Das kalifornische Stromnetz steht vor Herausforderungen, um seine Ziele zu erreichen

Der Chief Operating Officer des California Independent System Operator – der das Stromnetz für etwa 80 % des Staates verwaltet – sagt, dass Kaliforniens ehrgeizige Ziele für saubere Energie erreicht werden können. Er warnt aber auch davor, dass es auf der Straße viele Unebenheiten geben werde.

„Ich bin optimistisch, weil ich auf verschiedenen Ebenen ein koordiniertes, strategisches Denken über die Herausforderung sehe“, sagte Mark Rothleder, COO und Senior Vice President des Systembetreibers.

Die politischen Entscheidungsträger des Bundesstaates wollen, dass das kalifornische Stromsystem bis 2045 – wenn nicht schon früher – auf 100 % kohlenstofffreie Quellen angewiesen ist. Außerdem soll sichergestellt werden, dass das Licht angeht, wenn Kunden einen Schalter umlegen .

In einem Interview sagte Rothleder, er mache sich keine Illusionen darüber, dass die Umgestaltung des Netzes, das die fünftgrößte Volkswirtschaft der Welt antreibt, einfach sein werde.

Kalifornien hat kürzlich gezeigt, dass es sein Stromnetz für kurze Zeiträume mit sauberen Energiequellen betreiben kann.

„Die Frage ist jetzt“, sagte Rothleder, „wie schafft man das mit einer Reihe von Ressourcen für 8.760 Stunden im Jahr“ – also 24 Stunden am Tag für 365 Tage – „und nicht nur ein paar gezielte Stunden, wenn man wenig Energie hat.“ Belastung und günstige Konditionen.“

Eine große Herausforderung besteht darin, Tausende Megawatt erneuerbarer Energieressourcen zu entwickeln und in das Stromnetz einzubinden. Kaliforniens derzeitiges 50-Gigawatt-Stromversorgungssystem muss auf 120 Gigawatt erweitert werden, um alle CO2-freien Ressourcen einzubeziehen, die zum Erreichen des staatlichen Ziels für 2045 erforderlich sind.

Der California Independent System Operator sagt, dass in den nächsten zwei Jahrzehnten jedes Jahr 7 Gigawatt (oder 7.000 Megawatt) sauberer Strom hinzugefügt werden müssen. Und diese zusätzlichen Ressourcen müssen integriert werden, während das Stromnetz weiterhin Strom liefert.

Einer von Rothleders Kollegen verglich die Arbeit damit, ein Auto zu nehmen und eine größere Reparatur durchzuführen – etwa den Motor auszutauschen und die Reifen zu wechseln –, ohne das Fahrzeug anzuhalten.

„Wir können nicht einfach das System abschalten und den Energiefluss stoppen, während wir diese Transformation durchführen“, sagte Rothleder. „Wir müssen das Auto am Laufen halten.“

Hürden, die es zu überwinden gilt

Noch eine Herausforderung? Koordinierung aller Reinigungsressourcen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Systemzuverlässigkeit.

Erdgas stellt die größte Einzelenergiequelle Kaliforniens dar, es handelt sich jedoch um einen fossilen Brennstoff. In der jüngsten Aufstellung der California Energy Commission machte Erdgas im Jahr 2022 47,46 % der bundesstaatlichen Stromerzeugung aus.

„Ehrlich gesagt brauchen wir einige dieser Gasressourcen noch eine Weile, solange wir sie bekommen [cleaner] Technologien vorhanden“, sagte Rothleder. „Wir verwenden [natural gas plants] immer weniger, was gut ist, aber diese Fähigkeit zu haben und sie dann zu nutzen, wenn man sie braucht, ist immer noch eine wichtige betriebliche Priorität.

Im vergangenen Jahr hat die Behörde 5.660 Megawatt neuen Strom ans Netz gebracht, in den nächsten sechs bis acht Monaten des Jahres 2024 sollen etwas mehr als 1.100 zusätzliche Megawatt in den kommerziellen Betrieb gehen.

Batteriespeicher sind einer der größten Wachstumsbereiche des Landes und haben sich innerhalb von drei Jahren um das 30-fache auf fast 7.200 Megawatt erhöht. Batterien gelten als entscheidend, da die Wind- und Solarproduktion unregelmäßig erfolgt.

Tagsüber ist die Sonnenenergie zwar reichlich vorhanden, nach Sonnenuntergang oder wenn Rauch und Wolken den Himmel verdecken, verschwindet sie jedoch praktisch. Und wenn der Wind nicht weht, versiegt die Produktion aus Windparks. Batteriespeicher können die Lücken schließen.

Speicher können beispielsweise tagsüber überschüssigen Solarstrom aufnehmen und den Strom später wieder abgeben, insbesondere zwischen 16 und 21 Uhr, wenn das kalifornische Stromnetz am stärksten belastet ist.

Für Netzbetreiber ist die Koordination aller Ressourcen zwingend erforderlich.

„Es macht mir nichts aus, wenn ich den Bedarf der Stromkunden nicht decken kann“, sagte Rothleder. „Und Zuverlässigkeit ist Job 1. … Ihre Erwartung ist: ‚Jedes Mal, wenn ich es brauche, möchte ich es nutzen können.‘ ”

In den kommenden Jahren rechnet Kalifornien mit großen Beiträgen zu seinem Stromnetz durch schwimmende Offshore-Windprojekte.

Energiebeamte gehen davon aus, dass die vor der Küste Nord- und Zentralkaliforniens geplanten Windparks bis 2030 bis zu 5 Gigawatt und bis 2045 25 Gigawatt Strom erzeugen werden. Zum Vergleich: Das Kernkraftwerk Diablo Canyon in San Luis Obispo produziert eine Kapazität von 2,2 Gigawatt macht jedes Jahr etwa 9 % des Strommixes des Staates aus.

Während letzten Monat das erste Offshore-Windprojekt in New York ans Netz ging, wurden in der Branche andere Projekte verschoben oder sogar abgesagt, weil höhere Zinsen die Finanzkosten erhöhten und die Inflation die Preise für Turbinen, Stahl und Arbeitskräfte in die Höhe trieb.

Der Netzbetreiber gab letztes Jahr einen Einblick in die Vorstellung, wie das Stromnetz des Staates aussehen wird, als er seinen ersten 20-Jahres-Ausblick veröffentlichte.

Der größte Einzelressourcenzuwachs wird voraussichtlich aus 53.212 Megawatt Solarenergie im Versorgungsmaßstab kommen. Aber das Hinzufügen dieser Menge wird viel Platz beanspruchen.

Im Anhang des Ausblicks wird geschätzt, dass 53.212 Megawatt Solarkapazität die Nutzung von mehr als 372.000 Acres Land erfordern würden. Perspektivisch reicht das ungefähr aus, um den Lake Tahoe dreimal zu durchqueren. (Die Fläche von Lake Tahoe nimmt 122.200 Acres ein.)

Erledigung … und zu welchem ​​Preis?

Rothleder sagte, die Integration aller verschiedenen Energiequellen in das Netz könne nicht isoliert erfolgen.

„Wenn Sie dies strategisch und ganzheitlich tun können und wir alle zusammenarbeiten können, bin ich zuversichtlich, dass es Lösungen gibt“, sagte er. „Es sind vielleicht keine billigen Lösungen, aber es gibt Lösungen. Und dann besteht die Herausforderung darin, wie man das zuverlässig, kostengünstig und im richtigen Tempo und in der richtigen Reihenfolge erledigt, um die Unebenheiten auf der Straße zu minimieren?“

Die Erschwinglichkeit ist ein großes Problem, da Versorgungskunden in ganz Kalifornien mit unaufhaltsam steigenden monatlichen Rechnungen rechnen müssen.

Die Umstellung auf ein System, das viel stärker auf die Strominfrastruktur angewiesen ist, lässt Kritiker der staatlichen Energiewende vorhersagen, dass die Kosten weiter steigen werden. Der 20-Jahres-Ausblick des Systembetreibers mit seinem prognostizierten Portfolio an deutlich mehr erneuerbaren Energiequellen schätzte die Kosten allein für die Übertragungskosten auf etwa 30,5 Milliarden US-Dollar.

Die Festlegung der Tarife liegt außerhalb der Zuständigkeit des Netzbetreibers, Rothleder schlägt jedoch vor, die Tarife und Kosten umfassender zu betrachten und den gesamten Energie-Fußabdruck eines Haushalts einzubeziehen – nicht nur die Stromrechnungen, sondern auch die Transportkosten, die die Verbraucher zahlen.

„Wenn Ihre Stromrechnung steigt, Ihre Benzinrechnung jedoch sinkt, weil Sie Ihr Auto von Benzin auf Strom umgestellt haben, wie hoch sind dann die gesamten Energiekosten für einen Verbraucher in Kalifornien? Ich denke, dass Sie darüber vielleicht ein anderes Bild bekommen“, sagte Rothleder.

San Diego Gas & Electric veröffentlichte letztes Jahr eine „Path to Net Zero“-Studie, die bis 2045 blickte und zu einem ähnlichen Ergebnis kam.

Der Bericht prognostizierte, dass die Strom- und Erdgasrechnungen von SDG&E im Jahr 2045 in konstanten US-Dollar höher ausfallen werden als im Jahr 2022. Hausbesitzer, die elektrifizieren, werden jedoch eine drastische Reduzierung ihrer Benzinausgaben erleben, und die Gesamteinsparungen an der Zapfsäule werden die höheren Stromrechnungen weitgehend ausgleichen .

