能源部注意:电网已经改变

2017年6月20日上午8:56
迈克·雅各布斯
高级能源分析师

电网正在稳步发展,以适应不断增长的可再生能源水平,它为消费者节省了资金,并保持了可靠性。然而,美国能源部长里克·佩里4月份的一份备忘录对这一事实提出了批评,并试图保护老工厂不因竞争而关闭。

电网的可靠性取决于持续的投资、创新和现代化实践。新的、可再生的太阳能和风力发电厂以及取代旧电厂的新做法正在满足公众的电力需求。推迟老工厂的退役会让消费者花钱。随着网格的这些变化,对可靠性的警惕并没有改变。

当能源部发布佩里部长要求的研究和政策建议时,它应该表明美国电力系统并没有因变化而减弱。该研究应该表明,可靠性是通过许多标准和时间窗口来定义的,并且越来越多的资源能够提供可靠性服务。如果做得好,该报告将反映出依赖混合发电的行业实践,并且没有单一的指标可以描述电力供应的可靠性。

风能和太阳能的可再生能源已经增长到供应量高达50%或者在特定的日子里更多的电力大面积美国的。个别公司和城市已经设置和完成100%采购目标使用可再生能源的电力。电网变化的这些早期迹象表明,技术、投资和协调运作的强大能力,使电网在新的条件下成功运行。

美国能源部面临的挑战是,在煤炭使用量下降的情况下,如何跟上使电网更加可靠的变化。公用事业工程师已经接受了使用现有工具的挑战,例如电力系统预测和发电厂的协调经济调度,并使它们现代化。

此外,可再生发电技术的快速发展提供了令人惊讶的能力。的加州ISO最近的报告董事会的工作人员在描述太阳能发电场提供可靠服务的准确性和速度时,充满了积极的感叹。这只是最新的消息技术评估证明更多地利用可再生能源提供的服务,以提高可靠性经济性和可靠性网格的。

这是如何发生的,能源系统是如何保持可靠的

动态创新和资本投资推动了能源的发展,特别是在发电方面。在电力时代初期(大约1890年),发明家托马斯·爱迪生(Thomas Edison)和尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)之间的著名竞争就是煤炭和水力发电之间的竞争。如今,来自价格较低的天然气、能效、风能和太阳能的市场竞争,正在推动美国煤炭使用量的下降,并导致煤炭使用量相应增加。德克萨斯州在风能装机容量方面领先美国,这是通过竞争而且具有成本效益的基础设施投资

近年来,美国风能和太阳能的增长超过了其他技术或燃料。UCS图表。

这些能源的较低价格与技术创新相结合,确保了电力系统随着这种增长和变化的持续可靠运行。随着新能源竞争成本的下降吸引了投资者,使用新技术建设新发电厂的热潮正在兴起。的生成的大部分美国在2014年、2015年和2016年每年新增的产能都使用了风能或太阳能。右图显示了使用风能和太阳能的可再生能源安装的增长情况。

负责可靠性的组织完全参与了这一演变

电网运营商,也被称为“电力池”,负责可靠地管理多州地区的电力增长,有些州比其他州更快地看到这些变化。下图显示了2008年(当时全国风能(或风能和太阳能)超过2万兆瓦)到2016年主要电力市场的风能增长情况。

运营这些市场以及规划和运营电网的独立系统运营商,通过各种补充基本可靠性标准的研究义务,了解这些变化和老电厂的退役情况。中大陆独立系统运营商(MISO)估计超过每年节省3.5亿美元来自于对风的规划。从2012年到2014年,西南电力池(SPP) 34亿美元的输电建设收益每年2.4亿美元,预计在40年内超过100亿美元吗

过去十年,美国四个地区的可再生能源显著增长。UCS图表。

电力池作为独立于当地公用事业公司的系统运营商服务于三分之二的美国消费者,促进了可靠性、创新和竞争。组建PJM电力池以节省资金和提高可靠性的协议是1927年的头版新闻。战时铝生产的能源需求推动了SPP的形成美国加入第二次世界大战八天之后.今天味噌估计每年可以节省18亿美元减少必要的储备。

