下一代能源技术受到过时市场的制约

2019-05-27 09:46:57
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经过八年半的职业生涯中最有价值的经历,11月底将结束我在GTM和GTM Research的任期。

我对我们的团队和工作感到无比自豪,我很高兴看到接下来会发生什么。我将继续参与GTM的未来 - 我将继续担任GTM和Wood Mackenzie的Power&Renewables实践的高级顾问,并且我将继续共同主持The Interchange播客,直到有人从我的寒冷中撬出麦克风,死手。

与此同时,自从2009年初加入GTM以来,我对电力市场的变化感到怀旧。例如,美国的太阳能运行量增长了37倍(!)。现在,可再生能源通常被列为新一代产能最便宜的来源。

昨天流行的智慧 - 清洁能源太昂贵而无法广泛采用 - 现在很少在能源市场领导者中表达出来。我当然没有看到十年前变化如此之快。

但还有很长的路要走。今天流行的智慧仍然假设这种转变将对电网的稳定性构成威胁。即使这些新资源更清洁,更便宜,它们肯定会施加一系列新的外部成本来维持可靠性和弹性,对吧?

在这种风险是真实的程度上,它主要是自我强加的,因为下一代能源技术在当今的电力市场中仍然处于结构上的劣势。可再生能源,能源储存和需求响应(有时)因其减少温室气体排放的潜力而获得信誉,但它们可以提供更多。它们不是在明天的电力系统中承担责任,而是资产。但首先他们需要有机会表演。

可以把这些技术看作是替补球员,他们在后院每分钟都投三分球。把它们放在游戏中,它们将证明自己是明星。

太阳能可以提高电网可靠性

很多墨水已经渗透到太阳能更高渗透率所带来的挑战中(在此过程中,教导整整一代能源分析师如何画鸭子)。但太阳可以帮助稳定电网的方式相对较少受到关注。智能逆变器和目标工厂运营的结合使太阳能能够提供从频率控制到电压调节的各种基本可靠性服务。

First Solar与加州独立系统运营商和国家可再生能源实验室合作,在今年早些时候通过战略性运营一个300兆瓦的太阳能发电场为批发市场提供可靠性服务证明了这一点。

结果令人印象深刻 ; 该项目不仅能够提供一系列无功功率控制,而且在某些情况下,它能够比典型的燃气轮机技术做得更好。

在最后一节中你的眼睛是否釉面?我也是,我写了。但问题在于:First Solar证明太阳能项目可以提供比任何传统发电源更好的基本可靠性服务。

但这里强调的是可以的,而不是做。绝大多数的太阳能项目提供没有这样的服务-不是因为他们在技术上不能这样做的,但由于市场不奖励它。大多数项目都是纯粹是为了交付(以千瓦时或兆瓦时)能源补偿,而不是他们的电网可靠性的贡献。提供可靠性服务需要付出代价:First Solar不得不削减项目产量的10%左右,以便为信号响应留出空间。

迄今为止,太阳能行业开发先进电网功能的动力仅限于监管合规或预防供料器堵塞以及阻碍安装更多太阳能的问题。这促使技术提供商尽一切可能改善太阳能(和男孩,他们成功)的成本结构,但相对很少优化技术的电网可靠性。

这是一个可以解决的问题。电网运营商可以引入或增加无功功率的激励,公用事业公司可以采用智能电力联盟开发的智能型PPA,将限电太阳能作为电网资源。但首先,市场需要认识到太阳能可以提供的价值。

微电网可以提供弹性

在美国,电力恢复能力已经相当一段时间对华盛顿的现任政府来说,增强抵御能力似乎是保持基本负荷工厂生存的战略的核心(也许是为了结束“煤炭战争”)。同时,中断飓风哈维,伊尔玛,何塞和玛丽亚的飓风已经测试了美国东南部和加勒比地区的电网恢复能力。

首先,让我重复许多其他人提出的观点:弹性和可靠性是不同的。可靠性是电网在需要时始终如一地提供电力的能力。如果在翻转开关时灯几乎总是打开,那么您就具有可靠性。恢复能力是电网从重大事件(例如飓风)中快速有效恢复的能力。您可以拥有一个通常可靠但在灾难发生后完全崩溃的网格,或者能够处理重大事故但经历每日停电的网格。

当发生危机事件时,弹性网格提供两个好处:更小的影响和更快的恢复。在后一点上,各种近期的进展使得美国大陆的复苏更快,佛罗里达飓风伊尔玛之后令人印象深刻的恢复就是证明。

但是首先要保持灯亮呢?对于医院,疗养院,警察/消防局等关键设施而言,这可能是生死攸关的问题。

这是微电网的最佳点,微电网是分布式能源和负载的网络,可以与中央电网并联或从中央电网运行。并且有许多微电网在电网停电期间表现出色的例子,来自德克萨斯州的HEB超市连锁店使用微电网在飓风哈维期间继续运营到普林斯顿大学的微电网,在飓风桑迪期间维持电力。(作为旁注,不要代表该行业吹嘘,但太阳能在飓风哈维期间表现良好,能量储存在艾玛和玛丽亚期间做得很好)。

鉴于它们的成本,微电网不是通用的解决方案。但它们在弹性工具箱中很重要,特别是对于关键设施。一个煤90天的供应量提供当T&d网络被破坏(在事业的支持很少广大客户停电的),但微电网仍能保存一天。

然而,两个监管障碍继续阻碍微电网的扩张。

公用事业特许经营权:通过新的配电线向第三方出售电力侵犯了公用事业特许经营权,这是公用事业公司与市政当局之间就线路和电线使用公共通行权的普遍排他性协议。这可以防止开发更大规模的微电网,这种微电网可能更经济,或者可以为更大的客户群提供益处。

公用事业监管的威胁:任何销售能源或电力且其设备跨越公共街道的实体被定义为属于公用事业委员会的传统公用事业监管和评级机构的电力公司。被视为传统公用事业的前景将额外的负担转移到第三方微电网提供商身上,使得实现经济可行性变得更加困难。

这也是一个可解决的问题。监管机构可以围绕微电网的引入设置法律护栏,这可以使它们在不破坏我们受监管的公用事业垄断的性质的情况下扩散。

储能可以作为峰值容量

根据您的要求,储能可以是电网的瑞士军刀或培根。无论哪种方式,它都是多功能的。Rocky Mountain Institute两年前做了很多工作,确定了电池可以为电网,公用事业和客户提供的13项个性化服务。

但实际上,今天运营的储能项目提供的服务非常有限,其余部分基本上无法实现,因为市场还没有充分适应。

根据电网的需要确保足够的峰值容量。这非常适合电池 - 高峰时期很少见,但需要灵活的资源快速响应。可以偶尔调用电池以减轻峰值发电需求,同时更频繁地循环以服务另一个价值流​​,例如商业客户的需求 - 费用减少。这种价值堆叠可以降低消费者满足高峰要求的成本,并取代原本可能很少使用的温室气体排放工厂。

对这种潜力的认识正在蔓延。

在加利福尼亚州,州政府官员发现储能组合(与太阳能和需求响应混合在一起)可以提供相同的技术能力并且可能具有竞争力的成本后,基本上取消了对262兆瓦的天然气发电机的计划。

在加利福尼亚州和华盛顿州,政策制定者和监管机构已发布命令,要求公用事业公司考虑储能以满足高峰需求。

但是,我们还没有看到能源储存占据主导地位的是批发能力市场,电网运营商采购资源以确保未来有足够的电力供应。这些产能市场是巨大的 - 今年早些时候GTM Research的分析估计,在2015/2016交付年度,有140亿美元经历了这些市场。如果能量存储获得10%的份额,这将开启大约30千兆瓦的电池需求 - 约为今天总容量的50倍。

这是市场努力跟上技术的完美范例。原则上,能量存储通常被允许参与容量市场,但实际上被禁止这样做,因为从性能要求到组合资源的市场规则没有根据电池的独特特性进行更新。

管理批发市场运营商的FERC在2016年通过发布拟议规则制定通知(NOPR)采取措施解决这一问题,该通知将迫使系统运营商重新设计其规则以解释这些新资源。但是在新政府的统治下,这一规则制定已经停滞不前,而且FERC目前似乎专注于另一个旨在节省基本负荷工厂的 NOPR 。

储能不需要大额补贴。它只需要有资格参加比赛。

分布式能源可以推迟或消除对电网升级的需求

美国公用事业公司每年花费超过400亿美元来升级其输电和配电系统,而且成本也在增加。其中一些升级是必要且不可避免的,但其中许多升级也可以经济有效地避免,或至少推迟,使用非电线替代方案(NWAs) - 代替典型升级的非传统公用事业投资,通常涉及需求灵活性,分布式发电和能量存储的组合。

我们GTM Research的团队已在美国确定了133个NWA项目,总容量接近2千兆瓦。

其中,100个处于规划阶段,95%来自四个州:纽约州,俄勒冈州,佛蒙特州和加利福尼亚州。

令人印象深刻的是,与机会相比,它绝对相形见绌。

如果非电线替代方案能够以比传统T&D投资更低的成本向电网提供相同的服务,则应采用它。就这么简单。但是,NWA市场受到监管机构和公用事业的阻碍,这些监管机构大多尚未认识到市场的潜力,而公用事业公司则没有动力购买NWAs,而是在传统资本支出上获得规定的回报率。

