Die im Bau befindliche Integrationsanlage für Energiesysteme des National Renewable Energy Laboratory NREL ESIF. Dies ist eine Forschungs- und Entwicklungsanlage für die Systemintegration im Megawatt-Maßstab am NREL [Bildquelle: Dennis Schroeder / NREL]
Die Berechnung der Kosten für die Integration von erneuerbarem Strom in das Netz ist nicht einfach, da es eine Vielzahl von komplizierenden Faktoren gibt. Dies ist jedoch nicht nur auf erneuerbare Energien beschränkt, da fast alle Erzeugungstechnologien Kosten verursachen, wenn sie hinzugefügt werdenDies gilt insbesondere für große Generatoren, für die zusätzliche Anforderungen an die Rückstellung für unvorhergesehene Ausgaben erforderlich sind, um plötzlichen Ausfällen vorzubeugen. Die auferlegten Kosten werden auf alle Erzeugungstechnologien aufgeteilt, was wiederum bedeutet, dass die Technologien, die das Problem verursachen, effektiv von subventioniert werdendie kleineren Generatoren. Das hier verwendete Grundprinzip ist, dass die größeren Generatoren und die erhöhten Rückstellungen für unvorhergesehene Ausgaben, die sie bereitstellen, dem gesamten System zugute kommen.
In den letzten Jahren sind die Kosten für die Erzeugung aus Technologien für erneuerbare Energien wie Sonne und Wind so stark gesunken, dass die ausgeglichenen Stromkosten LCOE für beide Technologien jetzt unter denen für konventionelle fossile Brennstoffe und Kernkraft liegenin vielen Teilen der Welt.
Wind und Sonne sind jedoch Beispiele für erneuerbare Technologien, die aufgrund des Problems der Unterbrechung keinen Strom bei Bedarf liefern können. Dies bedeutet, dass die Hauptkosten durch den Einsatz zusätzlicher Stromversorgungssysteme entstehen, die Strom in Reserve liefern.
Eine weitere Komplikation besteht darin, dass sich Wind- und Solaranlagen in abgelegenen Gebieten befinden, weit entfernt von der größten Nachfrage. Dies bedeutet, dass eine neue Netzinfrastruktur erforderlich ist, um erneuerbare Energien effektiv in globale Stromversorgungssysteme zu integrierenDies wird heftig diskutiert, was weitgehend vom jeweiligen Stromversorgungssystem und der Methodik abhängt.
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A zweiseitige Veröffentlichung produziert von NREL-Kommentaren :
„Obwohl in einer Reihe von Studien die Integrationskosten bewertet wurden, ist ihre korrekte Berechnung schwierig, da es schwierig ist, ein Basisszenario ohne variable Erzeugung VG genau zu entwickeln, das den Energiewert richtig berücksichtigt. Es ist auch schwierig, die Kosten angemessen zuzuordnenangesichts der komplexen, nichtlinearen Wechselwirkungen zwischen Ressourcen und Lasten. “
Die Integrationskosten setzen sich aus Netzkosten, Ausgleichskosten und Kosteneffekten auf konventionelle Kraftwerke zusammen Auslastungseffekt. Bei den Netzkosten handelt es sich um die Kosten, um Strom von dem Ort, an dem er erzeugt wird, dorthin zu bringen, wo er benötigt wird. Ausgleichskosten sind diejenigen, dieDie Unterschiede zwischen der prognostizierten Leistung und der tatsächlichen Produktion ausgleichen. Die Kosten für die Wechselwirkung zwischen erneuerbaren Energien und anderen Kraftwerken beinhalten die spezifischen Produktionskosten in diesen Anlagen aufgrund der Reduzierung ihrer Volllaststunden. Diese Kosten entstehen, wenn ein neues Kraftwerk hinzugefügt wirdein Stromversorgungssystem, aber die Integrationskosten für Wind und Sonne unterscheiden sich von denen für Grundlastanlagen.
Die größte Diskussion um die Integration betrifft die Kosten im Zusammenhang mit der Wechselwirkung zwischen neuer erneuerbarer Energie und bestehender konventioneller Energie. Eine solche Diskussion beinhaltet die Berechnung des „Nutzungseffekts“, bei dem einige Anlagen modernisiert und die Nutzung anderer reduziert werdenEine geringere Auslastung dieser Anlagen erhöht wiederum die spezifischen Erzeugungskosten.
Ein Bericht von Agora-Energiewende empfiehlt die Berechnung der Gesamtkosten des Stromnetzes mit und ohne Wind- und Sonnenenergieerzeugung, um eine Reihe verschiedener Erzeugungsquellen zu vergleichen. Dies wird auch vom US-amerikanischen National Renewable Energy Laboratory NREL anerkannt.
