Es ist fast zwei Monate her, seit der Wintersturm Elliott extreme Kälte in den größten Teil der Vereinigten Staaten brachte und im ganzen Land Energienotfälle und Stromausfälle verursachte 1,5 Millionen Haushalteeinschließlich durchgehender Stromausfälle der Südosten. Während einige lokale Ausfälle durch heruntergekommene oder eingefrorene Stromleitungen verursacht wurden, wurden viele durch Engpässe in der Stromversorgung und verursacht gefrorene Instrumente, einschließlich der rollenden Stromausfälle bei TVA in Tennessee und Duke Energy in North Carolina. Diese Probleme quälten auch andere regional Gitterführte aber nicht zu Runden von rollenden Stromausfällen wie denen im Südosten.
Alle Zeiten sind in Central Standard Time. Ein Energienotstand umfasst dabei Energienotfallwarnungen (EEAs) und Warnungen vor maximaler Erzeugung, wie sie von den regionalen Netzbetreibern erklärt werden. DOE 202(c) Emergency Orders erlauben es bestimmten Stromerzeugungseinheiten innerhalb der Region, mit ihrer maximalen Erzeugungsleistung zu arbeiten und die Verschmutzungsgrenzen zu überschreiten, um die Zuverlässigkeit des Netzes aufrechtzuerhalten. Quellen: ERKOT, SPP-Nachrichtenredaktion, MISO, PJM, NC-Policy-Watch, WBIR.
Jetzt, da sich der Schnee vom Sturm gelegt hat, können die Bundes- und Landesbehörden einige Lehren ziehen, die sie gelernt haben. Am wichtigsten waren Windenergie und interregionale Übertragung, um das Licht in Regionen mit Energieknappheit am Laufen zu halten und das Ausmaß von Stromausfällen in anderen Gebieten zu begrenzen. Darüber hinaus deutet die RMI-Analyse darauf hin, dass mehr Windenergie und interregionale Übertragung möglicherweise einige der während dieses Sturms im Südosten aufgetretenen Stromausfälle hätten verhindern können.
Windenergie war reichlich vorhanden und weit verbreitet
Erneuerbare Energien schnitten während des Wintersturms Elliott landesweit gut ab, insbesondere in den USA regionale Stromnetze SPP, MISO und PJM. Wind in diesen Regionen erzeugte während des Sturms stetig Strom und erfuhr aufgrund der extremen Kälte weniger erzwungene Ausfälle als fossile Brennstoffressourcen. In PJMbeispielsweise deuten vorläufige Daten darauf hin, dass Kohle- und Gaskraftwerke für 87 Prozent der erzwungenen Ausfälle am 24. Dezember verantwortlich waren, wobei Gaskraftwerke einen unverhältnismäßig großen Anteil (70 Prozent) ausmachten.
Alle Zeiten sind in Central Standard Time. Die Zeiträume rollierender Stromausfälle von TVA sind in Rot dargestellt, während die Ausfallzeiträume von Duke Energy in Blau dargestellt sind (lila zeigt Überschneidungen an). Quellen: PJM-Erzeugung nach Brennstofftyp, MISO Historical Generation Mix, SPP Historical Generation Mix, SPP Variable Energy Resource Curtailments.
Ein wichtiger Netzretter, der weit verbreitete Stromausfälle im Osten der Vereinigten Staaten verhinderte, war das Übertragungsnetz, das verschiedene regionale Energiesysteme verband und es ermöglichte, Energie dorthin zu bringen, wo sie benötigt wurde. Die interregionale Übertragung ist entscheidend, um die gemeinsame Nutzung vorhandener Ressourcen unter engen Bedingungen zu ermöglichen und die Zuverlässigkeit des Netzes zu verbessern. Wintersturm Elliott machte dies unmissverständlich deutlich: Während des Sturms stammte Energie aus so weit nördlich wie Kanada wurde im ganzen Land eingesetzt, als Generatoren mit fossilen Brennstoffen aufgrund der extremen Kälte ausfielen. Hätten TVA, Duke und andere Regionen mit angespannten Netzbedingungen keinen Zugang zu Importen ihrer Nachbarn durch Übertragung gehabt, wären Stromausfälle zweifellos viel weiter verbreitet gewesen.
