Wie warnen uns Stromnetzbetreiber vor extremer Hitze?

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Stromnetzbetreiber haben oft ein wachsames Auge auf das Thermometer, insbesondere während der Gefahrensaison im Sommer, wenn die Tagestemperaturen über 90 Grad Fahrenheit steigen und sich Hitzewellen im ganzen Land ausbreiten.

Und das aus gutem Grund: Extreme Hitzeereignisse führen zu zahlreichen Problemen bei der Zuverlässigkeit des Netzes. Bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit steigt der Strombedarf sprunghaft an und übersteigt manchmal die verfügbare Erzeugungsmenge. Extreme Hitzebedingungen wirken sich häufig auch auf die Effizienz von Kraftwerken und Übertragungssystemen aus. Im schlimmsten Fall kann es zu Stromausfällen kommen, die für die betroffenen Gemeinden unangenehm bis tödlich sein können. Und selbst das Best-Case-Szenario erfordert Ausstieg aus den Versorgungseinrichtungen und Betreiber müssen die verfügbaren Ressourcen verwalten, geplante Wartungsarbeiten verschieben, um Kraftwerke am Netz zu halten, und Last-Minute-Einkäufe auf dem Strommarkt tätigen, um die Nachfrage zu decken.

Alles in allem stellt extreme Hitze ein großes Problem für die Netzzuverlässigkeit dar und rechtfertigt daher den Einsatz robuster und transparenter Warnsysteme, um Anlagen- und Verteilungsbetreiber (und in einigen Fällen auch Kunden) vor drohenden Belastungen der Strominfrastruktur zu warnen.

Die Sieben regionale Übertragungsorganisationen (RTOs), die etwa zwei Drittel des Stroms des Landes verwalten, strukturieren ihr Warnsystem jeweils auf unterschiedliche Weise.

Gebiete, die von den sieben regionalen Übertragungsnetzbetreibern der USA im Land abgedeckt werden, und die nicht abgedeckten Gebiete. Quelle: Nachhaltiges FERC-Projekt.

Was Kunden sehen, wenn das Netz überlastet ist

Wenn Sie sich im Bundesstaat Kalifornien befinden, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie per E-Mail oder Textnachricht eine sogenannte Flex-Benachrichtigung erhalten oder diese in der Nachrichtenmeldung oder auf der Plakatwand auf der Autobahn gesehen haben. Flex Alerts sind eine der bewährten Methoden des California Independent System Operator (CAISO), um mit der durch Hitzewellen verursachten Belastung des Netzes umzugehen.

Die Führungskräfte der Agentur zitieren Flex Alerts als entscheidend für die Verhinderung von Ausfällen im Staat angesehen. Diese Benachrichtigungen werden an die Kunden verschickt, wenn die Stromnachfrage ein Niveau erreicht, mit dem die Erzeugungsquellen nicht ganz Schritt halten können. Dies führt dazu, dass Energieversorger ihre Kunden auffordern, für einen kurzen Zeitraum auf den nicht unbedingt notwendigen Verbrauch zu verzichten. Obwohl der Rückgang des Strombedarfs relativ gering ist, verhindert er häufig, dass der Netzbetreiber hinter den Kulissen in den Krisenmodus verfällt. Der Flex Alert hilft ihnen dabei, Dinge wie Last-Minute-Krimi um die Koordinierung von Erzeugungsquellen, die Verschiebung geplanter Anlagenwartungen und, im schlimmsten Fall, zu vermeiden. rotierende Stromausfälle.

Quelle: https://twitter.com/California_ISO/status/1567279029992013826

Der Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) ist die RTO, die den größten Teil von Texas versorgt. Es verwendet eine ähnliche Methode: In Zeiten extremer Hitze werden über die öffentlichen Nachrichtenmedien Aufrufe zum Energiesparen verschickt.

