加州资源充足计划的改变将对电网产生巨大影响

2022年9月21日上午10:40
杰里米Bezanger / Unsplash
马克Specht
西部各州能源经理/高级分析师

在过去的几年里,加州的监管机构一直在努力对他们的资源充足该计划有助于确保在电力需求最高的时候,例如在炎热的夏天晚上,灯仍然亮着。在很大程度上,资源充分性重新设计已经在一长串极具技术含量的研讨会中悄然展开,但在刚刚过去的夏天,发生了一件大事。

6月23日,加州公共事业委员会(CPUC)投票确定一个决定这使新的资源充足框架的许多方面成为定局。但不知何故,这个影响深远的决定,将对加州数十亿美元的资源充足市场产生巨大影响,几乎没有引起轰动

在改革过程中,能源专家将新出台的改革措施描述为“缓慢行驶的火车残骸”。但其他专家称其为“清洁能源的一大步”。

到底是哪一个?除了最不稳定的能源圈之外,几乎没有人注意到这意味着什么?

资源充足性的利害关系是什么?

加州的资源充足计划诞生于加州电力危机在此期间,数百万加州人失去了电力。简单地说,“资源充足”只是指“保持照明”,它专门针对防止由于电力供应短缺而导致的停电(而不是电力供应不足)其他类型的停电).

最近,加州的资源充足计划受到了越来越多的审查。随着向清洁电力的过渡正在顺利进行,很明显,资源充分性规则也需要改变。资源充足率要求可以作为激励电力供应商将清洁技术投入使用的关键工具,与此同时,资源充足率规则基本上决定了加州何时可以从化石燃料过渡到关闭该州的天然气发电厂。这是一个微妙的平衡,为了确保向清洁电力的平稳过渡,加州监管机构认识到有必要修改他们的资源充足计划。

当前的“峰值负载”框架

在许多方面,CPUC当前的资源充分性系统类似于电网运营商在这个国家的许多其他地方。CPUC根据每个月的峰值负载预测和规划备用边际,确定每月的资源充足率要求。然后,每个电力供应商负责获得所需总容量的份额。当计算容量以确保有足够的容量时,CPUC已经开发了一组规则来确定不同类型资源的“容量贡献”,换句话说,不同类型的资源在资源充分性要求中所占的比例。例如,CPUC当前的资源充足性框架使用有效承载能力计算确定太阳能和风能资源的容量贡献。

随着时间的推移,尤其是在加州轮流停电2020年8月,能源监管机构开始担心,当前的资源充足性框架已无法胜任这一任务。

第一个问题是,随着加州电网整合了更多依赖天气的清洁能源,资源充足率计划需要超越峰值需求,并考虑可能发生可靠性事件的其他时期。这可能包括净峰值期间的可靠性挑战——日落之后,太阳能产量下降,但电力需求仍然很高,或者在未来,冬天的清晨当可再生能源产量较低,电池在夜间使用耗尽时。

加州电网过去最困难的时期是需求高峰时期(图中为下午5点)。但加州在2020年8月14日的轮流停电发生在净需求高峰期间(下午6:55),当时太阳能产量下降,但需求仍然很高。(来源:CAISO)

第二个担忧是,随着越来越多能源存储即将上线在美国,电力供应商需要确保有足够的能源为储能系统充电。然而,目前的资源充足性框架并不包括任何明确的要求,以确保能源存储在需要之前能够完全充电。

这两个主要问题促使加州监管机构探索新的资源充分性框架。其目标是向电力供应商提供明确的信号,以确保他们的资源组合可以做到这一切:满足峰值和净峰值需求,确保有足够的能量度过夜晚,并为满足电网可靠性需求所需的任何存储充电。(我认为这些问题可以在现有框架内解决,但我将在后面讨论。)

新的“24小时”框架

2021年7月,CPUC决定推进新的“每日切片”资源充足框架,今年6月,CPUC发布了一项决定这敲定了新框架的许多细节。

据我所知,这个框架以前从未在其他任何地方使用过,所以它是如何工作的:最大的变化是将建立新的框架每小时每月某代表日的资源充足义务。因此,与目前的框架相比,有一个每个月的容量要求,新框架设定了每个月24小时的容量要求。这些每小时的需求将通过使用“最糟糕的一天”(即,任何给定月份的最高负荷日),并增加规划备用保证金。

转向每小时资源充足性框架的一个重要后果是,CPUC需要全新的规则来确定许多类型资源的可靠性贡献。CPUC最近的决定建立了初步的新规则对于资源计数,有一些重要的变化。例如,虽然目前风能和太阳能的产能贡献是根据有效承载能力计算的,但新的框架将使用“超过方法”,这基本上是根据历史数据创建一个小时的生产剖面。

