Linie wysokiego napięcia stoją w pobliżu podstacji elektrycznej na obrzeżach Sydney. Reuters
Australijski rynek energii jest ważnym elementem naszego codziennego cyklu wiadomości. Wśród nieskończonej ideologii i polityki wirujących wokół tego sektora, terminy techniczne, takie jak „moc obciążenia podstawowego” i „generowanie dyspozytorskie”, są tak rozpowszechniane, że istnieje niebezpieczeństwo, że znaczenie tych terminów może zostać utracone w debacie publicznej.
Termin „kryzys energetyczny” brzmi: bandied dość luźno z pewnym zamieszaniem wokół tego, czy kryzys dotyczy cen czy bezpieczeństwa dostaw. Polityka tego jest piekielna i można jej w dużej mierze uniknąć, jeśli wszystkie strony polityki zwracały uwagę na politykę energetyczną w sposób konsekwentny i zasadniczy w ciągu lat 20 od czasu powstania Krajowy rynek energii.
Warto ustawić rekord bezpośrednio na znaczeniu niektórych z tych terminów i ich związku z polityką klimatyczną, nowymi technologiami oraz postępem reform rynku i regulacji w Australii.
Glosariusz, który w żadnym wypadku nie jest wyczerpujący, jest pierwszym krokiem.
Moc obciążenia podstawowego
Podstawowa moc odnosi się do zasobów wytwórczych, które generalnie działają nieprzerwanie przez cały rok i działają na stabilnych poziomach mocy. Ciągła praca zasobów obciążenia podstawowego ma sens ekonomiczny, ponieważ mają one niskie koszty eksploatacji w porównaniu z innymi źródłami energii. Wartość zakładów obciążenia podstawowego jest głównie ekonomiczna i nie jest związana z ich zdolnością do podążania za stale zmieniającym się zapotrzebowaniem systemu.
Do elektrowni podstawowych należą elektrownie węglowe i gazowe o cyklu kombinowanym. Jednak międzynarodowy Australii zobowiązanie ograniczenie emisji dwutlenku węgla ogranicza ekonomiczną opłacalność tradycyjnych źródeł obciążenia podstawowego.
Elektrownie węglowe, takie jak ta w Loy Yang, są stopniowo wycofywane.
Rynek hurtowy („krajowy rynek energii”)
Pojęcie „krajowy rynek energii” jest mylące, ponieważ odnosi się do konkurencyjnego rynku hurtowej energii głównie ze względu na wschodnie koszty Australii. Nie obejmuje Australii Zachodniej ani Terytorium Północnego, a także system gazowy. Krajowy rynek energii pozwala na podłączenie wszelkiego rodzaju zasobów energetycznych na skalę przemysłową do systemu przesyłowego w celu spełnienia dużych wymagań energetycznych.
Jednak rozmowy branżowe na temat „rynku energii”, a nawet „NEM”, mogą odnosić się również do całego łańcucha dostaw, który obejmuje sieci do przesyłu napięcia oraz dystrybucję średniego i niskiego napięcia, a także sprzedaż detaliczną konsumentowi końcowemu. Ceny, które widzą konsumenci, obejmują wszystkie te aspekty łańcucha dostaw. Może to znacznie zwiększyć zamieszanie.
Rynek hurtowy nazywany jest „rynkiem”, ponieważ istnieje konkurencja między wytwórcami. Każdy generator umieszcza codzienne „oferty” cenowe w celu sprzedaży mocy i dostosowuje ilości do przedziałów cenowych 10 co pięć minut. W ten sposób sprzedaż energii jest dopasowywana do dostępnej energii i wydajności jednostki wytwórczej.
Rynek stara się skutecznie wysyłać wszystkie zasoby zmienne i „wysyłalne”, aby zminimalizować koszty energii elektrycznej. The Operator australijskiego rynku energii (AEMO) koordynuje krajowy rynek energii.
Cena hurtowa
Hurtowa „spotowa” cena, po której energia jest sprzedawana w NEM, oparta jest na najwyższych akceptowanych ofertach generatorów w celu zrównoważenia podaży i popytu w każdym regionie. Ma to na celu zachęcenie generatorów do wydajnego zachowania, a także koordynację efektywnego kierowania zasobami.
