Töten Solar- und Windkraft wirklich Kohle-, Nuklear- und Netzzuverlässigkeit?

Töten Solar- und Windkraft wirklich Kohle-, Nuklear- und Netzzuverlässigkeit?

US-Energieminister Rick Perry im April forderte eine Studie an die Auswirkungen der Politik für erneuerbare Energien auf Atom- und Kohlekraftwerke zu bewerten.

Einige Energieanalysten antworteten mit Verwirrung, da das Thema von den Netzbetreibern und den eigenen nationalen Labors des Energieministeriums ausführlich untersucht wurde. Andere waren mehr kritischemdie Absicht der Überprüfung ist zu sagen den Einsatz von Atomkraft und Kohle begünstigen übrig erneuerbare Ressourcen.

Töten Wind und Sonne Kohle und Atomkraft? Ja, aber nicht aus sich selbst und nicht aus den Gründen, die die meisten Leute denken. Ist die Zuverlässigkeit von Wind und Solarenergie das Netz? Nein, nicht dort, wo die Technologie und Vorschriften des Netzes modernisiert wurden. An diesen Orten hat sich der Netzbetrieb insgesamt verbessert und nicht verschlechtert.

Um zu verstehen, warum, müssen wir den Weg der Elektronen von der Steckdose zu den Stromerzeugern und den Märkten und Richtlinien verfolgen, die diesen Fluss bestimmen. Als in Texas ansässige Energieforscher - der nationale Marktführer im Bereich Wind - haben wir diese Dynamik im letzten Jahrzehnt gesehen, auch als Perry Gouverneur war.

Falsche Frage

Es wurde viel Tinte über den Grund der Kohle verschüttet. Ein kurzer Rückblick: Erdgas ist reichlich und billig. Unsere Kohleflotte ist alt und abgeschrieben. Der Energieverbrauch in den USA hat flachEs gibt also weniger finanzielle Anreize, um große neue Kraftwerke zu bauen.

Ein Teil von Perrys Review zielt darauf ab festzustellen, wie Wind und Sonne, die variable Stromquellen sind, sogenannte Grundlastquellen beeinflussen - die Kraftwerke, die den stetigen Stromfluss liefern, der zur Deckung des Mindestbedarfs erforderlich ist.

Die Frage, ob Wind und Sonne Grundlastgeneratoren, einschließlich Kohlekraftwerke, töten, offenbart eine veraltete Denkweise über Strommärkte, die seit mindestens einem Jahrzehnt an vielen Orten nicht relevant ist. Es wäre vergleichbar mit der Frage in den späten 1990s, ob E-Mails Faxgeräte und Schneckenpost töten. Die Antwort wäre ein eindeutiges „Ja“ gewesen, gefolgt von Jubel von „Halleluja“ und „Es ist an der Zeit“, da beide an die Grenzen ihres Nutzens gestoßen waren. Wie schnell die 1990-Konsumenten zu etwas schnellerem, weniger wirkungsvollem und billigerem als dem älteren Ansatz sprangen, war ein Zeichen dafür, dass sie dazu bereit waren.

Ähnliches geschieht auf den heutigen Strommärkten: Die Kunden entscheiden sich erneut für schnellere, weniger wirkungsvolle und billigere Optionen - nämlich Wind-, Solar- und Erdgasanlagen, die ihre Leistung schnell steigern oder senken -, anstatt sich an den veralteten, jahrzehntelang entwickelten Holzfälleroptionen zu halten . Selbst die eigene Analyse des Energieministeriums sagt:Viele der alten Paradigmen, die den (Strom-) Sektor regieren, entwickeln sich ebenfalls"

Wind und Sonne machen ältere Generatoren weniger lebensfähig, weil ihre niedrigen, stabilen Preise und ihr emissionsfreier Betrieb wünschenswert sind. Und sie beeinträchtigen die Netzzuverlässigkeit nicht so, wie Kritiker angenommen hatten, weil andere Innovationen gleichzeitig stattgefunden haben.

Texas Pionier

Verwenden wir zur Veranschaulichung die Fallstudie von Texas. Seit Texas hat Texas ein eigenes Netz, bekannt als Electricity Reliability Council of Texas oder ERCOTund hat installiert mehr Windkapazität Als die nächsten drei Windstaaten zusammengenommen zeigen die Erfahrungen in Texas, was variable erneuerbare Energien wie Windkraft für das Netz bedeuten.

In wettbewerbsintensiven Märkten wie ERCOT geben Unternehmen, die Kraftwerke betreiben, Gebote in einer Auktion ab, um zu einem bestimmten Zeitpunkt Strom zu einem bestimmten Preis bereitzustellen. Ein Gebotsstapel ist Fachsprache für „Gebote“, oder die Sammlung all dieser Gebote, die nach Preis geordnet sind, in Auktionsmärkten (wie Texas).

