Jak čistá energie udržela rozsvícená světla v Kalifornii během historicky extrémní vlny veder

Kalifornská elektrická síť stojí v popředí dvou nevyhnutelných trendů: přidávání obrovského množství obnovitelné energie a vyrovnávání se s extrémním teplem způsobeným změnou klimatu. Dvoutýdenní zářijová vlna veder, která vypekla stát s „nejžhavější a nejdelší” rekordní teploty, vystavily kalifornskou síť extrémnímu testu – ale navzdory rekordní spotřebě energie světla zůstala svítit.

Jak se tedy stát s nejambicióznějšími americkými cíli v oblasti obnovitelné energie vyhnul výpadkům během jedné z nejextrémnějších vln veder v historii?

Odpověď se může zdát ironická – Kalifornie přestála tuto historickou vlnu veder, protože naplno využila technologie čisté energie, jako je větrná, solární, bateriová úložiště a reakce na poptávku. Zatímco stát zrychluje směrem ke svému cíli 100% obnovitelné energie do roku 2045 a zároveň plánuje teplejší a sušší budoucnost, kde je extrémní počasí normou, kalifornská zkušenost s odolností sítě představuje plán, který by ostatní státy měly následovat.

Ředitel komunikace Energy Innovation Silvio Marcacci hovořil s Výkonný ředitel GridLab Ric O'Connell o tom, jak baterie, obnovitelné zdroje a zákazníci zabránili výpadkům – a jak mohou státy přidat technologii čisté energie, aby zvýšily odolnost sítě tváří v tvář klimatickým změnám.

Otázka: Kalifornie v posledních letech přidala značnou kapacitu baterie, aby zlepšila spolehlivost sítě. Jakou roli sehráli při udržování rozsvícených světel a budou hrát větší roli vpřed?

Nedávná vlna veder ukázala, že bateriové úložiště v mřížkovém měřítku dorazilo do Kalifornie ve velkém. V roce 2020 měl stát ve své síti nainstalováno pouhých 250 megawattů baterií z celkového celostátního špičkového zatížení 52 gigawattů (GW). Během vlny veder z minulého týdne měla Kalifornie více než 3.2 GW baterií podporujících síť, což je větší kapacita než jaderná elektrárna Diablo Canyon. Tyto baterie obvykle poskytují čtyři hodiny energie, což je 150krát více energie než před dvěma lety. Baterie hrály zásadní roli při udržování sítě v chodu a bez nich bychom zažili postupné výpadky proudu.

Kalifornská síť má největší instalovanou kapacitu baterií ze všech sítí na světě a Spojené státy vedly globální investice do bateriových úložišť s téměř polovinou všech investic v loňském roce. Investicí do skladování energie stát zvýšil odolnost vůči extrémnímu počasí.

Ale to je jen začátek – v Kalifornii je online stále více a více baterií. Začátkem tohoto roku vydala Kalifornská komise pro veřejné služby své preferovaný systémový plán, která zahrnuje 15 GW nových úložišť a zdrojů reakce na poptávku, které mají být instalovány do roku 2032. Více než 90 GW baterií je navrženo ve frontě propojení kalifornského ISO, což ukazuje silný komerční zájem o bateriová úložiště. Baterie budou zásadním zdrojem pro splnění ambiciózních kalifornských cílů v oblasti čisté energie, které zajistí dostatečnou pevnou kapacitu pro udržení sítě v provozu i v době bez solární nebo větrné energie.

Otázka: Zdá se, že svou roli sehráli i zákazníci, kteří reagovali na textová upozornění, aby šetřili energií. Jak se díváte na tento výsledek a jakou větší roli může reakce poptávky přispět ke spolehlivosti?

Reakce na poptávku, kdy zákazníci omezují své využití buď dobrovolně, nebo prostřednictvím kompenzace, hraje zásadní roli ve spolehlivosti sítě a je klíčovým stavebním kamenem v portfoliu zdrojů vyvažujícím nabídku a poptávku. V extrémních případech, jako byla vlna veder minulý týden, nemají provozovatelé sítě vždy dostatek elektřiny online, aby pokryli zátěž. Ve skutečnosti většina sítí plánuje mít nějaký malý počet výpadků, protože je velmi nákladné plánovat neustálou zátěž.

Úterní mimořádné textové upozornění vyzývající zákazníky, aby snížili svou poptávku po elektřině, se úspěšně vyhnulo postupným výpadkům – téměř okamžitě následovalo pokles poptávky zhruba o 2 GW. Tento druh mechanismu však může fungovat pouze v omezených situacích a nelze jej používat častěji než jednou nebo dvakrát ročně.

V ideálním případě Kalifornie posílí své programy reakce na poptávku, kde spotřebitelé dostávají zaplaceno za snížení poptávky, prostřednictvím automatizace, jako jsou chytré termostaty a další nové technologie. Nový program od utility PG&E odměňovali zákazníky, kteří během vlny veder snížili poptávku, 2 dolary za každou ušetřenou kilowatthodinu energie. Do programu bylo zapsáno více než 1.5 milionu zákazníků a je to zajímavý model, který lze v celém státě zvážit.

Otázka: Zaznamenala síť nějaké výpadky, a pokud ano, co bylo příčinou těchto výpadků?

Některé lokalizované výpadky byly způsobeny přetížením distribučních transformátorů vlivem tepla a město Healdsburg špatně pochopilo úroveň nouze provozovatele sítě a zahájilo odlehčování zátěže (rolling blackouts) dříve, než o to byli požádáni, ale celkově síť obstála dobře.

Počasí, kterému čelil stát a zbytek Západu, bylo dlouhé a extrémní. Horké počasí nejenže znamená rekordní zatížení sítě, ale také to znamená, že vysoké teploty mohou způsobit, že zařízení bude vypnuto. Plánovači sítí musí uznat, že změna klimatu tlačí historické teploty z extrému do normálu a plánovat další extrémní, celozápadní, dlouhotrvající bouře horka.

Otázka: Jak pomohl solární a větrný výkon vyrovnat nabídku a poptávku? Přicházejí kalifornské investice do obnovitelné energie dostatečně rychle na to, aby udržely krok s potřebami spolehlivosti?

SlunečníSOLAR 3
poskytl konzistentních 1313
GW energie do kalifornské sítě minulý týden od 9:00 do 5:00 každý den, což je zhruba čtvrtina celkové poptávky. Večerní hodiny od 4:00 do 9:00 byly dobou největšího napětí sítě, protože solární výkon klesá, ale poptávka zůstává vysoká. To je, když baterie pomohly síti, nabíjely se během poledne a vybíjely v podvečer. V úterý, nejteplejší den vlny veder a den největšího napětí sítě, se večer zvedl vítr a poskytl 2.7 GW výkonu.

I když jsme to minulý týden zvládli s neporušenou sítí, Kalifornie by v budoucnu neměla trpět tak těsnými hovory. Stát závodí v instalaci dalších solárních, větrných, baterií a přenosů, aby všechny tyto nové zdroje připojil k síti.

Výzvy v dodavatelském řetězci se solárními panely i bateriemi však zdržely mnoho projektů, takže stát nedosáhl svých cílů. Navíc tempo rozvoje přenosů nedrželo krok s poptávkou, takže mnoho projektů uvízlo ve frontě čekajících na připojení k síti. Stát potřebuje komplexní plán pro nasazení nových projektů a odblokování zablokovaného vývoje přenosů, aby mohl splnit své cíle v oblasti čisté energie.