For at få et elektrisk elektricitetsnet med høj fornyelse, bygge mere sol og vind end nødvendigt

Den berømte opfinder Edwin Land sagde:”Det er ikke, at vi har brug for nye ideer, men vi er nødt til at stoppe med at have gamle ideer. "Det var som om han fortalte os, at løsninger ligger lige ud over vores gamle tankegang.

Byer, stater og lande rundt om i verden forpligter sig til ren energiøkonomi, der kører på meget høje niveauer - endda 100% - af vedvarende energi. Alene i staten New York, fire konkurrerende regninger er målrettet 50% til 100% vedvarende energi inden eller før 2040.

Realistisk set, kun to vedvarende energiressourcer er store nok til at opfylde disse meget høje penetrationsmål på forsyningssiden i USA-sol (langt) og vind.

Begge, imidlertid, er variable ressourcer, drevet af vejr samt daglige og sæsonbestemte cyklusser. Derfor, de skal være "forstærket - det vil sige i stand til at levere strøm på forespørgsel - for at erstatte fossile ressourcer, som kan sendes efter behov. Baseret på vores forskning, vi hævder, at denne faste magtomdannelse ikke kun er mulig, det er også overkommeligt - hvis vi holder op med at have gamle ideer.

En forankret, og meget udbredt, idé - sandsynligvis et resultat af historisk høje priser på vedvarende energi - er, at al den energi, der genereres af vedvarende ressourcer, skal sælges, når den genereres. Ideen om at kassere tilgængelig vind- eller soludgang er anathema, pålagt kraftproducenter, når produktionen fra disse kilder overstiger, hvad nettet kan acceptere.

Denne gamle idé ignorerer et grundlæggende forslag:overdimensionering og proaktivt begrænsning af vind og sol. Dog modstridende, en undersøgelse, som vores kolleger og vi har foretaget, viser, at disse trin er nøglen til den billigste vej til et elnet, der hovedsageligt drives af sol og vind.

Vejer mod energilagring

Begrundelsen bag overprovisionering af sol og vind er ligetil:

• Energilagring er den vigtigste ingrediens, der er nødvendig for at udfylde variabilitet i vedvarende energi, når solen ikke skinner, eller vinden ikke blæser. Disse huller omfatter perioder inden for dagen, f.eks. timer med spidsbelastning i løbet af dagen og om natten, og endnu vigtigere, større flerdages og sæsonbestemte huller fra vedvarende lavsol- eller lavvindforhold. Til opbevaring, netoperatører - de organisationer, der sikrer, at strømforsyningen matcher efterspørgslen, når den stiger og falder i løbet af dagen - er typisk afhængige af vandreservoirer kaldet pumpet hydro eller, i kortere perioder, batterier.
• Opbevaring bliver billigere, men selv under forudsætning af de mest optimistiske langsigtede omkostningsfremskrivninger, vores undersøgelse fik os til at konkludere, at alene anvendelse af opbevaring til fast vind eller sol vil forblive uoverkommeligt dyrt på grund af størrelsen på flere dage og sæsonmæssige huller. Vind og sol bliver også meget billigere, især solceller, til det punkt, hvor overbygning bliver stadig mere overkommelig. Dette er sandt, selv når output fra vind- og solgeneratorer stort set dumpes, eller "indskrænket, "og ikke fodret ind i nettet.
• Overdimensionering reducerer produktionsgab, fordi der er mere energiproduktion til rådighed i perioder med lav sol- og vindtilgængelighed. Overbygning reducerer også opbevaringskrav.

"Firming" med overkapacitet

I dag, den nuværende reguleringspraksis for sol- og vindgenereret elektricitet favoriserer altid at maksimere produktionen. De virksomheder, der driver disse faciliteter, søger at sælge al deres produktion til de højeste priser, så opskæring af produktionen ses som et indtægtstab.

