为什么加州不能摆脱对天然气的依赖?

2019年11月25日上午10:15
加利福尼亚的天然气工厂,前景是管道John Ciccarelli, BLM。
马克Specht
西部各州能源经理/高级分析师

加州在清洁能源发电方面处于全国领先地位,但要完全摆脱电力行业的化石燃料,加州将需要扩大其关注范围能源开始认真审视能力

加州有一个资源充足计划,这保证了该州有足够的发电能力随时准备保持电网全年可靠。到目前为止,用于满足这些可靠性要求的资源类型(天然气厂、太阳能、储能等)的数据尚未公开。但在UCS和其他组织的敦促下,这些信息现在已经被公开了被公开

所以现在数据出来了,它们描绘了一幅加州持续依赖天然气的惊人画面。在介绍完这些数字之后,我将讨论一些我们已经拥有的解决方案,以及我们可能仍然需要的解决方案。

各位,请坐。这会让你(能源书呆子)喘不过气来。

注:与我的上一篇博文在美国,我在这里讨论的“可靠性”是一种独特的类型,与今天大多数加州人心中的可靠性问题关系不大:公共安全断电(PSPS),或用于防止野火的故意断电。在这个博客中,可靠性指的是拥有足够的电力,不是可靠的传输和分配电力。

这是史无前例的报告

加州公共事业委员会最近发布报告记录加州资源充足市场的现状。公众第一次收到一份全面的概要,说明为满足系统和本地资源充足要求而使用的资源类型。(有关系统和本地资源充分性的复习,请参阅我的过去的博客.)

结果令人沮丧,但并不令人惊讶。那些深谙加州资源充足计划的人(比如你)都知道,加州仍然严重依赖其天然气发电厂,这些数字只是证实了我们都知道但没有数字支持就无法说出口的事情。

结论#1:加州在系统资源充足方面严重依赖天然气,在本地资源充足方面更是如此。

该报告显示,加州仍然非常依赖天然气发电厂的可靠性。尽管2018年加州只有35%的发电量来自州内天然气发电厂,但2019年9月(负荷预测最高的月份,因此也是系统资源充足率要求最高的月份),加州55%的系统资源充足率是由州内天然气发电厂提供的。此外,2019年9月,加州当地资源充足度的71%是由天然气发电厂提供的,这一数字令人震惊。

换句话说,全年约有三分之一的能源来自天然气,但在最艰难的电网条件(即需求高峰时期)和当地可靠性事件(例如输电线或发电厂停电)期间,一半到三分之二以上的电力来自天然气。这是对化石燃料的很大依赖。

虽然加州在生产更多清洁电力方面取得了长足进步,但该州仍然严重依赖天然气来满足资源充足性。
注意:能源数据是2018年,还有资源充足率数据是2019年9月。虽然能源数据区分了小型水电(包括在可再生能源类别中)和大型水电(有自己的类别),但资源充分性数据将所有水电集中在一起。对于这两个数据来源,“可再生能源”类别还包括太阳能、风能、地热和生物质能。“能源存储”类别包括抽水蓄能和电池存储。

为什么加州如此依赖天然气来保证资源充足?

这一切都归结为能量和容量的区别.可再生能源在生产低成本方面很出色能源,但提供能力因为资源充足需要在最需要的时候(即在高峰负荷期间)产生能量的能力。由于加州现在大约有100万座屋顶安装了太阳能电池板,在太阳照耀时为家庭提供能源,加州的峰值负荷已经进一步转移到太阳落山后的晚上。因此,新安装的可再生能源(尤其是太阳能)在最需要的时候生产能源的效率较低,因为需求的时间已经改变了。最终,可再生能源产能在加州资源充足计划中的占比远远小于可再生能源所占的比例。(我将在以后的博客中更详细地解释这种现象!)

结论2:加州对天然气的依赖程度在每个月都有很大差异。

这份报告中另一个有趣的发现是,加州对天然气的依赖在某些月份比其他月份要高得多。例如,尽管2019年9月该州55%的系统资源充足率来自天然气,但2019年1月这一比例高达71%!

加州对天然气可靠性的依赖很大程度上取决于月份。
注意:数据是2019年。“可再生能源”类别包括太阳能、风能、地热和生物质能。“能源存储”类别包括抽水蓄能和电池存储。

这种差异的解释有点复杂。从本质上讲,用于满足系统资源充足性要求的天然气容量在9月至1月之间没有太大变化(只有约10%的下降),但其他资源类型的容量急剧下降,这增加了天然气的份额。

哪种类型的资源在夏季比冬季提供更多的容量?

