加州电网怪才：掌握动态力

这种独特的六部分组成的系列需要一个深入探讨在加州过渡到50％以上的可再生电力。在特朗普总统显然漠视全球变暖面前，国家已成为希望的气候活动家的灯塔。整个系列将出现在这里。读第一部分，第二部分，第三部分和第四部分。

为了保持实地验证加州的追求更绿色电网，我采访了戴夫·奥尔森，加州庞大的电网，被称为加州独立系统运营商（CAISO）的两任州长。见第四部分我们谈话的开始。

喝完咖啡后，我向奥尔森提出了其他驯化方法鸭曲线道：“你也可以简单地通过提高电网大...扩展它获得更多的灵活性 - 加国，”他回答。例如，“你可以在加州发送一些早上太阳能发电到其他国家，而来自怀俄明州的风力发电产生在当天晚些时候可用于满足加利福尼亚州的需求。这会降低大家的成本。”通过CAISO的估计，消费者可以到2030年节省高达1.5十亿$。

奥尔森还指出，中西部地区的区域电网，供应15个州。“这电网已使人们有可能对爱荷华州有非常高的水平风力发电，有时现在超过60％ - 他们期望有85％ - 因为他们可以出售多余的风给其他国家，反过来，购买火电当风松弛关“。

当我们完成了我们的早餐，大声说话为背景的点唱机（平常的在食客，似乎），我带领我们的谈话中我曾在拉霍亚提出的核心问题之一。是可再生能源真正达到提供这些经常被遗忘的可靠性服务的任务？

这并不是说太阳能和风力发电场不能提供这些支持服务，奥尔森回应。“风能和太阳能发电场都产生直流电（DC能量），他们有逆变器转换和同步的电力通过电网使用的交流电（AC）。”

他犹豫了一下，显然希望要小心，他是如何把它。“还有做一些研究和开发，但我们在ISO非常满意，如果我们发出一个信号发生器，智能，速效逆变器可以帮助稳定电网在相同的方式，大型燃气电厂做的。”这是通过增加或减少阻力，他解释说，通过改变多少能量提供。

“这不再是一个真正的技术问题，而是一个在电网上为这些服务定价的问题，或者当公用事业公司同意从大型太阳能或风力发电机那里购买电力时，将其写入合同的问题。”

正如我们所支付的支票，奥尔森建议我采取另一种运行在可靠性，服务的问题时，我在本周晚些时候访问了ISO的福尔瑟姆总部。“我们已经有了一个良好的工作人员和你进入尽可能多的细节你喜欢他们。”

网格使之能够为衣阿华具有非常高的水平风力发电的......因为他们可以出售多余的风向其他国家购买火电，当风懈怠。

在去福尔松之前，我在旧金山停留了一下，再次了解了ISO面临的挑战E3，去到公司咨询组加州的电力市场。在2013年，这是E3，短手的能源与环境经济学，这确实在增加国家的可再生能源发电任务，50％的可行性第一深潜。这次演习，这有助于塑造CEERT后来的研究中，由该州最大的公用事业承保。

E3发现，是的，电网可以处理的挑战。“目前还没有技术问题......不可靠性问题。而速度的影响是温和的，”阿恩奥尔森，在E3合作伙伴谁带领建模工作说。奥尔森，谁拥有在电力行业拥有20多年的经验，对我说，“从来没有人通过你怎么可以运行可再生能源的该级别的工作......而我们发现，你可以做到这一点。但我们也发现，费用是多少higher if you don’t have the right kind of renewables, and if California was to go it alone.

“总有那些之间在这里奋斗 - 这是一个全球性的承诺，以解决气候问题的背景下 - 谁希望与所有邻国的工作，并在他们领进去，那些谁希望保留的选项是独立- 加州通过自身行动“。

奥尔森本人显然是在第一阵营。"It doesn’t make sense for California to act like an island. If we have a regional grid, that’s about the same as a 10 percent boost in the level of renewables, for about the same cost. That’s important," he told me. A multi-state grid "also gets you beyond the 50 percent level, to 60 percent or more renewables. It is very hard to do that without it."

E3的建模工作也发现，国家可能不得不接受一些残余的天然气使用燃煤发电的。"We haven’t run a single 2050 scenario where you don’t have some level of gas-fired power, whether it's 10 percent or 15 percent. We will need that to fill in the gaps for contingencies and to handle some of the peaks,” Olson said.