Magazynowanie
Przechowywanie odnosi się do energii wychwyconej do późniejszego wykorzystania, zwykle w akumulatorze. W przeszłości magazynowanie energii elektrycznej było drogie, ale oczekuje się, że wraz z udoskonaleniem technologii akumulatorów koszty magazynowania będą nadal spadać. Na przykład, baterie litowo-jonowe zostały opracowane do komunikacji mobilnej i laptopów, ale obecnie są ulepszane do pojazdów elektrycznych i magazynowania energii na skalę użytkową.
Baterie litowo-jonowe zostały opracowane dla telefonów komórkowych, ale obecnie są używane jako część pojazdów elektrycznych, takich jak Tesla Inc Model S i Model X. Reuters
Ze względu na tradycyjnie niski poziom magazynowania w systemie, energia elektryczna musi być wytwarzana głównie w ciągu kilku sekund od momentu, gdy jest potrzebna, w przeciwnym razie może to zagrozić stabilności systemu. Technologia magazynowania zyska na wartości wraz ze wzrostem penetracji rynku energią wiatrową i słoneczną. Wraz ze spadającymi kosztami różnych technologii akumulatorowych będzie to łatwiejsze do dostarczenia.
Popyt (i szczytowy popyt)
Zapotrzebowanie odnosi się do ilości energii elektrycznej wymaganej do osiągnięcia poziomów zużycia w danym momencie. Moc odnosi się do tempa zużycia energii w megawatach (miliony watów lub MW), podczas gdy energia w megawatogodzinach (MWh) odnosi się do całkowitego zużycia w danym okresie, takim jak dzień, miesiąc lub rok.
Szczytowe zapotrzebowanie to najwyższe tempo zużycia energii wymagane w danym sezonie, takim jak ogrzewanie zimą lub chłodzenie latem. Jest to bardzo ważna miara, ponieważ określa, ile urządzeń wytwórczych jest potrzebnych, aby pokryć nieoczekiwane przerwy w dostawie i utrzymać niezawodne dostawy.
Generacja wysyłkowa
Wytwarzanie dyspozycyjne odnosi się do rodzaju wytwarzania opartego na paliwach kopalnych lub energii wodnej, które można kontrolować w celu zrównoważenia podaży i popytu na energię elektryczną. Bardziej elastyczne elektrownie opalane gazem ziemnym (takie jak turbiny gazowe o otwartym cyklu lub elektrownie wodne) mogą działać przy częściowym obciążeniu i reagować na krótkoterminowe zmiany podaży i popytu.
Kluczem jest tutaj elastyczność. Magazynowanie może również zapewnić elastyczność, zarówno z akumulatorów, jak i magazynu z pompą wodną. Zapotrzebowanie na takie zasoby staje się coraz pilniejsze przejście na emeryturę starszych instalacji obciążenia podstawowego i rosnącą liczbę źródeł energii mniej emisyjnych.
Kontrola częstotliwości
Generatory synchroniczne w elektrowniach obracają się z prędkością około X cykli 50 na sekundę. Ta prędkość jest określana jako „częstotliwość” (oznaczona herc, symbol Hz). Kontrolowanie tej stałej częstotliwości ma zasadnicze znaczenie dla utrzymania niezawodności.
Jeśli gdzieś nastąpi utrata wytwarzania, dodatkowa energia jest pobierana przez sieć elektryczną z innych elektrowni. Powoduje to spowolnienie wirników tych generatorów i spadek częstotliwości systemu. Kluczowym parametrem jest tak zwane „maksymalne tempo zmiany częstotliwości”. Im szybsze są zmiany częstotliwości, tym mniej czasu jest na podjęcie działań naprawczych.
Bezwładność
Bezwładność odnosi się do zdolności systemu do utrzymania stałej częstotliwości po znacznym braku równowagi między wytwarzaniem a obciążeniem. Im wyższa bezwładność, tym wolniejsze tempo zmiany częstotliwości po zakłóceniu.
