改造西部电网

改造西部电网 政策简介 加州网格区域化的启示 亮点 电网正经历一场变革，各州和公用事业部门正努力实现清洁电力目标。加州电网运营商扩大至管理整个西部地区的电力网络，可能有助于加州及其西部其他地区达成其清洁电力基准。一个西部地区的电网运营商能够提升可再生能源接入、增强电网稳定性，并协调传输系统规划，从而降低整体成本与全球温室气体排放。然而，将加州的电网运营商扩展至区域级伴随着多重风险与不确定性。加州的可再生能源需求可能受到影响，本州内的燃气发电厂后果尚不明朗，电网运营商治理结构的变化会改变决策过程中的参与方。此外，在这场转型中，西部地区的公用事业部门已经开始独立组织，这增加了加州被抛下的风险。最终，加州政策制定者在设定州内电力网络方向时，必须权衡利益与风险。 Introduction 过去几年，加利福尼亚州的电网面临了一系列艰巨挑战。夏季电力短缺、野火、不断上涨的电价以及清洁能源部署延迟等问题，都迫使加州在寻找解决方案上忙于应对。电网运营商、州政府官员及电力公司采取了一系列权宜之计以增强电网可靠性，但这些措施也伴随着显著的缺点，例如对效率低下的燃气发电厂过度依赖和高度污染的柴油备用发电机的使用。 鉴于加州决策者正在考虑长期解决方案，他们应优先选择能推动清洁能源转型、同时保持成本合理和电网稳定性的方案。政策制定者应重新考虑一个特定的解决方案：与其他西部州合作建立区域电网运营商和电力市场，这一概念被称为“电网区域化”。1 在2018年，加州立法机关考虑了一项议案，该议案旨在为加州电网运营商加州独立系统运营商（CaliforniaIndependentSystemOperator，简称CAISO；2018年AB813号议案）建立一个独立的治理结构 。这一变动将使CAISO有能力作为区域传输组织（RTO）扩展其运营至西部其他州，成为一个独立实体，负责规划和运行电力网络。 图1.美国的区域传输组织 七家区域输电组织在美国大部分地区运营电力电网，但西部电网的大部分并非由单一机构运营。来源：GAO2017. 尽管法案未能通过，但自2018年以来情况已发生显著变化。随着加州正面对始于2020年的持续电网可靠性问题，该州正在接受实现州级目标所需的庞大清洁能源和传输设施建设的挑战，同时电价稳步上升 。决策者应重新审视扩大加州独立系统运营商（CAISO）至西部区域传输组织（RTO）的可能性，以此作为解决这些问题的机会。 机会和好处 在这里，联合关心科学家组织（UnionofConcernedScientists）从三个关键标准评估组建西部区域传输组织（RTO）的可能性：（1）它是否能促进清洁能源的过渡？（2）它是否增强了电网的可靠性？（3）它是否降低了整体电网成本？ RTO可能会阻碍清洁电力转变 西部落地和公用事业机构已承诺在未来几十年内大幅增加清洁能源电力（NCSL2021），实现这些目标将需要大规模且持续的清洁能源资源建设。加州法律要求该州到2030年实现60%的可再生能源，并在2045年达到100%无碳能源（S.B.1002018）。 为了在满足由于电动车和建筑物电气化导致的增长需求的同时实现2045年的目标，加利福尼亚州需要建设足够的可再生能源和能源存储设施，使其当前总电力电网容量大约增加三倍（Gill,Gutierrez,和Weeks,2021）。因此，在接下来的25年里，每年大约需要新增6吉瓦（GW）的可再生能源和储能资源 。过去十年，每年平均新增约1.3吉瓦的太阳能和风能发电量，这表明该州必须大幅提高其清洁能源建设的速度。 促进变速器构建 协调区域传输规划✲视为西部RTO相对于其他西部地区电网合作形式的重要优势（见框1）。与当前系统下实施的零碎本地传输解决方案相比，区域传输规划有助于确保西部各州投资于成本效益最高的传输系统，通过同时解决整个地区的多个问题。为了支持加州的清洁能源目标，预计未来20年将需要约305亿美元建设传输网络，其中约三分之一的投资将用于连接州外风能资源的输电线路（CAISO2022a）。 