وزیر انرژی ایالات متحده ریک پری در ماه آوریل یک مطالعه را درخواست کرد برای ارزیابی تأثیرات سیاست های انرژی تجدید پذیر در نیروگاه های هسته ای و زغال سنگ.
برخی از تحلیل گران انرژی با آن پاسخ دادند گیجی، به عنوان موضوع گسترده توسط اپراتورهای شبکه و آزمایشگاه های ملی خود وزارت انرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. دیگران بیشتر بودند بحرانی، گفت: هدف از بررسی این است که به نفع استفاده از هسته و زغال سنگ است روی منابع تجدید پذیر.
بنابراین، آیا زغال سنگ و هسته به کشتن باد و خورشید می انجامد؟ بله، اما نه به خود و نه به دلایل بسیاری که مردم فکر می کنند. آیا قابلیت اطمینان شبکه خورشیدی و باد خورشیدی است؟ نه، جایی که تکنولوژی و مقررات شبکه دوباره مدرن شده است. در آن مکان ها، عملیات شبکۀ شبکه بهبود یافته است، نه بدتر شده است.
برای درک اینکه چرا، ما باید مسیر الکترونها را از دیواره سوکت به ژنراتورهای برق و بازارها و سیاستهایی که این جریان را هدایت می کنند، ردیابی کنیم. همانطور که دانشمندان انرژی مستقر در تگزاس - رهبر ملی در باد - ما شاهد این پویایی در دهه گذشته بوده ایم، از جمله زمانی که فرماندار پروری بود.
سوال اشتباه است
به علت اینکه زغال سنگ در معرض مشکل است، جوهر زیادی دیده می شود. خلاصه سریع: گاز طبیعی است فراوان و ارزان. ناوگان زغال سنگ ما است قدیمی و کم ارزش. استفاده از انرژی در ایالات متحده است مسطحبنابراین، انگیزه مالی زیادی برای ساخت نیروگاه های بزرگ جدید وجود دارد.
بخشی از بررسی پری به منظور تعیین اینکه چگونه باد و خورشید، که منابع متغیر قدرت هستند، تأثیر بر منابع به اصطلاح منبع بار - نیروگاه هایی هستند که جریان مداوم برق مورد نیاز برای برآوردن حداقل تقاضا را فراهم می کنند.
این سوال را مطرح می کند که آیا باد و خورشید ژنراتورهای ابتدایی، از جمله گیاهان زغال سنگ را کشته اند، افکار فکر قدیمی درمورد بازارهای انرژی که در بسیاری از نقاط حداقل برای یک دهه مرتبط نبوده اند، نشان می دهد. در اواخر 1990 ها، آیا ایمیل هایی که فکس ها و ایمیل های حلزون را می کشند، کشته می شوند؟ جواب این بود که "بله" بطور واضحی به دنبالش می آمد و پس از آن سر و صدای "هلیلوجه" و "آن را در مورد زمان" بود، چرا که هر دو در حد توانایی خود قرار داشتند. مصرفکنندگان 1990s به سرعت سریعتر، کمتر تاثیر گذار و ارزان تر از رویکرد قدیمی تر، نشان داد که آنها برای آن آماده بودند.
چیزی مشابه در بازار برق امروز اتفاق می افتد، زیرا مشتریان دوباره گزینه های سریع تر، کمتر تاثیر گذار و ارزان تر را انتخاب می کنند - یعنی گیاهان باد، خورشیدی و طبیعی که به سرعت تولید یا کاهش تولید خود را افزایش می دهند - به عنوان مخالف چسبیدن به گزینه های قدیمی، . حتی تجزیه و تحلیل خود وزارت انرژی بیان می کند که "بسیاری از پارادایم های قدیمی که بخش (برق) را اداره می کنند نیز در حال تکامل هستند"
باد و خورشید باعث می شوند که ژنراتورهای قدیمی سازگار تر باشند چرا که قیمت پایین و پایدار و عملیات آزاد سازی آنها مطلوب است. و آنها اعتبار شبکه را به نحوی که منتقدان به آن اعتقاد داشتند آسیب نرسانند زیرا دیگر نوآوری ها همزمان اتفاق می افتد.
پیشگام تگزاس
بیایید از مطالعه موردی تگزاس برای نشان دادن استفاده کنیم. از آنجا که تگزاس شبکه خود را، که به عنوان شورای اعتماد الکتریکی تگزاس شناخته می شود شناخته می شود ERCOTو نصب کرده است بیشتر ظرفیت باد تجربه سه تایی که از سه حالت بعدی پیشرو در باد پیش می آید، نشان می دهد که انرژی های متغیر مجدد مانند انرژی باد به شبکه می انجامد.
در بازارهای رقابتی مانند ERCOT، شرکت هایی که از نیروگاه های برق استفاده می کنند، پیشنهادات خود را به حراج می رسانند تا برای یک قیمت خاص، در یک زمان خاص، برق را فراهم کنند. پکیج پیشنهاد شده برای اصطلاحات "مجموعه ای از پیشنهادات" - یا جمع آوری تمام این پیشنهاد ها به ترتیب با قیمت - در بازار های مبتنی بر حراج (مانند تگزاس) است.
بازارها از پکیج های خرید استفاده می کنند تا اطمینان حاصل شود که نیروگاه کمترین هزینه نیروگاه برای اولین بار ارسال می شود و گران ترین نیروگاه ها در گذشته ارسال می شوند. این سیستم مبتنی بر بازار طراحی شده برای ارائه کمترین هزینه برق به مصرف کنندگان در حالی که نگه داشتن صاحبان نیروگاه ها از کار در از دست دادن است. در طول روز، قیمت بازار برق (در دلار / مگاوات ساعت) به عنوان تغییرات تقاضا تغییر می کند.
هزینه گاز طبیعی نیز بر قیمت برق تاثیر می گذارد. همانطور که قیمت گاز طبیعی کاهش می یابد، هر یک از نیروگاه های گاز طبیعی کاهش قیمت دارند. این تعجب نیست: وقتی که هزینه برای آنها کمتر هزینه می شود، آنها می توانند قیمت پایینتری را در بازار عرضه کنند و در خط قبلی حرکت کنند.
هنگامی که گاز به طیف وسیعی از دلار 3 به $ 3.50 (در هر میلیون BTU) و پایین تر می رود، زغال سنگ به عنوان یک منبع ارزان تر از برق جایگزین می شود. این سناریو واقعیت امروز را نشان می دهد: گاز ارزان است بنابراین شبکه ها از آن برای استفاده استفاده می کنند بیشتر از برق ما از زغال سنگ.
چگونه انرژی های تجدید پذیر بر پشته پیشنهاد می شود؟ منابع تجدید پذیر مانند باد، خورشیدی و آب و برق بدون هزینه سوختی - نور خورشید، باد و جریان آب رایگان هستند. این به این معنی است که هزینه عملیاتی حاشیه آنها تقریبا صفر است. هزینه این است که اساسا برای کار یک مگاوات باد در مقایسه با هزینه عامل مگاوات 10 باد از آنجایی که ژنراتورها نیاز به خرید سوخت نیست. این بدان معنی است که بیشتر مزارع باد و خورشید نصب می شوند، ظرفیت بیشتری در پایین ترین قیمت بسته پکیج قرار می گیرد.
این درج از دیگر ژنراتورها مانند هسته، گاز طبیعی و زغال سنگ جلوگیری می کند و باعث می شود بعضی از آنها دیگر به شبکه منتقل نشوند - به این ترتیب، آنها برق را به شبکه عرضه نمی کنند (یا پرداخت می شوند). از آنجا که انرژیهای تجدید پذیر بیشتر نصب می شوند، بازار های برق گزینه های متعارف کمتر را ارسال می کنند. و از آنجا که هزینه های حاشیه ای این منابع جدید تقریبا آزاد است، هزینه های برق به طور چشمگیری کاهش می یابد. این خبر خوبی برای مصرف کنندگان (همه ما) است زیرا صورتحسابهای ما کاهش می یابد، اما اخبار بد برای رقبا (مانند صاحبان کارخانه های زغال سنگ) که گیاهان خود را کمتر کار می کنند و زمانی که گیاهان کار می کنند کمتر پرداخت می شود.
این به چه معنی است؟ گاز طبیعی و انرژی های تجدید پذیر بر دو نوع ذغال سنگ تاثیر می گذارد. گاز طبیعی یک رقیب مستقیم با زغال سنگ است، زیرا هر دو می توانند ارسال شوند - روشن - زمانی که یک اپراتور شبکه نیاز به قدرت بیشتری دارد. این برای قابلیت اطمینان شبکه مفید است. اما، به دلیل کاهش هزینه گاز طبیعی، زغال سنگ به رقابت کمتر تبدیل شده است زیرا کارخانه برق گاز طبیعی ارزان تر است.
اثر انرژی های تجدید پذیر کمی متفاوت است: انرژی باد و خورشید قابل حمل نیست، بنابراین نمی توان آنها را در لحظه ای روشن کرد. اما هنگامی که آنها به نوبه خود، در طول شبهای باد و یا روزهای آفتابی در تگزاس، آنها با هزینه بسیار کم حاشیه عمل می کنند و در نتیجه بسیار رقابتی عمل می کنند.
تحقیقات در دانشگاه اوستین نشان می دهد که با نصب مقدار قابل توجهی از انرژی خورشیدی هزینه های مدیریت شبکه سالانه را افزایش می دهد $ 10 میلیون در ERCOT، این هزینه سالانه برق عمده فروشی را با مبلغ $ 900 میلیون کاهش می دهد. نتیجه این همه این است که انرژیهای تجدید پذیر با منابع متداول قدرت رقابت می کنند، اما آنها تقریبا به اندازه زغال سنگ به عنوان گاز طبیعی ارزان قیمت جایگزین نمی شوند. در واقع ERCOT، جابجایی گاز ارزان، به طور متوسط بیش از دو برابر زغال سنگ از انرژی های تجدید پذیر است.
در مورد هسته ای چیست؟
مشکلات هسته ای عمدتا به خاطر خودشان است. به طور خلاصه: قیمت ساخت هسته ای بالا است، بنابراین امروزه بسیاری از نیروگاه های هسته ای تولید نمی کنیم. از آنجا که ما نمی ساختیم، ما توانایی تولید را نداریم. از آنجا که ما توانایی تولید نداریم، قیمت ساخت هسته ای بالا است. از آنجاییکه قیمت ساخت هسته ای بالا است، امروزه ما این هسته ای را ساختیم ... و غیره.
امروزه گاز ارزان، که قبلا در زغال سنگ مورد ضرب و شتم قرار گرفته، تهدیدی برای نیروگاه های جدید هسته ای و گیاهان با کارایی کمتر است. نیروگاه های ترکیبی جدید گاز طبیعی می توانند برای حدود یک ششم هزینه یک نیروگاه هسته ای جدید ساخته شوند، تقریبا دو برابر کارآیی است و شما می توانید آنها را در مقادیر کمتری بسازید و آنها را برای امور مالی آسان تر کنید.
نوآوری بازار و فناوری اطلاعات می توانند قابلیت اطمینان را ثابت کنند
از آنجا که انرژی باد می آید و می رود با آب و هوا، آن را باعث می شود اپراتورهای شبکه عصبی. اما پیش بینی باد به طرز چشمگیری بهبود یافته است، و اعتماد به نفس بیشتری را برای کسانی که نیاز به نگه داشتن چراغ را دارند.
و به اندازه کافی جالب توجه است، الزامات ظرفیت ذخیره (نیروی پشتیبان برای زمانی که انرژی باد کاهش می یابد) برای مدیریت شبکه به طور مساوی رفت پایین، نه بالا، در طول چند سال گذشته در تگزاس، با وجود رشد سریع باد در طول فرماندار Perry است. به عبارت دیگر، هزینه های مدیریت تغییرات در شبکه کاهش می یابد.
چرا اختلال در قابلیت اطمینان شبکه تگزاس وجود دارد؟ از آنجا که در کنار رشد سریع تاسیسات باد تغییری در بازار در ERCOT صورت گرفت. در حالی که وزیر پروری فرماندار بود بازار تگزاس از بازار آهسته و آهسته به بازار ریز و درخشان رفت. نوآوری بازار به آن که پویا و به طور کامل کار می کند، موجب شد تا باد بیشتر به سیستم وارد شود. این نیز نشانهی این است که چگونه فنآوریهای پیشرفته ما را مجذوب شبکه می کنند تا ارزان تر، پاکیزه تر و قابل اطمینان تر باشد.
اما هنوز هم باید انجام شود - فناوری اطلاعات همراه با سخت افزار یکپارچه می تواند کمک کند. این را در نظر بگیرید: 7.7 میلیون متر هوشمند در تگزاس وجود دارد، بیشتر آنها مسکونی هستند. ما برآورد کرده ایم که نصب ترموستات کنترل شده 7 برای خانوارهای تگزاس به مبلغ $ 2 میلیارد دلار است. تهویه مطبوع مسکونی مسئول در حدود 50 درصد از تقاضای پیک در تگزاس در تابستان است. این بدان معنی است که در حدود 1 گیگاوات 30 از تقاضای پیک در تگزاس فقط از تهویه مطبوع مسکونی است.
با پویایی مدیریت بارهای تهویه مطبوع ما - یعنی تنظیم ترموستات برای کاهش تقاضای کلی بدون تأثیر راحتی مردم - ما می توانیم تقاضای پیک را با 10 به 15 GW کاهش دهیم. این بدان معنی است که ما نیازی به $ 10 میلیارد به $ 15 میلیارد دلار نیاز نداریم نیروگاه. صرف $ 2 میلیارد برای جلوگیری از $ 15 میلیارد معامله خوب برای مصرف کنندگان است. در واقع شما می توانید ترموستات را به صورت رایگان و هر خانوار $ 700 برای مشکلات خود بپردازید و هنوز هم ارزان تر از نیروگاه هایی است که می توانیم بسازیم.
در پایان، وزیر پروری سوالات خوبی را مطرح کرده است. خوشبختانه، با توجه به درسهایی که در حوزۀ استاندار تگزاس آموخته شد، ما پیش از این پاسخ هایی داریم: علیرغم نگرانی های متفاوتی، ترکیب باد و خورشید در شبکه همراه با گاز طبیعی سریع، طرح های هوشمند بازار و سیستم های کنترل بار یکپارچه منجر به یک شبکه پاکتر، ارزان تر و قابل اعتماد تر است.
درباره نویسنده
جاشوا دیوید رودز، محقق پست مدرک انرژی، دانشگاه تگزاس در آستین؛ مایکل ای. وبر، استاد مهندسی مکانیک و معاون موسسه انرژی دانشگاه تگزاس در آستین؛ توماس دیتین، دستیار تحقیقاتی فارغ التحصیل، دانشگاه تگزاس در آستین، و تاد دیویدسون، پژوهشگر، موسسه انرژی، دانشگاه تگزاس در آستین
این مقاله در اصل در تاریخ منتشر شد گفتگو. دفعات بازدید: مقاله.
کتاب های مرتبط
