03 نوامبر 2021 – نوشته فیلیپ هیرشهورن و تام بریج
تولید انرژی های تجدیدپذیر متغیر سیستم های برق را متحول می کند و نوسان قیمت ها را افزایش می دهد. برای هدایت این تغییرات، شرکت ها باید در نحوه مصرف برق انعطاف پذیرتر باشند.
این مقاله اولین مقاله از مجموعه‌ای است که تغییرات در برق و سیستم‌های انرژی گسترده‌تر ما را بررسی می‌کند – و پیامدهایی برای مصرف‌کنندگان انرژی و دولت‌ها – که از افزایش عظیم انرژی تجدیدپذیر متغیر مورد نیاز برای دستیابی به برنامه‌های کربن‌زدایی جهانی ناشی می‌شود. این مقاله موضوعات کلی را که ما قصد بررسی آن را داریم بیان می‌کند، در حالی که مقالات آینده بر جنبه‌های خاصی از انتقال تمرکز خواهند کرد.
برای دستیابی به انتشار خالص صفر تا سال 2050، ما باید به طور فزاینده ای مصرف انرژی خود را برق رسانی کنیم و تولید انرژی های تجدیدپذیر را با سرعتی بسیار فراتر از امروز – و فراتر از آنچه دولت ها در حال حاضر برای آن برنامه ریزی می کنند – به کار ببریم. اما این فرآیند چالش‌های مهمی را به همراه دارد: نفوذ عمیق انرژی‌های تجدیدپذیر، به ویژه خورشیدی و باد، به‌طور چشمگیری بر فیزیک اساسی سیستم‌های برق و همچنین اقتصاد بازارهای برق ما تأثیر می‌گذارد.
ما بر این باوریم که تأثیر نفوذ متغیرهای تجدیدپذیر عمیق بر صنایع مصرف کننده انرژی و توانایی کشورها برای جذب آنها هنوز به طور کامل درک نشده است. واقعیت این است که قیمت‌های نوسانات بیشتر برق فراگیرتر خواهد شد.
این تحول در سیستم‌ها و بازارهای برق ما یک مزیت رقابتی برای شرکت‌هایی ایجاد می‌کند که می‌توانند در نحوه مصرف برق انعطاف‌پذیرتر باشند. این بیشتر از پاسخ تقاضای معمولی است. مدیریت دارایی‌ها به‌عنوان یک معامله‌گر برق و نه مصرف‌کننده برق به آن شرکت‌ها اجازه می‌دهد تا از نوسانات قیمتی که با افزایش نفوذ انرژی‌های تجدیدپذیر متغیر همراه است، کنترل کنند، در حالی که انعطاف‌پذیری در برابر شوک‌ها را نیز بهبود می‌بخشد. شرکت هایی که به طور کامل بر استفاده کامل متمرکز هستند، باید برای بیمه در برابر نوسانات، حق بیمه ای بپردازند – یا گروگان آن باقی بمانند.
در کنار مزایای اقتصادی، انجام این کار به آنها امکان می دهد نسبت برق تجدیدپذیری را که واقعاً مصرف می کنند، در مقایسه با انرژی تجدیدپذیری که تهیه می کنند افزایش دهند که کدام بهتر است مصرف ساعت به ساعت آنها را با زمانی که خورشید می تابد و باد می وزد .
دولت‌ها و طراحان بازار برق در کشورهایی که در خط مقدم انتقال انرژی قرار دارند، شروع به چرخش برای تطبیق نفوذ بیشتر انرژی‌های تجدیدپذیر در سیستم‌های برق خود کرده‌اند. اما ما معتقدیم که برای ایجاد تغییراتی که در مصرف انرژی صنعتی ضروری است، هم دولت‌ها و هم بازارهای برق باید برای رویارویی با چالش‌هایی که با آن مواجه هستند، تلاش بیشتری انجام دهند.
این مقاله به بررسی این موضوع می‌پردازد که چگونه مسائل فنی و فیزیکی که با حجم زیادی از انرژی‌های تجدیدپذیر متغیر در سیستم‌های برق ما به وجود می‌آیند، نیازمند تغییراتی در نحوه عملکرد مصرف‌کنندگان بزرگ برق هستند. با این حال، قبل از پرداختن به این چالش ها، با مقیاس تغییر در سیستم های خود شروع می کنیم.
