Wrangling Renewables og Smart Grid: Hvordan kan forbundsregeringen endre fremtidens elektrisitet?


Offshore vindturbiner vil lede Atlanterhavskysten; store solarmer vil dekke sverige av den sørvestlige ørkenen; Overføringstårnene vil cradle høyspennings likestrømsledninger og ta strøm fra vindfulle Great Plains til de befolkede kysten. Det er den fornybare fremtiden for USA at Obama-administrasjonen ser ut til å tenke og sikkert, hva Jon Wellinghoff prognoser. Og som

Offshore vindturbiner vil lede Atlanterhavskysten; store solarmer vil dekke sverige av den sørvestlige ørkenen; Overføringstårnene vil cradle høyspennings likestrømsledninger og ta strøm fra vindfulle Great Plains til de befolkede kysten. Det er den fornybare fremtiden for USA at Obama-administrasjonen ser ut til å tenke og sikkert, hva Jon Wellinghoff prognoser. Og som leder av Federal Energy Regulatory Commission (FERC) Wellinghoff har en bedre enn en sjanse til å gjøre visjonen til virkelighet.

FERC skriver allerede reglene for nye overføringslinjer, noe som muligens gjør det lettere å tillate ny strømforsyningskapasitet - og som et resultat frigjør utviklingen av mer fornybare ressurser. Kommisjonen utgav en ny regel den 17. juni som ville kreve at mandater for fornybar energi vedtatt i 36 landsomfattende landsomfattende-ta hensyn til når og når nye transmisjonslinjer blir installert.

Wellinghoffs mål er å muliggjøre en nær total omforming av elektrisitetssektoren, slik at fornybare ressurser, som sol, vind og flyt av elver, kan møte en større andel av amerikansk strømforbruk. Fordelene, ifølge Wellinghoff, spenner fra "grønne" jobber til å kutte med 80 prosent utslipp av klimagasser som forårsaker klimaendringer innen 2050. Og til slutt kan elektrisitet høstet fra vinden være den billigste form for elektrisitetsproduksjon, som sparer penger for forbrukere.

Fornybar energi tilbyr bare 10 prosent av den totale energiproduksjonen i USA, ifølge US Energy Information Administration, en andel som faller til bare 4 prosent når damene bygget fra 1930-tallet til 1970-årene, regnes ikke. Og selv FERC kan ikke få sin utleier - den føderale regjeringens General Services Administration - å investere i energieffektivitet.

ScientificAmerican.com snakket med Wellinghoff om hvordan og hvorfor den føderale regjeringen - og hans byrå - presser på for denne energirevolusjonen.

[ Et redigert transkripsjon av intervjuet følger .]

Hvordan ser du blandingen av strømgenererende ressurser i vår energiportefølje de neste 30 til 40 årene?
Blandingen endrer seg vesentlig. Hvis du ser på, vet du, for 30, 40, 50 år siden, vi hadde et system hvor du hovedsakelig hadde lokale verktøy som serverte lokale laster med lokal generasjon. Så det var veldig balkanisert og det var veldig spesifikt for enkelte områder at det bestemte verktøyet bare ville tjene dette området med sin egen generasjon og i den grad at de kan ha litt overskudd, ja, de har en liten linje som skulle til nærliggende verktøy, og kanskje de ville dele. Men akkurat nå begynner vi å bygge opp et system som beveger seg vekk fra det, først og fremst fordi vi prøver å senke vårt karbonavtrykk i dette landet og senke det til verden. Vi prøver å redusere bruken av fossile brensler, og vi prøver å gjøre det vi kan for å sikre at vi har ren grønn energi i dette landet. For å gjøre det må vi gå til kildene, og disse kildene er hovedsakelig lokalisert på fjerntliggende steder langt unna belastninger, slik at kraften til slutt må overføres til de lastene på lange [overføringslinjer]. Så, hvis du ser på Midtvesten hvor det er betydelig vind - hele veien fra Dakotas ned til Texas - eller hvis du ser på solens tilgjengelighet i dette landet i sørvest, i Arizona eller Nevada, eller Selv havvinden i Atlanterhavet, må du bygge linjer fra disse kildene til lastene, og du må ha et mye mer robust system som kan støtte det. Det er ikke bare det lokale verktøyet med den lokale generatoren for å betjene den lokale belastningen, det er nå et landsdekkende nett. For å gjøre det må vi se på et mye annerledes system som drives på en langt mer sofistikert måte som går fra region til region på en svært effektiv måte, slik at disse nye grønne ressursene kan leveres der de må leveres.

Hvor nær skal vi få det?
Vi beveger oss ganske raskt i den forstand at i fjor setter vi inn 10.000 megawatt med ny vind [turbiner] i dette landet. Det eneste landet som gjorde mer var Kina, og de gjorde bare litt mer enn det vi gjorde. Jeg tror vi er fortsatt foran Kina i den totale mengden vind vi har i dette landet. Vi har ca 35.000 megawatt vind i dette landet. Så vindutviklingen i dette landet driver virkelig [behovet] for å bytte nettverket til et smartere, mer intelligent og mer effektivt grid for å muliggjøre leveransen av disse ressursene til lastene - og flere og flere av disse fornybare ressursene som blir satt inn i systemet, jo raskere blir det drevet.

Hvor tøft er det å få ny overføring satt inn skjønt?
Vel, det er tøft, det er ingen tvil. Overføring av overføring er et vanskelig problem. Ingen ønsker å sette en overføringslinje i bakgården. Kostnadsfordelingen - hvem skal betale for overføringen - er heller ikke et enkelt problem, og vi har også i dette landet en splittelse mellom hvordan de to er gjort. Kostnadstildelingen for store overføringslinjer utføres av oss, av FERC. Plasseringen gjøres vanligvis av statene, og i noen tilfeller gjøres det til og med av fylkene, så vi har den koble sammen som forårsaker problemer, som i motsetning til for eksempel naturgassystemet i dette landet. FERC plasserer naturgassrørledningen. Vi bestemmer kostnadsfordelingen av disse naturgassrørledningene. Vi er slags en one-stop-butikk. Mens noen som skal overføre en overføringslinje, må de ta seg av statens plassering og med kostnadsfordeling på føderalt nivå og slags splittelse mellom de to, slik at det blir vanskeligere. Det er noen regninger i kongressen nå for å forsøke å lette disse problemene og gi den føderale regjeringen mer plass til myndighet - i siste instans, slags tilbakekoblingsmyndighet - hvis statene ikke kan gå videre med lokaliseringen. Men jeg tror vi kan takle disse problemene. Jeg tror de kan overvinnes, og jeg tror vi kan bygge transmisjonen i dette landet som vi trenger for å utvikle vind og sol, jordvarme og hydrokinetiske systemer - alle de fornybare systemene som er tilgjengelige for oss, og vi har store ressurser i dette landet.

Hvor kritisk er denne transformasjonen av nettet for å få mengden fornybare energikilder vi må være på rette for å gjøre betydelige kutt i klimagassutslippene, hvilke kuttene vi trenger for å hindre eller minimere globale klimaendringer?
For å få så mange fornybare energier som mulig som opererer på rutenettet, er disse fornybare energiene mye forskjellige igjen, karakteristisk enn den nåværende generasjonsblandingen, fordi vi hovedsakelig har basebelastningsplanter som opererer over lange perioder som ikke varierer mye, som et kullanlegg, for eksempel. Vindsystemet kommer til å variere gjennom hele dagen som det er et solsystem. Så, på grunn av forskjellene og også på grunn av det faktum at du må stabilisere rutenettet og holde den i frekvens perfekt hele tiden, må vi trenge måter å gjøre det på; og en av måtene å gjøre det er å oppgradere nettet og gjøre det smartere. For å gjøre det smartere på måter som gjør det mulig for forbrukerne til slutt å være fulle deltakere i nettet, og det kommer til å være en stor nøkkel. Den store nøkkelen skal gi forbrukerne mulighet til å bruke sine laster for å effektivisere nettverket, og samtidig gi mer fornybar energi til å bli integrert i nettet.