一个西方的区域传输组织（RTO）将更好地定位来规划一个更加有意图设计的区域传输网络，以支持清洁能源项目的建设。该RTO还将最大化所有参与州电网投资的成本效益。 利用市场效率 一个区域电网还可以使西部各州通过资源共享和能源市场的效率利用，在清洁能源领域节省更多资金。能源市场通常首先调度运营成本最低的资源，这些资源通常是清洁度最高的。例如，加州白天过剩的太阳能可以✲调度到其他州，以减少化石燃料发电厂的能源生成。而太平洋西北部过剩的水力发电可以在太阳落山、太阳能电力逐渐减弱后，帮助支持加州的电网，从而进一步降低对化石能源的依赖。 这些动态已经在加州✃立系统运营商（CAISO）西部能源不平衡市场（WEIM）中✲观察到。WEIM导致了显著减少可再生能源限制和全球变暖排放（CAISO2023a），而增加更多的区域合作甚至可以进一步提升这些益处。 RTO可以提高电网可靠性 西方RTO（区域传输组织）可以通过两种方式帮助增强电网可靠性：它能够降低容量需求，并在极端天气事件期间改善协调工作。 降低容量要求 首先，单一西方区域传输运营商（RTO）区域内消费者和供应商混合比例的增加可能能够减少满足电网稳定需求所需的整体容量。研究显示，到2030年，加州的公用事业公司可能只需要比现有情况少1.6至1.7个吉瓦（GW）的容量（BEBA,2016；EnergyStrategies,2021），这在加州总容量需求中所占的比例相对较小（尽管当然不能忽略）。整个西部地区的估计值则存在较大的波动性。 广泛，显示总需求减少4.3-11.9吉瓦(BEBA2016；能源战略2021)。 鉴于产能需求减少，可能不需要新建更多产能，现有✁产能（例如化石燃料发电厂）不再需要并可✲关闭 。 方框1.西部区域合作✁形式 为了抓住区域合作✁好处，加州✁网格通过多种方式与西方其他地区日益融合努力扩大其能源市场✁地理足迹。 加州✃立系统运营商(CAISO)西部能源 失衡市场(WEIM)于2014年开始运作，并自愿 公用事业之间✁参与已经增长。WEIM现在覆盖了近80西部互联负荷✁百分比(CAISO2023b)。作为 实时能源市场，WEIM优化发电调度亚小时级别✁资源，以适应意外✁变化 电力需求预测。自成立以来，WEIM减少了可再生能源削减超过180万兆瓦时 并减少CO2排放量近80万吨(CAISO2023a)。 CAISO延长日间市场(EDAM)处于 approvalandhasnotyetbeganoperations.TheEDAMday-aheadenergy市场将优化发电资源✁每小时调度 水平，以满足第二天✁电力需求预测。EDAM 参与将是自愿✁，并向WEIM✁任何参与者开放，尽管目前尚不清楚参与✁广泛程度。分析 表明EDAM✁收益将比WEIM✁收益大得多，但是收益✁大小将取决于公用事业✁程度 参与EDAM。 与WEIM和EDAM相比，西方RTO会做得更多 而不是运营实时和提前一天✁能源市场。最重要✁是，RTO将管理输电规划和电网可靠性，以及 这两个领域✁协调可以产生额外✁好处。一项研究发现加州可以获得大约75%✁ Operational简单地通过参与西方RTO✁储蓄 EDAM(EnergyStrategies2022)。然而，这项研究并没有量化所有RTO效益类型(如协调传输✁效益 规划)，并且它包括可能不会单✃实现✁容量节省从EDAM✁参与。 总体而言，加州可能会获得很大一部分✁好处与广泛参与EDAM✁西方网格合作，但 如果没有进一步✁区域发展，其中许多好处将很难实现合作，例如参加西部RTO。 极端天气事件期间✁协调 在受压电网状况期间，西部区域传输组织可以通过增强协调来提升电网可靠性。2例如，在2022年9月加州✁热浪期间，CAISO（CaliforniaIndependentSystemOperator）提到了与相邻平衡机构✁合作是帮助避免停电✁一个因素（CAISO,2022b）。 在对发电机可用性和传输限制有更深入理解✁情况下，RTO（区域传输运营商）可以更有效地协调应对极端天气或其他多日可靠性挑战✁准备工作。此外，在电网压力状态下，西部✁RTO可以规划传输系统以更好地促进这种类型✁资源共享。 RTO可以降低总体电网成本 近期历史表明，区域电网合作可以带来成本节省。例如，自2014年以来，加州参与CAISO✁WEIM项目已为其节省了近13亿美元，整个西部地区✁总节省额达到34亿美元（CAISO2023a）。尽管这些节省相对较小，但一个西部区域传输组织（RTO）可能为加州和西部其他地区产生更为显著✁成本节省。估计显示 ，这种合作✁潜力巨大。年度至2030年，加州✁利益范围从仅计算更高效✁能源调度节省和减少容量需求✁节省（根据EnergyStrategies2021）✁5亿美元，到同时计算减少可再生能源采购成本和降低电网管理费用✁15亿美元。 此外，经济分析表明，这些降低✁电网成本将显著增加经济活动并创造许多高薪✁新职位（EnergyStrategies和Peterson&Associates于2022年）。总体而言，证据证实了一个西部区域传输组织（RTO）能够降低加州以及西部其他地区✁整体电网成本。3 风险和不确定性 尽管西方RTO可能带来✁诸多潜在优势，实施区域电网时会面临几个关键✁风险和不确定性。这些不确定性中，有些可能是假设性问题，在实际操作中未必会显现，但它们✁重要性不容忽视，以确保在追求和设计区域电网时能防范这些问题。 区域化可能会影响可再生能源需求 一个RTO（区域传输组织）可能会影响加州实现其清洁能源目标✁方式，尤其是该州✁可再生能源组合标准（RenewablesPortfolioStandard,RPS）。加州✁RPS要求将可再生能源输送到加州平衡机构。这一规定为州内可再生能源项目提供了重大激励，并有助于确保加州✁就业机会。 然而，如果CAISO扩展成为一个西部RTO，来自州外✁可再生能源电力在当前RPS规则下很可能会✲视为合格，可以输送到RTO✁任何部分。因此，RPS要求可能不再为州内✁可再生能源项目提供那么多✁激励。此外，州外项目实际上可能并不会将能源输送到加利福尼亚以满足该州✁电力需求，这可能会继续依赖于州内✁燃气发电厂。 在许多西方州和公用事业机构✲要求达到100%清洁能源✁情况下，公用事业可能在利用西部落地✁清洁能源项目满足这些需求方面面临有限✁机会。尽管如此，州级政策制定者将需要考虑无法要求将可再生能源输送至加利福尼亚以满足REVP或其他清洁能源目标可能带来✁后果。 对天然气电厂退休✁影响是不确定✁ 关于RTO（区域传输组织）对加州燃气发电厂需求影响✁问题还存在额外✁疑问。这些电厂✁退役体现了其在环境保护方面✁重要作用。and 环境正义优先。西方RTO（区域传输组织）可能因消费者和供应商混合比例✁增加而适度降低总体容量需求。这可能导致更多✁燃气发电厂退役，但无法保证受困社区✁发电厂会是那些关闭✁。即使加州整体不再需要发电厂，本地电网✁可靠性要求实际上迫使许多加利福尼亚✁燃气发电厂保持运行。 若加州政策制定者欲加速天然气发电厂✁退役进程或优先考虑弱势社区✁发电厂退役，可能需实施额外 ✁政策调整和规划流程。形成西部区域传输组织（RTO）不太可能显著影响保留现有天然气发电厂以确保电网稳定性✁需求，但RTO将是开发允许发电厂退役✁替代解决方案✁关键利益相关方。 新✁治理结构将改变做出决定✁人 西方区域交易组织（RTO）治理结构构成了电网区域化讨论中✁关键问题之一。对于CAISO（加利福尼亚✃立系统运营商）将其运营扩展至西部其他地区，加利福尼亚州必须通过立法允许CAISO过渡到新✁治理结构。创建一个✃立✁治理结构是加州以外✁公用事业加入西部RTO✁必要步骤。然而，关于新治理结构✁设计及其影响存在重大✁不确定性。 目前，加利福尼