نفوذ عمیق انرژی های تجدیدپذیر متغیر اجتناب ناپذیر است
امروزه حدود 40 درصد از انتشارات جهانی ناشی از استفاده از سوخت های فسیلی برای تولید برق و گرما است. برای برآورده ساختن برنامه‌های صفر خالص تا اواسط قرن، تولید با سوخت فسیلی باید جای خود را – تقریباً به طور کامل – به تولید انرژی‌های تجدیدپذیر بدهد. طبق گزارش آژانس بین‌المللی انرژی IEA، انرژی‌های تجدیدپذیر باید تا سال 2050 نزدیک به 90 درصد از ترکیب تولید جهانی را تشکیل دهند، در حالی که امروز این رقم حدود 29 درصد است، حتی اگر میزان کل تولید برق بیش از دو برابر افزایش یابد. (شکل 1).
برای دستیابی به این درجه از نفوذ انرژی‌های تجدیدپذیر، شرکت‌ها و دولت‌ها باید به سرعت حرکت کنند. مسیر صفر خالص آژانس بین‌المللی انرژی نیاز به رشد قوی انرژی‌های تجدیدپذیر در این دهه دارد، با افزودن سالانه حدود 630 گیگاوات (GW) فتوولتائیک خورشیدی (PV) و حدود 390 گیگاوات باد تا سال 2030 – چهار برابر رکورد ثبت شده در سال 2020. آژانس بین المللی انرژی همچنین خواستار توقف تصمیمات سرمایه گذاری نهایی برای تولید جدید بدون کاهش سوخت زغال سنگ است (با نیروگاه های زغال سنگ موجود که باید به تدریج حذف شوند یا به روز شوند).
انرژی های تجدیدپذیر به دو شکل وجود دارد: یا تولید «قابل توزیع» (که می تواند بر اساس تقاضا روشن و خاموش شود) یا تولید «متغیر» (که به شرایط آب و هوایی مطلوب بستگی دارد).
انرژی‌های تجدیدپذیر قابل توزیع عمدتاً از نیروگاه‌های آبی، زمین گرمایی و سوخت زیستی تشکیل می‌شوند. آنها به روشی مشابه ژنراتورهای برق معمولی عمل می کنند، به طوری که از آب یا بخار برای به حرکت درآوردن توربین برای تولید برق استفاده می شود. در حالی که آنها بسیاری از مزایای نیروگاه معمولی را ارائه می دهند، در دسترس بودن این منابع تجدید پذیر به دلیل شرایط جغرافیایی و طبیعی محدود شده است.
در نتیجه، بیشتر ظرفیت تولید تجدیدپذیر جدید باید از منابع متغیر تامین شود: در درجه اول PV خورشیدی، باد خشکی، و باد دریایی. این منابع در حال حاضر تنها بخشی از تولید برق را تشکیل می دهند که حدود 9 درصد در سال 2020 (و فقط 2 درصد در سال 2010) را تشکیل می دهند. اما طبق مسیر صفر خالص آژانس بین المللی انرژی، تا سال 2050 نزدیک به 70 درصد از ترکیب تولید جهانی را تشکیل خواهند داد.
انرژی های تجدیدپذیر متغیر سیستم های برق سنتی را به چالش می کشد
انرژی های تجدیدپذیر متغیر رفتار متفاوتی با تولید برق معمولی دارد. طبق تعریف، انرژی تجدیدپذیر متغیر به تابش خورشید یا وزش باد بستگی دارد. نامشخص است (و با وجود ابزارهای پیش بینی دقیق آب و هوا، پیش بینی کامل چالش برانگیز است) و توزیع شده است (مولدها کوچکتر و کمتر متمرکز هستند). هزینه نهایی آن تقریباً صفر است (هزینه ها تقریباً کاملاً ثابت هستند). و به اینورترها (دستگاه های الکترونیکی قدرتی که جریان برق مستقیم را از صفحات خورشیدی یا توربین های بادی به جریان متناوب شبکه های برق تغییر می دهند) متکی است. این ویژگی‌ها هم برای اپراتورهای سیستم و هم برای فعالان بازار، از جمله شرکت‌هایی که به یک منبع برق قابل اعتماد وابسته هستند، از دو طریق چالش‌هایی ایجاد می‌کند:
- مسائل فنی و فیزیکی پیرامون قابلیت اطمینان و پایداری.
