Efterhånden som mere sol og vind kommer ind på nettet, priserne falder, men der kommer nye spørgsmål

Vind- og solenergi vokser hurtigt i USA, da disse energikilder bliver en større del af el-mixet, deres vækst rejser nye spørgsmål:Hvordan påvirker sol og vind energipriserne? Og da kraftværker holder i årtier, hvad bør politikere og investorer tænke på for at sikre, at investeringer i elinfrastruktur betaler sig i fremtiden?

Vores forskerhold ved Lawrence Berkeley National Laboratory besluttede at se på, hvilken effekt en højere andel af vind og sol vil have på disse spørgsmål. I vores seneste undersøgelse, vi fandt ud af, at høje andele af disse energiressourcer fører til flere dybtgående ændringer i elektriske kraftsystemer.

I særdeleshed, vores undersøgelse viser, hvordan sol og vind har tendens til at sænke energipriserne, men de tilføjer ny kompleksitet til driften af ​​nettet, hvilket har store konsekvenser for regulatorer. For forbrugerne, denne forskning er en påmindelse om, at det at gøre elnettet renere med vind og sol er en udviklingsproces, der kræver betydelige ændringer af, hvordan elnettet drives i øjeblikket - men en, der giver store muligheder, hvis vi som land kan blive mere fleksible, når vi bruger strøm.

Langsigtede beslutninger

Tidligere analyser, inklusive vores egne, viste, at sol og vind allerede påvirker engros-elektricitetsmarkederne, fører til flere udsving i energipriserne.

Produktion af solenergi, selvfølgelig, følger solen, stigende om morgenen, producerer mest ved middagstid, og falder af om aftenen. Vindenergiproduktion afhænger af vejret, årstider og geografi. Solenergi er ret forudsigelig, især i tørre klimaer, og vindkraft kan forudsiges dage og timer i forvejen med en vis nøjagtighed, men begge kan variere meget. Af disse grunde sol og vind kaldes også variable vedvarende energikilder (VRE).

Vores seneste undersøgelse undersøgte, om visse politiske beslutninger, der er truffet baseret på antagelser, der afspejler lave VRE-niveauer, stadig vil nå deres tilsigtede mål, hvis vind og sol bruges på et højt niveau i fremtiden.

For eksempel, en programadministrator hos et forsyningsselskab bliver bedt om at vælge det mest omkostningseffektive sæt muligheder for energieffektiviseringstiltag. Med en høj procentdel af solenergi, forsyningen ønsker måske at reducere efterspørgslen om aftenen, når solproduktionen falder, frem for middag, hvor der er rigeligt med emissionsfri elektricitet. Så effektivitetsfokuset kan flytte fra klimaanlæg, typisk brug for mere i løbet af den varme dag, til belysning.

Et andet spørgsmål er, hvordan man installerer opladere til elektriske køretøjer:Med masser af solenergi, det kan være bedst at placere opladere i butikker eller kontorbygninger, at oplade, når solenergien er høj ved middagstid. Men i en region med hård vind om natten og mange vindmøller, strøm kan være billigst og renest, når elbiler parkeres ved ejerens bolig.

Ingen brændstofomkostninger er lig med lavere engrosenergipriser

Vores undersøgelse så på, hvordan priserne ændrer sig under to forskellige scenarier:høje og lave VRE-niveauer. Vi brugte detaljerede netsimuleringer til at fokusere på år 2030 for fire elmarkeder i USA:CAISO i Californien, ERCOT i Texas, SPP i Midtvesten og NYISO i New York. Analysen kontrasterer modellerede markedsresultater for høje vind- og solandele på 40-50 procent med en lav vedvarende baseline, der afspejler 2016-niveauer.

For kontekst, det californiske marked havde 14 procent sol- og 7 procent vindenergi i 2016 (statslove vil kræve en stigning til omkring 40 procent vind- og solenergi i 2030). Mens Texas er landets førende, når det kommer til den samlede kapacitet af vindmøller, der genererer 13 procent af al texansk energi, regionerne i det midtvestlige vindbælte har den største andel af vindelektricitet – næsten 20 procent i 2016, men næsten ingen sol. New York, i mellemtiden, har ambitiøse mål for 2030, men indtil videre kun meget lidt vind (3 procent) og sol (1 procent).

De mest fundamentale ændringer af høje niveauer af vind og sol vedrører tidspunktet for, hvornår elektricitet er billig eller dyr, og graden af ​​regelmæssighed i disse mønstre.

På konkurrenceprægede engrosmarkeder, virksomheder konkurrerer om at levere strøm til de enheder, der driver regionale elnet. Priserne bestemmes ved bud, og indstilles hver time baseret på udbud og efterspørgsel. Alle vindende budgivere betales markedsclearingsprisen.

Da sol og vind ikke har nogen brændstofomkostninger, de kan byde lavt for at sikre, at deres magt bliver accepteret på markedet. Jo mere vind og sol på et marked, jo oftere falder clearingprisen. På dagens markeder, vi ser allerede nogle gange priserne går til nul eller endda negative.

Store mængder sol ændrer de daglige prismønstre markant. Med høje solenergiandele i Texas, for eksempel, engrospriserne ville falde midt på dagen til et gennemsnit på $10/MWh og derefter stige om aftenen til et gennemsnit på $80/MWh. Til reference, en megawatt-time (MWh) er lidt mere end den mængde strøm, som den gennemsnitlige amerikanske husstand forbruger på en enkelt måned.

I et scenarie med en høj procentdel af vind- og solenergi, der bidrager med energi til nettet, hyppigheden af ​​perioder med lave priser (under $5/MWh) stiger til mellem 3 procent og 19 procent af timerne afhængigt af regionen og blandingen af ​​vedvarende energi. Høj sol i Texas, med dens begrænsede elektriske forbindelser til naboregioner, oplever den højeste hyppighed af perioder med næsten nul priser.

Gennemsnitlige engrospriser på timebasis falder med mere VRE-penetration, med $5-$16/MWh afhængigt af regionen og blandingen af ​​vind og sol. Fald i gennemsnitlige engrospriser og almindelige forekomster af perioder med meget lave priser vil påvirke rentabiliteten af ​​VRE og ufleksible generatorer såsom atomkraftværker og kulværker, der opererer i disse timer.

Større behov for on-demand strøm

Prisvolatiliteten stiger med højere VRE-aktier, især i scenarier med kraftig vind. Morgenpriser om foråret i CAISO kan variere mellem $0 og $50/MWh med meget vind, men falder i et meget snævrere område i lav VRE-scenariet.

Til sidst, vi fandt ud af, at spidsbelastningstiderne er flyttet fra middag til aften, efter faldende solenergi. Disse nye "netto-toppe" er kortere i varighed, men er dog fordelt over flere dage om året. Mens toppe typisk mødes ved at øge konventionelle kraftværker, den kortere varighed af nettotoppe skaber muligheder for målrettet energieffektivitet, reduktion af efterspørgslen efter elektricitet (efterspørgselsreaktion), ændringer i detailpriser for at afspejle nye spidsbelastningstider, eller endda batterier.

Denne undersøgelse fremhæver kun den mulige indvirkning af disse ændrede prismønstre på efterspørgsels- og udbudssidens beslutninger i den elektriske sektor. Men det giver et grundlag for senere planlagte kvantitative evalueringer af disse beslutninger i lav og høj VRE futures.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.