奥尔森说，要把这一比例保持在较低水平，可再生能源必须变得更加通用。“我们现在每小时或15分钟就可以销售可再生能源。但是，当一个大型发电机退出系统时，瞬时响应又是怎样的呢?或者当能源过剩时，我们该怎么办，太阳能已经溢出了。发电机必须能够迅速退出，以提供平衡电网所需的‘向下调节’。”

尽管有这些警告，奥尔森是乐观的。“随着50个％的可再生能源，能满足你的温室气体减排目标：在1990年水平的电力40％，它没有这样做，对整个经济，但它仍然显著。”

从旧金山出发30分钟后，沿着80号州际公路往东行驶110英里到达福尔松，高速公路穿过起伏的丘陵，草地上点缀着橡树，树冠茂盛。牛在十一月斜斜的太阳下吃草。我走神了。然而，在地平线上，一长列巨大的电塔将景色一分为二，我的思绪回到了目的地。

加州ISO的控制室坐落在一个不起眼的郊区，就在眼前。尽管ISO已经成为该州经济的神经中枢(在这个依赖于插件、互联网的世界里，没有电，几乎所有东西很快就会被占用)，但这里却没有任何标识。穿过安全门后，这栋狭长的玻璃幕墙建筑被中庭分隔开来，看上去很像典型的硅谷企业园区。前面是一排排的太阳能光伏车库和电动汽车充电站，但看不到一条输电线。

它没有意义的加利福尼亚像一个岛屿。多国家电网还可以让你超越了50％的水平，到60％或更多的可再生能源。

在气候目标开始重新确定国际标准化组织的优先事项之前，它被设计用于执行两项主要工作。最明显的是，它的任务是监督电力部门的核心基础设施，比如80号州际公路上的长串长距离输电线路，以及为当地电网降压的变压器开关站。

许多不那么明显，但同样重要的，是一个圆形的时钟能源市场的ISO的管理。它匹配供应 - 可从超过750个大型并网电站的能量（并间接几十万分布式屋顶太阳能和其它发电机） - 拥有超过30万用户的共同需求。

这个市场每年价值110亿美元，除非它能无缝运行，设定24小时的能源价格(对ISO来说，这意味着每五分钟、每小时以及未来一天)，电网就会冻结。发电机可能无法提供足够的电力来满足每个用户当前的需求。如果短缺严重，可能会出现轮流限电和停电。

因此，对于ISO来说，可靠性是第一位的。2000-2001年的加州电力市场危机导致数百万用户停电，帮助塑造了该组织的DNA。(1996年8月，该州的大部分地区也经历了停电，但原因完全不同。)

我在ISO主人是菲尔Pettingill，是谁导演了ISO的区域扩张，和克莱德Loutan的资深技术顾问，为整合可再生能源。我们在俯瞰ISO的大，内部控制室内的二楼会议室开始了。

控制室的后墙几乎完全被地板到天花板的视频画面的巨人，80英尺长的马赛克充满。这似乎在第一，公关设备分心掩盖什么当前电网的科技股的转变是在之前他们的工作站做。但正如我的眼睛调整，并Pettingill开始走我走过的马赛克，我开始认识到显示器中我在拉霍亚和拉提出的一些问题提供了一个很好的方式。

视频剪辑的左侧大部分被ISO的主传输链路和变压器示意图占据;下面的条形图突出了关键连接点的电压水平。在我们观察的过程中，屏幕上出现了红灯，然后随着电压的下降和正常化而闪烁。

为了保持稳定的电压，对发电机的ISO调用提供伏安无功功率（乏）。即通过注入或吸收功率的突发状况，很像一个慢跑者用她的腿保持在跑步机上，是不断变化的速度稳步进行。

传统上，燃气等大型电厂使用了从他们的巨大的纺纱发电机产生的动能力提供这些反应的服务。为了避免燃烧的燃料，造成不必要的排放，Loutan说了同样的运动力也可以即使发电机的转子旋转自由，通过解耦线的大线圈是通过磁铁一般纺来发电转子传递。这意味着它“可以作为一个同步冷凝器”（电压控制装置），只是该服务支付。CEERT和其他环保团体希望所有的气体工厂能够以这种方式进行操作。

在我的巡演，Loutan证实，ISO也可以从可再生能源发电获得这些反应的服务，如果它有先进的直流 - 交流逆变器。一个可再生能源发电还必须愿意低于满负荷运行，放弃一些能源销售（“他们需要空间来注入动力”）。