- چالش های اقتصادی پیرامون نوسانات قیمت و دوام نیروگاه های معمولی
انرژی های تجدیدپذیر متغیر عمیق می تواند شبکه ها را بی ثبات کند
شبکه های برق با در نظر گرفتن تولید برق متکی به سوخت های فسیلی متعارف، به جای منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر طراحی شده اند. در نتیجه، سیستم‌های برق با درجه بالایی از تولید تجدیدپذیر متغیر معمولاً بدون اقدامات بعدی در معرض خطر بی‌ثباتی بیشتری قرار دارند. آنها نیاز به سرمایه گذاری در زیرساخت های جدید، حفظ ظرفیت تولید قابل توزیع (معمولی) کافی، و/یا افزایش انعطاف پذیری در سمت تقاضا برای عملکرد قابل اعتماد و ایمن دارند. چهار چیز به ویژه چالش برانگیز است: کفایت منابع، کفایت شبکه، ثبات فرکانس و ثبات ولتاژ. در مکان‌هایی با تعداد زیادی تولید انرژی‌های تجدیدپذیر متغیر – به عنوان مثال، استرالیا، کالیفرنیا، آلمان و تگزاس – ما در حال حاضر شاهد بروز چنین مشکلاتی هستیم که گاهی اوقات عواقب گرانی به همراه دارد.
انرژی های تجدیدپذیر متغیر: چهار چالش فیزیکی
با افزایش سهم انرژی های تجدیدپذیر متغیر در ترکیب تولید، این چهار چالش به طور فزاینده ای برای اپراتورهای سیستم ضروری خواهند شد. برای غلبه بر چنین مشکلاتی، اپراتورها باید طیفی از اقدامات را در نظر بگیرند تا اطمینان حاصل شود که شبکه هایشان قابل اعتماد هستند. راه حل های طراحی فنی و بازار هر دو در دسترس هستند، اگرچه به طور کلی به هزینه کل سیستم قدرت می افزایند.
افزایش انرژی های تجدیدپذیر متغیر به معنای نوسانات بیشتر قیمت است
در سیستم‌های برق آزاد شده که قیمت‌ها توسط بازار تعیین می‌شود، نسبت بالایی از تولید انرژی‌های تجدیدپذیر متغیر نیز می‌تواند منجر به قیمت‌های بی‌ثبات‌تر شود، به‌ویژه زمانی که آنها مجبور به خروج ژنراتورهای قابل توزیع پایه و متوسط می‌شوند. یکی از اظهارنظرهای کسانی که چشم انداز انرژی تحت سلطه انرژی های تجدیدپذیر را پیش بینی می کنند این است که “الکتریسیته رایگان خواهد بود. آنها باید به جز زمانی که واقعاً به آن نیاز دارید ، اضافه کنند و سپس نسبت به میانگین گران خواهد بود. دلایل متعددی برای این امر وجود دارد.
در دوره‌های تولید انرژی‌های تجدیدپذیر با متغیرهای زیاد – مانند نیمه روز در ماه‌های تابستان در مناطقی که تولید خورشیدی قابل توجهی دارند – برق بسیار ارزان می‌شود (به مراتب ارزان‌تر از تولید معمولی) و حتی گاهی اوقات با قیمت‌های منفی فروخته می‌شود. با مولدهایی که به مصرف کنندگان پول می دهند تا تولید مازاد را مصرف کنند. نسبت تقاضایی که باید در این زمان‌ها توسط تولید قابل ارسال برآورده شود، کم (یا صفر) است و هزینه برق را که توسط ژنراتور حاشیه‌ای تعیین می‌شود، کنترل می‌کند. به عنوان مثال، طبق گفته شرکت تحقیقاتی BloombergNEF، قیمت برق ظهر در کالیفرنیا به دلیل انفجار انرژی خورشیدی در این ایالت، از حق بیمه 25 درصد بالاتر از میانگین روزانه به تخفیف حدود 30 درصد کاهش یافته است.
