Kalifornien kan tillförlitligt uppnå 85 % ren energi år 2030 utan att riskera avbrott – på väg mot ett 100 % rent nät

Kraftkriser under Kaliforniens värmeböljor i augusti 2020 väckte frågor om hur tillförlitligt statens nät kommer att vara på vägen mot sitt mål om 100 % ren energi till 2045.

Men ny forskning ger tydliga svar: Kalifornien kan på ett tillförlitligt sätt uppnå ett 85 % rent elnät till 2030 med en varierad blandning av förnybara energikällor och batterier, flexibel efterfrågan, handel med grannstater och vissa befintliga kraftverk – under flera antaganden om utbyggnad och möjliga framtida förhållanden. Det visar sig att ett renare rutnät är ett mer pålitligt rutnät.

Statliga tillsynsmyndigheter och förtroendevalda kan uppnå detta viktiga steg mot statens framtid för 100 % ren energi genom politiska åtgärder som påskyndar en mångsidig utbyggnad av ren energi, minskar beroendet av gasproduktion, stimulerar resurser på efterfrågesidan och förbättrar den regionala elhandelssamordningen med grannstaterna.

Politik för att gå vidare

Kalifornien är en internationell ledare när det gäller att minska föroreningar av växthusgaser samtidigt som de tillhandahåller allt renare kraft till en stor och mångfaldig befolkning av elanvändare – 40 miljoner människor och världens 5^th största ekonomin. Energieffektiviseringsåtgärder har hållit den totala statliga elförbrukningen oförändrad under många år samtidigt som en rad allt mer ambitiösa förnybara portföljstandarder har drivit på ett snabbt införande av ren energi från förnybara resurser som vind och sol.

Statliga tillsynsambitioner har sett en ny skjuts. California Public Utility Commission (CPUC) utfärdade nyligen upphandlingsorder för nya rena resurser och godkände en ny föredragen systemplan för sina kraftleverantörer som strävar efter att minska utsläppen av växthusgaser till 38 miljoner ton (MMT) till 2030 och 35 MMT till 2032, vilket skapar en 86 % utsläppsfri kraftproduktion till 2032.

Men även med dessa ökade ambitioner måste Kalifornien göra mer för att nå sina mål för en pålitlig framtid med ingen koldioxidutsläpp. En ny teknisk rapport från Telos Energy och GridLab och medföljande policyrapport av Energy Innovation beskriver hur staten kan möta denna utmaning.

Ett nytt tillvägagångssätt

Den tekniska rapporten tillhandahåller en ny metod för att hjälpa beslutsfattare att snabbt utvärdera många framtida resursportföljer och antaganden för att säkra ett framtida nät för rent energi. Genom att inkludera scenarier och känsligheter som undersöker tillförlitlighet med hjälp av detaljer som vind- och soldata per timme matchat med timdata för efterfrågan under åtta möjliga år över västra USA, kan modellbyggare jämföra fördelarna med olika resursportföljer relativt snabbt och till låg kostnad.

Politiker kan sedan se hur varje portfölj utnyttjar sin andel på 75 % av förnybara resurser mest effektivt under olika år: minimerar saker som batteriförluster tur och retur, koncentrerad användning av gasresurser i staten och överberoende av grannar när de är regionala efterfrågan är hög.

Den tekniska rapporten modellerar också viktiga "stressförhållanden" som kan hota tillförlitligheten, såsom låg vattenkraft på grund av torka, importrestriktioner, pensioneringar av gasanläggningar, pensioneringar av kolkraftverk i grannstaterna, och fann att varje portfölj med 85 % ren el är tillförlitlig. I synnerhet simulerade modellbyggarna de varma väderförhållandena som orsakade strömavbrott i augusti 2020 och fann att ett 85 % rent elsystem skulle ha gott om el i en liknande händelse.

Optimerar för ett ambitiöst distributionsschema

Detta nya tillvägagångssätt är särskilt framträdande när man överväger den banbrytande accelerationen i utbyggnaden av ren energi som krävs för att staten ska uppnå eller överträffa ett årligt mål för 80 % ren energi för 2030. Genom att modellera olika portföljer kan beslutsfattare överväga viktiga avvägningar – som batterilagringens tillförlitlighetsroll , gas och import ger ett mestadels sol- och vindbaserat system, och hur det förändras när mer konsekventa resurser som geotermisk och havsbaserad vind läggs till portföljen.

Att undersöka tillförlitlighetsprestandan för olika resursportföljer under viktiga stressfaktorer möjliggör en mer effektiv upphandling efter att föreslagna portföljer har gått igenom alla regulatoriska ramar.

