Die 10 wichtigsten Dinge, die Sie über die Zuverlässigkeit des Stromnetzes und erneuerbare Energien wissen sollten

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NREL-Energiesystemforscher Paul Denholm teilt mit, was Sie über die Zuverlässigkeit des US-amerikanischen Stromnetzes wissen müssen und warum erneuerbare Energien dazu beitragen können, dass das Licht am Laufen bleibt

In dieser Folge der Tell Me Something Grid-Reihe des National Renewable Energy Laboratory (NREL) finden Sie weitere Informationen Paul Denholm, Senior Research Fellow für Modelltechnik und Netzanalyst mit fast 20 Jahren Erfahrung am NREL. Denholm teilt mit, wie wir auf ein zuverlässiges Netz mit mehr erneuerbarer und sauberer Energie zählen können.

Die Menschen sind darauf angewiesen, rund um die Uhr Zugang zu zuverlässigem Strom zu haben, um unsere Häuser, Unternehmen und Gemeinden mit Strom zu versorgen. Um sicherzustellen, dass das Licht an bleibt, ist viel Planung und Betrieb erforderlich.

Bei NREL haben wir viel über ein auf erneuerbaren Energien basierendes Stromnetz gelernt, und es gibt keinen inhärenten Grund, warum erneuerbare Energien nicht dazu beitragen können, das Licht am Laufen zu halten. Wir haben bereits die Fähigkeit des Netzes unter Beweis gestellt, einen zuverlässigen Betrieb mit einem hohen Anteil variabler erneuerbarer Energie aufrechtzuerhalten.

Um den Interessengruppen des Energiesystems dabei zu helfen, die komplizierte Welt der zuverlässigen Netzplanung und des Netzbetriebs zu verstehen, haben wir ein Ressourcenpaket entwickelt, das verschiedene Aspekte der Zuverlässigkeit erklärt. Das Paket enthält Informationsblätter zu Zuverlässigkeit des aktuellen Stromnetzes, Ursachen der jüngsten großen Stromausfälle und was als Reaktion darauf unternommen wirdUnd Aufrechterhaltung eines zuverlässigen zukünftigen Netzes. Wir haben auch zusätzliche Hintergrundinformationen dazu entwickelt Grundlagen der Zuverlässigkeit des Stromnetzes und sauberen Stroms. Sie können so viel ins Detail gehen, wie Sie möchten, aber eigentlich läuft es auf zehn Dinge hinaus, die Sie über das US-Stromnetz wissen sollten – und sie werden Sie vielleicht überraschen.

