电网如何抵御夏日酷暑?

2019年7月9日上午11:17
信贷:iStockphoto / Pleasureofart
朱莉·麦克纳马拉
高级能源分析师

在炎热的夏天,炎热的日子接踵而至,空气沉重而静止,电网面临考验,人们开始使用空调来寻求喘息。

无数的人在屋顶上、窗户上、建筑物后面,空调在不停地转动;一个街区接一个街区,一个企业接一个企业,一个家庭接一个家庭:这些众多的机器加在一起,可以大大增加电力需求。

在德克萨斯州,电网运营商估计,这样闷热的夏天可能会导致一场翻倍与春季用电高峰相比。

当夏天来临的时候,人们开始使用更多的电力来保持舒适。在德克萨斯州,电网运营商显示夏季用电量激增,估计近一半可归因于天气。信贷:ERCOT

与此同时,许多发电厂和电网组件可以自行供电斗争面对极高的高温,这意味着电网在最需要的时候承受了更大的压力。

结果是,当我们大多数人都在低调地试图战胜高温时,电网却在全力冲刺,以确保它能跟上。这意味着电网运营商使出浑身解数从长期规划到行动的瞬间,同时针对供应和需求。

其中一些方法,比如让污染严重的发电厂每年只运行几次,既昂贵又低效。但随着更清洁的资源上线和电网技术的发展,新的令人兴奋的解决方案正在出现,不仅更清洁,而且更便宜。

这些进展出现在一个非常关键的时刻,因为气候变化越来越多地指向更危险的高温条件威胁健康和福祉,尤其是在没有冷却,这提升了增加冷却本身的重要性,以及确保电网的弹性和可靠性。

规划

可靠的电网运行的基础是规划:估计人们需要多少电力,以及周围是否有足够的资源来满足需求——包括在热浪期间,以及在意外事件发生时。

其中一个检查是年度检查夏季可靠性评估由美国最高可靠性监管机构国家电力可靠性公司(NERC)进行,该公司对电网的每个区域都进行了此类问题的评估。

在其年度夏季可靠性评估中,NERC检查了电网的每个区域,并评估了满足潜在夏季需求的资源充分性。2019年,绝大多数地区的资源远远超过预期需求。信贷:NERC(2019)。

这种对“资源充足和“保留边际”最终会形成大大小小的网格决策,这使得获得正确的潜在假设至关重要。否则,例如,不经济的发电厂可能会不必要地保留下来,浪费消费者的钱,阻碍向清洁电力的过渡。或者,操作人员可能无法识别需求高峰的时间和规模随着全国各地屋顶太阳能装置的激增,它的形状可以迅速改变,充足的太阳能可以缓解下午的电网压力,反过来把峰值推得更晚、更低。

正如ISO-New England所说明的那样,随着越来越多的屋顶太阳能被添加到系统中,夏季负荷分布可能会发生变化,峰值需求不仅下降得更低,而且转移得也更晚。信贷:ISO-NE

操作

但长远规划真的只是一个开始。下一步是确保所有这些发电、节电和输电资源都能被真正利用。

发电厂和配套的电网基础设施定期进行维护,这意味着有时它们不得不离线。如果修复很快,那么在像春季这样的低需求季节的停机意味着系统仍有大量的懈怠来减轻影响。然而,对于更持久的停电,运营商会提前计划,以确保不会一次性计划太多的停电,并且有足够的资源可用来度过最热的夏天。

然而,即使运营商做了最好的计划,设备仍然会损坏,事故仍然会发生。此外,夏天的高温本身也会导致高温造成严重破坏在电网上。

例如,几乎所有的煤电厂和核电站需要冷水才能运行;在夏天,由于炎热的天气不断提高该地区水道的温度,水最终会变得太热而无法冷却,或者会受到干旱的限制,这意味着那些大型发电机别无选择,只能这样做削减业务甚至完全关闭-在我们最需要他们力量的时候。

高温还会降低传输线的效率,增加系统中断的可能性,如果不迅速解决,就会迅速引发更大的停电事件,比如2003年东北地区停电五千多万人因此陷入黑暗。现在在加州,面对气候变化和不断增长的野火威胁,公用事业公司开始这样做先发制人地切断输电线在高风险的日子,在高风险的地区,尽量减少引发新的火灾的可能性。

这意味着运营商需要密切关注电网,管理资源,为突发事件的发生做好准备依靠天气预报帮助他们准确预测何时可能出现这种情况,以便主动计划如何克服这些情况。

市场与管理

那么当热浪最终到来的时候呢?在所有的计划、操作和预测之后,电网实际上是如何管理压缩机日复一日地循环运行、关闭、打开、关闭的压倒性反乌托邦交响乐的?

