太陽と風は本当に石炭、原子力とグリッドの信頼性を殺しているのか?

太陽と風は本当に石炭、原子力とグリッドの信頼性を殺しているのか?

4月の米国エネルギー長官Rick Perry 研究を依頼しました 原子力発電所および石炭火力発電所に対する再生可能エネルギー政策の効果を評価すること。

何人かのエネルギーアナリストはこう答えました 混乱この問題は系統運用者とエネルギー省自身の国立研究所によって広く研究されてきた。 他の人はもっと 重大なレビューの目的は 原子力と石炭の使用を支持する再生可能なソース.

それで、風と太陽を殺す石炭と原子力ですか? はい、でもそれだけではなく、ほとんどの人が考える理由のためではありません。 風力発電と太陽光発電の殺害グリッドは信頼性がありますか? いいえ、グリッドの技術や規制が近代化されたところではありません。 これらの場所では、全体的なグリッド運用は改善されていますが、悪化はしていません。

その理由を理解するためには、壁のコンセントから発電機までの電子の経路、およびその流れを規定する市場と政策をたどる必要があります。 テキサス州を拠点とするエネルギー学者 - 風力発電の全国的リーダー - として、私たちは、ペリーが知事を務めたときを含め、過去10年間にわたってこれらのダイナミクスが発揮されるのを見てきました。

間違った質問

なぜ石炭が問題になっているのかについて多くのインクがこぼれた。 簡単に要約すると:天然ガスは 豊富で安い。 私たちの石炭艦隊は 古くて廃止予定。 米国のエネルギー使用は flatlinedそのため、大規模な新しい発電所を建設するための金銭的インセンティブは少なくなります。

Perryのレビューの一部は、変動する電力源である風力と太陽光が、いわゆるベースロード源、つまり最小需要を満たすのに必要な安定した電気の流れを提供する発電所にどのように影響しているかを明らかにすることです。

風力と太陽光が石炭火力発電所を含むベースロード発電機を殺害しているかどうかという疑問を投げかけて、少なくとも10年間多くの場所で関連性がなかった電力市場についての時代遅れの考え方が明らかにされています。 電子メールがファックスやカタツムリのメールを殺しているのかどうかを1990の後半で尋ねるのと似ているでしょう。 答えは明確な「はい」であり、その後に「ハレルヤ」と「もうすぐ時間です」という歓声が続き、どちらも実用性の限界にぶつかったためです。 1990の消費者が、以前のアプローチよりも速く、影響が少なく、安価なものにどれだけ早く移行したかは、準備が整ったことの表れです。

何十年も前に開発された時代遅れの製材用オプションに固執するのとは対照的に、顧客が再びより速く、影響の少ない、より安価なオプションを選択すると、同様のことが起こります。 。 エネルギー省自身の分析でさえ、次のように述べています。(電力)セクターを支配する多くの古いパラダイムもまた進化していますに設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」

風力発電や太陽光発電は、安く安定した価格と排出ガスのない運用が望まれるため、古い発電機の実用性を低下させています。 他のイノベーションが同時に起こったので、彼らは批評家が仮定した方法でグリッドの信頼性を傷つけていません。

テキサスの先駆者

説明のためにテキサス州のケーススタディを使用しましょう。 テキサスの電力信頼性評議会またはテキサスとして知られているそれ自身のグリッドを持っているので ERCOTそして、インストールしました より風力容量 テキサスの経験は、風力発電のようなさまざまな再生可能エネルギーが系統に与える影響を示しています。

ERCOTのような競争の激しい市場では、発電所を運営している企業は入札を競売にかけて特定の時間に特定の価格で電力を提供します。 入札スタックは、オークションベースの市場(テキサス州など)での「入札スタック」、つまり価格順に並べられたすべての入札の集まりです。

市場は入札スタックを使用して、最も低コストの発電所が最初に配置され、最も高価な発電所が最後に配置されるようにします。 この市場ベースのシステムは、最も低コストの電力を消費者に提供すると同時に、発電所の所有者が迷うことを防止するように設計されています。 一日を通して、需要の変化に応じて電気の市場価格($ /メガワット時)が変化します。

天然ガスのコストも電気の価格に影響します。 天然ガスの価格が下がると、各天然ガス発電所の価格が下がります。 それは驚くべきことではありません。彼らが運営するのに費用がかからなくなれば、彼らはより低い価格で市場に入札し、ラインのより早い段階で動くことができます。

ガスがUS $ 3から$ 3.50(100万BTUあたり)以下の範囲になると、石炭は安価な電源として置き換えられ始めます。 このシナリオは、今日の現実を反映しています。ガスは安いので、グリッドはそのためにそれを使っています 石炭より私たちの電気の多く.