CAISO und ERCOT sind zwei der wenigen Agenturen, die zusätzlich zu den Benachrichtigungsverfahren, die sie bei ihren Betreibern anwenden, kundenorientierte Warnungen auf RTO-Ebene im Zusammenhang mit extremen Hitzeereignissen herausgeben. Andere RTOs stützen sich in erster Linie auf Benachrichtigungssysteme, die Anlagen- und Verteilungsbetreiber auf besorgniserregende Ereignisse aufmerksam machen und so verhindern, dass der Impuls zum Handeln in die Hände der Verbraucher gelangt.

Während einer Hitzewelle und außerhalb des Sichtfelds des Kunden passiert Folgendes am hinteren Ende des Stromnetzes.

Hinter den Kulissen während einer Hitzewelle

Es gibt mehrere Ebenen von Zuverlässigkeitswarnungen, die sich an verschiedene Interessengruppen auf regionaler und nationaler Ebene richten. NERC, die North American Electricity Reliability Corporation, legt Zuverlässigkeitsstandards für den Elektrizitätssektor in Kanada und den USA fest – diese werden als EEAs oder Energy Emergency Alerts bezeichnet. Für eine bestimmte Region bedeutet die Ausstellung eines EEA 1, dass alle Ressourcen, die Strom erzeugen können, zur Deckung des aktuellen Bedarfs genutzt werden.

Eine EEA 2 ist die nächsthöhere Ebene und wird verwendet, wenn eine Region nicht in der Lage ist, ihren erwarteten Energiebedarf zu decken, und Lastmanagementverfahren durchführen muss – etwa die Benachrichtigung anderer Regionen über den Notfall, die weitere Koordinierung der Erzeugungsressourcen und die Beseitigung etwaiger Übertragungsbeschränkungen.

Ein EEA 3 wird ausgestellt, wenn eine Region ihren aktuellen Energiebedarf nicht decken kann und es zu einem Stromausfall kommt.

Extreme Hitzeereignisse können häufig das Stromnetz belasten und zu EEAs führen. Daher integrieren die meisten RTOs die EEA-Struktur von NERC in ihre eigenen Warnsysteme. Einige RTOs konkretisieren ihre Systeme dann mit einer größeren Spezifität bei Warnungen, insbesondere bei wetterbezogenen, während andere sich auf die Grundlagen beschränken.

Der Southwest Power Pool (SPP) verwendet ein spezifischeres Warnsystem als NERC. Quelle: Südwestlicher Energiepool.

Viele RTOs verfügen über Netzstatuswarnungen, die speziell auf die Wetterbedingungen hinweisen. New Englands ISO-NE hat eine 3-stufiges Warnsystem für kalte Wetterbedingungen, während New Yorks NYISO dabei bleibt Warnung vor Gewittern. SPP im Südwesten beschäftigt eine allgemeinere Kategorie „Wetterwarnung“ für Unwetter.

Netzbetreiber gehen in den USA unterschiedlich mit extremer Hitze um

Von den sieben regionalen Übertragungsnetzbetreibern sind Midcontinent Independent System Operator (MISO) und Pennsylvania-New Jersey-Maryland Interconnection (PJM) die einzigen, die dies tun ausdrücklich anrufen heißes Wetter als eigene Alarmkategorie. In beiden Regionen erfordert ein „Heißwetteralarm“ von den Betreibern auf der Erzeugungs- und Übertragungsseite, dass sie verbesserte Melde- und Koordinierungsverfahren durchführen. Während dieser Hitzeereignisse melden Anlagenbesitzer und andere Unternehmen in den betroffenen Regionen der RTO aktualisierte Brennstoff- und Ressourcenverfügbarkeiten, überprüfen Stromausfallpläne und verschieben nach Möglichkeit die geplante Wartung von Erzeugungseinheiten – um sicherzustellen, dass so viel Kapazität wie möglich online bleibt.

Im Gegensatz dazu sind CAISO und ERCOT beide Regionen, die über kein wetterspezifisches Warnsystem verfügen und sich nur auf Warnungen beschränken, die den Zustand des Netzes beschreiben. ERCOT-Probleme verschiedene Typen von Mitteilungen – Betriebsinformationen, Überwachung und Betriebszustandsbenachrichtigung (OCN). In der Beschreibung einer Uhr oder eines OCN wird in der Regel der Grund für deren Ausstellung beschrieben und kann extreme Hitze umfassen, aber darüber hinaus ist das Wetter keine eigene Kategorie.