Du trenger noe i rutenettet kalt "reguleringstjeneste" som stabiliserer rutenettet. Som hvert lite økt last kommer inn, har du en inkrementell forsyning som må komme inn for å møte den slik at den stabiliseres. En annen måte å gjøre det på, ville være hvis en inkrementell belastning kom inn, må du kanskje slippe litt økning av lasten fra et annet sted. Det kan du gjøre. Hvis du gjorde det i motsetning til å sette i forsyning, ville det være det samme. Det ville være lik gridet, men du kan gjøre det med noen som kommer inn, og si, slå av avrimningscyklusen på kjøleskapet på et gitt tidspunkt. Hvis du hadde kommunikasjons- og kontrollutstyret i kjøleskapet, kunne nettverket signalisere og tillate det å gjøre det. Så lenge kjøleskapet ble opptatt på slutten av dagen, ville du som forbruker ikke bry seg, men i siste instans kunne nettverket fungere mer effektivt. Du får mer vind i rutenettet ved å gjøre det og på slutten av dagen; forbrukeren kan få betalt for å la kjøleskapet gjøre det. Så du kan til slutt ha alt som jobber sammen og få det til å fungere slik at du må få mye mer inn i nettet, fordi du trenger slike tjenester. Og hvis du ikke gjorde det med kjøleskapet, ville du ha det med kullverket eller forbrenningsturbinen som kjører opp og ned, og det gjør at enheten går mye mer ineffektivt. Så hvis du kan gjøre det med kjøleskapet eller du kan gjøre det med bilbatteri, kan de faktisk fungere som gridstøtte, og de gjør det på daglig basis.

Tror du at amerikanerne kommer til å være i orden med det? Tror du de vil være villige til å få verktøyene å bli involvert i disse beslutningene?
Vel, det handler om at forbrukerne har et valg. Enten de er glade eller ikke, er det for forbrukeren å bestemme seg. Hvis jeg ikke vil ha kjøleskapet kontrollert, trenger jeg ikke å bli betalt. Du vet hva pengene blir betalt, en bukk eller to om dagen. Hvis jeg ikke vil ha bilen min, min elektriske bil kontrollert, trenger jeg ikke å få betalt hva disse bilene nå får betalt i Delaware: $ 7 til $ 10 per dag per bil. De blir betalt over $ 3000 i året for å bruke disse bilene til å bare kontrollere reguleringstjenesten på nettet når de belastes om natten. Så det er opp til forbrukeren å bestemme seg. Du vil ikke at det skal skje, si, "Fine, ikke gjør det til meg." Du vil kontrollere kostnadene dine, du vil redusere kostnadene ved å bli betalt for å bruke noen av apparatene dine til å være nettstabilitetssystemer også, så gjør du det. Det er opp til deg. Så i siste instans vil dette være et forbrukervalg, og det kommer til å være selskaper som IBMs og Googles og andre som vil komme bak det og sette utstyret i bilene, i kjøleskap. Jeg vet at Whirlpool akkurat nå installerer i sine kjøleskap disse typer smarte chips som gjør det mulig for disse typer kontroller å skje, men igjen vil det hele være på forbrukerens valg. Det er ikke som Big Brother kommer inn og sier: "Vi skal kontrollere kjøleskapet ditt. Beklager, du har ikke noe valg." Dette er ikke den typen av et land. Dette er et land hvor folk vil ha valg, vil ha frie markeder, og disse markedene vil tillate forbrukerne å gjøre dette hvis det er deres økonomiske fordel.

Et vanlig refrain i dette landet er at så lenge du fortsetter å øke vind og sol, trenger vi lagring, ellers kommer det aldri til å være viktige faktorer i vår energiportefølje. Endrer dette smartere nettverket det?
Vel, det hjelper, fordi vi må tenke hvilken lagring egentlig er. Det er mer lagring i vannvarmere i dette landet enn det er i alle pumpet [vann] lagring i hele USA. Så alt du trenger å gjøre er å kunne kontrollere de vannvarmere og du har lagringsplass akkurat slik. Så er det lagring i bygningene. Tenk på alle engros-kjølehusene som er i dette landet. Alt du trenger å gjøre er å variere temperaturen der inne med en liten mengde, og du har store mengder potensiell lagring som ikke vil påvirke de lagrede varene i disse varehusene, men tillater at systemet fungerer som lagring. Alt vi trenger å gjøre er å kontrollere det. Vi må sette inn kontrollene og kommunikasjonsutstyret, og vi har faktisk store mengder lagringsplass som er tilgjengelig for oss i dette landet, som vi bare må gå og få tak i. ... Det kalles etterspørselsrespons, og du kan bruke det på måter som til slutt vil gjøre rutenettet bedre og sette mer og mer vind og sol og andre fornybare stoffer på rutenettet samtidig.

