Wind- en zonne-energie groeien snel in de VS. Aangezien deze energiebronnen een groter deel gaan uitmaken van de elektriciteitsmix, hun groei roept nieuwe vragen op:hoe beïnvloeden zon en wind de energieprijzen? En aangezien elektriciteitscentrales tientallen jaren meegaan, waar moeten beleidsmakers en investeerders aan denken om ervoor te zorgen dat investeringen in energie-infrastructuur in de toekomst vruchten afwerpen?

Ons onderzoeksteam van het Lawrence Berkeley National Laboratory besloot te kijken welk effect een hoger aandeel wind en zon op deze vragen zal hebben. In onze laatste studie, we ontdekten dat hoge aandelen van deze energiebronnen leiden tot verschillende ingrijpende veranderingen in elektrische energiesystemen.

Vooral, ons onderzoek laat zien hoe zon en wind de energieprijzen verlagen, maar ze voegen nieuwe complexiteit toe voor het beheer van het net, wat grote gevolgen heeft voor regelgevers. Voor consumenten, dit onderzoek herinnert eraan dat het schoner maken van het elektriciteitsnet met wind en zon een evoluerend proces is dat aanzienlijke veranderingen vereist in de manier waarop het elektriciteitsnet momenteel wordt beheerd, maar dat grote kansen biedt, als we als land flexibeler kunnen worden in het gebruik van elektriciteit.

Langetermijnbeslissingen

eerdere analyses, inclusief die van ons, toonde aan dat zonne- en windenergie al een impact hebben op de groothandelsmarkten voor elektriciteit, leiden tot meer schommelingen in de energieprijzen.

Productie van zonne-energie, natuurlijk, volgt de zon, toenemend in de ochtend, produceren het meest 's middags, en vallen in de avond. De output van windenergie is afhankelijk van het weer, seizoenen en geografie. Zonne-energie is redelijk voorspelbaar, vooral in droge klimaten, en windenergie kan dagen en uren van tevoren met enige nauwkeurigheid worden voorspeld, maar beide kunnen sterk verschillen. Om deze reden, zon en wind worden ook wel variabele hernieuwbare energiebronnen (VRE) genoemd.

In ons laatste onderzoek is gekeken of bepaalde beleidsbeslissingen die worden genomen op basis van aannames die een weerspiegeling zijn van lage VRE-niveaus, nog steeds hun beoogde doel zullen bereiken als wind en zon in de toekomst op een hoog niveau worden gebruikt.

Bijvoorbeeld, een programmabeheerder bij een nutsbedrijf wordt gevraagd de meest kosteneffectieve set opties voor energie-efficiëntiemaatregelen te kiezen. Met een hoog percentage zonne-energie, het nutsbedrijf wil misschien de vraag 's avonds verminderen wanneer de zonne-energie daalt, in plaats van 's middags wanneer er overvloedige emissievrije elektriciteit is. Dus de focus op efficiëntie kan verschuiven van airconditioners, meestal meer nodig tijdens de hitte van de dag, aan verlichting.

Een andere vraag is hoe opladers voor elektrische voertuigen moeten worden ingezet:met veel zonne-opwekking, het is misschien het beste om opladers in winkels of kantoorgebouwen te plaatsen, om op te laden wanneer de zonne-energieoutput hoog is 's middags. Maar in een regio met harde wind 's nachts en veel windturbines, stroom kan het goedkoopst en schoonst zijn wanneer elektrische voertuigen bij de eigenaar worden geparkeerd.

Geen brandstofkosten gelijk aan lagere groothandelsprijzen voor energie

In onze studie werd gekeken naar hoe prijzen veranderen in twee verschillende scenario's:hoge en lage VRE-niveaus. We gebruikten gedetailleerde netsimulaties om ons te concentreren op het jaar 2030 voor vier elektriciteitsmarkten in de VS:CAISO in Californië, ERCOT in Texas, SPP in het Midwesten en NYISO in New York. De analyse contrasteert gemodelleerde marktresultaten voor hoge wind- en zonne-aandelen van 40-50 procent met een lage hernieuwbare basislijn die de 2016-niveaus weerspiegelt.