In ähnlicher Weise gibt CAISO eine Vielzahl von Notfallbenachrichtigungen aus: Restricted Maintenance Operations (RMOs), Übertragungsnotfälle und EEA 1-3. Wetterbedingungen und hohe Temperaturen werden in der Regel in der Beschreibung dieser Hinweise aufgeführt, sofern sie eine Rolle gespielt haben, werden jedoch nicht als eigenständige Warnung eingestuft. Wie bei den anderen RTOs löst jede Notfallmeldung von CAISO oder ERCOT erweiterte Berichts- und Koordinierungsverfahren aus: Anlagenbesitzer verschieben geplante Wartungsarbeiten, koordinieren die Verfügbarkeit von Erzeugungseinheiten und überprüfen bei Bedarf Ausfallpläne. Diese Aktionen hinter den Kulissen werden durch Echtzeitreaktionen von Kunden in Form von CAISOs Flex Alerts und ERCOTs Appellen zur Energieeinsparung ergänzt.

Nicht alle Netzbetreiber gehen auf die Kunden ein

Weder MISO noch PJMs Heißwetterwarnungen erfordern Maßnahmen von Beteiligten außer Versorgungsunternehmen und anderen Betreibern. Dies bedeutet, dass einzelne Kunden, Haushalte oder Unternehmen nicht die Zielgruppe sind, obwohl diese Warnungen öffentlich zugänglich sind. Kunden können jedoch einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der Netzbelastung leisten, auch bei hohen Temperaturen.

Eine gängige Lösung zum Ausgleich von Stromangebot und -nachfrage sind Demand-Response-Methoden, bei denen Kunden dazu ermutigt werden, den Strombedarf in Spitzenzeiten zu senken. Kundenreaktionen in Echtzeit können besonders in Zeiten extremer Hitze nützlich sein, wenn ein erhöhter Bedarf an Klimaanlagen und Kühlung das Netz zusätzlich belastet.

Für MISO und PJM ist die Anforderung einer Echtzeit-Kundenreaktion derzeit nicht in ihre Verfahren zur Warnung bei heißem Wetter integriert. Die Warnungen dienen lediglich dazu, Netz- und Anlagenbetreiber auf extreme Hitzebedingungen vorzubereiten – und konzentrieren sich daher mehr auf die Angebotsseite der Stromzuverlässigkeitsgleichung als auf die Nachfrage. Dies steht im Gegensatz zu RTOs wie CAISO, wo die Reaktion der Kunden auf extreme Hitzewarnungen und die daraus resultierende Reduzierung der Nachfrage von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Stabilität des Stromnetzes der Region sind.

Quelle: https://twitter.com/California_ISO/status/1567334737617846273

Wir müssen für die Zukunft wachsam bleiben

Überall in den USA nehmen Hitzewellen aufgrund des Klimawandels sowohl an Häufigkeit als auch an Intensität zu. Mehr als 80 % der extremen Hitzeereignisse dieses Sommers zeigten eine klares Klimasignalmit dem Südwesten der USA insbesondere rekordverdächtige Temperaturen, die in einigen Regionen, dauerte wochenlang.

Solche extremen Wetterbedingungen führen bereits zu größeren Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Belastung unseres Stromnetzes. Dank robuster Warn- und Benachrichtigungssysteme bei extremer Hitze und einer reibungslosen Integration von angebots- und nachfrageseitigen Reaktionen können Betreiber und Kunden jedoch zusammenarbeiten, um unter allen Bedingungen dafür zu sorgen, dass das Licht an bleibt.

Von Tasnima Naoshin, mit freundlicher Genehmigung von Union of Concerned Scientists, The Equation.

Tasnima Naoshin war 2023 UCS Summer Schneider Fellow in Cambridge, Massachusetts. Sie erwarb 2022 ihren Bachelor in Bauingenieurwesen an der UC Berkeley und absolviert derzeit einen Master in Atmosphäre/Energie in Stanford.

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