良好的进攻而且良好的防御。

首先,通常会有成本最低、效率最高、通常是最清洁的资源,这些资源已经准备好并报告使用(减去因计划性或非计划性停机而损失的资源)。这些是典型的全年依赖。

然后,随着炎热天气的持续电力需求增长在美国,电网正越来越多地被迫求助于它的替补:更昂贵、效率更低的“峰值电厂”,其中一些只运行几次一年。

峰值植物通常采取的形式燃烧涡轮,而且可以建在社区的中心,这意味着在一年中空气质量最差的日子里,这些污染者都是怒吼着生活,加剧暴露已经不健康的空气

不出所料,一年只运行几次的低效率工厂最终也会非常昂贵。在有能源市场的地区,这就是电网上的价格开始飙升

长时间的炎热天气会导致实时电价飙升,如图所示,2013年纽约的热浪。信贷:环境影响评价

这种电力系统的运行方式被颠覆的时机已经成熟,事实上,最近的新技术已经做到了开始挤进来.尤其值得一提的是,峰值电站正开始被太阳能+储能联合项目所取代。这些项目将太阳能发电厂与电池储能相结合,从而产生清洁、可靠、快速调度的资源,不仅在高峰时刻有用,而且实际上全年都有用。

但是在热浪肆虐的时候,拯救世界的不仅仅是发电厂,还有普通人。这是因为响应高峰需求的很大一部分实际上是在高峰时段降低电力需求本身。

其中一些行动是系统性的:公用事业公司可以通过激励人们和企业在一天中最高的时间(不仅是在热浪期间,而是每天)减少用电,永久地消除对最后一个峰值电厂的需求。他们可以引导这种反应时变电价这是为了鼓励灵活用电,比如洗碗机或晾晒衣服,远离电网压力大的时期。

其他需求侧干预措施则更具体地针对重大高峰事件。例如,为了换取丰厚的补偿,电力客户可以同意每年被叫几次电减少用电量在美国,很多事情都是可以自动完成的,比如把恒温器调高几度,或者停止工业生产,或者关掉大型商店里的每一组灯,所有这些都是为了避免让成本最高的最终发电厂上线。

然而,即使在所有这些之后,有时,这仍然不够。尽管有了所有的规划,所有的发电厂,所有的需求响应,仍然需要比电网能够提供的更多的电力。这意味着首先,要到邻近地区看看他们是否有多余的电力可以出售。特别是当不同地区的天气变化时,资源共享可能是一个有效和高效的解决方案。

但有时,尤其是当这个国家的大片地区同时遭受热浪时,它是仍然只是不够。这就意味着诉诸于最后的极端手段甩负荷,这个宽容的术语指的是切断部分消费者的电源,而让其他消费者的灯继续亮着。因为如果不这样做,电网就会超载,它可能很快就会变成停电,不仅仅是对某些人,而是对所有人。

展望未来

为了度过热浪,电网运营商采用了一种高度动态的方法,通过精心规划,切换开关和转动转盘来调节供应和需求。事实证明,这种动态的操作方法实际上是未来电网的发展方向,因为更多可变的可再生资源,如风能和太阳能,以及技术支持在电力消耗的时间和方式上更加灵活和协调。

事实上,热浪的网格管理可以教会我们如何最大限度地利用我们想要的资源,以及如何限制我们对不需要的资源的使用。

它还提高了关注这些挑战的至关重要性,并积极规划一个日益灵活、有弹性和可靠的电网,因为我们面临不断增长的紧张和压力未来几年的气候影响。因为在热浪中,可靠的电力供应不仅仅是舒适的问题——这是一个重要的问题健康和安全,太。这就使得确保电网运营商不仅要为今夏的热浪做好准备,还要注意未来可能出现的更糟糕的情况变得更加重要。

附言:如果你想跟踪热浪今年夏天,我们来看看这些数据,包括国家层面上或来自以下区域电网运营商: