Ako čistá energia udržala kalifornské svetlá zapnuté počas historicky extrémnej vlny horúčav

Kalifornská elektrická sieť je v popredí dvoch nevyhnutných trendov: pridávania obrovského množstva obnoviteľnej energie a vyrovnávania sa s extrémnym teplom spôsobeným zmenou klímy. Dvojtýždňová septembrová vlna horúčav, ktorá upiekla štát s „najhorúcejšie a najdlhšie” rekordné teploty podrobili kalifornskú sieť extrémnemu testu – no napriek rekordnej spotrebe energie svetlá zostali zapnuté.

Ako sa teda štát s najambicióznejšími americkými cieľmi v oblasti využívania obnoviteľnej energie vyhol výpadkom prúdu počas jednej z najextrémnejších vĺn horúčav v histórii?

Odpoveď sa môže zdať ironická – Kalifornia prekonala túto historickú vlnu horúčav, pretože naplno využila technológiu čistej energie, ako je veterná, solárna, batériové úložisko a odozva dopytu. Keď sa štát zrýchľuje smerom k svojmu cieľu 100 % obnoviteľnej energie do roku 2045 a zároveň plánuje teplejšiu a suchšiu budúcnosť, kde je extrémne počasie normou, skúsenosti s odolnosťou kalifornskej siete predstavujú plán, ktorý by ostatné štáty mali nasledovať.

Hovoril s ním riaditeľ komunikácie Energy Innovation Silvio Marcacci Výkonný riaditeľ GridLab Ric O'Connell o tom, ako batérie, obnoviteľné zdroje a zákazníci zabránili výpadkom prúdu – a ako môžu štáty pridať technológiu čistej energie na zvýšenie odolnosti siete voči klimatickým zmenám.

Otázka: Kalifornia v posledných rokoch pridala značné množstvo kapacity batérie, aby zlepšila spoľahlivosť siete. Akú úlohu zohrali pri udržiavaní rozsvietených svetiel a budú hrať väčšiu úlohu vpred?

Nedávna vlna horúčav ukázala, že batériové úložisko mriežky dorazilo do Kalifornie vo veľkom. V roku 2020 mal štát vo svojej sieti nainštalovaných iba 250 megawattov batérií z celkového celoštátneho špičkového zaťaženia 52 gigawattov (GW). Počas minulotýždňovej vlny horúčav mala Kalifornia viac ako 3.2 GW batérií podporujúcich sieť, čo je väčšia kapacita ako jadrová elektráreň Diablo Canyon. Tieto batérie zvyčajne poskytujú štyri hodiny energie, čo je 150-krát viac energie ako pred dvoma rokmi. Batérie zohrávali rozhodujúcu úlohu pri udržiavaní siete v chode a bez nich by sme zažili postupné výpadky prúdu.

Kalifornská sieť má najväčšiu inštalovanú kapacitu batérií zo všetkých sietí na svete a Spojené štáty viedli globálne investície do batériového skladovania v sieťovej škále s takmer polovicou všetkých investícií v minulom roku. Investíciou do skladovania energie štát zvýšil svoju odolnosť voči extrémnemu počasiu.

Ale toto je len začiatok – v Kalifornii prichádza online čoraz viac batérií. Začiatkom tohto roka vydala Kalifornská komisia pre verejné služby svoje preferovaný systémový plán, ktorá zahŕňa 15 GW nového úložiska a zdrojov odozvy na dopyt, ktoré sa majú nainštalovať do roku 2032. Viac ako 90 GW batérií je navrhnutých vo fronte prepojenia kalifornskej ISO, čo ukazuje veľký komerčný záujem o batériové úložisko. Batérie budú kľúčovým zdrojom na splnenie ambicióznych cieľov Kalifornie v oblasti čistej energie, ktoré zabezpečia dostatočnú pevnú kapacitu na udržanie prevádzky siete aj v časoch bez slnečnej alebo veternej energie.

Otázka: Zdá sa, že svoju úlohu zohrali aj zákazníci, ktorí reagovali na textové upozornenia, aby šetrili energiu. Ako sa na tento výsledok pozeráte a aká je väčšia úloha, ktorou môže reakcia dopytu prispieť k spoľahlivosti?

Reakcia dopytu, kde zákazníci obmedzujú svoju spotrebu buď dobrovoľne, alebo prostredníctvom kompenzácie, zohráva rozhodujúcu úlohu v spoľahlivosti siete a je kľúčovým stavebným kameňom v portfóliu zdrojov, ktoré vyrovnáva ponuku a dopyt. V extrémnych prípadoch, ako bola vlna horúčav minulý týždeň, prevádzkovatelia siete nemajú vždy dostatok elektriny online na pokrytie záťaže. V skutočnosti väčšina sietí plánuje mať nejaký malý počet výpadkov, pretože plánovanie neustáleho zaťaženia je veľmi nákladné.

Utorkové mimoriadne textové upozornenie, v ktorom žiadali zákazníkov, aby znížili dopyt po elektrine, úspešne predišlo postupným výpadkom prúdu – takmer okamžite nasledovalo pokles dopytu približne o 2 GW. Tento druh mechanizmu však môže fungovať len v obmedzených situáciách a nemožno ho použiť viac ako raz alebo dvakrát do roka.

V ideálnom prípade Kalifornia posilní svoje programy reakcie na dopyt, kde spotrebitelia dostávajú zaplatené za zníženie dopytu, prostredníctvom automatizácie, ako sú inteligentné termostaty a ďalšie nové technológie. Nový program od utility PG&E odmenili zákazníkov, ktorí počas vlny horúčav znížili dopyt, 2 dolármi za každú ušetrenú kilowatthodinu energie. Do programu bolo zaradených viac ako 1.5 milióna zákazníkov a je to zaujímavý model, ktorý treba zvážiť v celom štáte.

Otázka: Zaznamenala sieť nejaké výpadky, a ak áno, čo bolo príčinou týchto výpadkov?

Niektoré lokalizované výpadky boli spôsobené preťažením distribučných transformátorov v dôsledku tepla a mesto Healdsburg nesprávne pochopilo úroveň núdze prevádzkovateľa siete a začalo s odbúravaním záťaže (rolling blackouts) skôr, ako boli požiadaní, ale celkovo sieť obstála dobre.

Počasie voči štátu a zvyšku Západu bolo predĺžené a extrémne. Horúce počasie nielenže znamená rekordné zaťaženie siete, ale tiež to znamená, že vysoké teploty môžu spôsobiť, že zariadenie bude vypnuté. Plánovači sietí musia uznať, že zmena klímy posúva historické teploty z extrému do normálu a plánovať ďalšie extrémne, celozápadné, dlhotrvajúce búrky z horúčav.

Otázka: Ako pomohla solárna a veterná produkcia vyvážiť ponuku a dopyt? Prichádzajú kalifornské investície do obnoviteľnej energie dostatočne rýchlo na to, aby držali krok s potrebami spoľahlivosti?

SlnečnéSOLAR3
poskytlo konzistentné 1313
GW energie do kalifornskej siete minulý týždeň od 9:00 do 5:00 každý deň, čo je zhruba štvrtina celkového dopytu. Večerné hodiny od 4:00 do 9:00 boli časom najväčšieho napätia v sieti, pretože solárny výkon klesá, ale dopyt zostáva vysoký. Vtedy pomohli siete batérie, ktoré sa nabíjali počas poludnia a vybíjali podvečer. V utorok, najteplejší deň vlny horúčav a deň najväčšieho napätia siete, sa večer zdvihol vietor a poskytol 2.7 GW výkonu.

Aj keď sme to minulý týždeň zvládli s neporušenou sieťou, Kalifornia by v budúcnosti nemala trpieť takými tesnými hovormi. Štát sa predháňa v inštalácii ďalších solárnych, veterných, batérií, ako aj prenosov, aby sa všetky tieto nové zdroje pripojili k sieti.

Výzvy v dodávateľskom reťazci so solárnymi energiami a batériami však oddialili mnohé projekty, takže štát nesplnil svoje ciele. Okrem toho tempo rozvoja prenosu nedrží krok s dopytom, takže mnoho projektov uviazlo vo fronte čakajúcich na pripojenie do siete. Štát potrebuje komplexný plán na nasadenie nových projektov a odblokovanie zablokovania rozvoja prenosu, aby mohol splniť svoje ciele v oblasti čistej energie.