（本文发自2014年7月）2015年3月20日，北半球将发生一次大范围日全食过程，发生地区包括冰岛、欧洲、非洲北部、亚洲北部。德国正好处于日全食的发生地区范围，发生时间在上午10点左右。虽然日全食只持续2分46秒，但后果可能非常严重。    
 

日全食对德国电力系统的影响

      当在出现日全食时，几分钟内到达地球表面的光照就会由最强变为最弱，甚至消失，对应的光伏出力也会由最大迅速降至最低，甚至是零；而日全食消退后阳光又会快速恢复普照大地，此时光伏出力又会瞬间从零上升到最大。    
          当一个电力系统内光伏比例很小的时候，日全食也不是什么问题，因为大系统完全可以承受小规模光伏出力迅速下降和升高，电网调度人员完全可以通过技术手段应对这样的波动。但是，明年德国光伏装机容量将达到近4000万千瓦，相当于全国发电总装机容量的22%。光伏出力届时可以达到2500万千瓦以上，而德国最大负荷只有6000-8000万千瓦。    
          可以试想一下，如果明年3月20日阳光灿烂，光伏出力达到2500万千瓦甚至更高，突然出现日全食，几分钟之内光伏出力降至零。而且由于光线变暗，很多家庭将打开照明，用电负荷还会增加。不过故事还没有结束，当日全食过后，光伏发电出力又会在短短几分钟内从零升到2000多万千瓦，意味着必须压减相应规模的供电负荷才能维系电力系统的实时平衡。显然，德国电网调度部门将要面临这个十分棘手的问题。    
          这相当于短时间内20多台大型核电机组的跳闸和重合闸，完全可以令德国乃至欧洲大陆的电网崩溃。    
 

德国电网调度部门如何应对？

      为了解决这样大规模的电源出力波动，可选的措施有“不让它波动”和“配合它波动”两种：    
          如果是不让光伏波动，调度中心可以提前一天要求全德国所有光伏预先解开，只保留常规电源供应。这样就能避免第二天日全食发生时光伏出力出现剧烈波动。但这是很难做到的，且不说违反《可再生能源法》，就是要实现解列也非常困难。德国80%以上的光伏都是用户侧屋顶项目，虽然新的法律规定要求分布式光伏也要配备远程调度控制装置，但实际上真正配置的很少，所以电网调度员根本无法统一切除这些分布式光伏，少说也有千万千瓦。当然，也可以号召民众那天停止光伏发电，比如给光伏板盖上棉被。    
          如果是配合光伏波动，可以在电源侧和负荷侧两方面努力。    
          在常规电源方面，找到一种电源，可以在瞬间顶上光伏出力的缺失，同时又在日全食结束的瞬间退出运行。虽然德国有一定的抽水蓄能容量，与周边国家也有很强的互联，但几分钟内要使系统发供电负荷增加2000多万千瓦，几乎是不可能的。煤电主要承担基荷，要大幅调节煤电出力，至少也要好几个小时。    
          在负荷侧，可以提倡装有分布式光伏的家庭配置用户侧储能单元，提前将多余电力储存起来，在日全食时能够快速填补电网供电负荷空挡。但问题是，一年内安装千万千瓦的储能装置，这可是一笔天文数字的开支，而且仅是为了应对那两分钟。当然也可以在日全食到来的时候，瞬间切断2000多万千瓦的负荷。号召企业不生产，居民不开灯，大家全部观赏日食。但是要切断哪2000万千瓦的负荷，不仅是个技术问题，也是个经济问题和法律问题。    
   
   
   
 

日食带来的影响

      如果你开了一盏灯，就必然有人在某个地方加了一铲煤，这是传统电网体系的黄金法则。最近，德国主流媒体之一的《世界报》刊登了一篇封面文章：日食会制造双倍的黑暗吗？一下子在民众间掀起了千层浪：原来日食对公众而言不只是观赏性的自然现象，背后还有那么多故事和隐患。    
 

日食会制造双倍的黑暗吗？

      2015年3月20日上午，整个北半球将观测到难得一见的日全食。对于天文爱好者来讲，这是一次难得的福音，可是对于新能源行业的人们，尤其对光伏从业者来说，听上去就觉得是灾难。    
          德国目前光伏发电装机容量约3900万千瓦，在夏季阳光明媚的中午，光伏发电量甚至占到德国最大用电量的一半以上。但2015年的3月20日，这一支柱会被折断——这天德国和整个欧洲将经历的日食会让大量光伏发电设备无光发电，电网运营商担心会影响供电的安全稳定。    
          尽管直到2015年初媒体才较多关注此次日食事件，但能源行业的专家们，尤其是电网公司于一年前就开始无声无息地应对日食可能带来的巨大危害，甚至2003年上一次日食之时就有所准备。    
          相比上次日食，时隔12年之后，德国第一次在安装了这么多的光伏组件后遇到高于80%遮挡度的日食。尽管下一次日食将在2026年夏天再度发生，但再次如此接近日全食的黑暗度要等到2081年才会再现——那时说不定光伏等新能源已经全部超级自动化且全球能源互联网已经建成，人们利用科技和时差（欧洲黑暗之时中国恰好是白天，可利用时差支援调度）即可安然度过。    
          日食对光伏的影响显而易见——无风无光就无法产出电力，欧盟输电联盟由此并未排除发生大停电的可能。    
          奥登堡能源与气象系统研究所受电网运营商委托开展了相关研究，研究表明，在日食开始的德国时间上午9：30左右，光伏发电出力可能瞬间减少1200万千瓦。要是当天是大晴天的话，其影响就相当于10座核电站同时退出运行。    
          而在两个半小时之后，太阳会在中午12点左右从月亮后面钻出来，因为在太阳的突然照射下，短时间内升高至1900万千瓦的光伏发电出力将进入电网，相当于把20座核电站突然接入电网。    
 