  • 风能和太阳能因为在隆冬,太阳落山早,风也不那么猛烈,太阳能和风能在电网最需要的时候提供的能量就更少了。
  • ,因为反应堆必须定期关机用于维护和加油,这项工作通常在非夏季月份进行。
  • 水电因为有各种各样的外部限制会影响水电的产量。例如,农业、渔业和激流漂流都决定了一年中不同时期可以释放多少水,这影响了水力发电的数量。
  • 进口这并不一定是因为它们不太容易获得,而是因为有更低成本的选择(例如州内的天然气发电厂)。

这意味着什么呢?这意味着仅使用清洁电力度过一年的最大挑战将是在隆冬,炎热的夏天。我知道。我也没想到会这样。

结论3:大多数地区都非常依赖天然气来满足当地资源的充足性,只有一个例外。

关于这份报告,我发现的最后一件有趣的事情是,大多数地方严重依赖天然气发电厂来满足当地的资源充足性。然而,有一个例外。在这5个地区中,有4个地区(湾区、洛杉矶盆地、圣地亚哥-帝王谷和Big Creek-Ventura)都满足了当地绝大多数的天然气资源充足性要求。唯一的例外是“其他PG&E地区”类别,该类别包括水电、可再生能源和能源储存(即抽水水电),满足了当地大部分资源充分性要求。

五分之四的地方严重依赖天然气来保证电网的可靠性。
注意:数据是2019年9月。“可再生能源”类别包括太阳能、风能、地热和生物质能。“能源存储”类别包括抽水蓄能和电池存储。

大多数地区如此严重依赖天然气的原因是,从历史上看,没有其他选择。在这些地区根本没有水电或抽水水电可用,在洛杉矶这样人口密集的地区进行大规模的可再生能源项目(如风能和太阳能)是非常困难的,在旧金山市中心建造核电站也很幸运!

加州的每个可靠地区都有资源充足的要求,这些地区中的大多数都非常依赖天然气的可靠性。
注:上面提到的“其他PG&E地区”包括洪堡、北海岸/北湾、塞拉、斯托克顿和大弗雷斯诺。

加州仍然非常依赖天然气产能。但为什么这很重要呢?

如果你只关心减少全球变暖的排放,那么这不会成为一个大问题,直到你188金宝搏手机版开始尝试将所有的排放从电力部门中挤出。严格来说,天然气工厂在提供天然气时根本不会产生任何排放能力因为提供产能只是意味着这些工厂在需要时可以发电。天然气工厂只有在启动供气时才会排放气体能源.但在现实中,如果天然气工厂提供了加州资源充足能力的很大一部分,那么至少在某些时候,它们将不可避免地需要生产能源,最终启动并产生全球变暖的排放。188金宝搏手机版

研究开始表明成本最低的加州电力行业深度脱碳的方法可能是增加很多更多的可再生能源和存储,同时保持该州大部分天然气发电厂在线,以满足资源充足的要求。如果加州人愿意在未来几十年里继续依赖天然气工厂和相关的管道基础设施(当然,我们也明白,随着时间的推移,我们将越来越少地使用这些基础设施),那么该州对天然气资源充足的依赖就不是什么大问题。

但是,如果加州人想要从电力部门中挤出每一吨全球变暖的排放,或者随着时间的推移逐步淘汰所有的天然气发电厂,那么188金宝搏手机版这种最低成本的解决方案是不会解决问题的。我们国家实现100%清洁电力的努力可能会受到资源充足性要求和可靠性需求的阻碍。

加州如何减少对天然气产能的依赖?

至少在短期内,唯一可扩展的解决方案是电池存储。2019年,电池存储提供的系统资源充分性容量不到0.5%。加州电力供应商准备在未来几年以独立电池存储和混合资源(例如太阳能+存储)的形式增加数千兆瓦的电池存储。所有这些新电池将大大满足资源充足的要求。

但最终我们会达到一个极限。就像可再生能源一样,你向电网添加的电池越多,这些电池在满足资源充足性要求(即在最需要电力的时候提供电力)方面的效率就越低。电池会有很大的帮助,但它们不是万能的。(我也将在以后的博客中解释这一现象。)

那么,除了电池,我们还能做什么呢?

首先,更多需求响应-减少或改变一天中某些时段的用电量-是一个好主意,而且有更多这是可以发展的。能源效率是另一个有效的解决方案。因为资源充分性要求是基于预期电力需求,能源效率降低了我们的预期需求,进而降低了资源充分性要求。

更重要的是,增加可再生能源的多样性将大有帮助。不仅是技术的多样性(例如风能和地热),还有地理位置的多样性(例如在州内,州外,海上风力发电).太阳在不同的地方照射,风在不同的时间吹,这些差异可以被利用来满足资源充分性的要求,并保持加州电网的可靠性。

更多的电池、更多的需求响应、更高的能源效率和更多样化的可再生能源是否足以完全消除加州对天然气发电厂的依赖?我们还不知道。这些研究仍在进行中,但我们可能需要超越这些研究,寻找新的解决方案。为了完全消除对天然气的依赖,可能需要超长持续时间的能源储存(在季节之间储存能量)或某种形式的具有固定燃料来源的可调度电力(例如核能或将天然气发电厂转换为氢和生物甲烷的组合)。但这些技术在具有成本效益和商业可行性之前还有很长的路要走。

总而言之,在保持电网可靠的同时关闭天然气工厂的唯一方法就是使用天然气工具箱里的每一个工具也许还有一些我们还没有发明的工具。