در مقابل، برق زمانی گران می‌شود که تولید انرژی‌های تجدیدپذیر متغیر کم باشد، مثلاً در دوره‌های اوج تقاضای عصر یا زمانی که خورشید و باد برای تولید انرژی در دسترس نیستند، یا زمانی که عرضه تولید قابل ارسال به‌دلیل یک حادثه فنی به طور فیزیکی قطع می‌شود. دلیل این امر این است که ژنراتورهای قابل توزیع باقیمانده – که مکمل خروجی تجدیدپذیر متغیر هستند – به طور فزاینده ای از فناوری های اوج بار (مانند ژنراتورهای گازسوز) تشکیل می شوند، با فناوری های پایه و متوسط با هزینه های حاشیه ای کمتر که از بازار خارج می شوند.
در عین حال، در دسترس بودن منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر به طور مداوم از یک ساعت به ساعت دیگر تغییر می کند. تأثیر کلی این تغییرات، همراه با سطوح قیمت بسیار پایین و بالا (همانطور که در بالا مورد بحث قرار گرفت)، افزایش نوسان قیمت برق است. در واقع، در استرالیای جنوبی، نوسانات بیشتر باعث شده است که ارزش آربیتراژ روزانه – ارزش توانایی تغییر تولید از ارزان‌ترین ساعت‌ها به گران‌ترین ساعت‌ها – در طول دهه گذشته سه برابر شود.
این پدیده هنوز جهانی نیست. (برای مقایسه بین المللی نوسانات قیمت برق در روز به شکل 2 مراجعه کنید.) نوسان قیمت در بازارهایی مانند استرالیای جنوبی، تگزاس و کالیفرنیا واضح است. در برخی دیگر، ممکن است با عوامل دیگری که نوسانات را کاهش می دهند، پیشی بگیرد. به عنوان مثال، “بیمه” از طریق بازارهای ظرفیت که می تواند به آنلاین نگه داشتن کارخانه های معمولی (قابل ارسال) کمک کند. مخازن هیدرولیک و مخازن آبی بزرگ؛ ویژگی های طراحی بازار مانند سقف ها و کف های قیمتی دقیق. و سطوح بالایی از ارتباط متقابل با بازارهایی که قیمت‌های نوسان کمتر و منابع متنوع دارند. حتی اگر امروزه این عوامل در برخی بازارها وجود داشته باشد، مصرف کنندگان بزرگ نمی توانند نوسان قیمت ها را نادیده بگیرند زیرا انتظار داریم تحولات بازار در دهه آینده تعادل را تغییر دهد.
مصرف کنندگان انرژی بزرگ می توانند از عملیات انعطاف پذیرتر بهره مند شوند
بزرگترین مصرف کنندگان برق به طور اجتناب ناپذیری در معرض چالش های ناشی از نفوذ بالای انرژی های تجدید پذیر در سیستم های برق هستند. این مصرف کنندگان عمدتاً شرکت هایی هستند که از انواع فرآیندهای زیر استفاده می کنند:
- فرآیندهای الکترولیتی، مانند ذوب آلومینیوم، کلر قلیایی، نمک‌زدایی آب و الکترولیز هیدروژن.
- کوره های قوس الکتریکی مورد استفاده در تولید فولاد و سایر فلزات.
- الکترونیک، در درجه اول مراکز داده و استخراج ارزهای دیجیتال.
- خنک کننده، در درجه اول مراکز داده و تبرید مواد غذایی.
- فرآیندهای مکانیکی از جمله پمپاژ (به عنوان مثال، فشرده سازی گاز طبیعی و توزیع آب)، آسیاب (به عنوان مثال، فرآیندهای معدن)، و فرآیندهای خمیرسازی (به عنوان مثال، کاغذ).
بازیکنان در همه این صنایع از مقادیر بسیار زیادی برق استفاده می کنند. برای یک کارخانه ذوب آلومینیوم، بین 15 تا 40 درصد درآمد صرف پرداخت قبض برق آن می شود. این رقم برای یک مرکز داده تا 50٪ است. و در مورد کارخانه کلر قلیایی می تواند بیش از 60 درصد باشد. (به شکل 3 مراجعه کنید.) در این سطوح، زمانی که قیمت برق به طور معمول تا چند برابر میانگین قیمت برق تغییر می کند، محاسبات نحوه مصرف برق باید تغییر کند.