新的资源充足性框架包括每个月的每小时遵从性需求,这个图表提供了如何用不同类型的资源满足这些每小时需求的说明。(基于NP Energy公司Nick Pappas开发的工具。)

新框架的另一个新元素是明确要求电力供应商有足够的能力在储能资源放电前充电。因此,如果电力供应商计划通过储能满足其晚间资源充分性要求,那么它必须在当天早些时候有足够的容量,以便在晚上之前对储能进行充电。(例如,在上面的图表中,在白天的早些时候有足够的过剩太阳能为晚上放电的储能资源充电。)

最后,我要指出的是,CPUC还没有最终确定框架的所有关键细节。例如,该机构还没有确定确定规划储备边际的确切过程,也没有确定为某些类型的资源每小时编制概况的过程。为了考虑这些和其他悬而未决的问题,CPUC将在今年秋天结束一系列的研讨会,然后将在明年初确定新的框架。

当前和新的资源充足性框架的主要区别

好的,坏的,还有未知的

新框架是好是坏?我希望你不是在寻找一个明确的答案,因为你在这里是找不到的!让我解释一下。

缺点:从保持电网可靠性的严格分析角度来看,我认为新框架是在错误的方向上迈出的一步。新框架造成了一种脱节,这将使确保加州满足行业标准的可靠性目标变得更加棘手。十年中的一天“供应短缺。我可以一直列举下去为什么会有脱节,但我主要担心的是规划准备金率可能不太直接由概率网格建模新框架与利用有效承载能力(ELCC)计算确定资源可靠性贡献不兼容。ELCC计算使用稳健的概率网格建模来确定资源在大范围场景下的可靠性贡献,而新的资源充分性框架中的资源计数规则将依赖于更简单的方法。支持者认为,新的结构将使用概率网格建模进行“校准”,绕过特定资源的ELCC分析,但这一过程尚未完全开发出来。

随着加州的新可靠性框架进入未知领域,美国其他地区的大多数电网运营商正朝着截然不同的方向前进。其他地区也保持着与加州类似的资源充足系统当前的但他们正在更新使用ELCC计算的资源计数规则,以确保顺利过渡到更清洁的电网。

例如,其他地区不仅应用ELCC到风能和太阳能,但也到能量储存甚至可能到化石燃料资源比如燃气厂。其他电网运营商也认识到,他们不一定需要一个全新的资源充足性框架来解决净负荷高峰期间的可靠性挑战,或者随着越来越多的能源存储上线而出现的能源充足性问题。一个基于概率网格建模和基于ELCC计算的资源计数规则的定期更新规划储备裕度的可靠性框架就足够了。

同样,从纯分析的角度来看,我认为加州在定期更新计划储备边际并将ELCC的应用扩大到更多——如果不是所有类型的资源——的同时,保持其现有的资源充足性制度会更有意义。但理论在实践中并不总是有效。正如一位能源专家对我说的那样,“基于elcc的可靠性框架是正确的答案,但它有用吗?”

优点:另一方面,我对新的可靠性框架对加州的电力供应商来说更简单、更可预测的可能性持开放态度。值得注意的是,该州大多数公用事业和社区选择聚合器都支持新框架。同样值得注意的是,许多可再生能源和存储贸易组织也支持新框架。加州的能源利益相关者显然喜欢新的资源充足制度。

他们显然喜欢的一件事是,电力供应商有明确的责任确保他们一天24小时都能满足负荷所需的资源。与现行系统不同,新框架将确保每个电力供应商每小时都在尽其公平的责任来确保电网的可靠性。利益相关者似乎也喜欢新的资源计数规则,它可能不会像ELCC值那样逐年变化。在过去,风能和太阳能ELCC值的突然和显著变化一直是令人震惊的原因,而新框架中的资源计数规则应该更加稳定。

综上所述,新的资源充足框架将为电力供应商提供更清晰的可靠性信号,资源的价值应该更加可预测。这是一件好事,它可以为电力供应商提供更多的监管确定性,从而使向清洁电力的过渡更加顺利,因为电力供应商有责任将清洁资源上线,并减少电网的排放。

那么这给我们留下了什么?

总之,新的资源充足性框架有利有弊。我认为这将是一种更糟糕的确保电网可靠性的方式,但我也认为它将为负责清洁电力过渡的加州电力供应商提供更多的确定性和可预测性。总的来说,由于CPUC尚未敲定框架的关键细节,目前还不清楚这是否会是一个正面的结果。

忧思科学家联盟(UCS188金宝博)其他问题有了这个框架,我们进行资源充足性改革的主要原因是,新框架必须确保公平和准确的资源计数规则和资源充足性要求,以便加州的天然气厂没有必要保持在线。由于许多细节仍悬而未决,很难说这个新的资源充足框架是否真的会成为清洁能源的胜利,但UCS正在努力确保这一点。