再生可能エネルギーは入札単価にどのように影響しますか。 風力、太陽光、水力などの再生可能資源は燃料費がかかりません - 日光、風、流水は無料です。 それは彼らの限界運用コストがゼロに近いことを意味します。 発電機は燃料を購入する必要がないため、10メガワットの風力発電の運用コストと比較して、1メガワットの風力発電の運用コストは基本的に同じです。 つまり、風力発電とソーラーファームの設置数が増えるにつれて、入札単価の最も安い部分にさらに多くの容量が追加されます。

この挿入によって、原子力、天然ガス、石炭などの他の発電機が押し出され、それらのうちのいくつかはもはや送電網に送電されなくなります。つまり、送電網に電力を供給しません(または支払われません)。 そのため、再生可能エネルギーが増えるにつれて、電力市場では従来の選択肢が少なくなります。 そして、これらの新しい電源の限界費用はほぼ無料なので、電気料金を大幅に引き下げます。 これは、請求額が減るにつれて消費者(私たち全員)にとっては朗報ですが、プラントの稼動頻度が低く、稼動時に支払われる競争相手(石炭火力発電所の所有者など)にとっては悪いニュースです。

これはどういう意味ですか? 天然ガスと再生可能エネルギーは、2つの方法で石炭に影響を与えています。 天然ガスは、電力会社がより多くの電力を必要とするときに、両方を送って投入することができるため、石炭との直接の競合相手です。 これはグリッドの信頼性にとって役立ちます。 しかし、天然ガスのコストが下がるにつれ、石炭は天然ガス発電所を運営する方が安価であるため、競争力が低下しています。

再生可能エネルギーの効果はわずかに異なります。風力と太陽光発電はディスパッチできないので、一瞬のうちに電源を入れることはできません。 しかし、テキサス州の風の強い夜や晴れた日の間に電源が入ると、それらは非常に低い限界費用で動作し、したがって非常に競争的に動作します。

UT Austinの調査によると、大量の太陽光発電を設置すると年間のグリッド管理コストが ERCOTで$ 10百万、それは$ 900百万年間年間卸売電力コストを削減します。 これらすべての結果として、再生可能エネルギーは従来の電源と競合しますが、安価な天然ガスほど多くの石炭を代替することはありません。 実際、安価なガスは、平均で再生可能エネルギーの2倍以上の石炭をERCOTに置き換えています。

原子力はどうですか?

原子力の問題は主に自己負担です。 要するに、原子力を建設するための価格は高いので、最近私たちは多くの原子力発電所を建設することはしていません。 私達は造らないので、私達は製造能力を持っていません。 我々は製造能力を持っていないので、原子力を建設するための価格は高いです。 原子力を造るための価格が高いので、私達は最近核を造らない…等々。

今日、すでに石炭を使い切ってしまった安価なガスは、新しい原子力発電所や効率の悪い古い発電所にとって脅威です。 新しい天然ガス複合サイクル発電所は、新しい原子力発電所の約6分の1のコストで建設することができ、ほぼ2倍の効率であり、少ない増分で建設することができ、資金調達が容易になります。

市場の革新とITが信頼性を高める

風力エネルギーは天候に伴って変動するため、グリッド事業者を緊張させます。 しかし、風の予報は劇的に改善され、ライトを点灯させ続ける必要がある人々により多くの自信を与えました。

そして、興味深いことに、グリッドを円滑に管理するための予備容量(風力発電が落ち込んだときのバックアップ電力)の要件 上がるのではなく下がるペリー総督の任期中に風が急激に増加したにもかかわらず、ここ数年、テキサスで。 つまり、グリッドの変動を管理するためのコストが削減されました。

テキサスグリッドの信頼性がほとんど中断されていないのはなぜですか? なぜならば、風力発電設備の急成長がERCOTの市場変革であるからです。 ペリー長官は知事だったが、 テキサスマーケット 粗い、遅い市場から微調整された、速い市場に行きました。 市場をダイナミックで完全に機能するものに革新することで、システムにより多くの風を取り込むことが容易になりました。 それはまた、高度なテクノロジによって、グリッドをより安価で、よりクリーンで、より信頼性の高いものに再発明することを可能にしたことの表れです。

しかし、やるべきことはまだたくさんあります - 統合されたハードウェアと結合された情報技術が助けになることができます。 これを考慮してください。テキサス州には7.7百万個のスマートメーターがあり、それらのほとんどは住宅用です。 テキサス州の家庭だけに7百万個の制御可能なサーモスタットを設置すると、$ 2十億ドルかかると見積もっています。 住宅用エアコンは、夏のテキサス州でのピーク需要の約50パーセントを占めています。 それはテキサス州でピーク需要の約30ギガワットがまさしく住宅のエアコンからであることを意味します。

空調負荷を動的に管理する、つまりサーモスタットを調整して、人の快適さに影響を与えずに全体の需要を下げることで、10から15 GWまでのピーク需要を減らすことができます。 つまり、$ 10 billionから$ 15 billionの価値が必要ないかもしれないということです。 発電所。 $ 2十億ドルを避けるために$ 15十億ドルを費やすことは消費者にとって良い取引です。 実際、あなたはサーモスタットを無料で配って、彼らの悩みのために各世帯に$ 700を支払うことができ、それは私たちが建てることができるどんな発電所よりもまだ安いでしょう。

会話最後に、ペリー長官は良い質問を投げかけました。 ありがたいことに、彼がテキサス州知事をしていたときに学んだ教訓のために、私たちはすでに答えを持っています。より清潔で、より安く、より信頼できるグリッド。

著者について

ジョシュアD.ロードス、ポスドク研究員、エネルギー、 テキサス大学オースティン校; Michael E. Webber、機械工学教授、エネルギー研究所副所長、 テキサス大学オースティン校; Thomas Deetjen、大学院研究アシスタント、 テキサス大学オースティン校エネルギー研究所のリサーチアソシエートであるTodd Davidson テキサス大学オースティン校

この記事は、最初に公開された 会話。 読む 原著.

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