Jednym z kluczowych problemów jest to, że bezwładność musi prawie zawsze być wystarczająca do zapewnienia stabilnej mocy. Biorąc pod uwagę, że wiele elektrowni węglowych jest wycofywanych z eksploatacji, ilość bezwładności znacznie spada.
W końcu systemy zasilania będą musiały wyraźnie zapewnić bezwładność poprzez dodanie wirników synchronicznych (działających niezależnie od wytwarzania energii) lub poprzez zapewnienie innych elementów sterowania systemu zasilania, które są w stanie bardzo szybko reagować na odchylenia częstotliwości systemu zasilania. Mogą one opierać się na połączeniu pamięci masowej i zaawansowanej elektroniki mocy już dziś dostępnej.
Rynki regionalne w ramach krajowego rynku energii
Krajowy rynek energii funkcjonuje jako pięć wzajemnie połączonych rynków regionalnych we wschodnich stanach: Queensland, Nowa Południowa Walia, Victoria, Australia Południowa i Tasmania. Odzwierciedla to sposób, w jaki systemy elektroenergetyczne zostały pierwotnie utworzone pod władzami państwowymi.
Krajowy rynek energii nie może funkcjonować jako jeden rynek z jedną ceną ze względu na dwa ważne czynniki. Całkowite usunięcie ograniczeń w przesyłaniu energii między regionami stanu nie jest opłacalne, a straty elektryczne w przesyłaniu energii oznaczają, że każda lokalizacja wymaga innej ceny, aby skutecznie odzwierciedlić wpływ tych strat.
W przypadku dużych przepływów energii między regionami ceny mogą się różnić nawet o 30% między regionami z powodu strat. Wysokie ceny występują, gdy brakuje prądu w stosunku do popytu. Ceny ujemne występują, gdy obciążenie jest mniejsze niż minimalna wymagana stabilna generacja. W okresach wysokich cen (zwykle z powodu dużego popytu lub rzadziej z powodu niższej przepustowości) mogą wystąpić większe różnice cen, gdy połączenia międzysystemowe osiągną swoje limity, powodując wysyłkę bardzo kosztownego wytwarzania w regionie importującym.
Krajowy rynek energii działa na wschodnim wybrzeżu Australii.
Interkonektory
Biorąc pod uwagę duże odległości na krajowym rynku energii (4000 km od końca do końca, najdłuższy synchroniczny system zasilania na świecie), istnieją znaczne ograniczenia w zdolności przesyłowej między regionami stanowymi. Ograniczenia te są traktowane jako „interkonektory”.
Krańcowe straty mocy na tych połączeniach są obliczane co pięć minut w celu wsparcia wydajnej wysyłki zasobów i zapewnienia, że ceny spot w każdym regionie są wydajne i zgodne z dominującą podażą i popytem. Te połączenia wzajemne mają jednak ograniczoną pojemność (z powodu przegrzania i innych czynników), a AEMO ostrożnie zarządza ich użyciem, aby zapewnić równowagę i bezwładność w regionach.
Usługi pomocnicze i rezerwy typu spinning
Usługi pomocnicze odnoszą się do różnych metod wymaganych przez rynek w celu zapewnienia stałej kontroli częstotliwości i napięcia. Utrzymują jakość dostaw i wspierają stabilność systemu elektroenergetycznego przed zakłóceniami. Ta kontrola częstotliwości jest wymagana podczas normalnej pracy, aby utrzymać ciągłą równowagę podaży i popytu na energię. W tym celu część mocy wytwórczych jest utrzymywana w rezerwie, aby zwiększać i zmniejszać moc wyjściową w celu dostosowania całkowitego poziomu wytwarzania systemu.
Ta różnica między maksymalną mocą wyjściową a dolnym poziomem roboczym nazywana jest „rezerwą wirowania”. Rezerwa wirująca jest również wymagana do zmniejszenia mocy wyjściowej, aby pokryć nagłe odłączenie obciążenia lub nagły wzrost energii słonecznej lub wiatrowej.