Voor de context, de Californische markt had in 2016 14 procent zonne- en 7 procent windenergie (staatswetten vereisen een verhoging tot ongeveer 40 procent wind- en zonne-energie in 2030). Terwijl Texas de leider van het land is als het gaat om de totale capaciteit van windturbines die 13 procent van alle Texaanse energie opwekken, de regio's in de windgordel in het Midwesten hebben het grootste aandeel van windelektriciteit - bijna 20 procent in 2016, maar bijna geen zonne-energie. New York, In de tussentijd, heeft ambitieuze doelen voor 2030, maar tot nu toe slechts heel weinig wind (3 procent) en zonne-energie (1 procent).

De meest fundamentele veranderingen van hoge niveaus van wind en zon hebben betrekking op het tijdstip waarop elektriciteit goedkoop of duur is en de mate van regelmaat in die patronen.

Op concurrerende groothandelsmarkten, bedrijven concurreren om stroom te leveren aan de entiteiten die regionale elektriciteitsnetwerken exploiteren. Prijzen worden bepaald door te bieden, en per uur ingesteld op basis van vraag en aanbod. Alle winnende bieders krijgen de marktclearingprijs betaald.

Aangezien zon en wind geen brandstofkosten hebben, ze kunnen laag bieden om ervoor te zorgen dat hun macht op de markt wordt geaccepteerd. Hoe meer wind en zon in een markt, hoe vaker de clearingprijs daalt. In de huidige markten, we zien nu al dat prijzen soms naar nul of zelfs negatief gaan.

Grote hoeveelheden zonne-energie veranderen de dagelijkse prijspatronen aanzienlijk. Met hoge zonne-aandelen in Texas, bijvoorbeeld, groothandelsprijzen zouden midden op de dag dalen tot gemiddeld $ 10/MWh en dan 's avonds stijgen tot gemiddeld $ 80/MWh. Als referentie, een megawattuur (MWh) is iets meer dan de hoeveelheid elektriciteit die het gemiddelde Amerikaanse huishouden in één maand verbruikt.

In een scenario met een hoog percentage wind- en zonne-energie die energie aan het net levert, de frequentie van perioden met lage prijzen (minder dan $ 5/MWh) neemt toe tot tussen de 3 procent en 19 procent van de uren, afhankelijk van de regio en de mix van hernieuwbare energiebronnen. Hoge zonne-energie in Texas, met zijn beperkte elektrische verbindingen naar aangrenzende regio's, ervaart de hoogste frequentie van perioden met prijzen die bijna nul zijn.

Gemiddelde uurgroothandelsprijzen dalen met meer VRE-penetratie, met $ 5- $ 16 / MWh, afhankelijk van de regio en de mix van wind en zon. Dalingen van de gemiddelde groothandelsprijzen en het vaak voorkomen van perioden met zeer lage prijzen zullen van invloed zijn op de winstgevendheid van VRE en inflexibele generatoren zoals kern- en kolencentrales die in deze uren werken.

Grotere behoefte aan on-demand stroom

Prijsvolatiliteit neemt toe met hogere VRE-aandelen, vooral in de scenario's met veel wind. De ochtendprijzen in het voorjaar in CAISO kunnen bij veel wind variëren tussen $0 en $50/MWh, maar vallen in een veel smaller bereik in het lage VRE-scenario.

als laatste, we ontdekten dat de piekuren verschuiven van de middag naar de avond, nadat de zonne-output daalt. Deze nieuwe "nettopieken" duren korter, maar zijn verdeeld over meer dagen van het jaar. Terwijl pieken doorgaans worden opgevangen door het opvoeren van conventionele elektriciteitscentrales, de kortere duur van nettopieken schept kansen voor gerichte energie-efficiëntie, het verminderen van de vraag naar elektriciteit (vraagrespons), veranderingen in retailtarieven om nieuwe piektijden weer te geven, of zelfs batterijen.

Deze studie benadrukt alleen de mogelijke impact van deze gewijzigde prijspatronen op beslissingen aan de vraag- en aanbodzijde van de elektrische sector. Maar het biedt een basis voor later geplande kwantitatieve evaluaties van deze beslissingen in lage en hoge VRE-futures.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.