„Es wäre wahrscheinlich hilfreich, das der Öffentlichkeit zu erklären“, sagte Rothleder, und den Leuten zu sagen, „was sie auf dem Weg erwartet, damit sie nicht schockiert sind – oder wenn sie schockiert sind, zumindest verstehen, was passiert und warum es passiert.“ was passiert und was die Kompromisse sind.“

Es drohen Stromausfälle

Das letzte Jahr verlief für das kalifornische Stromnetz relativ reibungslos, vor allem aufgrund des gemäßigten Wetters und eines nassen Winters, der die Stromerzeugung aus Wasserkraftwerken steigerte.

Der Systembetreiber musste keinen einzigen Flex Alert herausgeben – eine Aufforderung an Versorgungskunden im ganzen Bundesstaat, den Verbrauch in den späten Nachmittags- und frühen Abendstunden freiwillig zu reduzieren, normalerweise im Sommer, wenn Millionen von Menschen ihre Klimaanlagen aufdrehen und einschalten Netz unter Belastung.

Doch in den vergangenen Jahren war vieles anders. Im August 2020 führte ein „Hitzedom“, der sich über fast ganz Kalifornien ausbreitete, an zwei aufeinanderfolgenden Tagen zu wechselnden Stromausfällen, die dazu führten, dass einige Gebiete bis zu zweieinhalb Stunden lang ohne Strom blieben. Der Golden State konnte eine Wiederholung im Jahr 2021 nur knapp vermeiden, und im Jahr 2022 gab der Netzbetreiber eine Rekordzahl von 10 aufeinanderfolgenden Tagen an Flex Alerts heraus.

„Wir haben versucht, vor Ort genügend Redundanz aufzubauen, und es gibt eine Sache mit dem Timing und der Reihenfolge, die man klären muss“, sagte Rothleder. „Wir stellen in einem bestimmten Zeitrahmen neue Ressourcen mit neuen Fähigkeiten bereit und müssen dies tun, bevor wir andere Ressourcen, auf die wir uns verlassen, stilllegen. Und vielleicht [it’s advisable to have] eine ein- bis zweijährige Überlappung, damit wir uns mit den neuen Ressourcen über die neuen Ressourcen sicher sind, bevor wir die alten Ressourcen loslassen.“

Der Netzbetreiber des Landes bezieht normalerweise etwa ein Viertel seines Strombedarfs aus Nachbarstaaten.

Die Agentur ist eines der Mitglieder des Western Energy Imbalance Market, der rund 80 % des Energiebedarfs in der Region abdeckt. In Zusammenarbeit mit 22 Systembetreibern in 11 Bundesstaaten im Westen nutzt das WEIM hochentwickelte Technologie, um Energie zu geringen Kosten und in Echtzeit zu finden und an Mitglieder zu liefern.

Laut WEIM hat es seit seiner Gründung im Jahr 2014 den kalifornischen Verbrauchern Vorteile und Einsparungen in Höhe von mehr als 1,7 Milliarden US-Dollar gebracht.

Der Systembetreiber arbeitet außerdem mit anderen Interessengruppen zusammen, um einen erweiterten Day-Ahead-Strommarkt namens EDAM aufzubauen, der darauf abzielt, den Erfolg von WEIM zu nutzen und ihn auf eine breitere geografische Präsenz auszudehnen. Wenige Tage vor Weihnachten hat die Federal Energy Regulatory Commission vielen Bestimmungen zugestimmt, die den erweiterten Day-Ahead-Markt im Jahr 2026 einführen werden.

„Das ist ein großer Vorteil“, sagte Rothleder. „Auch hier handelt es sich nicht um eine einzelne Lösung, sondern um einen Teil des Tools-Mixes, den Sie sich für eine umfassende Lösung wünschen.“

Obwohl der Balanceakt entmutigend sein kann, glaubt Rothleder, dass das kalifornische Netz der Zukunft zuverlässiger und widerstandsfähiger sein kann als das aktuelle System.

„Wenn es richtig gemacht wird, stehen Ihnen viel mehr Werkzeuge zur Verfügung“, sagte er.

Anstatt sich auf einige wenige große Kraftwerke zu verlassen, die den größten Teil des Stroms des Staates erzeugen, würde das Stromsystem aus mehreren Quellen gespeist.

„Denken Sie darüber nach“, sagte Rothleder. „Wenn man ein großes Atomkraftwerk verliert, sind das 2.000 Megawatt auf einmal“, könnte das vom Netz gehen.

„Wenn Sie dies auf mehrere kleinere Ressourcenmengen verteilen, ist Ihre Fähigkeit, einen Teil dieser Verluste zu absorbieren, viel größer, da es sich nicht um einen so großen Teil handelt. Ich glaube also wirklich, dass wir auf lange Sicht ein zuverlässigeres System haben werden. Aber um das zu erreichen, muss es durchdacht konzipiert sein.“

In etwa 20 Jahren werden die Kalifornier wissen, wie sich die Dinge entwickeln.

Nikolewski schreibt für die San Diego Union-Tribune.