همانطور که سایر صنایع برای جلوگیری از انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از احتراق مستقیم سوخت های فسیلی برق می گیرند، آنها نیز می توانند در معرض تأثیرات نفوذ زیاد انرژی های تجدید پذیر متغیر قرار گیرند. به عنوان مثال، شرکت هایی که فشرده سازی با سوخت گاز را در خطوط لوله انجام می دهند یا از گاز برای گرمایش استفاده می کنند.
مشتریان بزرگ انرژی تا کنون از نوسانات در امان بوده اند
تاکنون، مشتریان بزرگ انرژی از لحاظ تاریخی تأسیسات خود را در کنار منبعی از برق قابل اعتماد و قیمت رقابتی، مانند معدن زغال‌سنگ و نیروگاه یا سد برق آبی قرار داده‌اند. بر اساس گزارش موسسه بین المللی آلومینیوم، در سال 2019 حدود 85 درصد از ذوب اولیه آلومینیوم در سراسر جهان با انرژی زغال سنگ یا نیروگاه آبی تامین می شد. در بسیاری از موارد، ژنراتورها سرگردان شده اند – یعنی کارخانه ذوب اکثرا مشتری است و فرصت های کمی برای فروش برق به سایر کاربران وجود دارد. از طرف دیگر، مشتریان بزرگ از طریق قراردادهای بلندمدت قیمت ثابت – اغلب با قیمت‌های پایین، از نوسانات قیمت اجتناب کرده‌اند. این قراردادها تقاضا برای ژنراتورهای بار پایه را تقویت کرده است.
در این محیط، مصرف‌کنندگان انرژی توانسته‌اند تصمیمات خود را بر حفظ استفاده بالا از دارایی‌های خود متمرکز کنند – بطور موثری کارخانه‌های خود را همیشه فعال نگه دارند – و تولید را به حداکثر برسانند. اما در چشم‌انداز انرژی تحت سلطه انرژی‌های تجدیدپذیر، که در دسترس بودن تولید متعارف قابل توزیع بسیار کمتر است، تقاضای بار پایه‌ای که این شرکت‌های بزرگ صنعتی ارائه می‌کنند دیگر دارایی برای سیستم برق نیست و در عوض به یک بدهی تبدیل می‌شود. خطر تمرکز صرفاً بر بهره‌برداری بالا این است که یا کاربران شروع به پرداخت قیمت‌های ثابت بالاتری می‌کنند (در مورد قراردادهای بلندمدت) یا اینکه هزینه‌ها به سرعت در طول دوره‌هایی از قیمت‌های برق با نوسان زیاد افزایش می‌یابد (اگر تصمیم بگیرند در معرض خطر قرار گیرند. قیمت عمده فروشی بر اساس زمان). این بازیکنان باید از انعطاف پذیری در مصرف انرژی خود استقبال کنند.
ما دو دلیل روشن و استراتژیک می بینیم که چرا کاربران بزرگ برق باید انعطاف پذیری عملیات و مشخصات مصرف برق خود را بهبود بخشند تا بتوانند به افزایش انرژی های تجدید پذیر متغیر پاسخ دهند. این آینه چالش های فیزیکی و اقتصادی ناشی از نفوذ بالای انرژی های تجدیدپذیر متغیر است.
- از منظر پایداری، آنها می توانند سطح انرژی تجدیدپذیری را که در واقع مصرف می کنند در مقایسه با انرژی تجدیدپذیری که تهیه می کنند (غلبه بر موانع ناشی از ماهیت متغیر خورشید و باد) افزایش دهند.
- از منظر اقتصادی، آنها می توانند توانایی خود را در جهت یابی قیمت های نوسانی و بهره مندی از نوسانات هزینه برق بهبود بخشند.
متحرکان اولیه مسیرهای آینده را نشان می دهند
برخی از مصرف‌کنندگان برق در بخش‌هایی که بیشترین آسیب را دیده‌اند، شروع به حرکت به سمت انعطاف‌پذیر کردن پروفایل مصرف برق خود کرده‌اند.از جنبه فیزیکی، گوگل اعلام کرده است که تا سال 2030 انرژی بدون کربن «24 ساعته» (در تمام ساعات روز و در همه مکان‌ها) را هدف قرار خواهد داد تا میزان انرژی تجدیدپذیری را که واقعاً مصرف می‌کند (در مقایسه با آنچه که مصرف می‌کند) افزایش دهد. در مورد تدارکات کل). برای کمک به دستیابی به هدف خود، این شرکت ممکن است منبع برق را تغییر دهد (به عنوان مثال، تولید بدون کربن مانند زمین گرمایی). اما گوگل اعلام کرده است که قصد دارد زمان و مکان‌هایی را که در آن برخی داده‌ها را پردازش می‌کنند، به ویژه داده‌هایی که غیرقابل اهمیت هستند، تنظیم کند.