Exempel: Den tekniska rapportens "Resursmångfald"-portfölj som visas ovan minskar behovet av att bygga så många sol- och landbaserade vindkraftsparker, minskar energiförluster tur och retur från cyklande batterilagring och förlitar sig mindre på fossilbränslekraftverk för tillförlitlighet. Den gör detta genom att inkludera betydande nya resurser för havsbaserad vindkraft och geotermisk produktion, som producerar kraft mer konsekvent och kompletterar andra förnybara energikällor, men med ett högre pris. Genom att lägga till betydande efterfrågesvar till mixen kompenseras stora batterilagringsbehov. GridLab och Telos modellering belyser de icke-kostnadsfria tillförlitlighetsfördelarna med resursdiversifiering och kan vara ett värdefullt verktyg för alla stater som arbetar mot mål för ren el.

Som Kaliforniens energibyråer och dess nätoperatör CAISO fortsätta att implementera statens politiska agenda för ren energi, bör de införliva den tekniska rapportens nya tillvägagångssätt för att utvärdera en bredare uppsättning portföljer samtidigt som de fortsätter det nära samarbetet kring tillförlitlighet och upphandling som de har visat sedan värmeböljorna i augusti 2020.

Särskilda ansträngningar för att planera för framtida havsbaserad vindkraft och direkt ge mandat till upphandling av mer mångsidiga produktionsresurser som rena förnybara energikällor (vanligtvis geotermisk) och långvarig lagring kan vara användbara, men rapporterna pekar på hur detta skulle kunna göras mer organiskt och transparent. Denna typ av analys skulle komplettera CPUC:s senaste ökade ambitioner i resursplanering och det nya framsynta CAISO 20-års överföringsutsikter.

En mer rättvis framtid från ett renare nät

En rättvis omställning av ren el beror på att investera i och skapa marknader för ekonomiskt lönsamma ren energiportföljer som hjälper till att pensionera naturgasenheter som skadar Kaliforniens mest föroreningstyngda samhällen. En rättvis övergång för drabbade samhällen inkluderar också att öka samhällets motståndskraft, bygga rena resurser med jobb och ekonomiska fördelar och använda lokal konsultation vid val av nya investeringar.

Den tekniska studiens flera scenarier fann att statens nät skulle vara tillförlitligt även efter att 11.5 gigawatt (GW) tagits i pension, eller ungefär en tredjedel av Kaliforniens befintliga gaskapacitet. Även om den ligger utanför ramen för den tekniska studien, rekommenderar den kompletterande policyrapporten att man prioriterar pensionerade gasanläggningar som ligger nära eller i missgynnade samhällen senast 2030, samtidigt som statens beroende av gas så snart som möjligt nollställs. Vissa byråer, inklusive CPUC, har gjort vissa framsteg med inkludering och miljörättvisa, men stoppade ansträngningarna att avveckla gasen visa att det finns mer arbete att göra.

Statliga myndigheter och beslutsfattare måste fokusera på de grundläggande orsakerna till naturgasens fortsatta användning i Kalifornien och utveckla en plan för att fasa ut den. Detta innebär att ompröva hur nya ren energiportföljer och användningen av efterfrågesidans resurser skulle kunna ersätta naturgas för att ge tillförlitlighetsvärde på systemnivå och lokal nivå.

Planerare bör fördubbla resursmångfalden

Med hjälp av insikter från den tekniska studien visar policyrapporten hur en mer mångsidig uppsättning rena resurser kan ge ännu mer betydande fördelar till statens snabbt föränderliga nät. Dessa fördelar inkluderar minskad markanvändning och överföringsbehov, ökad genomförbarhet för att nå målen för ren el, lägre påverkan på missgynnade samhällen och ökad motståndskraft.

Resursmångfald kan komma i många former: försörjningsresurser (t.ex. vindkraft till havs, geotermisk eller distribuerad solenergi), resursläge (olika platser kan ge kompletterande profiler), efterfrågeflexibilitet och närmare samordning med grannstater. Den tekniska studien visar att importerad kraft från dessa grannar ofta spelar en nyckelroll för att balansera nätet. Med tanke på studiens upptäckt att kraftreserver finns tillgängliga över hela väst när Kalifornien behöver det, kommer närmare samordning att göra det möjligt för Kalifornien att lita på sina grannar mer självsäkert.

Kaliforniens påskyndade omställning av ren energi är en möjlighet

Att gå vidare med Kaliforniens omvandling av ren energi ger massor av utmaningar för att fortsätta att hålla lamporna tända, som hur man fortsätter bygga ny infrastruktur, engagera sig djupare med elkonsumenter för att låsa upp distribuerade resurser och förstå konsekvenserna av att vara beroende av nya resurser som batterier som tillhandahåller ström i ett nafs men behöver laddas.

Men denna omvandling erbjuder också otroliga möjligheter genom smartare planering och politik som att bekämpa klimatförändringar, förbättra luftkvaliteten i missgynnade samhällen, anta nya metoder för att bedöma den mest effektiva kombinationen av rena elresurser, skapa en arena för alla typer av teknisk innovation att blomstra. , och bygga ett mer motståndskraftigt nät som kommer att vara en modell för andra stater och länder.