Ulepszenia skrzyni biegów
Modernizacja systemu przesyłowego, w tym połączeń wzajemnych, jest złożonym procesem regulacyjnym. Przesył ma znaczącą wartość w całym łańcuchu dostaw energii elektrycznej od producentów do odbiorców.
Wartość tę można łatwo zmierzyć w danych warunkach rynku energii elektrycznej w dowolnym momencie. Trudno jednak przewidzieć, kiedy te połączenia wzajemne będą musiały zostać zbudowane lub wymienione, ponieważ niektóre zasoby przesyłowe mogą działać nawet przez 80 lat. Konieczna jest znaczna koordynacja w planowaniu nowych inwestycji, ponieważ lokalizacja i harmonogram wdrażania nowych zdolności wytwarzania energii odnawialnej są niepewne i zmienne.
30-minutowe okna rozliczenia cen (i pięciominutowe)
Generatorom płaci się cenę spot za całą produkcję, a konsumenci (za pośrednictwem detalistów) są naliczani według ceny spot za zużycie przez AEMO. Cena „handlowa” jest obliczana co 30 minut w celu transakcji przepływów pieniężnych (jako średnia z pięciominutowej ceny wysyłki). Proces ten nazywa się „rozliczeniem”.
Istnieje plan przejścia na pięciominutową osadę w ciągu najbliższych trzech lat. Pomogłoby to nagradzać bardziej elastyczne zasoby (w tym akumulatory), ponieważ bardziej efektywnie reagują na nagłe zmiany produkcji.
O autorach
Ariel Liebman, zastępca dyrektora, Monash Energy Materials and Systems Instutute i starszy wykładowca, Wydział Informatyki, Uniwersytet Monash i Ross Gawler, starszy pracownik naukowy, Uniwersytet Monash
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Książki o środowisku z listy bestsellerów Amazon
"Cicha wiosna"
autorstwa Rachel Carson
Ta klasyczna książka jest kamieniem milowym w historii ekologii, zwracającym uwagę na szkodliwe działanie pestycydów i ich wpływ na świat przyrody. Praca Carsona pomogła zainspirować nowoczesny ruch ekologiczny i pozostaje aktualna dzisiaj, gdy nadal zmagamy się z wyzwaniami zdrowia środowiskowego.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Ziemia niezdatna do zamieszkania: życie po ociepleniu”
David Wallace-Wells
W tej książce David Wallace-Wells ostrzega przed niszczycielskimi skutkami zmian klimatu i pilną potrzebą rozwiązania tego globalnego kryzysu. Książka opiera się na badaniach naukowych i rzeczywistych przykładach, aby zapewnić otrzeźwiające spojrzenie na przyszłość, przed którą staniemy, jeśli nie podejmiemy działań.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Sekretne życie drzew: co czują, jak się komunikują? Odkrycia z sekretnego świata”
przez Petera Wohllebena
W tej książce Peter Wohlleben bada fascynujący świat drzew i ich rolę w ekosystemie. Książka opiera się na badaniach naukowych i własnych doświadczeniach Wohllebena jako leśnika, aby zaoferować wgląd w złożone sposoby, w jakie drzewa wchodzą w interakcje ze sobą i ze światem przyrody.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Nasz dom się pali: sceny z rodziny i planety w kryzysie”
autorstwa Grety Thunberg, Svante Thunberg i Maleny Ernman
W tej książce aktywistka klimatyczna Greta Thunberg i jej rodzina przedstawiają osobistą relację ze swojej podróży mającej na celu podniesienie świadomości na temat pilnej potrzeby zajęcia się zmianami klimatycznymi. Książka stanowi mocny i poruszający opis wyzwań, przed którymi stoimy, oraz potrzeby działania.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
„Szóste wymieranie: nienaturalna historia”
Elżbieta Kolbert
W tej książce Elizabeth Kolbert bada trwające masowe wymieranie gatunków spowodowane działalnością człowieka, opierając się na badaniach naukowych i przykładach z rzeczywistego świata, aby zapewnić trzeźwe spojrzenie na wpływ działalności człowieka na świat przyrody. Książka zawiera przekonujące wezwanie do działania na rzecz ochrony różnorodności życia na Ziemi.