در آلمان، گروه آلومینیوم TRIMET بر مزایای اقتصادی عملیات انعطاف پذیر تمرکز کرده است و از آن برای جبران افزایش قیمت عمده فروشی برق استفاده می کند. TRIMET فناوری های جدید تبادل حرارت و جبران مغناطیسی را به همراه کنترل فرآیند بهبود یافته در کارخانه ذوب خود در اسن آزمایش کرده است. این ترکیب از فناوری‌ها به TRIMET اجازه می‌دهد تا میزان مصرف برق و تولید آلومینیوم کارخانه ذوب را در هر دو جهت تا 25% تغییر دهد (در حالی که معمولاً این مقدار کمتر از 5%) است. TRIMET از این باتری به عنوان یک باتری مجازی یاد می کند و با توجه به مدت زمان طولانی تر آن (با هدف حفظ این تغییرپذیری تا 48 ساعت) نسبت به باتری های لیتیوم یونی، آن را در زمینه بازار بی ثبات برق بسیار ارزشمند می کند.
مصرف کنندگان انرژی باید مانند تاجران برق سبز در دنیایی که تحت سلطه انرژی های تجدیدپذیر متغیر است عمل کنند.
برخی از جنبه های ایجاد عملیات انعطاف پذیرتر جدید نیستند. اینها معمولاً به عنوان مدیریت سمت تقاضا یا پاسخ تقاضا (DR) نامیده می شوند. از لحاظ تاریخی، آنها اغلب محدود به کاهش مصرف انرژی در دوره‌های تقاضای بالا یا تنظیمات کوچک در برنامه‌های تولید برای انعطاف‌پذیری بیشتر مصرف بوده‌اند. در بازارهای عمده فروشی برق، اشخاص ثالث که به عنوان «تجمع کننده» شناخته می شوند، به عنوان واسطه عمل می کنند و به کاربران انرژی کمک می کنند تا از این انعطاف پذیری بهره ببرند.
آنچه ما در نظر داریم جامع‌تر است: اول، ما پیش‌بینی می‌کنیم که کاربران دارایی‌ها و فرآیندهای تولید خود را مجدداً پیکربندی کنند تا مصرف برق خود را انعطاف‌پذیرتر کنند. دوم، آنها باید با دارایی‌های خود مانند گزینه‌های واقعی رفتار کنند – دقیقاً همانطور که یک معامله‌گر کالا با پشتوانه دارایی این کار را می‌کند. ایده: به حداکثر رساندن سود تسهیلات با منعطف کردن برنامه های تولید برای در نظر گرفتن نوسان هزینه های ورودی و قیمت های خروجی، به جای حداکثر کردن تولید. این بدان معناست که الکتریسیته به عنوان یک ورودی خریداری شده باقی نمی‌ماند، اما چیزی است که می‌توان آن را با تغییر قیمت‌ها معامله کرد و دوباره داد و ستد کرد (اگرچه برای روشن بودن، ما تجارت سفته‌بازانه را پیشنهاد نمی‌کنیم). از آنجایی که این نوع انعطاف‌پذیری بر فرآیندهای اصلی تولید تأثیر می‌گذارد، خود مصرف‌کنندگان باید نقش بزرگ‌تری در بهینه‌سازی تعامل خود با بازارهای برق داشته باشند: نمی‌توان کلیدهای تولید را به طور کامل به شخص ثالث واگذار کرد.