相当于广东省一半电力消失

      为何太阳一来一回会有如此巨大又如此不同的影响呢？    
          对于电网调度者来讲，晴天正午虽然光伏发电到处爆表，但这样的冲击并不是挑战最大的，更可怕的是日落。中午、下午有大量的光伏出力来覆盖负荷，大部分常规火电厂都处于最低发力状态，可是日薄西山之后必须迅速推高火电厂发电出力来弥补空当——这可不是猛加几铲煤就可以解决。火电厂接替光伏发电的速度和配合程度必须非常高，不然电网很容易从振荡走向崩溃。    
          非常不利的是，太阳落山之时，正遇千家万户照明，点火做饭，看电视洗衣服，本来这些负荷在传统的电力供应体系下不足挂齿——和已经停机下班的工业负荷相比，它们其实是小儿科。问题是在装了很多分布式光伏的家庭，这些自用负荷白天都是和光伏发电相融合混搭的，电网调度中心看到的是到处一幅幅倒灌的壮丽场面。可是到了傍晚，这些分布式“电源”突然个个调转枪口都变成“负荷”，不仅不帮忙，还倒打一耙，电网负担可以想见。    
          所幸德国电网并非独树一帜，而且网内、网外可供调度的资源丰富，电网架构也颇坚强，使得大规模的电力征调成为可能。另外，太阳落山绵软悠长，几小时的准备时间对电厂来讲虽然不适却也勉强可以，何况还有电力市场，整个欧洲如法国波兰奥地利都会帮助德国。    
          令人沮丧的是，日食会加速这样的日出日落的更替过程，而且这还不是针对德国一个国家，不要忘记法国还有500万千瓦，意大利也有1700万千瓦的光伏电站。一瞬间天昏地暗，几乎相当于广东省一半的电力消失。更可怕的是不久之后，这些电力又全数到来并变本加厉——此时已经是正午十二点，产生的光伏出力当然会大于九点半的朝阳。    
          与往常嘈杂的能源争论不同，这次日食在德国媒体并未引发大范围的关注，原因是绝大多数人认为如果我们能度过黑夜，为什么我们不能度过没有太阳的白天？德国著名的《焦点》周刊发布的投票显示，几乎所有人都选择了不相信德国会因日食出现大停电危险。    
          专业人士却没有这么乐观——日食带来的危险不在太阳消失的那一刻，而是重见天日的正午。电网公司调度中心的专家此刻无暇他顾，该做的准备早就做好了，其他也只能各安天命了。    
 

正在出现的变革

      如果真的发生这些，不仅是德国，整个欧洲都将陷入黑暗。    
          2014年底率团与广东电网访问交流的德国华人新能源协会的专家们曾经在广东电网领导面前形象比喻道：日食发生就好比是让一个人饿肚子，几天不吃饭，虽然悲摧但还勉强可以挨过去，真正让人无法忍受的是马上又让你吃一堆包子，那种撑死的感觉真是生不如死。    
          好在德国的四大电网公司宣称，在提高了备用容量之后，结合充足的抽水蓄能电站和天然气电站，这样的情势是能够被控制住的。但这只是理论推理。    
          为了这一瞬间，德国出现了很多可喜的变革。    
          首先，人们开始反思可再生能源法中必须百分百接入新能源的规定是否还与时俱进。事实上之所以日全食造成的危害在德国影响最大，即因为德国硬性规定光伏必须并网全部消纳。这种规定未必在任何时候都满足电网系统安全的需求。    
          再次，人们开始对自由市场条件下的经济行为充满了怀疑和期待。在一个完全自由的电力交易市场上，如果所有人都知道日食会让电力生产有问题，大部分的交易商会倾向做空还是做多？老百姓的需求是否会受到约束？如果当日企业不生产，居民不开灯，电网遇到的冲击就会小很多。    
          最后，人们对能源行业的认知水平和对能源互联网的期待程度都大大提高。能源行业下一步要获得人们更多的关注和投入，就必须透过智能家居、电动汽车、智能建筑和能效管理来直接与人身边最紧密的物相连，一旦能源供给也和人的需求直接相连并能够随时调剂，那么再遇到类似自然事件之时，全局动员和管理就成为可能。    
          但无论技术和准备能进行得多完善，也不能完全抵御自然世界的约束，好比13亿人如果同时给电动汽车充电，电网再坚强也会崩溃。欧洲这一次遇到的日食奇观，将是大自然对人类的科技进步野心和自强不息的生存能力提出的一个新的挑战。    
          当然最好的解决方案是：我们祈求上苍，让2015年3月20日普降大雨，至少也是阴云密布，最好就是普降大雪，盖住光伏板。