1. Das US-Netz ist sehr zuverlässig. Der durchschnittliche US-Kunde verliert weniger als zwei Mal pro Jahr für insgesamt weniger als fünf Stunden Strom, was einer Zuverlässigkeit von 99,95 % entspricht.
2. Fast alle Ausfälle sind auf Probleme im Verteilungssystem zurückzuführen. Im Gegensatz zum Massensystem, das Strom in größere Gebiete bringt, ist das Verteilungssystem ein lokales Stromsystem für einzelne Verbraucher. Die Ursache eines Ausfalls hängt in der Regel nicht mit dem Hauptstromnetz zusammen und findet im Umkreis von ein bis zwei Kilometern um Ihr Haus statt, etwa wenn ein Ast auf eine örtliche Stromleitung fällt.
3. Das Netz ist so ausgelegt, dass jeder einzelne Generator oder jede Übertragungsleitung ausfallen kann und das Netz nahtlos online bleibt. Dieses Design wird durch verschiedene Maßnahmen erreicht, wie z. B. mehrere Wege für den Stromfluss und Notstromreserven. Dieses Design ermöglicht es dem US-amerikanischen Stromnetz, sich schnell an einen Generator- oder Übertragungsleitungsausfall anzupassen, selbst ohne einen vorübergehenden Stromausfall.
4. Das Stromnetz in den Vereinigten Staaten verliert fast nie Strom aufgrund unzureichender Erzeugung. Wir verfügen fast immer über genügend Erzeugungskapazitäten, um den Bedarf an den heißesten Tagen und kältesten Nächten zu decken – und über Kapazitätsreserven. Die Zuverlässigkeit wird teilweise durch die Vernetzung großer Teile der Vereinigten Staaten und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen über große Regionen hinweg gewährleistet.
5. Die beiden größten Ausfälle aufgrund mangelnder Stromversorgung in den letzten 20 Jahren ereigneten sich in den Jahren 2021 und 2022 aufgrund extrem kalter Temperaturen, von denen fast alle Erzeugungsanlagen betroffen waren – vor allem Erdgas. Die Brennstoffversorgungs- und Stromerzeugungseinheiten waren nicht auf extreme Kälte vorbereitet, und Energieplanungsszenarien haben diese Ereigniskette nicht vorhergesehen.
6. Vorschriften auf Landes-, Regional- und Bundesebene unterstützen und verpflichten einzelne Versorgungsunternehmen oder Netzbetreiber zur Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit. Dazu gehören Regelungen, wie und wann ein Kraftwerk stillgelegt werden kann. Um ein Kraftwerk stillzulegen, muss ein Energieversorger oder Netzbetreiber unabhängig von der Quelle über ausreichend Ersatzstromerzeugung verfügen, um sicherzustellen, dass der Zuverlässigkeitsstandard eingehalten wird. Diese Standards tragen dazu bei, die Zuverlässigkeit sicherzustellen, während mehr Wind- und Solarenergie hinzukommen.
7. Solarenergie und Speicher können eine zunehmende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit spielen. Eine Kombination aus Solarstrom und Energiespeicher leistet wirklich gute Dienste bei der Bereitstellung zuverlässiger Kapazität an heißen Sommernachmittagen und ist eine der größten Quellen für neue Kapazität zur Deckung der Spitzennachfrage.
8. Einige Teile des Netzes werden bereits in hohem Maße mit Wind- und Solarenergie betrieben, wodurch in Netzregionen wie Kalifornien, Texas und den zentralen Vereinigten Staaten ein maximaler stündlicher Erzeugungsanteil von 70–90 % erreicht wird. Dies hat die Fähigkeit unter Beweis gestellt, die Betriebszuverlässigkeit mit neuen Ansätzen und Praktiken aufrechtzuerhalten.
9. Die Rolle konventioneller Kraftwerke für fossile Brennstoffe wird sich wahrscheinlich von einer Quelle für Kapazität plus Energie zu einer Quelle von Kapazität wandeln. Das bedeutet, dass ein Kraftwerk für fossile Brennstoffe nicht ständig läuft, sondern nur dann, wenn es nötig ist, etwa in kurzen Zeiten mit sehr hohem Bedarf oder geringer Wind- und Solarenergie. Dies ermöglicht es uns, eine sehr, sehr umfassende Dekarbonisierung (80–90 % sauberer Strom) zu erreichen, indem wir neuen sauberen Strom, Speicher und Übertragung bauen und gleichzeitig die vorhandene fossile Flotte nach Bedarf aus Gründen der Zuverlässigkeit nutzen.
10. Die Energieversorger schlagen nun vor, eine weitreichende Dekarbonisierung zu erreichen und große Mengen an Wind- und Solarenergie als Teil ihrer Geschäftspläne zu integrieren, um die regulatorischen Anforderungen zur Aufrechterhaltung der Zuverlässigkeit zu erfüllen. Diese sind zum Teil das Ergebnis von Planungsbemühungen für Versorgungsunternehmen, die Zuverlässigkeitsherausforderungen berücksichtigen und bewältigen.

Das zukünftige Stromnetz wird nicht mehr so ​​aussehen wie das heutige Stromnetz, aber es kann dennoch den zuverlässigen Strom aufrechterhalten, der unser Leben antreibt. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, was ein zuverlässiges Netz ausmacht, schauen Sie sich unbedingt das Ressourcenpaket an: Zuverlässigkeit des aktuellen Stromnetzes, Ursachen der jüngsten großen Stromausfälle und was als Reaktion darauf unternommen wird, Aufrechterhaltung eines zuverlässigen zukünftigen Netzes mit mehr Wind- und SolarenergieUnd Grundlagen der Zuverlässigkeit des Stromnetzes und sauberer Elektrizität.

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Mit freundlicher Genehmigung von NREL. Von Paul Denholm