Die Märkte nutzen Gebotsstapel, um sicherzustellen, dass die kostengünstigsten Kraftwerke zuerst und die teuersten Kraftwerke zuletzt ausgeliefert werden. Dieses marktbasierte System ist so konzipiert, dass es den Verbrauchern den niedrigsten Strom liefert und gleichzeitig die Betreiber von Kraftwerken vom Verlust abhält. Im Laufe des Tages ändert sich der Marktpreis für Strom (in USD / Megawattstunde) mit der Nachfrage.

Die Kosten für Erdgas wirken sich auch auf den Strompreis aus. Wenn der Preis für Erdgas sinkt, fallen die Preise für jedes Erdgaskraftwerk. Kein Wunder: Wenn der Betrieb weniger kostet, können sie einen niedrigeren Preis in den Markt bieten und sich früher in der Linie bewegen.

Wenn Gas in den Bereich von US $ 3 bis $ 3.50 (pro Million BTU) und darunter fällt, beginnt es, Kohle als billigere Stromquelle zu verdrängen. Dieses Szenario spiegelt die heutige Realität wider: Gas ist billig, daher nutzen es die Netze mehr von unserem Strom als von Kohle.

Wie beeinflussen erneuerbare Energien den Bid Stack? Erneuerbare Energiequellen wie Wind, Sonne und Wasserkraft haben keine Brennstoffkosten - Sonnenlicht, Wind und fließendes Wasser sind kostenlos. Das bedeutet, dass ihre Grenzkosten nahe null liegen. Die Kosten sind im Wesentlichen die gleichen, um einen Megawatt Wind zu betreiben, im Vergleich zu den Kosten für den Betrieb von 10 Megawatt Wind, da Generatoren keinen Kraftstoff kaufen müssen. Das bedeutet, je mehr Wind- und Solarparks installiert werden, desto mehr Kapazität wird am günstigsten Ende des Gebotsstapels eingefügt.

Diese Einfügung verdrängt andere Generatoren wie Atomkraft, Erdgas und Kohle, wodurch einige von ihnen nicht mehr in das Netz eingespeist werden, das heißt, sie liefern keinen Strom in das Netz (oder werden nicht bezahlt). Wenn mehr erneuerbare Energien installiert werden, bieten die Strommärkte weniger konventionelle Optionen. Und da die Grenzkosten dieser neuen Quellen nahezu kostenlos sind, senken sie die Stromkosten erheblich. Dies ist eine großartige Nachricht für die Verbraucher (alle von uns), da unsere Rechnungen sinken, aber schlechte Nachrichten für Konkurrenten (z. B. Eigentümer von Kohlekraftwerken), die ihre Anlagen weniger häufig betreiben und bei Betrieb der Anlagen weniger bezahlt werden.

Was bedeutet das alles? Erdgas und erneuerbare Energien beeinflussen Kohle in zweierlei Hinsicht. Erdgas ist ein direkter Konkurrent mit Kohle, da beide entsandt werden können, wenn ein Netzbetreiber mehr Strom benötigt. Das ist hilfreich für die Netzzuverlässigkeit. Da die Kosten für Erdgas gesunken sind, ist Kohle weniger wettbewerbsfähig geworden, weil der Betrieb eines Erdgaskraftwerks günstiger ist.

Die Wirkung der erneuerbaren Energien ist etwas anders: Wind- und Sonnenenergie sind nicht abrufbar und können daher nicht sofort eingeschaltet werden. Wenn sie sich jedoch drehen, an windigen Abenden oder sonnigen Tagen in Texas, arbeiten sie mit sehr geringen Grenzkosten und sind daher sehr wettbewerbsfähig.

Untersuchungen am UT Austin zeigen, dass die jährlichen Netzverwaltungskosten durch die Installation beträchtlicher Mengen an Solarstrom um bis zu 20% steigen würden ErCOT in Höhe von 10 Mio. USD würde die jährlichen Stromkosten für den Großhandel um 900 Mio. USD senken. All dies führt dazu, dass erneuerbare Energien mit konventionellen Stromquellen konkurrieren, aber nicht annähernd so viel Kohle wie billiges Erdgas verdrängen. Tatsächlich verdrängt billiges Gas im Durchschnitt mehr als doppelt so viel Kohle wie erneuerbare Energien in ERCOT.

Was ist mit Atomkraft?

Nukleare Probleme sind weitgehend selbstverschuldet. Kurz gesagt: Der Preis für den Bau von Nuklearanlagen ist hoch, so dass wir heutzutage nicht viele Atomkraftwerke bauen. Da wir nicht bauen, verfügen wir nicht über die Fertigungsmöglichkeiten. Da wir nicht über die Produktionsfähigkeit verfügen, ist der Preis für den Bau von Nuklearanlagen hoch. Da der Preis für den Bau von Atomkraftwerken hoch ist, bauen wir heutzutage kein Atomkraftwerk mehr ... und so weiter.

Heute ist billiges Gas, das bereits mit Kohle übersät ist, eine Bedrohung für neue Kernkraftwerke und weniger effiziente ältere Anlagen. Neue Erdgas-Kombikraftwerke können für etwa ein Sechstel gebaut werden. Die Kosten für ein neues Kernkraftwerk sind fast doppelt so hoch und Sie können in kleineren Schritten gebaut werden, um die Finanzierung zu erleichtern.

Marktinnovation und IT können die Zuverlässigkeit beeinträchtigen

Weil die Windenergie mit dem Wetter kommt und geht, machen sie die Netzbetreiber nervös. Die Windvorhersage hat sich jedoch dramatisch verbessert und gibt denjenigen, die das Licht anhalten müssen, mehr Sicherheit.

Interessanterweise sind auch die Anforderungen an die Reservekapazität (Backup-Power für den Fall, dass die Windenergie einbricht), um das Netz reibungslos zu verwalten ging runter, nicht aufin den letzten Jahren in Texas, trotz des schnellen Wachstums des Windes während der Amtszeit von Governor Perry. Das heißt, die Kosten für das Management der Variabilität im Netz sind gesunken.

Warum hat die Zuverlässigkeit des texanischen Netzes kaum gestört? Denn neben schnellem Wachstum bei Windkraftanlagen war auch bei ERCOT eine Marktveränderung zu verzeichnen. Während Secretary Perry Gouverneur war, wurde der Texas-Markt ging von einem groben, langsamen Markt zu einem fein abgestimmten, schnellen Markt. Durch die Innovation des Marktes zu einem Markt, der dynamisch und voll funktionsfähig ist, konnte leicht mehr Wind in das System aufgenommen werden. Es ist auch ein Zeichen dafür, wie moderne Technologien es uns ermöglichen, das Netz in Richtung eines kostengünstigeren, saubereren und zuverlässigen Gitters neu zu erfinden.

Aber es gibt noch mehr zu tun - Informationstechnologie in Verbindung mit integrierter Hardware kann helfen. Bedenken Sie Folgendes: In Texas gibt es 7.7 Millionen intelligente Stromzähler, die meisten davon im privaten Bereich. Wir haben geschätzt, dass die Installation von 7 Millionen steuerbaren Thermostaten nur für die Haushalte in Texas $ 2 Milliarden kostet. Die Klimatisierung von Wohngebäuden ist für etwa 50 Prozent der Spitzennachfrage in Texas im Sommer verantwortlich. Das bedeutet, dass etwa 30 Gigawatt der Spitzennachfrage in Texas nur von Klimaanlagen für Privathaushalte stammt.

Durch die dynamische Steuerung unserer Klimatisierungslasten - das heißt, die Anpassung der Thermostate an den Gesamtbedarf, ohne den Komfort der Menschen zu beeinträchtigen - könnten wir die Spitzennachfrage von 10 an 15 GW reduzieren. Das bedeutet, dass wir möglicherweise keine 10-Milliarden bis 15-Milliarden-Werte benötigen Kraftwerke. Die Ausgabe von 2 Milliarden US-Dollar zur Vermeidung von 15 Milliarden US-Dollar ist für die Verbraucher ein gutes Geschäft. Tatsächlich könnten Sie den Thermostat kostenlos abgeben und jedem Haushalt $ 700 für seine Mühe zahlen, und es wäre immer noch billiger als jedes Kraftwerk, das wir bauen können.

Das GesprächAm Ende hat Sekretär Perry gute Fragen gestellt. Zum Glück haben wir aufgrund seiner Lektionen, die er als Gouverneur von Texas gelernt hatte, bereits Antworten erhalten: Trotz gegenteiliger Bedenken werden Wind und Sonnenenergie sowie schnell ansteigendes Erdgas, intelligente Marktkonzepte und integrierte Laststeuerungssysteme in das Netz eingebunden ein saubereres, billigeres und zuverlässigeres Netz.

Über den Autor

Joshua D. Rhodes, Postdoktorand der Energie, University of Texas at Austin; Michael E. Webber, Professor für Maschinenbau und stellvertretender Direktor des Energy Institute, University of Texas at Austin; Thomas Deetjen, wissenschaftlicher Mitarbeiter, University of Texas at Austinund Todd Davidson, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Energy Institute, University of Texas at Austin

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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