고도로 재생 가능한 전기 그리드를 얻는 방법

재생 가능한 전기 그리드를 얻는 방법 필요한 것보다 더 많은 태양력 잠재력을 확장하면 더 비싼 에너지 저장 장치를 대체 할 수 있습니다. 제이미 스틸 링, CC의 BY-SA

유명한 발명가 인 에드윈 랜드 말했다"새로운 아이디어가 필요한 것은 아니지만 오래된 아이디어를 그만 두어야합니다."그는 솔루션이 우리의 오래된 습관을 뛰어 넘는다고 말하고있는 것처럼 보였습니다.

전 세계의 도시, 주 및 국가는 재생 에너지의 매우 높은 수준 (심지어 100 %)에서 실행되는 청정 에너지 경제에 전념하고 있습니다. 뉴욕주의 혼자서, 4 개의 경쟁 법안 표적 50 % - 100 %의 재생 가능 2040 전 또는 그 이전.

현실적으로, 오직 2 개의 재생 가능 에너지 자원 충분히 크다. 태양 광 (멀리)과 바람 - 미국의 공급 측면에서 이러한 매우 높은 보급 목표를 달성해야합니다.

그러나 둘 다 일별 및 계절별주기뿐 아니라 날씨로 인해 가변적 인 자원입니다. 따라서, 필요에 따라 파견 될 수있는 화석 자원을 대체하기 위해서는 필요에 따라 전력을 공급할 수 있어야한다. 우리의 연구를 바탕으로, 우리는이 확고한 힘의 변환이 가능할뿐만 아니라, 오래된 아이디어를 가지고 있지 않다면 또한 저렴하다고 주장합니다.

역사적으로 높은 신 재생 에너지 가격의 결과로 확고하고 널리 퍼져있는 아이디어는 재생 가능한 자원으로 생성 된 모든 전력이 생성 될 때 판매되어야한다는 것입니다. 사용 가능한 풍력이나 태양 광 출력을 버리는 것에 대한 생각은 그리드가 받아 들일 수있는 것보다 많은 전력 원 생산량을 초과 할 경우 전력 생산자에게 부과되는 저주입니다.

이 오래된 생각은 근본적인 명제를 무시합니다. 특대화하고 적극적으로 바람과 태양을 축소. 그러나 반 직관적으로, 우리 동료와 우리가 실시한 연구는이 단계가 태양열과 풍력에 의해 주로 구동되는 전력망에 대한 가장 비싼 경로의 핵심임을 보여줍니다.

에너지 저장에 대한 무게

태양 및 바람의 과도한 공급에 대한 추론은 간단합니다.

  • 에너지 저장 태양이 비치지 않거나 바람이 불지 않을 때 신 재생 에너지 변동성을 채우기 위해 필요한 필수 성분 중 하나입니다. 이러한 격차는 주간 및 야간의 최대 수요 시간과 더 중요한 것은 지속되는 저 태양 또는 저풍 조건으로부터의 더 큰 다중 일 및 계절 격차와 같은 일일 기간을 포함합니다. 스토리지의 경우 전력 공급을 보장하는 조직인 그리드 운영자는 낮과 밤의 상승 및 하강에 따라 수요가 일치하는 조직으로 일반적으로 물 저장고에 의존합니다 펌핑 하이드로 또는 배터리를 더 짧은 시간 동안 사용하십시오.

  • 스토리지가 더 저렴 해지고 있지만 가장 장기적인 비용 예측을 가정해도 공부 회사 바람이나 태양열에만 저장 장치를 적용하는 것은 여러 날과 계절적인 간격 때문에 엄청나게 비쌉니다. 바람과 태양은 훨씬 덜 비싸지고 있습니다. 특히 태양 광overbuilding이 점점 더 저렴 해지는 시점까지. 풍력 및 태양열 발전기의 출력이 본질적으로 덤프되거나 "축소되어"그리드로 공급되지 않는 경우에도 마찬가지입니다.

  • 과도한 생산은 태양 및 풍력이 부족한시기에 더 많은 에너지를 생산할 수 있기 때문에 생산 간격을 줄여줍니다. 또한 오버 빌드는 스토리지 요구 사항을 줄입니다.

재생 가능한 전기 그리드를 얻는 방법 이 도표는 풍력과 태양열로부터 하루 24 시간의 에너지를 저장하는 방법이 천연 가스 공급 전력의 비용 인 '그리드 패리티 (grid parity)'보다 훨씬 더 비싼 수준으로 유지되는 것을 보여줍니다. 그러나 시간의 30 % 감소한 초과 풍력 및 태양열과 결합 된 저장 장치는 그리드 패리티보다 비용이 적게 들고 수요에 따라 전력을 공급할 수 있습니다 (C). 리처드 페레즈, 칼 R. 라바 고, CC의 BY-ND

과잉 생산으로 '퍼밍'

오늘날 태양열 및 풍력 발전에 대한 현재의 규제 관행은 언제나 생산을 극대화하는 데 유리합니다. 이 시설을 운영하는 회사는 최고가로 모든 산출물을 판매하려고하므로 생산량 축소는 매출 손실로 간주됩니다.

이 오래된 운영 아이디어는 모든 출력이 사용 가능할 때만 사용되므로 태양 광 및 풍력을 확고한 주문형 소스로 전환하는 것을 방해합니다. 이 접근법은 또한 마진에 신 재생 에너지를 유지합니다.

