中西部输电运营商规划高可再生能源的未来

2018年6月27日|上午9:56
山姆公司Gomberg
高级分析师

在清洁能源政策、客户需求和简单经济的推动下,可再生能源技术正在成为我们能源未来的主导部分。研究我们不断地表明,风能和太阳能技术可以产生远远超过我们目前需求的电力,但传输系统能否实现向清洁能源的过渡,并使其潜在效益最大化,仍存在问题。

一个新的研究服务于美国中部大部分地区的区域传输运营商正在寻求这些问题的答案。但是,在规划电力未来的过程中,克服固有的复杂性和不确定性是一项艰巨的任务。

中大陆独立系统运营商(味噌)是联邦政府授权的区域传输组织负责维护北美中部大部分地区的可靠性和运营批发能源市场。MISO已经启动了一项名为可再生能源整合影响评估(RIIA)的研究和利益相关者过程,以评估当前的输电系统如何应对不断增加的可再生能源水平。味噌的方法搜索那些“拐点”,在这些“拐点”上,系统的可靠操作变得非常复杂。如果能够确定这些拐点,就可以帮助MISO了解何时以及需要进行何种投资或运营变更,以保持可靠性,同时提高可再生能源水平。

回答常见问题的独特方法

MISO的RIIA研究采用了一种不同的方法来探索我们的清洁能源未来。它没有探讨我们通常从可再生能源研究中看到的几个问题,比如什么是资源的“最佳”组合,清洁能源转型的成本和收益是什么,或者应该制定什么样的新政策或法规来更快或更公平地实现高水平的可再生能源。许多可再生能源研究也着眼于未来20年或更长的时间,前提是对可能颁布的政策的假设,或者各种技术的成本和性能如何随着时间的推移而变化。鉴于预测未来固有的不确定性,MISO的研究设计排除了许多这些典型的方法。

MISO的RIIA研究是专门设计来减少未来的不确定性(和利益相关者的分歧)。这项研究没有对未来的政策或监管变化做任何假设。它也不会评估这种转变的成本或收益。MISO不能消除这项研究中的所有不确定性(下文将详细介绍),但这种方法有助于集中精力确定随着可再生能源的增长,何时需要对传输系统进行投资(或改变我们如何操作该系统)。

下图提供了MISO提出的方法的概要。

MISO的方法是在当前的输电系统上增加可再生能源水平,以找到保持可靠性变得越来越复杂的“拐点”。届时,MISO将探索提高可再生能源水平的解决方案。来源:味噌

如上图所示,由于与电网连接的可再生能源水平增加,当维护整个系统可靠性的复杂性增加时,MISO将寻找“拐点”。

拐点的一个例子是当系统经历重大变化时交通拥堵这使得能源很难从产地(例如爱荷华州风能丰富的地区或路易斯安那州太阳能丰富的地区)获得到需要能源的地方。另一个可能是当系统中有足够的太阳能时增加了灵活性在晚上的时间里,当太阳系离线时,其他资源需要增加。这些都是值得现在就提出(并寻求解决方案)的问题,而不是等待问题出现。

在快速变化的时代寻求洞察力

MISO的RIIA研究回应了越来越多的人的认识,即目前的可再生能源发展速度将推动整个电力系统发生快速和前所未有的变化。下图显示了风能和太阳能资源是如何主导MISO的并网队列的——等待批准并网的发电项目的积压。

在MISO系统中,超过86%的新资源(近80000兆瓦的新容量)是风能和太阳能资源。理解这将如何影响整个系统的能量流动,以及如何在这些动态下保持可靠性,是MISO可再生能源集成影响评估研究中正在探索的核心问题。来源:味噌

并非MISO的互连队列中的所有项目都将建成,但它可以作为一个强有力的指标,表明MISO必须为即将到来的系统变化做好准备。RIIA的研究将告诉MISO如何在面对这种快速变化的能源组合时保持可靠性。

RIIA研究能否克服不确定性,对近期规划有用?

MISO已经做出了一些决定,例如不试图预测未来的资源成本或未来的政策和监管条件,以帮助减少RIIA研究的不确定性,并专注于对当前系统的影响。这将有助于澄清结果并确定近期的下一步。但是,仍然需要对未来进行一些批判性的有根据的猜测,MISO必须对研究过程中发生的现实世界的变化做出反应。

例如,当MISO在一年多前开始这一过程时,正在开发的风能和太阳能资源的组合与我们今天的情况有很大不同,因为太阳能在整个MISO系统的可用性和成本效益方面都在不断提高。

MISO系统中正在开发的资源组合正在迅速变化。就在四年前,太阳能还相对不存在。今天,在进入互联过程的所有资源中,它占了一半以上。对正在发生的变化做出反应对RIIA研究的有用性至关重要。来源:味噌

上图显示了在MISO系统中开发的资源组合是如何变化的,并强调了对这些变化做出响应的必要性。虽然2018年进入队列的所有新资源中有一半以上是太阳能资源,但MISO目前在其RIIA研究中对风能和太阳能的比例的假设是75%的风能和25%的太阳能,这是基于一年前的数据。这一最新数据提出了一个问题,即MISO是否应该更新其关于风能和太阳能在可再生能源组合中所占比例的假设。

另一个很大的不确定性是这些可再生资源最终将在哪里开发。虽然这也可以从队列中的项目中得知,但密切关注期望的重大变化——并相应地调整学习过程——将是重要的。

研究假设与我们今天所经历的现实之间的背离有可能破坏RIIA研究的相关性。相反,不断地对整个系统中可能发生的无数变化做出反应,会威胁到及时完成研究的能力。这是一个很难达到的平衡。勤奋并与利益相关者(包括可再生能源开发商)密切合作,对于确保稳健的分析和清楚地了解结果可以告诉我们什么至关重要。

总之,MISO与利益相关者合作计划预期的系统更改的努力是一件好事。我们清洁能源的未来取决于在不威胁可靠性或产生过高成本的情况下适应可再生能源水平不断提高的能力。RIIA的研究是朝着这个方向迈出的一步,它将帮助我们所有人跟上我们周围正在发生的能源进化的步伐。