En base a la previsió de les creixents fonts d'energia renovable variable (VRE) en els sistemes d'energia, augmentin la reducció de l'energia renovable subministrada a causa de l'oferta excessiva o la manca de flexibilitat del sistema.
Tot i que, es reconeix la manca de flexibilitat del sistema, no s’ha entès bé com les opcions de flexibilitat afecten una elevada VRE. Els van fer diferents estudis del sistema per veure com podrien afectar una retallada en la penetració de les VRE (principalment solars). Les opcions de flexibilitat inclouen l’emmagatzematge de bateries, la flexibilitat del generador tèrmic, el transport i així, permetre que el conjunt VRE i l’ emmagatzematge proporcionin reserves de funcionament, entre d’altres.
Els resultats, publicats en un article de Joule, van mostrar dos opcions claus que col·lectivament comprenen una "paradoxa de reducció" que sorgeix a mesura que el sistema evoluciona cap a nivells de penetració solar més alts. En primer lloc, la flexibilitat del generador tèrmic té el major impacte en la reducció dels VRE en rangs mitjans de penetració solar fotovoltaica (PV), però no en rangs baixos o alts. En segon lloc, quan es permet que les VRE i l’emmagatzematge proporcionin reserves d’explotació, disminueixen els costos operatius a tot el sistema i els nivells de reducció, cosa que, al seu torn, redueix l’incentiu econòmic perquè les PV proporcionin aquestes reserves amb una reducció de l'energia un entorn de mercat majorista.
Plantejament del model
L'anàlisi de NREL va utilitzar un sistema que es basa aproximadament en el sistema de generació i transport del Departament d'Aigua i Energia de Los Angeles (LADWP), aprofitant conjunts de dades desenvolupats per al recentment publicat estudi d'energia 100% renovable de Los Angeles (LA100).
NREL va utilitzar el modelatge d’ampliació de capacitat per establir futurs escenaris de sistemes d’energia amb un cost més baix amb nivells de penetració creixents dels recursos VRE. A continuació, es va emprar una base de dades de modelització de costos de la producció de les utilities per optimitzar la generació i els recursos de transport de menys cost per avaluar el funcionament detallat de cada futur escenari.
Aquesta és la primera vegada que s’utilitza per complerts aquest conjunt de models per a un sistema realista i amb una alta previsió de PV per identificar quins factors operatius contribueixen més a la reducció i el valor potencial de les PV per proporcionar les reserves operatives amb una reduccuó de l'energia.
Paradoxa 1: la flexibilitat del generador tèrmic té el major impacte en la reducció només a nivell mitjà de penetració de la PV
La flexibilitat de la planta tèrmica (velocitat de rampa, nivells mínims de generació i temps mínim de pujada i baixada) permet al sistema d’energia respondre segons les necessitats a les fluctuacions de la xarxa i mantenir l’equilibri oferta-demanda.
En l'estudi, es va fer una observació contra-intuïtiva en base a la flexibilitat que les plantes tèrmiques tinguin un impacte molt més gran per la reducció de les VRE en una "zona de transició" a nivells mitjans PV (aproximadament entre un 25% i un 40% en el sistema d'estudi) que en nivells inferiors o superiors. Dels diversos aspectes de la flexibilitat del generador tèrmic, els nivells mínims de generació tenen un major impacte en la reducció d’aquesta zona.
No obstant això, quan les penetracions de les PV són baixes (al voltant del 20%), no hi ha prou VRE perquè els canvis de flexibilitat tèrmica tinguin un impacte significatiu sobre el sistema. Quan les penetracions fotovoltaiques són més elevades (aproximadament el 45%), no hi ha prou incentius per utilitzar la capacitat tèrmica restant per ajustar les operacions i produir impactes significatius de reducció.
S'anomena la zona de transició, com la zona Goldilocks , que és la combinació adequada de generadors fotovoltaics i tèrmics per produir impactes de flexibilitat tèrmica.
Aquest aspecte de la paradoxa de la reducció, revela la importància de l’evolució i la interacció de les fons solars amb la resta del sistema, especialment quan es tracta de la flexibilitat de les plantes tèrmiques en sistemes d’energia. També, deixa entreveure que es pot necessitar un plantejament per fases per donar suport a l'actual transformació del sistema d'energia.
Paradoxa 2: utilitzar les VRE i l'emmagatzematge per a reserves d’explotació significa costos d’explotació i reducció més baixos, però redueix els ingressos
La retallada de l’energia renovable i emmagatzemada s’ha vist cada vegada més com una font potencial de reserves d’explotació o la capacitat disponible per a l’operador del sistema en un curt període de temps per satisfer la demanda durant incidències a la xarxa.
Tal com es modelitza a l’estudi, els escenaris simulats d’alta penetració fotovoltaica en què els recursos d’emmagatzematge no poden proporcionar reserves operatives, produeixen augments de la reducció i per tant, dels costos operatius, cosa que apunta al valor global de permetre que aquests recursos proporcionin reserves operatives.
Tot i això, aquest valor no es tradueix necessàriament en un augment dels ingressos en un entorn de mercat majorista, que representa el segon aspecte de la paradoxa.
Permetre que les VRE i l'emmagatzematge proporcionin reserves d'explotació significa que han de ser a baixos preus, cosa que redueix els incentius per a les PV per proporcionar reserves d'explotació amb retall de la seva capacitat de generar energia. Aquest aspecte de la paradoxa, revela la importància d'un alineament adequat del valor i la compensació del sistema de la xarxa.
L’emmagatzematge construït per a serveis de capacitat i de canvi d’energia sovint té a la capacitat de reserva per a reserves, especialment durant els períodes d'excessiva generació. Com que l’emmagatzematge té un cost gairebé nul, es tradueix en preus de reserva d’explotació més baixos, especialment durant la reducció de la generació de les PV. Permetre que l’emmagatzematge proporcioni reserves d’explotació també redueix la quantitat i les hores de retall, cosa que limita els temps en què les PV podrien generar per sota de la seva capacitat per proporcionar reserves d’explotació.
Al afegir les VRE a sobre de l’emmagatzematge, els preus encara disminueixen més. En general, hi ha pocs incentius perquè les PV aportin energies a les reserves operatives. No es pot compensar la reducció dels ingressos per majors nivells de reducció i la disminució dels preus de l'energia amb nivells elevats de VRE.
S'ha trobat que les PV proporciona un valor al sistema sense suficients oportunitats per a una compensació monetària. És possible que els dissenyadors de mercats hagin de revisar les normes d'elegibilitat de les reserves operatives i les estructures de compensació a mesura que augmentin les penetracions de les PV.
Següents passes
En general, l’estudi posa de manifest la naturalesa molt matisada de la flexibilitat i el seu paper en la paradoxa de la reducció de la capacitat solar i indica que l’emmagatzematge i els generadors tèrmics són motors importants per les necessitats de flexibilitat d’un sistema amb alts nivells de penetració solar.
Es podria explorar altres factors de sensibilitat amb nivells de penetració d’emmagatzematge addicionals i diverses configuracions del sistema. A més, una anàlisi total de cost-benefici de les actualitzacions de flexibilitat del generador tèrmic podria avaluar la competitivitat del cost global amb l’emmagatzematge i altres opcions de flexibilitat a mesura que els sistemes d’energia evolucionen cap a una major penetració de VRE.
Font: Laboratori Nacional d’Energies Renovables (NREL).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada