Wer sind die Hauptakteure bei der Zuverlässigkeit von Stromnetzen?

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Im Sommer 2003ein Höhepunkt scheinbar kleiner Ausfälle des Stromnetzes, seiner Überwachungssoftware und menschlicher Bediener, die schnell in die Katastrophe eindrangen Größter Blackout jemals in Nordamerika vorkommen. Stromausfälle breiteten sich im gesamten Nordosten und Mittleren Westen der USA sowie in Ontario, Kanada, aus, wobei schätzungsweise 50 Millionen Menschen den Strom verloren. Die Häuser blieben zwischen ein paar Stunden und einigen Tagen im Dunkeln, und die wirtschaftlichen Kosten des Ausfalls wurden auf etwa 100 % geschätzt 4 Milliarden US-Dollar und 10 Milliarden US-Dollar.

Als Reaktion auf dieses katastrophale Ereignis hat a Bundesgesetz Zwei Jahre später wurde ein Gesetz verabschiedet, das eine Einrichtung aufforderte, Zuverlässigkeitsstandards für das Stromnetz zu entwickeln und durchzusetzen. Der North American Electric Reliability Corporation (NERC), das zuvor unter einem etwas anderen Namen und einer anderen Rolle existierte, erhielt die Autorität als Zuverlässigkeitseinheit.

Die Einführung verbindlicher Anforderungen hat sicherlich zur Zuverlässigkeit beigetragen. Doch die Auswirkungen des Klimawandels belasten das Stromnetz nun mit Hitzewellen und Kälteperioden, die es an seine Grenzen bringen, manchmal sogar darüber hinaus. Gaskraftwerke gelten traditionell als Garanten für die Netzzuverlässigkeit auf den Prüfstand kommen wie sie in diesen Momenten kritischer Not versagen. Die gegenseitige Abhängigkeit zwischen dem Gas- und dem Stromsystem führt dazu, dass die Bemühungen um die Netzzuverlässigkeit durch mangelnde Aufsicht im Gassystem untergraben werden.

Diese Schwachstellen im Stromnetz haben verheerende Folgen gehabt, und es ist klar, dass mehr Rechenschaftspflicht erforderlich ist. Das beginnt damit, dass man versteht, wer die Hauptakteure bei der Zuverlässigkeit von Stromnetzen sind.

Beginnen wir mit der North American Electric Reliability Corporation

Wenn die Leute von Stromnetzen an Zuverlässigkeit denken, ist NERC der wichtigste Akteur und ein guter Ausgangspunkt für die Diskussion. Kurz gesagt: NERC entwickelt und setzt Zuverlässigkeitsstandards durch.

Derzeit gibt es 93 NERC-Standards Steuerung des Netzes auf der operativen Ebene (wie man den Netzbetrieb in Echtzeit aufrechterhält) und auf der Planungsebene (wie man sicherstellt, dass das Netz für die Zukunft vorbereitet ist). Der erste Fehltritt beim Stromausfall im Jahr 2003 war eine überlastete, durchhängende Stromleitung, die einen Ast berührte und einen Kurzschluss verursachte. Das Beschneiden von Bäumen ist jetzt in einer Norm enthalten. Einige andere Beispiele umfassen die Aufrechterhaltung einer festgelegten Frequenz im Netz, Cybersicherheit, Angemessenheit der RessourcenInfrastrukturwartung und Kommunikationsprotokolle.

NERC führt außerdem Zuverlässigkeits- und Risikobewertungen für den Winter, Sommer und Langzeitbetrieb sowie bei Bedarf auch Sonderbewertungen durch. In den meisten Aktuelle SommerbewertungNERC betonte, dass zwei Drittel der USA Probleme mit der Zuverlässigkeit hätten, wenn es durch Hitzewellen zu Zeiten extremer Nachfrage käme. Und in der Tat, Gefahrensaison kehrte dieses Jahr mit unerbittlicher Hitze so stark zurück belastete das Gitter in Texas und anderen Teilen des Südens und Mittleren Westens.

Mit NERC arbeiten sechs angeschlossene regionale Einheiten zusammen, die sehr ähnliche Befugnisse wie NERC haben, jedoch für eine kleinere Region. NERC und diese regionalen Einheiten schaffen gemeinsam das ERO-Unternehmen.

Diese regionalen Einheiten entwickeln und setzen bei Bedarf auch regionalspezifische Zuverlässigkeitsstandards durch. Beispielsweise gibt es in den vier Regionen der Eastern Interconnection (dem Stromnetz, das den Osten der Vereinigten Staaten abdeckt) einen Standard, um zu koordinieren, wie die Übertragung entlastet werden kann, wenn die Gefahr einer Überlastung des Systems aufgrund eines hohen Strombedarfs besteht.

Wer muss die NERC-Standards einhalten?

In die Zuständigkeit von NERC fallen die „Benutzer, Eigentümer und Betreiber“ des Großstromsystems. (Das Großstromsystem umfasst das Stromerzeugungs- und -übertragungsnetz, nicht jedoch das Verteilungsnetz). Zu diesen Akteuren zählen unter anderem Netzbetreiber, Übertragungseigentümer und -betreiber sowie Erzeugungseigentümer und -betreiber.

