范围内，光伏发电量减少40%—59%，但加州的集中式和分布式装机规模都很大，因此对电网冲击也较大。PJM电网将约有4.8吉瓦集中式光伏受到影响，美国中西部大陆电网（MISO）受日食影响可能相对较小，仅4吉瓦集中式光伏有发电量损失。
得州电力可靠性委员会（ERCOT）的网站显示，4月8日得州天气晴朗，美国中部时间下午12：20到1：25之间，日全食出现，光伏发电出力陡然下降，集中式光伏出力从13.5吉瓦暴跌至1.3吉瓦。电力供需不均衡会危及电网稳定运行，净负荷（净负荷=实际负荷－可再生能源出力）的迅速变化给系统带来了巨大的爬坡压力。
日食期间，屋顶光伏用户也无法自给自足，系统总负荷相应增加。下午3：07日食结束时，电网恢复了正常运行，但这时光伏电量猛增。ERCOT数据显示，当日下午4点光伏出力反弹至平均每小时12吉瓦，系统总负荷也相应下降。
最初，ERCOT调用了约2.5吉瓦储能满足系统需求，随后又增加气电机组。气电出力水平从19吉瓦升至27吉瓦，是调峰的主力电源。核电和煤电出力基本维持稳定，略低于11吉瓦，其余电量由风电、水电等其他电源提供。为保障电网安全稳定运行，储能和部分联合循环气电机组还为系统提供了调频和运行备用等辅助服务。
图1：得州电力可靠性委员会事前对4月8日全食光伏出力情况预测
来源：ERCOT
日食期间系统净负荷迅速变化，令得州电力现货市场实时价格波动明显。如图2所示，日食前实时电价为50美元/兆瓦时。随着光伏发电量的下降，系统转而调用其他边际价格较高的电源，日食期间电价迅速飙升至870美元/兆瓦时，随后下降到500美元/兆瓦时。日食结束后电价恢复至平时的水平。
图2：4月8日得州电力现货市场价格波动
来源：ERCOT
如何预判日全食的影响
据北美电力行业资深专家介绍，评估日食对电力系统的影响时，既要考虑当地光伏发电的占比，还要考虑日食当天的天气状况。在光伏占比高的地区，日食对电力系统产生的影响较大。天气晴朗时，日食对光伏出力影响较为明显；阴天时则影响较小。
以加拿大某省为例，光伏发电仅占该省发电量的1%。该省天气晴朗时的光伏出力约4000兆瓦。据当地电力从业者介绍，由于该省日全食当天是阴天，光伏出力仅1700兆瓦，日全食则进一步将光伏出力水平减少至400兆瓦。而在美国得州，集中式光伏装机容量达22258兆瓦，是得州的第二大电力来源，仅次于天然气发电，日全食前光伏发电量占该地区总发电量约25%。EIA的数据显示日全食当天得州天气晴朗，光伏出力较往常减少约8900兆瓦。
前述专家认为，一般来说，天气阴晴比日食对电力系统的影响更大更长久。这是由于日食的发生时间和经过路径通常提前几年便可预测，且预测精准度很高，因此，日食期间光伏出力预测的准确率也相对较高，系统运营商有充足的时间做预案。而传统气象预测偏差大，尤其是阴晴不定的天气对光伏出力预测的准确率影响很大。
另外，日食持续时间短，对电网的影响远远小于持续时间更长、破坏性更强和更难预测的冰冻、雨雪等极端天气对电网的影响。
分布式光伏占比也是一项考虑因素，占比高的地区受影响更大。首先，日食期间分布式光伏电量锐减，自发自用的户用分布式光伏用户对主网的用电需求增加，电网运营商需要调用其他机组保障电力供应。待日全食结束，光伏很快又能发电，这类用户对主网的用电需求下降，这时大量集中式光伏也具备发电条件，电网运营商需要快速关停部分机组，避免大量光伏发电涌入系统影响系统平稳运行。
“如果某地多是集中式光伏，电网可提前安排受日食影响较重地区的光伏电站停运或降低功率运行，避免光伏发电大规模快速波动。但电网无法调控位于表后的分布式光伏，户用光伏通常应发尽发”，上述专家解释。
不过他同时指出，未来随着储能的增加，户用分布式光伏发电对电网产生的冲击会减小。目前北美多地都计划大规模部署储能，储能是目前应对短时间供电不足和快速爬坡需求最好的手段。例如，美国纽约州计划到2030年部署6吉瓦储能，提高系统灵活性。而且，与户用光伏配套的储能也在快速扩张，日食期间储能放电亦可供应至少两小时电力，减小电网平衡压力。
电网如何提前应对
为了应对日食期间光伏出力迅速下降和提升，电网通常提前十几天开始准备预案抵御冲击，并在日食临近前几天根据天气预报进行具体部署。
据电力系统相关专家介绍，北美电网应对日食的预案通常包含6种方式。
首先是增加运行备用。在北美，运行备用通常是指事故备用，分为旋转备用和非旋转备用，是为了应对系统出现一些预期之外的变化（如某些机组突然出现故障无法出力）而预留的发电空间，可有效管理小型瞬时供需失衡和涉及供需的大型意外突发事件。同时，因为运行备用的增加，备用和能量的联合优化也可以产生更多的机组组合方案，为电网的实时运行提供更多的爬坡能力。
第二是增加调频服务。如果机组出力无法跟上电网负荷的增长，系统频率就会偏离正常值，系统运营商通过调速系统、自动功率控制等方式，调整有功出力减少频率偏差，应对瞬时故障等异常情况。
第三是保证快速启动机组及时调动。快速启动机组是指可在5分钟到半小时内能并网运行的机组，如电池储能、抽水蓄能、单循环燃气机组，可在系统需要时随时上线。
第四是提前调度慢启动机组。如燃气—蒸汽联合循环机组需要提前70—90分钟预热才能让机组达到最小出力水平，属于慢启动机组，需要电网提前下发调度指令。
第五是调度集中式光伏发电。提前安排受影响较重地区的大型光伏电站停运或降低功率运行，避免光伏发电功率的大规模快速波动。
第六是减少负荷，如通过需求侧响应和降低联络线外送功率等方式，减小电网压力，提高电力系统抵御冲击的能力。
这次日全食期间，各地的负荷和发电预测水平普遍较高，没有发生停电或其他故障。
根据测算，2026年8月12日还将发生一次日全食，届时将经过格陵兰岛、冰岛、西班牙、俄罗斯和葡萄牙的一小部分地区，而欧洲、非洲和北美的部分地区将经历日偏食。未来两年西班牙、葡萄牙光伏装机增长迅猛（两国2030年的光伏装机目标分别为76吉瓦、20.4吉瓦），预计8月的日偏食将对两地电力系统运行造成较大影响。