即使在NWAs领域之外,分布式能源也常常无法提供其真正的价值。例如,在德克萨斯州的ERCOT电网领域,分布式能源资源根据其在四个州负荷区之一中的位置进行补偿。但如果这些资源的价格定位在当地(使用区位边际价格),它们可以帮助减轻当地网络拥堵。这个想法在2015年由ERCOT提出但从未采取过行动。

电动汽车可以实现更大的可再生能源渗透

即将到来的电动汽车浪潮可能成为电网最好的朋友或最大的敌人。这一切都取决于车辆电池的充电和放电方式。电动汽车拉动了很多动力; 典型的家用EV充电站将具有比家庭本身更大的峰值负载。如果没有适当的激励措施,电动汽车将增加系统峰值需求,这将需要昂贵的新基础设施并可能增加排放。

但是,凭借智能的使用时间电动汽车电费,客户可以在电力便宜且充足的情况下激励他们为车辆充电 - 例如,在拥有大量太阳能的市场中间。这可以既可以避免可再生能源增长时的过度生产和缩减,也可以减少达到晚上高峰的匝道要求。

有证据表明,使用时间费率可用于此目的。圣地亚哥天然气和电气公司通过与其领土上的电动车所有者进行的多年实验研究取得了成功。客户不仅通过在非高峰时段和超高峰时段为车辆充电来有效地响应价格信号,而且随着时间的推移他们也越来越多地做到了这一点。

电动汽车还可以为电网和公用事业提供众多优势,远远超出可再生能源的整合。但今天在路上的电动汽车很少能提供这些好处。

公用事业和监管机构可以通过结合智能费率结构和对充电基础设施的战略投资来锁定车辆电气化的好处。但正如洛基山研究所在这篇精彩的新论文中指出的那样,电动汽车销售年增长率达到30%到40%,没有时间浪费。

它只会变得更具挑战性

随着新能源技术的融合,机遇和市场设计的复杂性将会提升。需求响应就是一个很好的例子。虽然对其应对关键“事件”的潜力有充分了解,但技术组合使得需求响应能够提供更多价值。

特别是,电池存储和需求响应的组合至少提供了提供大西洋中部网格运营商PJM 已经识别的每个可靠性属性的部分能力:

或者,采取另一个步骤,考虑一旦区块链能源应用开始激增将会发生什么。监管机构不仅需要解决评估和补偿分布式能源的细微差别,还需要解决点对点交易,客户暴露于批发价格,甚至是电力市场制造商的完全脱媒。

Whaddya会怎么做?一个八点计划

我提到的一切都已经发生,但主要是飞行员或有限的规模。试点项目很棒 - 直到他们不是。我对未来电力的最大担忧是,这些技术和服务仍然处于永恒的试点阶段,因为市场从未发展到释放其潜力。

不算太晚。以下是一些有助于解锁下一代电力系统的一般规则。

设计 时变,基于位置,成本反映的费率结构。从具有现场生成,存储或负载控制的客户开始选择加入结构,但最终将这些智能费率推广给所有客户。

根据个人和综合非传统资源的平等参与津贴,对每个批发能源市场(能源,能力和辅助服务)进行评分。必要时进行修改。

允许公用事业 公司从这些替代方案中获得服务回报,类似于加州PUC专员Mike Florio去年提出的建议。(胡萝卜。)

在进行任何主要电网升级之前,强制公用事业公司考虑并征求DER和非电线替代品的出价。如果替代解决方案同样有效且更实惠,那么它应该会赢。(棒子。)

根据实际经过验证的系统要求,以技术无关的方式奖励可靠性和弹性(而不是像能源部长Rick Perry所建议的那样任意支撑任何有90天燃料供应的发电机)。

避免“飞行员死亡之谷”:在批准任何试点项目之前,制定一套明确的标准,如果在飞行员中实现,将引发广泛的推广。

在考虑新技术时,尽一切努力依赖于最新的成本和性能数据。如果最近的公共成本数据超过三个月,请向市场参与者征求新的报价。

将气候变化缓解作为系统规划的核心组成部分,而不是一个需要考虑的“政策案例”,或者为了天堂的利益而被删除的术语。

应用这些规则将加速能量转换并确保灯光同时保持开启状态。肯定会是具有挑战性的。但是 自由的成本是多少?

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