随着风能和太阳能在全球范围内迅速发展，如何高效、安全地将其接入电网，正成为研究人员面前的一大难题。风力涡轮机和太阳能电池板在经济学上被视为“零边际成本”技术，也就是一旦完成建设，额外发一度电几乎不再需要燃料成本。但与此同时，这类可再生能源高度依赖天气条件，出力波动明显，给电网调度和运行带来新的挑战。

佐治亚理工学院的一项最新综述研究，系统梳理了这些技术特性如何改变电力市场规则和电网运行方式，并强调要应对这些变化，离不开跨学科的合作。

这项研究发表在《可再生与可持续能源评论》期刊上，汇总了十多年间的研究成果。团队对自2010年以来的200多篇文献进行了分析，重点考察了如何管理间歇性、运行成本几乎为零的可再生能源，以及由此带来的工程、经济和政策层面的影响。

经济学院副教授、论文第一作者马修·奥利弗指出：“风能和太阳能如今已经成为世界许多地区最便宜的电力来源之一，但把它们大规模接入电网并不简单。风不会一直吹，太阳也不会一直照，这意味着发电量会大幅波动，从而增加电网管理的复杂性。”

他进一步解释说：“过去，电力系统的主要不确定性来自用电需求，运营者只需调节发电出力就能应对。现在，供给和需求两端都在波动。”

数据分析

为了深入理解问题本质，奥利弗意识到必须跨出经济学本专业，掌握更多工程领域的概念。他组建了一个跨学科团队，成员包括：吉米与罗莎琳·卡特公共政策学院教授丹尼尔·马蒂索夫，电气与计算机工程学院教授圣地亚哥·格里哈尔瓦，以及经济学研究生马格菲拉·拉马达尼、公共政策研究生奥利弗·查普曼和电气与计算机工程研究生阿曼达·韦斯特。

研究团队系统梳理了2010年以来发表的200多项研究，试图描绘电力市场设计、电网运行机制与可再生能源技术之间复杂的相互作用。他们还重点分析了大量零边际成本电力涌入批发电力市场后，对价格和收入结构带来的经济影响。

由于风能和太阳能的运行成本极低，它们在参与市场竞争时会压低批发电价。这一结果对终端消费者而言是利好，但同时也可能削弱灵活调峰的传统电厂的盈利能力，使其难以获得足够收入来维持在可再生能源出力下降时的备用和调节角色。

跨学科合作

研究团队认为，要在保持电力系统可靠性的前提下大规模发展可再生能源，必须打破传统学科之间的界限。

“工程约束会直接影响电力市场的运作方式，市场机制又会左右投资决策，而政策则决定投资朝哪个方向发展。”奥利弗表示，“在这样一个高度复杂的议题上，不能把工程、经济和政策当作彼此独立的问题，它们共同构成了同一个系统。”

研究结果显示，高比例可再生能源电力系统需要一整套协调一致的解决方案：既包括改进电网规划和调度等工程实践，也包括在市场设计中更重视灵活性和可靠性，还需要通过政策工具，引导私人资本与长期脱碳目标保持一致。

“我们希望这篇论文能帮助不同学科背景的研究人员更顺畅地交流。”奥利弗说，“如果我们想让高比例可再生能源的电力系统保持可靠运行，就必须让工程师、经济学家和政策制定者都清楚，他们各自的决策是如何相互影响的。”