Hur ren energi höll Kaliforniens ljus på under en historiskt extrem värmebölja

Kaliforniens elnät ligger i framkant av två oundvikliga trender: att lägga till enorma mängder förnybar energi och att hantera extrem värme som drivs av klimatförändringar. Den två veckor långa värmeböljan i september, som bakade staten med "hetaste och längsta” temperaturer på rekord, satte Kaliforniens nät på ett extremt test – men trots rekordstor effektbehov förblev lamporna tända.

Så hur undvek staten med USA:s mest ambitiösa mål för utbyggnad av förnybar energi strömavbrott under en av landets mest extrema värmeböljor i historien?

Svaret kan tyckas ironiskt – Kalifornien klarade denna historiska värmebölja eftersom det har gått all-in på ren energiteknik som vind, sol, batterilagring och efterfrågerespons. När staten accelererar mot sitt 100 % förnybara energimål till 2045 samtidigt som man planerar för en varmare och torrare framtid där extremt väder är normen, presenterar Kaliforniens nätresiliensupplevelse en plan för andra stater att följa.

Energy Innovations kommunikationsdirektör Silvio Marcacci pratade med GridLabs verkställande direktör Ric O'Connell om hur batterier, förnybara energikällor och kunder förhindrade strömavbrott – och hur stater kan lägga till ren energiteknik för att öka nätets motståndskraft inför klimatförändringar.

F: Kalifornien har lagt till en betydande mängd batterikapacitet de senaste åren för att förbättra nätets tillförlitlighet. Vilken roll spelade de för att hålla lamporna tända, och kommer de att spela en större roll framåt?

Den senaste värmeböljan visade att batterilagring i nätskala har anlänt till Kalifornien på ett stort sätt. År 2020 hade staten bara 250 megawatt batterier installerade på sitt elnät, av en total toppbelastning på 52 gigawatt (GW) i hela staten. Under förra veckans värmebölja hade Kalifornien mer än 3.2 GW batterier som stöder nätet, mer kapacitet än kärnkraftverket Diablo Canyon. Dessa batterier ger vanligtvis fyra timmars energi, så det är 150 gånger mer energi från för bara två år sedan. Batterier spelade en avgörande roll för att hålla nätet igång, och utan dem skulle vi ha upplevt rullande strömavbrott.

Kaliforniens nät har den mest installerade batterikapaciteten installerad av något nät över hela världen, och USA ledde globala investeringar i nätskala batterilagring med nästan hälften av alla investeringar förra året. Genom att investera i energilagring har staten ökat sin motståndskraft mot extremväder.

Men det här är bara början – fler och fler batterier kommer online i Kalifornien. Tidigare i år utfärdade California Public Utilities Commission sin föredragen systemplan, vilket inkluderar 15 GW nya lagrings- och efterfrågesvarsresurser som ska installeras senast 2032. Mer än 90 GW batterier föreslås i Kaliforniens ISO:s sammankopplingskö, vilket visar ett starkt kommersiellt intresse för batterilagring. Batterier kommer att vara en avgörande resurs för att uppfylla Kaliforniens ambitiösa mål för ren energi, vilket säkerställer tillräcklig fast kapacitet för att hålla nätet igång även i tider utan sol- eller vindenergi.

F: Kunderna verkar också ha spelat sin roll och svarat på textvarningar för att spara ström. Hur ser du på detta resultat, och vilken större roll kan efterfrågesvar bidra till tillförlitligheten?

Efterfrågerespons, där kunder minskar sin användning antingen frivilligt eller genom kompensation, spelar en avgörande roll för nättillförlitlighet och är en viktig byggsten i resursportföljen som balanserar utbud och efterfrågan. I extrema fall som värmeböljan förra veckan har nätoperatörerna inte alltid tillräckligt med produktion online för att klara belastningen. Faktum är att de flesta nät planerar att ha ett litet antal avbrott, eftersom det är mycket kostsamt att planera för att möta belastningen hela tiden.

Tisdagens extraordinära sms som bad kunder att minska sitt elbehov lyckades undvika strömavbrott – den följdes nästan omedelbart av en minskning av efterfrågan med cirka 2 GW. Men den typen av mekanism kan bara fungera i begränsade situationer och kan inte användas mer än en eller två gånger om året.

Helst kommer Kalifornien att stärka sina efterfrågesvarsprogram, där konsumenter får betalt för att minska efterfrågan, genom automatisering som smarta termostater och andra nya teknologier. Ett nytt program från verktyget PG&E belönade kunder som minskade efterfrågan under värmeböljan med 2 USD för varje sparad kilowattimme energi. Mer än 1.5 miljoner kunder var inskrivna i programmet, och det är en intressant modell att överväga i hela staten.

F: Upplevde nätet några avbrott, och i så fall, vad var orsaken till dessa avbrott?

Vissa lokala avbrott orsakades av att distributionstransformatorer överbelastas på grund av värme, och staden Healdsburg missförstod nätoperatörens nödnivå och började lastavfall (rullande strömavbrott) innan de ombads att göra det, men överlag höll nätet bra.

Vädret mot staten, och resten av väst, var långvarigt och extremt. Det varma vädret innebär inte bara rekordstor belastning för nätet, det betyder också att bestraffande temperaturer kan tvinga utrustning offline. Nätplanerare måste erkänna att klimatförändringar driver historiska temperaturer från extrema till normala och planerar för fler av dessa extrema, västomfattande, långvariga värmestormar.

F: Hur hjälpte sol- och vindeffekten till att balansera utbud och efterfrågan? Har Kaliforniens investeringar i förnybar energi kommit online tillräckligt snabbt för att hålla jämna steg med pålitlighetsbehoven?

SolenergiSOLAR3
gav en konsekvent 1313
GW ström till Kaliforniens elnät förra veckan från 9:00 till 5:00 varje dag, ungefär en fjärdedel av den totala efterfrågan. Kvällstimmarna från 4:00 till 9:00 var de tider då nätspänningen var störst, eftersom solenergin sjunker men efterfrågan är fortsatt hög. Det är då batterier hjälpte nätet, laddade mitt på dagen och laddas ur tidigt på kvällen. På tisdagen, värmeböljans varmaste dag och dagen med störst nätstress, tilltog vinden på kvällen och gav 2.7 GW effekt.

Medan vi tog oss igenom förra veckan med nätet intakt, borde Kalifornien inte behöva drabbas av så nära samtal i framtiden. Staten tävlar om att installera mer solenergi, vind, batterier, samt transmission för att ansluta alla dessa nya resurser till nätet.

Men utmaningar i försörjningskedjan med både solenergi och batterier har försenat många projekt, vilket gör att staten inte klarar av att uppfylla sina mål. Dessutom har takten i transmissionsutvecklingen inte hängt med efterfrågan, vilket gör att många projekt har fastnat i kön och väntat på att ansluta till nätet. Staten behöver en omfattande plan för att implementera nya projekt och ta bort blockeringen av överföringsutvecklingen så att den kan uppfylla sina mål för ren energi.