然后Loutan很兴奋。他告诉我，ISO已于最近完成了自己的一个主要的太阳能光伏农场的试验。令他惊讶的是，它发现在其容量的百分之几操作时，该设施可提供“过度120megVArs”连。（你可以找到结果在这里)。

“这个系统可以以毫秒为单位进行非常快的传输，比典型的化石电厂还要快!”所以，我想，这就是真正打动这个州的一位资深电网极客的需要:太阳能超级巨星。

我们继续到视频马赛克的中心部分，它显示频率数据。旁边的屏幕上镶嵌着一张图片，标题为“BAAL”，看起来就像雅达利(Atari)上世纪70年代的经典视频Pong游戏的客厅大小的显示器;一个巨大的白色“球”在两个倒置的回飞棒形状的“桨”之间来回浮动。

Pettingill解释说，“游戏”是保持白色圆形移动超出其括号内对电网的可接受的频率容差不是“划桨”。它是由BAAL，即称为网格的频率，其必须不超过一个实时测量的神秘的缩写定义预先定义为超过30分钟的极限。否则，电服务可能劣化和连接网格（在相邻状态）也可能会受到影响。

对于ISO来说，可靠性是第一位的。2000-2001年的加州电力市场危机导致数百万用户停电，帮助塑造了该组织的DNA。

网格的标准频率（60赫兹）的倾向时总代下降下降和上升，因为它增加。(Technically, I was told, frequency decays in proportion to the grid’s aggregate "inertia," which reflects the total rotating mass of generators on the grid.) These often-minute changes are corrected in real time (lest they snowball) by instantaneously connecting or disconnecting frequency–synched reserve generators. Hence the "BAAL pong" display was much more than a game.

在过去，空转的化石燃料或水轮发电机（有时也被称为“旋转备用”）提供所需的频率响应服务的很大一部分。然而，今天，新能源储能设备（电池，飞轮）和可再生能源发电可以提供类似的服务。

但到目前为止，市场上有受挫多样化;ISO的价格可靠性服务郁闷。频率支持，例如，可以提取每支付原电力价格小时只有10％。这是因为在某种程度上，从已挫败新的供应商，包括新的电池为基础的和其他存储供应商的传统发电机提供的过量。

当我们看到ISO的大屏幕时，Pettingill指出，批发市场的频率标准是由北美可靠性公司(NERC)严格执行的，这是一个向联邦监管机构报告的非盈利实体。违反规定的罚款很高。Pettingill说:“如果没有达到NERC的标准，可能会损失数百万美元。”这使得ISO的极客们专注于他们面前的数据传输，即使一个技术违规可能完全被公众忽略。

“我这是什么我的老板问，” Loutan说，“'你降负荷？或者说，“难道我们需要声明一个‘上演紧急’？”全州要求自愿拉闸限电受到消费者的那种声明可能引发电视新闻公告。

“我们还没有说，不过，尽管可再生能源的历史最高水平，” Pettingill插话。“服务一直是可靠的。”

批发电网，如CAISO的管理者，也由联邦能源监管委员会（FERC）监管。它的功能就像一个市场的裁判。在美国总统奥巴马，在FERC通常已确保ISO文件建立新的可再生能源供应商公平互连条款和不抑价节约用电或negawatts - 在加利福尼亚州的气候计划的一个关键支柱。值得注意的是，在2013年，联邦能源监管委员会裁定，ISO文件一定要有人提供不使用能量的一兆瓦（例如，通过快速减少需求提供负瓦），相同数量的人提供产生能量的一个兆瓦。

这些FERC举措支撑了ISO自身的努力，使电网更有弹性，抵御从传统能源卖家谁看到他们的市场份额萎缩的挑战。事实上，CAISO往往已经打了招呼FERC更加积极主动。例如，FERC日前下令所有的ISO引导新的太阳能和风力发电机，以增加先进的逆变器（或类似手段）来提供无功功率。在ISO上书它包括旧设施以及自动电压控制系统。

CAISO也希望看到FERC快速解决的基本规则由蓄电提供的服务，充分定价存储的优势将有助于该部门在加利福尼亚州和其他区域电网发挥更大的作用。然而，由于在FERC预期的领导的变化，ISO关注的是，存储（以及相关的措施，扩大销售节约用电的）未决机构的建议可能会改变或推迟。