Калифорнийцы наслаждаются солнечной весной, что означает, что солнечные фермы и солнечные батареи на крышах штата перегружают сеть электроэнергией.
Проблема в том, что они производят так много, что резкое падение цен и мандатов со стороны оператора сети штата вынуждает электростанции возобновляемых источников энергии снизить производство. В апреле калифорнийские солнечные и ветряные фермы закрылись или сократили около 95 000 МВт*ч электроэнергии, что является новым рекордом согласно Калифорнийскому независимому системному оператору, который управляет подавляющим большинством электроэнергии штата. Этого достаточно, чтобы питать энергией более 30 миллионов домов в течение часа.
Это переснабжение солнечной энергией происходит потому, что в последние годы Калифорния увеличила производство возобновляемой энергии в огромных количествах, главным образом, для удовлетворения политических мандатов, требующих половину электроэнергии штата, из источников, свободных от углерода, к 2030 году. С последующей дополнительной генерацией в ближайшие несколько лет штат находится на стадии достижения этой цели на десятилетие раньше запланированного срока.
Недавно принятое в Калифорнии правило, требующее, чтобы большинство новых домов имели солнечные батареи на крышах, ещё больше усугубит этот вопрос, поскольку оно подразумевает снабжение солнечной энергией, даже когда снижается спрос (см. «Калифорнийское правило о солнечных батареях на крышах — дорогой путь к сокращению выбросов»).
Не хорошая ли штука чистая энергия?
Это абсолютно хорошая новость для климатических целей и сокращения выбросов углерода. Но этот успех также создаёт весьма реальные вызовы, влекущие как экономические, так и физические напряжения в энергосистеме.
Эти ограничения могут препятствовать дополнительному освоению возобновляемой энергии, подрывая более широкие усилия по капитальному ремонту энергетического сектора. В действительности отчасти потому, что портфели для дополнительных солнечных проектов уже ограничиваются в Калифорнии.
Многие регионы и страны столкнуться с аналогичными растущими задачами, пока они наращивают производство возобновляемой энергии. «Это ведущий индикатор проблемы для всей страны», — говорит Джеймс Бушнелл, экономист по вопросам энергетики в Калифорнийском университете в Дэвисе.
Основная проблема заключается в том, что в выделенных рамках производство электроэнергии от каждой солнечной батареи в основном увеличивается и уменьшается в одно и то же время, когда солнце поднимается и садится. Кроме того, генерация солнечной энергии достигает максимума в середине дня, когда спрос на электроэнергию падает.
В своём нынешнем виде система Калифорнии имеет ограниченные возможности хранить эту мощность, отправлять её в другом месте или балансировать её с другими возобновляемыми ресурсами, такими как ветер. Таким образом, чем больше солнечной энергии Калифорния добавляет, тем менее ценной она становится.
Подождите, не хотим ли мы, чтобы чистая энергия была дешёвой?
До определённой степени, да. Но стоимость и цена не одинаковы. На нормально функционирующем рынке цены, которые регулярно снижаются до нуля, будут глубоко поглощать прибыль операторов электростанций, что сильно препятствует компаниям в привлечении большего количества онлайн-средств.
«Эта проблема дефляции может остановить подъём солнечной энергии», — пишет Варун Сиварам, сотрудник Совета по международным отношениям, в своей новой книге «Укрощение Солнца».
Согласно исследованию Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, опубликованному на прошлой неделе, значительное увеличение поставок возобновляемых источников будет оказывать растущее давление на оптовые цены на энергию во всех направлениях, в частности, на сжатие прибыли негибких генераторов, таких как солнечная, ветряная и атомная энергии. Как считают исследователи, если бы солнечная энергия обеспечивала 30% потребностей сети и ветровая — 10%, цены на электроэнергию из этих источников упали бы на 39% на нью- йоркском рынке в 2030 году и на 27% в Калифорнии.
Рыночный сигнал говорит, что мы «должны замедлить наращивание этих ресурсов или снизить затраты даже в дальнейшем, чтобы быть конкурентоспособными», — говорит Эндрю Миллс, научный сотрудник в Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и соавтор исследования.
Влияние этих сил на цены, которые платят потребители и предприятия, осложнено. На действительно конкурентном рынке падение оптовых цен должно привести к снижению цен также для конечных потребителей. Но, как отмечает Бушнелл, в Калифорнии, где штат также добавляет направления, изымает из эксплуатации электростанции на ископаемом топливе, и санкционирует наращивание возобновляемых источников энергии, цены остаются высокими по сравнению с теми, что наблюдаются в других штатах, которые видели снижение.
«Розничная цена платит за избыток мощности, который ведёт к снижению оптовой цены», — говорит он.
Итак, как мы можем это исправить?
Это, скорее всего, требует комбинации политики, инфраструктуры, инноваций и больших инвестиций. Штатам, таким как Калифорния, потребуется гораздо больше аккумуляторов для накапливания энергии в те времена, когда солнце не светит или ветер не дует, но текущие варианты очень дороги или географически ограничены. Регионы также могут строить линии электропередач на большие расстояния, чтобы сбалансировать возобновляемую энергию через более обширные территории, но это политически чревато.
Ещё одна возможность заключается в переносе сроков самого спроса путём создания программ, направленных на то, чтобы побудить частных или бизнес-клиентов потреблять электричество в разные часы. Это может включать в себя привлечение жителей к зарядке электромобилей в середине дня, а не ночью.
Исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Environmental Research Letters, показало, что это может быть намного дешевле для Калифорнии полагаться на электромобили, чтобы сбалансировать возобновляемую энергию вместо расширения стационарного хранилища, например, аккумуляторных банков.
Но, в конечном счёте, это проблема, которая, вероятно, потребует нового, лучшего хранилища для масштабной сети, гибких ядерных реакторов или генерации, которые сочетаются с хранилищем, например, с концентрацией солнечных станций (см. «Чтобы солнечная энергия действительно работала, включите тепло»). И это не будет дёшево.