Regionen im Südosten, in denen es während des Wintersturms Elliott zu Stromausfällen kam, erlebten auch starke Windbedingungen, die für eine zusätzliche Winderzeugung reif gewesen wären, wenn mehr Windkraftanlagen installiert worden wären, wie in der folgenden Grafik dargestellt. Auf Flughäfen in North Carolina wurden beispielsweise Windgeschwindigkeiten auf Oberflächenebene mit bis zu 33 Meilen pro Stunde gemessen, weit über dem Bereich Windgeschwindigkeiten, die zur Stromerzeugung an Windkraftanlagen benötigt werden. Doch Tennessee und North Carolina haben zurückgeblieben und gelegentlich geradezu entgegen Bau neuer Windressourcen und 2021 Windenergie in Tennessee Und North Carolina repräsentierten nur 0,04 bzw. 0,4 Prozent der gesamten Nettoerzeugung jedes Bundesstaates.
Während der Wintersturm Elliot stark wehte, muss das nicht unbedingt bei jedem Wintersturm der Fall sein. Angesichts des extremen Winterwetters ist eine Vielfalt von Ressourcen (einschließlich Windenergie aus anderen Regionen, die über eine angemessene Übertragung bereitgestellt wird) unerlässlich, um sicherzustellen, dass die Lichter an bleiben, und um das Risiko von Stromausfällen zu minimieren, wenn ein Generatortyp nicht liefern kann. wie Gas während dieses letzten Wintersturms war.
Alle Zeiten sind in Central Standard Time. Bodenwindbeobachtungen in 3-Stunden-Intervallen. Die Zeiträume rollierender Stromausfälle von TVA sind in Rot dargestellt, während die Ausfallzeiträume von Duke Energy in Blau dargestellt sind (lila zeigt Überschneidungen an).
Begrenzte Übertragung bedeutete Verschwendung von erneuerbaren Energien
Obwohl Energie erfolgreich über das bestehende Übertragungsnetz geteilt wurde, ist dieses Netz an seine Grenzen gestoßen, und infolgedessen wurde überschüssige Energie, insbesondere Windenergie, eingeschränkt (dh verschwendet). Während Windressourcen lokal reichlich vorhanden sein können, wird sie eingeschränkt, wenn überschüssige Windenergie nicht gespeichert oder in andere Regionen geleitet werden kann, die sie benötigen. Das geschah während des Wintersturms Elliot während Stromausfällen im Südosten – die zentralen Vereinigten Staaten verfügten über eine Fülle von Windenergie, die in Regionen mit Energieknappheit und Stromausfällen aufgrund unzureichender Übertragung nicht genutzt werden konnte.
Zu einem Zeitpunkt, als TVA am 23. Dezember Stromausfälle erlebte, kam es bei SPP allein zu etwa 3 GW an Windeinschränkungen, wie unten gezeigt. Diese 3 GW an verschwendeter Windenergie sind mehr Energie als das, was in TVAs größtem Kohlekraftwerk, dem Cumberland Fossil Plant, das geplant ist, produziert werden kann ausgemustert und ersetzt im Jahr 2026. Wäre diese Energie verfügbar gewesen, hätte sie den Mangel im Südosten sowohl in Bezug auf das Ausmaß als auch auf die Dauer lindern und das Licht für mehr Haushalte während der extremen Kälte brennen lassen können.