可靠性监督和最佳实践的共享来自国家和大陆规模的组织。美国的可靠性和互联标准由联邦能源管理委员会(FERC)和北美电力可靠性公司(NERC)制定。2003年,FERC首次采用了风能对电网可靠性贡献的要求,为“穿越”(即保持连接)干扰设定了一个比适用于核电站的更严格的标准。从那时起,NERC提供了一系列报告和建议,以指导行业安全可靠地集成可再生能源。由于对可靠性的忽视,可再生能源的增长已经达到了一些令人印象深刻的记录。

可再生能源供应的记录

创造了一小时内使用可再生能源的地区记录。图表UCS。

加州的风力发电场和所有可再生能源发电正在为满足地区电力需求创造新的记录。多年来电网运营商的适应使得电网中可再生能源的稳定增长。这里显示的数字说明了风能和太阳能技术,结合电网运营商的工具,在大平原地区50%的风能和80%的可再生能源(包括风能、太阳能、水力、生物发电和地热)的组合下,是如何运行电力供应的。

这些记录发生在可再生能源产量高、需求相对较低的时段,但它们为可再生能源水平不断提高的日常操作提供了经验。

网格实践使这些记录成为可能

该行业不断扩展创新和工具运行可靠,可再生能源水平较高化石燃料水平降低。

当风力发电场和太阳能发电在大面积分布时,所产生的能量更可预测,也更稳定。随着天气模式在该地区的变化,这种地理多样性使得区域电力池可以将可再生能源的供应整合到更大的供应组合中。ERCOT的官方市场监测人员注意到了这种大面积聚集风的影响2016年6月的风力发电量至少为3500兆瓦

因为它们非常大,电力池还通过减少储备发电机(用于平衡供需)的需求来节省成本。平滑这些变化,调整天气预报,现在整合集中风力预报对该地区来说都是最佳做法。加州ISO在2004年实施了风力预报。德克萨斯州、纽约国际标准化组织(NYISO)和中大陆国际标准化组织(MISO)的区域电网运营商在2008年实施了风力预测,PJM在2009年也这样做了。

最先进的风力预测技术可以预测单个风力发电场的输出,并允许电网运营商将风力发电场的运行纳入其前一天的准备工作和实时发电机调度系统。电网运营商继续改进技术预测工具,包括风力状况的可视化,以提高系统运营商的态势感知能力,并根据预测的风力输出增加预测电力系统的需求和能力。

一旦预测显示出显著的成本节约和可靠性效益,电网运营商和风电行业就采用了扩大市场系统控制的最佳实践,并实施风电调度(即风电场经济地响应指令)。在2009年,NYISO是第一个包括风能提供价格和调度在市场体系中。到2011年,MISO和PJM经营的市场包括类似的以价格为基础的风能整合.这一创新让iso可以做出最大的决定解决可靠性问题的成本有效的方法确保更好地利用风力发电厂的输出,同时保持安全可靠的系统。

除了新的发电厂和电网实践,其他投资类别有助于提高可再生能源的可靠性和更多地使用。增加传输可以在电力池内部和之间更好地共享能源。公用事业、独立开发商和风电场公司继续扩大这一最基本的电力基础设施。协调需求响应,电动汽车充电,以及简单的升级,如恒温器和高效照明,减少了电网的压力,直接和立即提高可靠性。

公用事业行业有很大的潜力来改善这种与消费者的互动,以及改变游戏规则的可能性电池储能

方法需要继续发展和被采用

现代电网的发展已经到了老煤电厂退役的地步,电网管理在没有煤发电的情况下继续进行。这两个新英格兰,和不列颠(旧英格兰)已经到了这一步.新技术的持续进步需要对研究、演示和部署提供支持。理解需求和解决方案的新方法来自公开和诚实的对话。

当监管机构支持一种向后看的方式时,这种面向未来的竞争就不可能成功。美国能源部预计不久将提出的建议应该认识到电网运营已经发生变化的现实,以及更多地利用已经证明的新技术的能力。