Eine der Red B Racetrack-Schalttafeln in der Energy Systems Integration Facility ESIF von NREL [Bildquelle: Dennis Schroeder - NREL]
Es gibt jetzt Analysetechniken, mit denen der Betrieb von Stromversorgungssystemen mit zeitsynchronisierter Last und Daten für Wind und Sonne effektiv simuliert werden kann. Einige dieser Modelle arbeiten mit stündlichen oder kürzeren Zeiträumen über einen Zeitraum von einem Jahr oder länger. Dies bedeutetSie sind in der Lage, Fehler von Wind, Sonne und Last vorherzusagen sowie Leistung und Verbrauch zu berechnen. Dies bedeutet, dass die Gesamtsystemkosten unter verschiedenen Bedingungen genau berechnet werden können, wobei die Kostenunterschiede typischerweise von den Kraftstoffkosten dominiert werdenEinsparungen durch erneuerbare Energien.
Dennoch bleibt die Berechnung der „Integrationskosten“, die sich mit den zusätzlichen Kosten befassen, die durch die Variabilität von Wind und Sonne entstehen, schwierig. Dies ist auf die komplexen Wechselwirkungen zwischen Komponenten des Stromversorgungssystems zurückzuführen, die Fragen aufwerfen, oboder nicht Integrationskostenkomponenten können entwirrt werden. Diese Komplexität ergibt sich aus dem Problem der Ermittlung der zu vergleichenden Bedingungen und der Wechselwirkungen zwischen Erzeugungsressourcen, insbesondere angesichts der Tatsache, dass die Integrationskosten für Wind und Sonne nicht direkt gemessen werden können.
Beispiele für häufige Berechnungsfehler, die während Integrationsstudien gemacht wurden, sind :
- Doppelzählung - Dies resultiert normalerweise aus der Nichtberücksichtigung von Aggregationsvorteilen oder der Einbeziehung des gleichen Variabilitätsniveaus über mehrere Generationsquellen hinweg.
- Versuch, die Erzeugung von Variablen isoliert von der Last auszugleichen
- Skalieren der Leistung variabler Generatoren, um die erwartete Leistung einer größeren Flotte darzustellen, wodurch die Variabilität durch Wind und möglicherweise auch durch Sonne tendenziell überbewertet wird.
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Die aktuelle Integrationsanalyse für Wind und Sonne verwendet dieselbe Software für das Engagement von Einheiten mit eingeschränkter Sicherheit und wirtschaftlichen Versand, die auch für den Betrieb des derzeitigen Stromversorgungssystems verwendet wird. Modelle zur numerischen Wettervorhersage, Wolkendecke und anderen Wettermodellierungstechnologien werden zur Erzeugung von Wind verwendetund solare Zeitreihendaten, die zeitlich mit Lastdaten synchronisiert werden können. Die Modellierung wird über einen Zeitraum von mehreren Jahren mit einer Auflösung von 10 Minuten oder sogar noch schneller durchgeführt, und Wind- und Sonnenvorhersagen sind enthalten. Ein Basisfall ohne variable Erzeugung kann verglichen werdenmit mehreren Fallstudien zur variablen Erzeugung mit hoher Durchdringung, um die Auswirkungen von Wind und Sonne auf Brennstoff- und Betriebskosten, Reserveanforderungen und den Betrieb herkömmlicher Erzeugungstechnologien zu bewerten. Dies bedeutet, dass nun die Gesamtsystemkosten mit und ohne variable Erzeugung berechnet werden könnenmit einigermaßen hohem Vertrauen.
Darüber hinaus bieten variable Technologien für erneuerbare Energien Vielfalt, Preisstabilität, Energiesicherheit und zahlreiche Umweltvorteile. Alle diese Faktoren bieten allen Nutzern des Stromversorgungssystems Vorteile, sodass die Integrationskosten möglicherweise weitgehend geteilt werden können.
Andere Maßnahmen Dies könnte eine verbesserte Koordination zwischen benachbarten Systembetreibern, eine größere geografische Vielfalt von Wind- und Solaranlagen, Übertragungsverstärkungen und nachfrageseitige Lösungen wie Nachfrageantwort und Preisgestaltung bei Nutzungsdauer umfassen. Berücksichtigung solcher Maßnahmen in einer Literaturübersichtdurchgeführt im August 2015, Synapse festgestellt, dass Wind und Sonne für etwa 5 USD 3,41 GBP pro MWh integriert werden können.