С финансовым вознаграждением, привязанным к созданию больших объектов, и 100-летней историей этого, коммунальные предприятия упускают из виду распределенные энергоресурсы, такие как солнечная энергия на крышах. Государственные регулирующие органы, ожидая, что будущее энергосистемы будет развиваться в соответствии с центральным планом коммунального предприятия, редко сопротивляются. Но правда в том, что централизованное планирование может стоить всем (кроме акционеров коммунального предприятия) дороже, потому что наиболее рентабельная электроэнергетическая система может быть построена снизу вверх.
Это эссе легло в основу комментариев, поданных ILSR в отношении Плана DTE по возобновляемым источникам энергии на 2020 год в Мичигане, но его последствия лежат в основе планирования коммунальных ресурсов во всех 50 штатах.
Почему больше - не лучшее
Какой объем возобновляемой энергии стоит меньше, большой или маленький? Если вы попытаетесь ответить на этот вопрос, вас могут обмануть, потому что правда в том, что крупномасштабные возобновляемые источники энергии конкурируют на другом рынке, чем мелкие возобновляемые источники энергии. В отчете, опубликованном Институтом местного самообеспечения в 2016 году и переизданном в 2019 году, раскрываются данные, которые опровергают стойкий миф о том, что «большой - лучше», особенно потому, что важны точка подключения к сети и близость к нагрузке. На следующей диаграмме из отчета «Ветровая экономия от масштаба» сравнивается приведенная стоимость проектов ветроэнергетики в различных масштабах (на основе данных по проектам за 2011-2015 годы). Большинство проектов мощностью более 5 мегаватт будут подключены к системе передачи и будут конкурировать с другими оптовыми производителями. На этом рынке больший размер имеет значение. Но в самом маленьком масштабе, где размер может показаться недостатком, проекты могут получать более высокие цены за смещение потерь при передаче и обеспечение поставок для удовлетворения растущей нагрузки на систему распределения. Цифра затрат на предотвращение распределенного ветра была получена из контрактов, заключенных с местным разработчиком ветровой энергии в Миннесоте.
Аналогичная динамика наблюдается у солнечных проектов, где цена конкуренции не одинакова. Местные проекты конкурируют с затратами на доставку электроэнергии в розницу, которая включает производство, передачу и распределение. Крупномасштабные солнечные проекты являются одними из наименее рентабельных по сравнению с ними, потому что их затраты на межсетевое соединение перекрывают любую предельную экономию от масштаба. Следующий рисунок «Солнечная энергия конкурирует в большинстве размеров», также из отчета Is Bigger Best, иллюстрирует несколько фактов. Во-первых, небольшие солнечные батареи на месте конкурируют по ценам, отличным от цен на солнечные батареи для коммунальных предприятий. Во-вторых, приведенная стоимость производства электроэнергии для солнечных проектов мощностью от 5 до 20 МВт ниже, чем для более крупных солнечных проектов, а стоимость поставляемой электроэнергии для проектов меньшего размера даже выше из-за способности этих проектов подавать электроэнергию без больших затрат. новая передающая инфраструктура. Другими словами, планы приобретения солнечной энергии, которые игнорируют солнечные проекты мощностью от 1 до 20 мегаватт, могут упустить сегмент наиболее экономически эффективных солнечных проектов.
На самом деле, увековечение мифа о большем - лучше всего больше связано с совершенно рациональными финансовыми интересами коммунальных компаний. Большинство вертикально интегрированных монопольных коммунальных предприятий (или даже те, у которых есть только монополия на распределение) получают прибыль от капитальных затрат. Это означает, что крупномасштабные энергетические проекты, особенно если они принадлежат коммунальному предприятию, приносят доход акционерам. Напротив, проекты распределенной энергетики часто не принадлежат коммунальным предприятиям, но могут также снизить потребность в новых капитальных затратах за счет сокращения потребностей в инфраструктуре за счет предоставления местных мощностей и энергии.