Das Netzsystem ist durch neue Marktteilnehmer, Eigentümerstrukturen und regionale Körperschaften komplizierter geworden. Während ich Ihnen erläutere, wie Compliance funktioniert, beachten Sie, dass eine Entität in mehreren Rollen fungieren kann. Beispielsweise kann ein Energieversorger Eigentümer der Übertragung und Erzeugung in seinem Versorgungsgebiet sein, die Ausgleichsbefugnis und den Übertragungsbetrieb jedoch an eine regionale Übertragungsorganisation (RTO) abtreten. Umgekehrt gibt es bei einem einzelnen NERC-Zuverlässigkeitsstandard häufig viele Einheiten, die den Standard einhalten und koordinieren müssen.

Ausgleichsbehörden

Eine der grundlegendsten Aufgaben der Ausgleichsbehörden bei der Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit besteht darin, sicherzustellen, dass die Stromzufuhr zum Netz der Nachfrage entspricht. Hierbei handelt es sich um einen Echtzeitprozess zur Aufrechterhaltung einer festgelegten Frequenz, die das Netz am Laufen hält.

Zu diesen Ausgleichsbehörden gehören RTOs, unabhängige Systembetreiber (ISOs) und Versorgungsunternehmen in Regionen, die keinem RTO oder ISO unterliegen (hauptsächlich der Westen und der Südosten). Die Zuverlässigkeitsstandards von NERC sind der Maßstab für den technischen Betrieb dieses Balanceakts zwischen Stromangebot und -nachfrage. Angesichts der entscheidenden Rolle der Ausgleichsbehörden im Netz setzt NERC jedoch auch Standards durch, die über diese technischen Abläufe hinausgehen und sich auf Themen wie Kommunikationsprotokolle, Sicherheit (sowohl Cyber ​​als auch physisch) und Datenmeldungen für die zukünftige Planung beziehen.

Übertragung

Viele Gruppen sind daran beteiligt, sicherzustellen, dass das Übertragungsnetz ordnungsgemäß gewartet wird und dass genügend Leitungen vorhanden sind, um den Strom jetzt und in Zukunft zu den Kunden zu bringen. Vor der Deregulierung in den 1990er Jahren besaßen und betrieben Versorgungsunternehmen größtenteils die Übertragung für ihr Versorgungsgebiet. Während die Übertragungsleitungen immer noch Eigentum dieser Versorgungsunternehmen sind, wird der Betrieb oft an RTOs abgegeben, um sicherzustellen, dass der Strom im gesamten Gebiet effizient geliefert wird. Viele der Anlagendesign- und Wartungsanforderungen, wie etwa das Fällen von Bäumen in der Nähe von Übertragungsleitungen, obliegen immer noch dem Übertragungseigentümer.

Während NERC die Standards für die Übertragungszuverlässigkeit festlegt, spielen Staaten und RTOs eine wichtige Rolle bei der Einhaltung. Dies liegt daran, dass die tatsächliche Entwicklung der Übertragung, einschließlich Genehmigung, Planung und Kostenverteilung, der staatlichen und RTO-Genehmigung unterliegt.

Generation

Ähnlich wie bei der Übertragung obliegt es mehreren Einheiten, sicherzustellen, dass genügend Strom erzeugt wird, um die Netzzuverlässigkeit zu gewährleisten. Auf einer sehr vereinfachten Ebene legt NERC Leistungsmetriken fest, die die Menge an Erzeugungskapazität überwachen, die das Netz benötigt, um die Nachfrage zu decken. Aber das ist tatsächlich unglaublich kompliziert, wenn man die unterschiedlichen Eigenschaften jeder Ressource, die Prognose des Strombedarfs und die Unterschiede in der Gestaltung regionaler Strommärkte bedenkt.

Während NERC Leistungsanforderungen festlegt und damit indirekt beeinflusst, welche Kraftwerke gebaut werden, muss die Planung und Entwicklung von Anlagen eine staatliche Genehmigung einholen. Die Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit hängt nicht nur davon ab, dass NERC geeignete Standards festlegt, sondern auch von vielen anderen Stellen, die die Entwicklung dieser Infrastruktur koordinieren.

Die oben genannten Einheiten sollen Ihnen einen guten Eindruck davon vermitteln, wie das Großstromsystem zusammenarbeitet, aber es gibt auch andere Akteure, die zur Netzzuverlässigkeit im Zuständigkeitsbereich von NERC beitragen. Insbesondere gibt es Gruppen, die diese verschiedenen Teile koordinieren und den regionalen längerfristigen Bedarf an Zuverlässigkeit planen.

Die Federal Energy Regulatory Commission spielt eine große Rolle

Eine letzte Einheit, die eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit spielt, ist die Eidgenössische Energieregulierungskommission (FERC). FERC hat eine Aufsichtsfunktion und muss alle von NERC entwickelten Standards genehmigen. Die Befugnisse von FERC erstrecken sich darauf, NERC anzuweisen, Standards zu entwickeln oder zu ändern, um bestimmte Zuverlässigkeitsprobleme anzugehen.

Darüber hinaus hat FERC die Zuverlässigkeitsaufsicht über alle Versorgungsunternehmen und RTOs (außer in Hawaii und Alaska). Dies ist besonders wichtig für die Zuverlässigkeit, wenn man bedenkt, dass RTOs und Versorgungsunternehmen stark in die Entwicklung und Planung von Übertragung und Erzeugung eingebunden sind. Während die Netzplanung durch RTOs und Versorgungsunternehmen letztendlich den Zuverlässigkeitsstandards von NERC entsprechen muss, gibt es eine Reihe von Möglichkeiten, wie ein RTO oder Versorgungsunternehmen diese Anforderungen erfüllen kann. Somit kann FERC beeinflussen, wie die Energiewirtschaft über die Planung und Umsetzung eines zuverlässigen Netzes denkt.

Wer fehlt?

Warum kommt es bei extremen Wetterereignissen immer noch zu katastrophalen Netzausfällen, wenn so viele Unternehmen daran arbeiten, die Zuverlässigkeit des Netzes sicherzustellen?

Eine der größten Schwachstellen für die Zuverlässigkeit des Stromnetzes ist das Gassystem.

Es gibt kein NERC-Äquivalent für das Gassystem, und dieser Mangel an Aufsicht hat zu ernsthaften Problemen für das Netz geführt, insbesondere bei extremen Wetterbedingungen. Gasanlagen erzeugt 40 % des Stroms in den USA im Jahr 2022 und wenn diese Kraftwerke nicht durchführen Aufgrund von Anlagenstörungen oder Brennstoffversorgungsproblemen (Probleme, die durch eine stärkere Aufsicht behoben werden könnten) wirken sich diese auf das Stromnetz aus. Während des Wintersturms Uri im Jahr 2021 trugen Ausfälle von Gasanlagen, von denen viele dadurch verursacht wurden, dass das Gassystem nicht ausreichend Treibstoff lieferte, maßgeblich dazu bei Zusammenbruch des texanischen Stromnetzes das führte zu einem verheerende 246 Todesfälle.

Umgekehrt wird Strom auch für die Gasproduktion und -lieferung benötigt. Das bedeutet, dass Ausfälle von Gaskraftwerken, die sich auf das Netz auswirken, einen Teufelskreis der Netzunzuverlässigkeit auslösen können, da Stromausfälle zu weiteren Problemen mit Gaskraftwerken führen.

Leider werden die Bemühungen zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Stromnetzes weiterhin unvollständig sein, wenn die Probleme der Gaszuverlässigkeit nicht angegangen werden. Ein schneller Übergang zu a saubereres Gitter kann dazu beitragen, die übermäßige Abhängigkeit von Gas in Zeiten extremer Wetterbedingungen zu verringern. Aber die Gasindustrie muss es sein jetzt zur Rechenschaft gezogen für seine Rolle bei der Aufrechterhaltung eines zuverlässigen Netzes.

Die Unzulänglichkeiten des Gassystems verhindern Bemühungen für eine höhere Netzzuverlässigkeit, und vergangene Netzausfälle zeigen die tödlichen Folgen dieser Schwachstelle.

Wir müssen die Netzzuverlässigkeit aktualisieren, um den heutigen Anforderungen gerecht zu werden

Der Übergang zu sauberer Energie ist im Gange und es ist wichtig, dass die Netzbetreiber ihre Meinung zur Netzzuverlässigkeit überdenken. Da extreme Wetterereignisse fossile Brennstoffe abschneiden, erweisen sich Narrative, dass fossile Brennstoffe eine garantierte Ressource für die Netzzuverlässigkeit seien, als veraltet und schädlich.

Während des Wintersturms Elliott gab es solche weit verbreitete Misserfolge Gaskraftwerke müssen wegen der Kälte aufgrund von Ausrüstungs- und Brennstoffproblemen ans Netz gehen. Bei der jüngsten Hitzewelle im Sommer in Texas war dies der Fall erneuerbare Energien und Speicherung Das sorgte dafür, dass das Netz am Laufen blieb, während die Nachfrage nach Strom Rekordhöhen erreichte und Kraftwerke für fossile Brennstoffe abgeschaltet wurden. Das Interesse an fossilen Brennstoffen besteht weiterhin Nebenbemühungen um saubere Energieressourcen schnell in das Netz zu integrieren, was die Netzzuverlässigkeit verbessern und zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen würde.

Wenn wir uns bei der Bereitstellung eines zuverlässigen Netzes auf NERC und andere netzbezogene Organisationen verlassen wollen, müssen sie sich an die sich verändernde Klima- und Marktlandschaft anpassen, die zunehmend zeigt, wie wichtig erneuerbare Energien und andere saubere Energielösungen für das Netz sein können.

Mit freundlicher Genehmigung von Union of Concerned Scientists, The Equation. Von Vivian Yang