加州电网极客:“鸭子曲线”变平

这个独家六集系列深入探讨了加州向超过50%的可再生电力的过渡。面对特朗普总统对全球变暖明显漠不关心的态度，该州已成为气候活动人士的希望灯塔。整个系列都会出现在这里。读我在这里的一部分那第二部分在这里和第三部分在这里。

可靠地操作一个非常大而绿色的电网需要什么？我开始在11月回复这些问题的萨克拉门托的能源效率和可再生技术（CEERT）。

随着撤退的结束，我仍然有几个没有答案的问题，关于可再生能源如何能真正保持全天候供电。一个绿色的投资组合如何能同时提供最大份额的能源，以及所谓的可靠性服务，这些服务对保持电网运行至关重要?在CEERT标记的不可靠的细节上，似乎有很多东西悬而未决。

所以，在撤退之后，我开车起来，沿着戴夫奥尔森提高了刚刚重新任命的戴夫奥尔森的担忧CAISO”S州长董事会。我们在洛杉矶以北60英里60英里的ventura的一家晚餐时段晚餐，也许是今天的户外户外服装公司的最着名的洛杉矶，也许是最着名的户外服装公司，由传奇登山者Yvon Chouinard成立。

奥尔森毕业于加州大学伯克利分校(UC Berkeley)，上世纪80年代和90年代初，他花了大量时间将新的加州风能和地热项目推向市场。1996年，在工作间隙，他被巴塔哥尼亚招募为新总裁(“Yvon带我去攀岩面试”)，现在还住在附近。在奥尔森任期内，巴塔哥尼亚成为第一家与当地风力发电签订合同的美国企业;它还开始跟踪并减少碳排放。

1999年离开巴塔哥尼亚后，奥尔森扩大了他的努力，以推进该州的可再生能源部门，帮助规划各种新的传输设施，将内陆风力和太阳能发电厂与沿海市场连接起来。他继续在CEERT工作(他第一次加入董事会是在1991年)，并担任了十年的执行董事西方网格组该联盟由前能源官员组成，旨在让相邻电网更容易共享电力-在很多方面，它是多州ISO的先驱。

“我们现在在未知的领土上，”他告诉我。“我在我的一生中无法想象我们将在我们的电力中使用50％的可再生能源，我们现在在几天内看到了我们的电力。”（在会议后，我在会议上追逐的CAISO新闻发布会在可再生能源在5月份会议上的次数占GRID的56％的能源需求;月平均水平更接近30％。）

所有这些使得ISO成为“一个关键角色”-他说，然后停顿了一下。“以前当然不是这样的。”

我问他是什么意思。“转折点可能在2011年就出现了，”他说。当时加州公共事业委员会(PUC)主席迈克·皮维(Mike Peevey)等一些国家能源官员和政策人士到西班牙进行了一次信息发布之旅。

奥尔森说:“研究小组的一个成员告诉我，他们当时在Red Electra(西班牙电网经理)的控制室。当他们站在那里时，有人向他们展示了系统中50%的电力是可再生能源，可能大部分是风能。好吧，Peevey很惊讶，我被告知。据报道，他据说，“我们被曼索尔（凯坞曼索，那么Caiso的首席执行官）被告知20％是我们能做的最好的。”但这是这个网格运行了50％。

“我认为这可能已经开始动摇了，因为小组看到你可以管理更多。”

在一年内，曼斯尔退休了。环境倡导者长期宣称，他正在为可再生能源抛出不可调整的障碍。奥尔森告诉我，终于由ISO的董事会以及州长办公室承认，该办公室致力于更高的可再生能源授权。（2011年，加利福尼亚州提高了可再生能源的水平，必须由零售电力供应商从2013年的20％到2020年的零售业供应商源于20％至33％。）

曼苏尔的继任者是史蒂夫·贝贝里希(Steve Berberich)，他是密苏里州本地人，说话直率，有金融背景，此前曾在CAISO担任过几个高级职位，并在一家大型公用事业公司工作过。Berberich在能源行业付出了自己的努力，但显然对可再生能源持有不同的态度。他想让事情发生。作为该州的高级“电网主管”，他很快就开始把加州吹捧为一个向世界其他地方展示可再生能源的窗口。对于Berberich来说，这为ISO提供了“一个展示它如何工作的很酷的机会”。

你不能仅仅依靠光伏和太阳能来运行一个系统——而这正是加州人现在所喜欢的。

“史蒂夫真的扭转了局面，”奥尔森说。“这是一项艰难的工作……你必须明白，我们无法控制我们从ISO获得的资源组合，那些在州内发电的人。这在很大程度上是PUC的工作。屋顶太阳能，业主-我们也无法控制有多少电力被输送到电网。”

奥尔森直言不讳地说:“我们有责任让灯一直亮着。但事实是，我们没有得到我们需要的资源。你不能只用光伏和太阳能来运行一个系统-和这就是加州人现在喜欢的。”

与我从CEERT听到的警告相呼应，奥尔森说，对于ISO来说，这个问题已经达到了严重的程度。自2010年以来，该州新增了大约50万个太阳能屋顶(超过4000兆瓦光伏)，公用事业规模的装机容量增加了8000兆瓦，相当于大约30个新的燃气电厂或12个核电站。

