风能和太阳能在美国迅速增长。随着这些能源在电力结构中占据更大的份额，它们的增长引发了新的问题：太阳能和风能如何影响能源价格?由于发电厂持续数十年，政策制定者和投资者应该怎样考虑确保未来对电力基础设施的投资得到回报?
劳伦斯伯克利国家实验室的研究小组决定研究风能和太阳能在这些问题上所占的比例会有多大影响。在我们的最新研究中，我们发现这些能源资源的高比例导致电力系统发生了一些深刻的变化。
特别是，我们的研究显示太阳能和风能如何降低能源价格，但它们增加了运营电网的新复杂性，这对监管机构有重大影响。对于消费者而言，这项研究提醒人们，通过风能和太阳能使电网更加清洁是一个不断发展的过程，需要对电网目前的运行方式进行重大改变 - 但是如果我们作为一个国家能够变得更加强大，那么它将提供大量机会。我们使用电力时灵活。
长期决定
之前的分析，包括我们自己的分析表明，太阳能和风能已经影响了批发电力市场，导致能源价格出现更多波动。
当然，太阳能产生在太阳之后，在早晨增加，在中午产生最多，在晚上产生。风能输出取决于天气，季节和地理。太阳能是可以预测的，特别是在干燥的气候条件下，可以提前几天和几小时预测风能，但两者都可以有很大差异。由于这些原因，太阳能和风能也被称为可变可再生能源(VRE)。
我们的最新研究考察了基于反映低VRE水平的假设而做出的某些政策决策是否仍将实现其预期目标，如果风能和太阳能在未来的高水平使用。
例如，要求公用事业公司的项目管理员为能效措施选择最具成本效益的选项。由于太阳能的比例很高，公用事业公司可能希望在太阳能输出下降的晚上减少需求，而不是在有充足的无排放电力的中午。因此，效率焦点可能会从空调，通常在一天的炎热期间需要更多，转向照明。
另一个问题是如何部署电动汽车充电器：在太阳能发电量很大的情况下，最好将充电器放在商店或办公楼，以便在中午太阳能输出高时进行充电。但是在夜间强风和许多风力涡轮机的地区，当电动车辆停放在业主的住所时，电力可能是最便宜和最清洁的。
没有燃料成本等于批发能源价格下降
我们的研究考察了价格在两种不同情况下的变化：高VRE和低VRE。我们使用详细的电网模拟来关注美国四个电力市场的2030年：加利福尼亚州的CAISO，德克萨斯州的ERCOT，中西部的SPP和纽约的NYISO。该分析对比了40%至50%的高风电和太阳能股的市场结果以及反映2016年水平的低可再生基线。
就上下文而言，2016年加利福尼亚州的太阳能市场占14%，风能占 7%(州法律规定2030年将增加约40%的风能和太阳能)。德克萨斯州是风力涡轮机总产能的全国领先者，占全部德克萨斯州能源的13%，中西部风力带的地区占风电的比例最大 - 2016年接近20%，但旁边没有太阳能。与此同时，纽约有着雄心勃勃的2030年目标，但到目前为止只有很少的风(3%)和太阳能(1%)。
预计批发价格影响将大幅下降 - 在一年内的15至40%之间 - 由风能和太阳能提供40-50%的电力。 劳伦斯伯克利国家实验室
风电和太阳能高水平的最根本变化涉及电力便宜或昂贵的时间以及这些模式的规律程度。
在竞争激烈的批发市场中，公司竞相向运营区域电网的实体供电。价格由投标决定，并根据供需每小时设定。所有中标者都按市场清算价格支付。
由于太阳能和风能没有燃料成本，他们可以低价以确保他们的电力在市场上被接受。市场中的风能和太阳能越多，清算价格就越低。在今天的市场中，我们已经看到有时价格会变为零甚至是负数。
大量的太阳能显着改变了每日价格模式。例如，在德克萨斯州拥有较高的太阳能股份，批发价格将在当天中间下滑至平均10美元/兆瓦时，然后在晚上上涨至平均80美元/兆瓦时。作为参考，兆瓦时(MWh)略高于一个月内美国家庭平均消耗的电量。
由于没有燃料成本，太阳能将成为一天中的首选电源，导致所有发电机的价格低廉，而整体电网上的太阳能更加严重。 劳伦斯伯克利国家实验室
在风能和太阳能为电网提供能源的比例很高的情况下，低价格(低于5美元/兆瓦时)的时段频率增加到3%到19%的小时，具体取决于地区和可再生能源的组合。德克萨斯州的高太阳能，与邻近地区的电力连接有限，经历了最高频率的时期，价格几乎为零。
能源价格低于每兆瓦时5美元的小时数。 劳伦斯伯克利国家实验室
平均每小时批发价格随着VRE渗透率的增加而下降，价格为$ 5- $ 16 / MWh，具体取决于地区以及风能和太阳能的混合。平均批发价格的下降和价格非常低的时期的常见事件将影响VRE的盈利能力以及在这些时间运营的核电站和燃煤电厂等不灵活的发电机。
更需要按需电源
价格波动性随着VRE份额的增加而增加，特别是在强风情况下。CAIS春季的早晨价格在0到50美元/ MWh之间可能会有很多风，但在低VRE情景下会下降到更窄的范围。
用于填补短期电力缺口的辅助服务的平均价格预计会随着风能和太阳能的变化而大幅上升。 劳伦斯伯克利国家实验室
最后，我们发现在太阳能输出下降后，高峰时段从中午转移到晚上。这些新的“净峰”持续时间较短，但分布在一年中的更多天。虽然通常通过增加传统发电厂来满足峰值，但净峰值的持续时间较短为目标能效创造了机会，减少了对电力的需求(需求响应)，零售价格的变化以反映新的高峰时间，甚至是电池。
本研究仅强调了这些价格变化模式对需求和供应方电力部门决策的可能影响。但它为后来计划在低VRE期货和高VRE期货中对这些决策进行定量评估奠定了基础。
