Возобновляемые источники энергии выиграли «битву стоимости». Следующий этап «покажет планировщикам сетей», что солнечная энергия и энергия ветра надежна.
«Резервный запас планирования» больше не отражает в полной мере проблемы и надежность сетей.
Поскольку потенциал возобновляемых источников энергии продолжает вытеснять ископаемые виды топлива, революция в области «чистой» энергии кажется неизбежной. Но это «чистое» будущее может так и остаться мечтой, если останется проблема «адекватности ресурсов».
Впервые за 130 лет в США возобновляемые источники энергии «превзошли» уголь в качестве источника энергии, и вероятно эта тенденция будет сохраняться, когда цены на солнечную и ветровую энергию резко снизятся. С учетом того, что в настоящее время энергия на основе возобновляемых источники обходится дешевле, чем новые мощности для добычи ископаемых видов топлива, доля возобновляемых источников энергии к 2030 году существенно возрастет.
Процесс перехода на 100-процентную «чистую» энергию более сложен, чем «добавление в энергосистему возобновляемых источников энергии и хранилищ». Солнечная и ветряная энергетика меняют способы энергоснабжения экономики, создавая «устойчивые» рабочие места. Но добавление переменных, не требующих топливных ресурсов в сеть, также требует серьезных изменений в планировании энергосистем для обеспечения надежности сетей.
Неспособность устаревших моделей ресурсосбережения обеспечить энергосистемы энергетическими ресурсами для баланса спроса и предложения ставит под угрозу преобразование «чистой» энергии. Эта проблема возникает не только там, где преобладают ископаемые виды топлива. В Калифорнии это привело к появлению новых правил, предоставляющих крупнейшим коммунальным предприятиям штата контроль закупок на электростанциях, что подрывает инвестиции в «чистую» энергию и системы хранения, которые в противном случае могли бы отвечать требованиям ресурсосбережения.
Генераторы, работающие на ископаемом топливе, более не являются самым дешевым и доступным вариантом.
Определение адекватности ресурсов.
Сетевые операторы постоянно сопоставляют предложение электроэнергии со спросом, управляя ресурсами генерации. Чтобы избежать перебоев в работе, операторы должны располагать достаточным количеством ресурсов, чтобы «удовлетворять спрос в любой момент времени», особенно когда неожиданно спрос достигает пика из-за экстремальных погодных условий.
Поскольку дешевая экологически «чистая» энергия «выталкивает» все большее количество угольных электростанций, все больше электроэнергии поступает в виде прерывистых ресурсов, которые не всегда могут быть распределены. Между тем, более распределенные энергоресурсы (DER), такие как фотоэлектроустановки на крышах, усложняют планирование будущего спроса на электроэнергию и открывают клиентам возможности для получения более дешевой и «чистой» электроэнергии.
Возобновляемая энергия ставит под сомнение адекватность ресурсов двумя основными способами.
Во-первых, стоимость возобновляемых источников энергии более низкая, чем предельные цены ресурсов базовой нагрузки. Исторически сложилось так, что уголь и атомная энергия всегда обеспечивали надежность в пиковые периоды нагрузки, а возобновляемые источники зависят от местных погодных условий.
Во-вторых, негибкость многих ископаемых ресурсов - необходимость заблаговременной фиксации, минимальные скорости эксплуатации и ограниченные темпы роста - угрожает «адекватности ресурсов», поскольку переменные ресурсы занимают все большую часть в структуре энергосистемы. Поскольку ветер и солнце являются самыми дешевыми источниками энергии сегодня, их максимальное использование стимулирует увеличение вариативности системы. Это означает, что традиционные ресурсы могут использоваться для роста производительности или быть доступными «без предварительного уведомления».
Почему «резервная маржа» не является метрикой, которой она была.
Традиционное планирование «достаточности ресурсов» основывалось на двух идеях: во-первых, электростанции всегда были готовы подавать электроэнергию. И, во-вторых, затраты на топливо в режиме реального времени доминировали в расчетах самых экономически эффективных ресурсов, которые могут использоваться в любой момент времени, и какие новые ресурсы необходимо планировать. В этой модели спрос также рассматривается как «самостоятельный вклад в решение моментальных задач эксплуатации сетей».
Планировщики использовали метрику «плановая резервная маржа», чтобы определить, будет ли парк генерирующих мощностей достаточным для удовлетворения будущего спроса. PRM рассматривает общую доступную мощность, которая, вероятно, будет доступна для удовлетворения ожидаемого пикового спроса, при этом PRM представляет ожидаемый процент дополнительной мощности по сравнению с нагрузкой. Чтобы определить, какой вклад в учет PRM вносит каждая установка, планировщики определяют мощность каждого ресурса, которая представляет собой процент от пиковых мегаватт на основе предыдущих моделей с учетом запланированных и незапланированных отключений.
Учет PRM сводит вероятностное распределение результатов производства к единому числу и не позволяет планировщикам «бросать вызов» традиционным ресурсам, «работающим в более изменчивом мире». Стоимость мощности является «особенно редуктивным показателем», когда речь идет об оценке возобновляемых источников энергии, которые имеют более широкое распределение возможных производственных результатов.
PRM также оценивает пиковую производительность больше, чем гибкость. Аккумуляторные системы имеют ограниченную пиковую емкость (для удовлетворения пикового спроса требуется портфель ресурсов различной длительности), но они могут быстро подключаться к сети, отключаться от нее и мгновенно переключаться с поглощения на выработку энергии.
Это означает, что PRM больше не является эффективной метрикой улавливания. Неправильно подобранная комбинация ресурсов может оставить достаточный запас для ожидаемых пиков, но в другое время все равно столкнется с проблемами надежности. Зависимость от традиционного подхода к планированию может привести к невозможности целостного планирования с наименьшими затратами и использованием более широкого портфеля ресурсов.
Действующие генераторы преувеличивают трудности для ДЭР.
Хотя проблемы, которые возобновляемые источники энергии создают для неадекватного планирования использования ресурсов, реальны, действующие генераторы используют их для того, чтобы отложить переход на экологически «чистую» энергию. Сложности ошибочно характеризуются как фундаментальные угрозы надежности, которые нельзя решить с помощью новых метрик, моделей, планирования и технологических достижений, например, «более длительное хранение и реагирование на спрос». Преувеличение технических проблем как «непреодолимых барьеров», потенциальная потеря рабочих мест или соображения надежности часто вынуждают регулирующие и законодательные органы обращать внимание на решение, принятое одной из сторон.
Действующие должностные лица также используют существующие правила, чтобы не допускать конкурентов, вмешиваясь в комиссионные процедуры. Или, как в случае с PJM, им может потребоваться накопление энергии для поддержания максимальной производительности в течение до 10 часов, когда наиболее объективный анализ больших сетей показывает, что накопление может обеспечить значительное ресурсосберегающее значение при более коротких сроках эксплуатации.
Декарбонизация требует «чистую» надежную электрическую сеть. Проблемы «адекватности ресурсов» угрожают замедлить переход. «Чистая» энергетика должна уделять первоочередное внимание изменяющемуся мнению политиков о ресурсоадекватности и разработке новых моделей планирования, которые позволят всем технологиям, предоставляющим надежные услуги, конкурировать на равных.
Игнорирование ресурсоадекватности и ожидание падения цен на возобновляемую энергию только для того, чтобы вытеснить ископаемое топливо, неоправданно тормозит переход. А климатические изменения на планете не позволяют терять время.