电网是一个由电线和发电厂组成的庞大而复杂的系统,对我们的经济和工业实力至关重要。目前,我们面临着一个严峻的挑战:由于人工智能计算、重型化和 “电气化 “等因素,我们的电力需求预计到 2040 年将增加近一倍,但我们的电网基础设施和运营却难以跟上步伐。
要抓住能源丰富的未来,我们必须简化发电、输电和用电过程;这就需要分散电网。大型发电厂和漫长的输电线是建设的负担,但太阳能、电池和先进的核反应堆等技术带来了新的可能性。正是这些技术和其他更 “本地化 “的技术,可以避开昂贵的长途线路,直接在现场安装,这将有助于支持未来几十年负荷的大幅增长。
历史上的工业扩张依赖于大型集中式发电厂,而 21 世纪则标志着向分散式和间歇性能源的转变,从 “枢纽和辐条 “模式过渡到更多的分布式网络。当然,这种演变会带来新的挑战,我们需要创新来弥补差距。
成长的烦恼
美国电网由三大互联系统组成: 东部、西部和德克萨斯州由 17 个 NERC 协调员管理,ISO(独立系统运营商)和 RTO(区域输电运营商)负责监督区域经济和基础设施。然而,实际的发电和电力输送则由当地的公用事业公司或合作社负责。这种结构在负荷增长较低的时代发挥了作用,但扩大电网基础设施以满足当今的需求正变得越来越具有挑战性和昂贵。
连接问题
电网运营商使用并网队列来管理新资产的并网,评估电网是否能够在不失衡的情况下支持该地点新增的电力,并确定必要升级的成本。目前,有超过 2000 千兆瓦(GW)的电力等待并网,仅 2022 年就有超过 700 千兆瓦的项目进入并网队列。这是一个很大的数字:整个美国电网的发电装机容量只有 1200 千兆瓦。
然而,在现实中,许多项目在面临并网成本后就退出了。从历史上看,只有 10%-20%的排队项目实现了并网发电,通常需要在申请后 5 年以上的时间才能最终并网发电,而且时间只会越来越长。开发商经常提交多个投机性建议,以确定最便宜的并网点,然后在成本确定后撤回不利的建议,从而使可行性研究复杂化。由于申请数量激增,加州电网运营商 CAISO 被迫在 2022 年停止接受任何新的申请,并计划在 2024 年再次这样做。
在我们的能源转型过程中,这是一个关键的限制因素和成本驱动因素。能源部最近的一份报告指出,要满足 2035 年的高负荷增长,整合新资产的区域内输电必须增加 128%,区域间输电必须增加 412%。即使是更为乐观的预测,预计也将分别增长 64% 和 34%。
有人提议进行改革,以帮助缓解开发工作的积压。联邦能源管理委员会(FERC)正在推行 “先准备好,先服务 “的政策,增加费用以过滤提案并加快审查。德克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)采用 “连接和管理 “方法,允许快速连接,但如果项目威胁到电网可靠性,则将其断开–这在快速增加新电网资产方面取得了显著成功。虽然这些政策标志着进步,但简化其他法规(如《国家环境影响评估法》)对于加快建设也至关重要。
但是,即使获得批准,电网建设仍面临供应链障碍,包括超过 12 个月的交付周期,以及大型电力变压器价格飙升 400%,再加上特种钢材短缺。要实现发展变压器制造业的联邦目标,还有赖于对电力钢铁行业的支持,尤其是即将出台的 2027 年能效标准。所有这一切都发生在电网停电(主要与天气有关)创 20 年新高、需要更换硬件之际。