这意味着在阳光明媚的日子里，到上午10点左右，ISO必须在几个小时内为额外的8000到10000兆瓦的pv发电找到空间——足够供应ISO总需求的大约三分之一，来自数百万家庭和企业。

为了做到这一点，它必须指示大量的燃气发电机(以及一些水力和地热发电厂)停止生产;否则，一些光伏能源将超载电网。这种不需要的能量被称为“过度产生”，并且必须被拒绝，或者用网格的话说，“削减”。这将带来经济上的后果，因为发电机无法获得报酬。这也破坏了该州的温室气体减排目标。

同样，随着太阳落在下午晚些时候，ISO可能需要要求11,000到12,000兆瓦的非光伏发电机来增加。This is crucial to closing the deficit when solar PV energy abruptly falls off and the overall demand for power rises sharply (well above the morning’s peak demand) as millions of Californians come home, turn on the lights, cook dinner and power up their favorite electronic devices.

这些巨大的能源波动和增加发电量的相关需求给电网带来了压力。许多发电机(风力发电机、小型水力发电设备和热电联合发电厂)无法在短时间内正常运转。此外，由于在使用海水冷却方面的环境法规更加严格，位于加州海岸的至少六家多用途燃气电厂将很快退役。

这一切都不是加州能源人数的新闻。Caiso自2012年以来，当Olsen首次加入董事会时，蔡氏标记了这个问题。为了社交问题，ISO的公共事务集团，然后由Karen Edson领导，提出了一个现在着名的信息图表。在24小时期间，电网要求的波动净能量的线图（即总需求减去光伏生成）看起来像浮鸭的轮廓一样。

早上，由于太阳能充斥网格，这条线向下弯曲(追踪鸭子凹进去的腹部);然后，在下午晚些时候，随着太阳能的减少和净需求的增加，这条线急剧上升(反映了鸭子的脖子)，只是在晚上再次下降(追踪头和喙)。这样，“鸭子曲线”就诞生了。

在接下来的几年里，ISO、PUC、国家能源委员会和私人利益集团(公用事业、效率倡导者、电力存储集团和屋顶太阳能供应商)都在权衡这个问题。咨询师们还在现场讲解如何“让鸭子节食”或“教鸭子飞”，以使净需求曲线变平。

问题的严重程度也受到质疑。然而，在10月份，独立专家的数据分析表明，由于公用事业级太阳能农场的快速建设，鸭实际上是比预期的更大声嘎嘎嘎嘎。ISO 2016 Energy Ramp的规模在预测之前为4年，超过2020年的预期。

那么该做些什么呢?在奥尔森看来，就像CEERT一样，没有单一的解决方案——例如，大量的存储，或者更多的风能和地热能来平衡太阳能。关键是让网格更“灵活”。这可以通过多种方式实现。

消费者可以通过将更多的能源需求转移到非高峰时期来提供帮助。现场储存可能有助于这一点，例如，在白天吸收多余的太阳能发电，并在傍晚使用它。对所有非住宅客户实行每日限时定价的计划也可能有所帮助，这将抑制高峰时段的更多消费。但电网规模的投资可能是最重要的。

消费者可以通过将更多的能源需求转移到非高峰时期来提供帮助。现场储存可能有助于这一点，例如，在白天吸收多余的太阳能发电，并在傍晚使用它。

奥尔森建议，其中最重要的是，必须共同努力，确保加州的下一批可再生能源发电不仅是“成本最低”，而且是“最适合”未来电网的，这样ISO才能在2030年可靠地使用至少一半的可再生能源。“现在这是法律某人350年奥尔森说，“但我们仍在等待结果。”

后来在我的行程中，当我请公共事业委员会的一位高级官员做出回应时，我被告知，该州过去在实现绿色能源目标方面取得的成功，给了该机构一些回旋余地。

“我们的公用事业公司根本没有购买更多可再生能源的迫切需求，”委员会主席的幕僚长尼古拉斯·查赛特(Nicholas Chaset)说。“他们有一个巨大的准备金比率和购买所需的所有可再生能源满足要求超过2020,圣地亚哥天然气电力公司,也许2030…如果公用事业不购买,一个新的计划不会改变,所以我们有更多的时间来工作过程和得到正确的模型。”

但是，委员会和ISO之间的“可能存在一些基本的分歧”是关于需要多少“灵活资源”的追逐。

“他们实际上与鸭子曲线相得益彰，”他说。“我们听到了许多他们拥有自己的首选资源的团体，用于抽水的水电，地热或热太阳能......但这些只是必须满足消费者兴趣的整体计划的工具。”

尽管如此，追逐追求PUC的新目标：“我们将采取侵略性的碳目标，”他说。然后我们将“可能让负载服务实体，实用程序，确定如何满足它们以及在哪里获得可靠性服务。”

Chaset还承认，使用CO2减少作为跨电路板指南代表PUC的大班。“我们习惯于处理不同的档案中的所有这些，需求响应，效率，可再生能源采购，存储，分布式资源等。”因此，一个主要挑战是确定如何在碳减少方面重视不同的政策和采购方案，使“苹果 - 苹果”比较。PUC“需要就方法进行达成一致，”Chaset说。

我们正在“扭转一艘非常大的船……试图将许多程序与不同的工作人员、不同的主持官员和不同的主持委员协调起来……这很困难。”