ما دو مسیر متفاوت را برای مصرف‌کنندگان می‌بینیم تا به نوعی «تجار برق سبز با پشتوانه دارایی» تبدیل شوند که قبلاً توضیح دادیم. (به شکل 4 مراجعه کنید.) اولین مسیر در ابتدا بر به حداکثر رساندن مقدار واقعی انرژی بدون کربن مصرف شده متمرکز است – مانند برنامه ۲۴ ساعته و در طول هفته انرژی بدون کربن Google 24/7. مسیر دوم بر مهار انعطاف‌پذیری برای بهینه‌سازی موازنه بین هزینه‌های ورودی برق و درآمد متمرکز است – همانطور که TRIMET انجام می‌دهد. از آنجایی که سیستم‌های برق ما کاملاً بدون کربن می‌شوند، این دو مسیر به هم نزدیک می‌شوند: حداکثر کردن حجم انرژی‌های تجدیدپذیر واقعی مصرف‌شده با بهینه‌سازی مصرف برق از منظر اقتصادی همسو می‌شود و بالعکس.
بازارهای برق نیاز به تنظیم مجدد دارند
در بازارهایی که در لبه پیشروی انتقال انرژی قرار دارند، نهادهای سیاست گذاری و طراحی در حال حاضر به دنبال راه هایی برای پیکربندی مجدد بازارهای برق هستند. به عنوان مثال، هیئت امنیت انرژی استرالیا بازنگری پس از سال 2025 را برای طراحی مجدد بازار به منظور تطبیق سطوح بالاتر تولید انرژی های تجدیدپذیر، قابل اعتماد و مقرون به صرفه آغاز کرده است.
چالش این است که اطمینان حاصل شود که تغییرات خیلی محدود نیستند و فراتر از مسائل مربوط به عرضه امروزی مانند فشارهای اقتصادی بر ژنراتورهای معمولی نیستند.ما معتقدیم که طراحی مجدد باید رویکردی جامع داشته باشد تا موثر باشد. بنابراین طراحان بازار باید اقدامات زیر را انجام دهند:
- به تمام خدمات مورد نیاز برای ارائه یک شبکه پایدار فیزیکی (از نظر تولید و ظرفیت برق، کنترل فرکانس، تراکم، اینرسی و قدرت سیستم) پاداش دهید.
طیف وسیعی از ابزارهای مختلف را برای ارائه این خدمات در نظر بگیرید:
– منابع تولید کننده متعارف و تجدیدپذیر
– سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی، مانند پمپ‌های آبی و باتری‌ها
– انعطاف پذیری مصرف صنعتی از جمله منابع جدید تقاضای برق که اغلب به عنوان Power-to-X شناخته می شود
– انعطاف پذیری مصرف بخش ساختمان و خانوار
– ظرفیت شبکه
در نهایت، سیاست گذاران باید بازار برق را به عنوان بخشی از یک اکوسیستم صنعتی گسترده تر در نظر بگیرند. آنها باید در سراسر صنعت و تامین انرژی برنامه ریزی کنند تا مطمئن شوند که ترکیب سیستم های برق، ویژگی های بازار انرژی آنها، و سطوح قیمت و نوسانات ناشی از آن، حمایت لازم را برای صنایعی که می خواهند تشویق کنند، فراهم می کند.
سطوح بالای انرژی تجدیدپذیر متغیر مورد نیاز برای دستیابی به انتشار خالص صفر تا اواسط قرن، سیستم های برق موجود را که حول محور تولید برق متمرکز و مبتنی بر سوخت فسیلی ساخته شده اند، متحول خواهد کرد. همه بازیکنان برای رسیدن به اهداف خود باید با چشم انداز در حال تحول سازگار شوند. کاربران انرژی بر باید با انعطاف پذیری بیشتر عملیات خود و مدیریت هزینه های تولید و برق خود مانند تاجران برق عمل کنند. سیاست گذاران و طراحان بازار باید بازارهای برق را برای رسیدگی به چالش های فنی و فیزیکی، تطبیق منابع جدید عرضه و تقاضا، و جذب یا حفظ صنایع کلیدی، مجدداً پیکربندی کنند. ما این موضوعات را با جزئیات بیشتر در مقالات بعدی این مجموعه بررسی خواهیم کرد.
نویسندگان از توماس بیکر، آنتی بلت، اریک بودیه، کریستف بروگنو، فرانسوا کاندلون و لارس هولم از BCG و همچنین رابرت هاچینسون که در طول آماده سازی این مقاله با آنها تبادل نظر کرده اند، تشکر می کنند. این بحث های غنی و جذاب به نویسندگان اجازه داده است تا تفکر خود را بیشتر پیش ببرند. آنها همچنین از متیو فلچر برای پشتیبانی در زمینه نوشتن تشکر می کنند.