Den gamle operationelle idé hæmmer overgangen til at stole på sol og vind som fast, on-demand kilder, da al deres output kun bruges, når det er tilgængeligt. Denne tilgang holder også vedvarende energi på margenen.

Hvordan ville et net med overbyggede sol- og vindressourcer fungere i praksis? Lad os sige, at operatøren af ​​et regionalt elnet har brug for X megawatt-timer/dag for at imødekomme efterspørgslen. I dag kan solcelleanlæggene i denne region kun opfylde eller overstige denne efterspørgsel på dage med den højeste produktion, såsom klare dage om sommeren. På andre dage, produktionsgabene imødekommes ved lagring.

Derimod, når solressourcen er for stor, at solgeneratoren kan imødekomme X MWh/dag -efterspørgslen flere dage om året, og der er færre huller - derfor er der færre gange, at energilagring er nødvendig for at fylde hullerne.

Når den først er blevet forstærket gennem en kombination af overprovisionering og opbevaring, variable vedvarende energiressourcer bliver effektivt afsendelige - i stand til at levere strøm når det er nødvendigt - og funktionelt svarende til traditionelle kraftværker. På denne måde, vedvarende energikilder kan erstatte disse generatorer uden større netudvikling.

Vores team har modelleret en høj-sol og overbygget løsning til den ikke særlig solrige Minnesota-stat. Målet var at bestemme den billigste kombination af netforbundet solceller, vind og opbevaring nødvendig for at give døgnet rundt, året rundt energitjenester.

Undersøgelsen viser, at overvinde den naturlige variation i sol og vind kan opnås til omkostninger under de nuværende netomkostninger (såkaldt "netparitet") ved at overbygge sol- og vindressourcer og vedtage en netdriftsstrategi, der tillader omkring 20% ​​til 40% begrænsning af overskydende energiproduktion. Energilagring bruges også i vores model, men den overlegne økonomi er direkte et resultat af at erstatte overskydende generering med dyrere opbevaring.

Et legitimt spørgsmål at stille er, hvad der ville være det område, der kræves for en fuld implementering af overdimensionerede solceller. For Minnesota, i det mest ekstreme 100% PV -generationsscenarie, der antager overdimensionering med en faktor to - eller en fordobling af solenergi, der er nødvendig for at imødekomme den nuværende efterspørgsel - ville dette område udgøre 435 kvadratkilometer, under forudsætning af solpaneler med en topmoderne effektivitet på 20%. Dette område repræsenterer mindre end 1% af statens dyrkede afgrøder og halvdelen af ​​det urbaniserede rum med høj og medium densitet.

Tilpasning af, hvordan bulk -elnettet drives

Ud over oversize, begrænsning og lageroptimering, flere drifts- og planlægningspraksis, hvoraf nogle allerede er udført nu, ville yderligere forbedre værdien og ydeevnen af ​​et højsolnetværk og fremme dets realisering med minimale forstyrrelser. De omfatter:

Udnytter den komplementære ydeevne og de variable driftsprofiler for sol og vind. På de fleste steder har vind og sol komplementære daglige og sæsonbetonede produktionsprofiler - vind højere om natten og om vinteren, PV højere om dagen om sommeren.

Anvendelse af efterspørgselsstyring - praksis med at reducere strømforbruget på el -kunders steder - som en måde at minimere udbud og efterspørgsel.

Gør netoperatører i stand til at have myndighed over lokalisering af vedvarende energi og produktionsstyring i deres regioner, så beslutninger om, hvornår der sker indskrænkninger eller lagring anvendes, foretages på regionalt grundlag for at minimere huller i udbud og efterspørgsel.

En holdning om at maksimere produktionen af ​​vedvarende energi og undgå at begrænse gav mening, når variabel solproduktion var ekstremt dyr og opstrammende løsninger var endnu dyrere. Imidlertid, nylige og forventede reduktioner i nøglefærdige solceller, netstyring og lageromkostninger ændrer det optimale løsningssæt, startende med overbygning af solceller.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.