Alle Zeiten sind in Central Standard Time. SPP meldet die in seinem Fußabdruck reduzierte Windmenge, während MISO und PJM dies nicht explizit tun. Um die Menge des in MISO und PJM eingeschränkten Windes abzuschätzen, wurde die jährliche durchschnittliche Einschränkungsrate 2021 aus dem „Land-Based Wind Market Report: 2022 Edition“ von LBNL auf das gemeldete stündliche Winderzeugungsprofil in den beiden Regionen angewendet. Die Zeiträume rollierender Stromausfälle von TVA sind in Rot dargestellt, während die Ausfallzeiträume von Duke Energy in Blau dargestellt sind (lila zeigt Überschneidungen an). Quellen: PJM-Generation, MISO Historical Generation Mix, SPP Historical Generation Mix, SPP Variable Energy Resource Curtailments, NC-Policy-Watch.
Neben der Reduzierung von Ausfällen hätte eine zusätzliche Übertragung erhebliche finanzielle Vorteile für Versorgungsunternehmen und Verbraucher bringen können. Neue Analysen haben ergeben, dass eine zusätzliche interregionale Übertragung während des Wintersturms Elliott fast hätte entstehen können 100 Millionen Dollar an Vorteilen, und dass potenzielle Einsparungen, die sich aus interregionalen Übertragungsinvestitionen ergeben, nie dagewesen sind höher.
Aus dieser Veranstaltung lernen
Laufend Untersuchungen von NERC, FERC und Staatskommissaren werden zusätzliche Einblicke in die genauen Fehler geben und was Versorgungsunternehmen tun können, um ein zuverlässigeres Netz angesichts des extremen Winterwetters zu gewährleisten. Bis dahin können Bundes- und Landesregulierer folgende Erkenntnisse berücksichtigen:
Eine Vielzahl von kohlenstofffreien Ressourcen (einschließlich Übertragung, erneuerbarer Energie, Batteriespeicherung, Energieeffizienz und Bedarfsflexibilität) ist ein wesentlicher Bestandteil der Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit bei extremem Winterwetter. Um das Risiko zu vermeiden, sich auf eine einzige Art von Ressourcen zu verlassen, um eine angemessene Energieversorgung sicherzustellen, müssen staatliche Regulierungsbehörden und politische Entscheidungsträger sicherstellen und manchmal verlangen, dass eine Vielzahl von Ressourcen bei der Ressourcenplanung und Zuverlässigkeitsplanung von Versorgungsunternehmen berücksichtigt werden.
Das US-Netz ist heute zu fragmentiert, und eine stärkere interregionale Übertragung kann sowohl die Netzzuverlässigkeit verbessern als auch den Gebührenzahlern Geld sparen. Bundesregulierungsbehörden bei FERC sollten erwägen, sowohl eine Mindestmenge an Energieübertragungskapazität zwischen regionalen Netzen als auch einen robusten interregionalen Planungsprozess zu fordern, da Optionen zur Verbesserung der interregionalen Übertragungsplanung in Betracht gezogen werden.
Wir können heute mehr aus unserem bestehenden Übertragungssystem herausholen, indem wir zusätzliche Lösungen implementieren, die es effizienter machen, wie z. B. Umleitung, dynamische Leitungsnennwerte und andere Netzverstärkende Technologien (GETs). Diese Technologien können die Aufnahme erneuerbarer Energien im Netz schnell und kostengünstig steigern, was bei angespannten Netzbedingungen sogar noch wertvoller ist. Sowohl staatliche Entscheidungsträger als auch FERC sollten über GETs und Möglichkeiten nachdenken, das Beste aus unserer bestehenden Netzinfrastruktur herauszuholen.
Das Erreichen eines zuverlässigen Energienetzes in Zeiten extremen Winterwetters ist keine leichte Aufgabe, aber das Nachdenken über vergangene Stürme kann wertvolle Erkenntnisse darüber liefern, was getan werden muss, um ein widerstandsfähigeres und zuverlässigeres Netz angesichts extremen Winterwetters zu gewährleisten. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich niemand Sorgen machen muss, ob der Strom anhält, wenn die Temperatur in Zukunft sinkt.
Von Ashtin Massie, Sarah Toth. © 2023 Rocky-Mountain-Institut. Veröffentlichung mit Genehmigung. Ursprünglich gepostet am RMI.