태양 및 풍력 자원이 과다하게 구성된 그리드는 실제로 어떻게 작동합니까? 수요를 충족시키기 위해 지역 전력망 운영자에게 X 메가 와트 - 시간이 필요하다고 가정 해 봅시다. 현재이 지역의 태양열 농장은 여름철 맑은 날과 같이 가장 높은 생산 일에만이 수요를 충족 시키거나 초과 할 수 있습니다. 다른 날에는 생산 격차가 스토리지에 의해 충족됩니다.

반대로 태양 자원이 과도하게 커지면 그 태양 발전기는 일년 중 더 많은 요일에 X MWh / 일 수요를 충족시킬 수 있으며 격차가 줄어들어 격차를 메우기 위해 에너지 저장 장치가 필요한 시간이 줄어 듭니다.

과잉 공급과 저장의 조합을 통해 일단 확정되면 가변적 인 재생 가능 에너지 자원이 효과적으로 파견 될 수 있습니다 - 필요에 따라 전력을 공급할 수 있으며 전통적인 발전소와 기능적으로 동일합니다. 이러한 방식으로 재생 에너지는 주요 그리드 리엔지니어링없이 이러한 발전기를 대체 할 수 있습니다.

우리 팀은 고 태양 광 및 과다 작성 솔루션 특히 미네소타 주에는 그렇지 않습니다. 목표는 연중 무휴로 연중 제공되는 에너지 서비스를 제공하는 데 필요한 가장 저렴한 그리드 연결형 태양열, 풍력 및 저장 장치를 결정하는 것이 었습니다.

이 연구는 태양 및 풍력 자원을 과도하게 건설하고 20 %를 40 %로 허용하는 그리드 운영 전략을 채택함으로써 현재의 그리드 비용 (소위 "그리드 패리티") 이하의 비용으로 태양 및 풍력의 자연적 가변성을 극복 할 수 있음을 입증합니다. 과잉 에너지 생성의 감소. 에너지 저장은 또한 우리 모델에서 사용되었지만, 더 비싼 저장을 위해 과도한 대기열 생성을 대신함으로써 우월한 경제성이 직접적으로 발생합니다.

합법적 인 질문은 대형 태양 광 PV의 전체 배치에 필요한 영역이 무엇인지 묻는 것입니다. 미네소타의 경우 가장 큰 100 % 태양 광 발전 시나리오에서 현재 태양 광 수요를 충족시키는 데 필요한 태양 광량을 두 배로 늘리는 가정하에이 영역은 최첨단 태양 광 패널을 가정 한 435 평방 마일에 이릅니다. 20 %의 효율성. 이 영역은 주정부의 1 % 미만 재배 농작물 및 고밀도 및 중 밀도 도시화 된 공간의 절반.

재생 가능한 전기 그리드를 얻는 방법 그리드 운영자는 높은 출력 기간으로 서로 보완 할 수 있기 때문에 지역별로 풍력 및 태양열을 관리함으로써 이익을 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 겨울철 바람은 밤에 가장 강하고 여름철에는 태양풍이 가장 높습니다. IIP 사진 아카이브, CC의 BY-NC

대량 전력망 운영 방법 조정

특대화, 축소 및 저장 최적화 외에도 몇 가지 운영 및 계획 관행 중 일부는 이미 이미 완료되었으며 고 태양 광망의 가치와 성능을 향상시키고 최소한의 중단으로 실현을 촉진합니다. 그들은 다음을 포함합니다 :

  • 보완적인 성능과 태양 및 바람의 다양한 작동 프로필 활용. 대부분의 지역에서 바람과 태양은 보완 일주 및 계절별 생산 프로파일을 가지고 있습니다. 밤과 겨울에는 바람이 많으며 여름에는 낮에 PV가 높습니다.

  • 수요 관리 (전력 고객 위치에서 전력 사용을 줄이는 관행)를 활용하여 공급 및 수요 격차를 최소화합니다.

  • 계통 운영자가 지역 내에서 재생 가능 에너지 부지 선정 및 생산 관리에 대한 권한을 부여함으로써 축소 및 저장시기에 대한 결정이 지역 차원에서 이루어 지도록하여 수요와 공급의 격차를 최소화합니다.

가변적 인 태양 발전이 극도로 비싸고 굳건한 해결책이 훨씬 더 비싸면 재생 가능 에너지 생산을 극대화하고 단축을 피하는 태도가 타당합니다. 그러나 턴키 태양 광, 그리드 관리 및 스토리지 비용의 최근 및 예측 감소는 태양 과부하로 시작하는 최적의 솔루션 세트를 변화시키고 있습니다.

이 주제에 대한 컬럼비아 대학에서 논문을 쓴 Clean Power Researcher의 수석 연구원 인 Marc Perez가이 기사에 기여했습니다. REsurety의 Solar Analytics 부사장 인 Morgan Putnam도 기여했습니다.대화

저자에 관하여

Richard Perez, 대기 과학 연구 센터 선임 연구원, 알바니 대학교, 뉴욕 주립대 학교 법학 교수 인 칼 R. 라바 고 (Karl R. Rabago) 페이스 디렉터 (Pace Energy and Climate Center) 페이스 대학

이 기사는에서 다시 게시됩니다. 대화 크리에이티브 커먼즈 라이센스하에 읽기 원래 기사.

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