На следующей диаграмме, взятой из исследования, проведенного Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии в 2014 году, показано, как интересы руководства коммунального предприятия и акционеров отличаются от интересов потребителей. На диаграмме показано влияние процентной ставки потребителей и доходности акционеров для двух разных коммунальных предприятий в гипотетическом сценарии, когда 10% продаж компенсируются за счет солнечной энергии, принадлежащей потребителю. В этой модели счета за электроэнергию потребителей увеличиваются на 2,5% и 2,7% для двух коммунальных предприятий, соответственно, но доходность собственного капитала коммунальных предприятий снижается на 3% и 8% соответственно. Что касается распределенной солнечной энергии, акционеры коммунальных предприятий могут потерять гораздо больше, чем потребители. Неравномерное влияние широко распространенного распространения распределенной солнечной энергии создает конфликт интересов для руководства коммунальным предприятием, поскольку их монопольная лицензия сопровождается соглашением о максимальном обеспечении общественных интересов.
Большая экономия от распределенной энергии
В то время как монопольные коммунальные предприятия заинтересованы в преуменьшении значения распределенной энергии, государственные регулирующие органы заинтересованы в том, чтобы рассматривать ее с точки зрения пользы для потребителей. Исследование Smarter Grid в Миннесоте представляет собой убедительную иллюстрацию важности оценки распределенных и масштабных средств энергоснабжения для будущего производства электроэнергии.
В исследовании, опубликованном в 2018 году, смоделированы мощность и энергия (с почасовым приращением), необходимые для удовлетворения потребностей в энергосистеме Миннесоты за счет все более низкоуглеродной энергии. Исследование показало, что потребители электроэнергии из Миннесоты могут значительно сэкономить при нескольких сценариях сокращения выбросов парниковых газов на 80% к 2050 году.
Исследование также показывает, что широкое распространение распределенной солнечной энергии осуществимо и экономически выгодно. В штате, где количество установленных распределенных энергоресурсов приближается к 1 гигаватту, исследование показало, что 13-кратное увеличение количества распределенных солнечных батарей к 2050 году - включая примерно 5 гигаватт к середине 2030-х годов - приводит к такой же финансовой экономии для всех потребителей, как и в масштабах штата. сценарии декарбонизации, которые сосредоточены исключительно на солнечной энергии в масштабах коммунального предприятия. Сценарий с использованием местной солнечной энергии создает более 40 000 рабочих мест и обеспечивает миллиарды долларов экономии на счетах за электроэнергию.
Следующие диаграммы иллюстрируют эту возможность. Первый показывает количество установленных на крышах солнечных батарей в Миннесоте до 2050 года в модели Vibrant Clean Energy Smarter Grid. Большинство сценариев показывают от 500 до 1 000 мегаватт солнечной фотоэлектрической энергии на крыше. Сценарий локальной декарбонизации показывает 13 000 мегаватт или 13 гигаватт.
Исследование Smarter Grid Сценарий локальной декарбонизации солнечной энергии на крыше мощностью 13 ГВт
На второй диаграмме сравнивается экономия энергии домохозяйствами для различных сценариев декарбонизации. Сценарий локальной декарбонизации, предусматривающий установку 13 гигаватт солнечной энергии на крышах к 2050 году, обеспечивает почти максимальную финансовую выгоду. Желтая точка, представляющая сценарий, скрыта чуть ниже фиолетового квадрата сценария выхода на пенсию атомной энергетики, который показал самые высокие среднегодовые сбережения для домохозяйств Миннесоты.
Исследование разумной сети Сценарий 13-гигаваттной солнечной энергии на крыше обеспечивает высокую экономию
Окончательная диаграмма иллюстрирует преимущества создания рабочих мест для различных сценариев, показывая, что сценарий максимизации использования солнечной энергии на крышах создает 40 000 рабочих мест, больше, чем любой другой сценарий со сравнительно высокими уровнями экономии энергии домохозяйствами.
Исследование Smarter Grid Сценарий 13-гигаваттной солнечной энергии на крыше создает более 40 000 рабочих мест
Коммунальные предприятия часто игнорируют «локальную декарбонизацию» или сценарии использования солнечной энергии на крышах при планировании, поскольку они не контролируют напрямую использование этих ресурсов. В частности, коммунальные предприятия, принадлежащие инвесторам, могут неохотно демонстрировать государственным регулирующим органам сценарии, которые уменьшают потребность коммунального предприятия в трате капитала, что является наиболее надежным способом получения прибыли. Это означает, что государственные регулирующие органы несут ответственность за то, чтобы планы ресурсов регулируемых коммунальных предприятий точно отражали тщательный анализ экономических и финансовых выгод производства электроэнергии в любом масштабе.
Сообщество Solar расширяет доступ
Общественные программы использования солнечной энергии дают возможность воспользоваться экономическими и техническими преимуществами распределенной энергии и предоставить доступ к солнечной энергии клиентам, у которых нет солнечной крыши. Хотя программы различаются, ключевой особенностью является то, что клиенты могут подписаться на производство энергии из определенного солнечного проекта (возможно, поблизости) и получить кредит на свой счет пропорционально своей подписке.
Общественные программы по использованию солнечной энергии обеспечивают экологически чистую энергию для электросетей, экономию энергии для потребителей и возможности для третьих сторон разрабатывать и владеть проектами чистой энергии. В отчете Института местного самообеспечения «За пределами совместного использования» анализируются четыре ключевых компонента общественных программ использования солнечной энергии: ощутимые выгоды для клиентов, варианты владения, увеличение объемов возобновляемой энергии и предоставление доступа всем типам потребителей.
Большинство программ предоставляют ощутимые выгоды в виде векселя. Некоторые программы, такие как Мэриленд, рассматривают общественную солнечную энергию как виртуальный сетевой учет и предоставляют кредит по счетам, аналогичный тому, который предлагается клиентам с солнечной батареей на месте. Миннесота использует стоимость солнечной энергии после использования прокси-сервера чистых измерений.
Большинство программ также обеспечивают гибкость владения, требуя или разрешая владение проектом подписчикам или третьим сторонам. Эта важная политика допускает такие проекты, как общественный проект солнечной энергии в храме Шайло в Миннеаполисе, золотой стандарт для общинной солнечной энергии. Проект поместной церкви, на который были набраны рабочие из местного населения, был подписан церковью и членами общины и района, и он находится в совместной собственности подписчиков.
Практически все сообщества солнечной энергии увеличивают использование возобновляемых источников энергии, но лучшие программы фактически связывают индивидуальные подписки с конкретными проектами, давая клиентам уверенность в том, что их инвестиции приводят к развитию новой чистой энергии, и ощущение связи с их источником энергии.
Доступ ко всем - это самая широкая и трудная для достижения цель политики. Во-первых, это означает, что общественная солнечная энергия должна быть доступна для всех классов потребителей, а не только для бытовых потребителей. Большой успех программы Миннесоты дал возможность принять в ней участие как мелким, так и крупным коммерческим клиентам. Это не посягало на участие в жилищном фонде по одной ключевой причине - программа Миннесоты не имеет ограничения по пропускной способности. Следовательно, активное участие коммерческих клиентов не вытесняет участие частных лиц.
Второй аспект доступа ко всем - это возможность участия клиентов с любым доходом или кредитом. Немногие программы добились успеха в этом отношении. Хотя в Миннесоте нет конкретной политики для увеличения доступа, ранее упомянутый проект Shiloh Temple охватил большее количество подписчиков с низким доходом благодаря инновационной модели «резервного подписчика», когда церковь согласилась забрать подписки, если клиент переезжает или не выполняет свои платежи.. Другие штаты установили минимальные стандарты участия, специальные фазы программы или другие стратегии для набора участников с низким доходом, но лишь немногие из них добились широкого успеха. Обеспечение широкого доступа требует решения нескольких финансовых проблем: невозможности покрыть авансовые расходы, отсутствия кредита для финансирования подписок и действий в случае, если клиент не может продолжить свою подписку.
В то время как программе Миннесоты необходимо сделать больше для обеспечения широкого доступа, в National Community Solar Tracker от Института местной самообеспеченности она продолжает лидировать в стране по развернутой солнечной энергии в сообществах.
Уникальные преимущества распределенной энергии
При сравнении крупных и малых возобновляемых источников энергии обе имеют общие важные характеристики: уменьшение воздействия загрязнения на здоровье, снижение рисков, связанных с ценами на топливо, и обеспечение уверенности в ценах. Но распределенные энергоресурсы обладают уникальной ценностью, что отражено в многочисленных исследованиях, представленных в этом метаанализе, опубликованном в 2016 году. Хотя многие из этих исследований не привели к использованию оценки в активной рыночной политике, одно государство применяет распределенные оценки солнечной энергии для солнечной энергии. рынки за несколько лет: Миннесота.
Политика Миннесоты в области солнечной энергии, заложенная в законодательстве 2013 года и принятая в 2014 году, отражает наиболее распространенные ценности, используемые для распределенной солнечной энергии. На основе анализа ILSR на следующей диаграмме показан расчет стоимости для клиентов Xcel Energy с 2015 по 2020 годы. В течение последних трех лет стоимость солнечной энергии была контрактной ценой для новых общественных солнечных проектов в штате.
Как видно из диаграммы, предотвращенные затраты на инфраструктуру постоянно составляют от 0,04 до 0,05 доллара за киловатт-час. Это отражает уникальную ценность распределенных энергоресурсов, основанную на их точке подключения к сети и близости к нагрузке. Он также представляет собой точку напряжения между акционерами коммунального предприятия и потребителями, поскольку он представляет собой предотвращенные капитальные затраты коммунального предприятия (и прибыль), связанные с необходимой инфраструктурой передачи и распределения. Локальная распределенная солнечная энергия может иметь еще более высокие затраты, которых можно избежать, потому что она соединяется еще дальше от подстанций, за трансформаторами, обслуживающими всего несколько домов.
Важная политика Миннесоты и ее реализация позволяют извлечь несколько уроков об ограничениях оценки распределенной солнечной энергии. Во-первых, он по-прежнему упускает из виду ряд важных ценностей, включая отказоустойчивость, надежность и создание рабочих мест.
Например, в сочетании с хранилищем распределенная солнечная энергия может обеспечить устойчивость районов, сообществ и городов, чего не может обеспечить централизованное производство электроэнергии. Он может обеспечивать электроэнергией пожарные депо или больницы, общественные центры охлаждения или важные отрасли промышленности, когда электроснабжение сети недоступно из-за стихийных бедствий или отключений в целях общественной безопасности.
Распределенная солнечная энергия также может повысить надежность. После печально известного отключения электроэнергии в 2003 году, затронувшего северо-восток Соединенных Штатов, одно исследование показало, что 500 мегаватт распределенной солнечной энергии можно было бы избежать отключения электроэнергии, обеспечив достаточную мощность и поддержку напряжения в ключевых местах, чтобы предотвратить каскадное отключение электроэнергии от одной сети к другой.. Сотни мегаватт распределенных энергоресурсов на межсоединении PJM с тех пор обеспечивали поддержку реактивной мощности и напряжения сети этого региона благодаря открытым рынкам с низкими порогами входа на рынок (100 киловатт). В регионах без такого доступа к рынку распределенные энергоресурсы имеют непризнанную ценность, и государственные регулирующие органы должны восполнить пробел в отсутствии рыночных цен, обеспечив включение распределенных энергоресурсов в моделирование и планирование ресурсов.
Распределенная солнечная энергия также создает больше рабочих мест, чем централизованная солнечная энергия. Как показано в исследовании «Smarter Grid Study» Миннесоты, аналогичные уровни экономии энергии в домах и сокращение выбросов углекислого газа сопровождаются созданием тысяч дополнительных рабочих мест, если развернутые мощности строятся в небольших масштабах. В отчете о распределенных энергоресурсах за 2018 год Институт местной самообеспеченности обнаружил аналогичные огромные преимущества от использования солнечной энергии и хранения по сравнению с предлагаемой газоперекачивающей установкой в Пуэнте в Калифорнии. Сводная таблица анализа приведена ниже.
Предлагаемый завод был с тех пор списан вместо возобновляемых источников энергии и хранения.
Ценность солнечной энергии в Миннесоте может недооценивать ряд важных элементов распределенной солнечной энергии, но она также дает важный урок для разработки политики. Политика Миннесоты допускает пересчет стоимости солнечной энергии каждый год, но пересмотренные значения применимы только к новым проектам. Существующие проекты фиксируют оценку солнечной энергии на момент утверждения заявки на 25 лет. Это уравновешивает точность оценки с истинностью развития солнечной энергетики - чтобы найти финансирование для солнечного проекта, разработчикам нужна определенная уверенность в ожидаемых доходах. В Нью-Йорке ценность распределенных энергетических ресурсов привела к появлению сверхточного и недостаточно используемого рынка распределенных солнечных и других ресурсов. В частности, попытка определить значения солнечной энергии для конкретного местоположения, хотя и достойна восхищения, сделала ее развитие крайне неопределенным. Политика Миннесоты устанавливает баланс между точностью и удобством использования.
Урок Миннесоты о ценности распределенной солнечной энергии особенно важен. Многие эксперты справедливо утверждают, что локальная ценность распределенной энергии значительно варьируется в зависимости от нагрузки и профиля нагрузки распределительного фидера, прогнозов роста, возраста и мощности подстанции, а также действий других потребителей на том же фидере. Политика Миннесоты включает вариант размещения компонента, но заинтересованные стороны уже потратили больше года, пытаясь определить правильные принципы и процедуры, обеспечивающие как точность, так и определенность. Отчасти проблема заключается в том, что немногие коммунальные предприятия собирают данные на уровне фидера, необходимые для точной оценки. Например, анализ возможностей хостинга Xcel Energy опирается на некоторые данные, собранные автоматизированными системами SCADA, и другие данные, собранные вручную. До самой последней регистрации оценки доступной мощности фидеров коммунального предприятия даже не включали проекты в очередь на присоединение - важные данные для оценки перспективных новых распределенных солнечных систем. И даже если коммунальное предприятие и регулирующие органы разработают точную картину стоимости местоположения, если она слишком сильно меняется из года в год, может оказаться невозможным использовать ее для руководства новыми проектами, когда разработчикам требуется определенность доходов для получения проектного финансирования.
Сетевое планирование: общая картина
Последнее важное соображение при развитии распределенной энергетики - это исходное предположение, что оно представляет собой исключение из «подходящей» модели планирования энергосистемы. Комплексное планирование ресурсов было предложено в ответ на грандиозные финансовые катастрофы, связанные с крупными централизованными электростанциями в 1960-х и 1970-х годах. При планировании предполагалось, что усиление надзора устранит недостатки планирования коммунальных предприятий, даже если оно не изменит парадигму крупномасштабного производства электроэнергии на центральных станциях. В то время было мало практического опыта использования альтернативных бизнес-моделей. Это уже не так.
Например, за последнее десятилетие потребители электроэнергии в Калифорнии в совокупности развернули 6 гигаватт мощности по выработке электроэнергии без утвержденного плана использования ресурсов. На следующем рисунке показано, где солнечная энергия была построена по кварталу, но, что более важно, он показывает, как широкая доступность распределенной энергии подрывает предполагаемую ценность планирования ресурсов сверху вниз.
Электроэнергетические компании часто сосредотачиваются на предельных затратах на генерацию, принадлежащую потребителю, и эта перспектива однозначно применима к этим ресурсам. Напротив, когда спрос на электроэнергию рос в первые годы существования сети, затраты на услуги - межсетевое соединение и производство электроэнергии - были социализированы, чтобы обеспечить широкое расширение услуг электроснабжения. Социальный договор сработал идеально, потому что акционеры коммунальных предприятий были счастливы вложить капитал для удовлетворения требований потребителей, а затраты на электроэнергию продолжали падать относительно инфляции. Клиенты Калифорнии ясно дали понять коммунальным предприятиям и регулирующим органам: мы не будем полагаться исключительно на монопольный рынок коммунальных услуг для обеспечения электроэнергией. Это сообщение - «открытка из будущего» для штатов с менее интенсивным солнечным светом и более низкими розничными ценами на электроэнергию, но доставка неизбежна.
Последствия для других государств значительны, потому что они предполагают, что предельные затраты при планировании ресурсов являются централизованными, в масштабе коммунальных предприятий, а не распределенными. Другими словами, хорошие коммунальные предприятия должны спроектировать свою сеть таким образом, чтобы максимально использовать ресурсы, капитализированные потребителями. Государственным регулирующим органам предстоит решить задачу согласования финансовых стимулов коммунальных предприятий с рынком, который больше не требует столь же интенсивного использования капитала коммунальных предприятий.