Электричество прочно вошло в повседневную жизнь, но большинство из нас вспоминает о нем только тогда, когда приходят счета или когда электричество отключается. В августе миллионы калифорнийцев остались без электричества во время изнуряющей жары. Согласно анализу первопричин и мнению информированных наблюдателей, возобновляемые источники энергии не повлияли на отключение электроэнергии. Тем не менее, эти события показали, что возобновляемые источники энергии могут генерировать энергию только тогда, когда это возможно, а для обеспечения надежной и круглосуточной системы электроснабжения требуются дополнительные ресурсы.
Системы хранения энергии заряжаются в периоды избытка ветра и солнечного света, и разряжаются по мере необходимости. В Калифорнии к лету 2021 года планируется установить более 2000 МВт литий-ионных батарей, а к 2030 году - 10 000 МВт, что обеспечит значительный прирост мощности и позволит штату сократить зависимость от производства газа.
Однако литий-ионные батареи ограничены небольшой продолжительностью разряда (обычно 2-4 часа). Поэтому они не способны поддерживать подачу энергии во время многодневных погодных катаклизмов. Недавние исследования показали, что Калифорнии потребуется до 35 ГВт «устойчивой» мощности - генерации, которая может работать в любое время - до 2050 года на декарбонизированной сети. Аналогичные выводы сделаны для Новой Англии и Тихоокеанского побережья Северо-Запада. Сегодня эта потребность удовлетворяется за счет производства природного газа, но поиск рентабельных альтернатив с низким уровнем выбросов углерода продолжается.
Многодневные системы хранения энергии, такие как «зеленый» водород или водно-воздушная батарея Form Energy, могут использоваться как альтернативные источники надежной емкости для возобновляемых и глубоко декарбонизированных сетей. Эти системы отличаются от современных аккумуляторных технологий, раскрывая потенциал экономически эффективного хранения избыточной энергии ветра и солнечной энергии в течение нескольких дней или даже недель.
Необходимы новые инструменты для планирования недорогих, надежных, экологически чистых сетей с долгосрочным накоплением энергии.
К сожалению, многие способы планирования, используемые сегодня коммунальными предприятиями, не подходят для длительного хранения энергии в качестве дополнения переменной возобновляемой генерации.
Новые инструменты, используемые сегодня, предназначены для ответа на вопросы об интеграции и оценке небольших объемов возобновляемых источников энергии в «типичные рабочие дни» и при максимальной надежности «чистой нагрузки». Однако, если заглянуть в будущее, отрасли потребуется качественный скачок для моделирования долговременного хранения и проникновения возобновляемых источников энергии с целью обеспечения надежности при сложных погодных условиях.
Планировщикам энергосистем нужны новые инструменты для эффективного планирования рентабельных, надежных, низкоуглеродных сетей с возможностью долгосрочного накопления энергии. Какими должны быть новые инструменты?
Во-первых, модели планирования должны лучше отражать почасовую динамику энергосистемы, учитывая все потенциальные условия эксплуатации. Исследование Form Energy показывает, что планирование, которое фиксирует почасовую динамику спроса и предложения возобновляемых источников энергии в течение всего года, может более точно показать затраты и надежность коммунальных услуг.
Планирование с детализацией по времени отражает ценность новых технологий, таких как многодневное хранение, которое поглощает энергию в одно время, а разряжает ее по мере необходимости. Такой долгосрочный арбитраж может снизить потребности в возобновляемых источниках энергии и потребности в мощности, но это невозможно учесть в существующих моделях планирования, которые не моделируют почасовую динамику энергосистемы.
Во-вторых, модели планирования должны лучше отражать ключевые системные ограничения, такие как проблемы с надежностью на местах, с большей точностью. Исследования E3 и Form Energy подчеркивают, что для удовлетворения спроса в определенных ограниченных участках сети требуется четкая картина почасового спроса в течение нескольких недель.
Длительное хранение требует правильного планирования.
Передовые методы моделирования важны при планировании устойчивых низкоуглеродных технологий, таких как многодневное хранение. Многие из сегодняшних моделей планирования не отражают полную почасовую динамику энергосистемы на этапе разработки портфеля, и не могут реализовать всю ценность технологий, которые регулируют производство энергии в течение нескольких дней или недель, что позволяет снизить риски, возникающие в результате экстремальных погодных условий.
Как показывают опыт и исследования Form Energy, некоторые модели исключают долговременное хранение из-за конструкции модели, даже если долговременное хранение может повысить ценность портфеля. Долгосрочное хранение, рассчитанное на несколько дней, привлекает повышенное внимание, увеличивает инвестиции и закупки, повышая важность инструментов, необходимых для точного планирования.
Новые общедоступные инструменты способны более точно моделировать декарбонизирующую сеть Калифорнии и роль долговременных хранилищ. Цель заключается в том, чтобы эти инструменты были использованы для планирования.
Широкое внедрение усовершенствованных методов планирования открывает возможности для создания устойчивых источников энергии с низким содержанием углерода; снижения затрат потребителей; и повышение надежности. Однако это потребует от коммунальных предприятий и их регулирующих органов по всей стране обновления устаревших инструментов, которые заложены в сложившиеся долгосрочные процессы и практику регулирования. Ставки высоки. Но, как показывает отключение электроэнергии в Калифорнии, на ошибки нет времени.