Hvilken rolle spiller distribuert generasjon i denne visjonen du beskriver, som Million Solar Roofs-initiativet i California?
Jeg tror distribuert generasjon har en stor rolle å spille. Det spiller en rolle, i den grad at det kan lindre overbelastning på lokalt distribusjonsnivå og tillate bedre leveranse av disse eksterne ressursene som vind og fjerntliggende solceller. Men i den utstrekning at lokal distribuert generasjon også kan gi støtte til nettet og også selge inn i nettverket, har det også en rolle å spille. Det kan være tjenester som distribuert generasjon kan gi akkurat som et elektrisk bilbatteri kan gi. Jeg tror det må være en total del av blandingen, men i siste omgang må vi se på i dette landet hvor mange rene ressurser vi kan samle fra begge deler. Begge steder begrensede eksterne ressurser som vind og distribuert generasjon som sol på taket. Jeg tror vi må gjøre begge deler, og vi må se på begge og sikkert i den utstrekning vi kan sette på mer smart kommunikasjonsteknologi på lokalt distribusjonsnivå. Vi vil gjøre disse distributørressursene enda bedre og mer effektive.

Hva betyr dette for tradisjonell generasjon? Du snakker mye om fornybar energi og vind. Hva betyr dette for måtene vi tradisjonelt genererte makt?
Vel, det betyr egentlig at vi må se på hvordan vi leverer kraft på en annen måte. Jeg tror ikke vi kan se på den store sentralstasjonen generasjonen slik vi har tidligere. Sikkert, det kommer til å være nødvendig i noen grad, vi har betydelige mengder kull- og atomkraft- og naturgass-sentral generasjon for tiden i dette landet - men på grunn av den distribuerte generasjonen fra vind, sol, geotermisk og hydrokinetic, tror jeg vi er kommer til å utvikle et annet rutenett som kan huse det på en mye mer effektiv måte. Så den sentrale generasjon-tradisjonelle generasjonen vil fortsatt spille en rolle, men vil fortsatt spille en rolle i fremtiden, men jeg tror at den rollen vil bli mye annerledes, og det vil bli en redusert som flere og flere av disse fornybare ressursene kommer på nett. Og vi ser det akselerere veldig raskt.

Hva slags transformasjonsskala snakker vi om for å-så langt som strømgenereringstransaksjonen går i kraft denne endringen?
Vel, det kommer til å bli inkrementale til slutt. Men vi snakker om en transformasjon over hele landet. Så vi snakker om potensielt titusenvis av miles av nye overføringslinjer for å flytte store mengder vind, sol og andre ressurser til last. Vi snakker om i omfanget av milliarder dollar av investeringer i smart-grid teknologier helt fra forbrukernivå opp til overføring og generasjonsnivå. Så skalaen er veldig stor, men heldigvis vet du at det er noe vi kan gjøre trinnvis, og det er noe vi allerede har begynt å gjøre med stimulanspengene, og med innsats fra enkeltpersoner og andre private enheter også.

Hva vil det bety hvis vi ikke gjør dette? Hva betyr det for USA? Hvis vi ikke gjør investeringene du snakker om, hvis vi ikke bygger et smartere, mer robust rutenett og en annen kilde til generasjon?
Vel, ganske enkelt, hvis vi ikke gjør det jeg foreslår - og det er å se på den laveste prisen, mest effektive fornybare ressurser som må utvikles, og deretter tillate dem å bli utviklet, og også la dem bli levert til de høyeste kostnadene i landet vårt - vi skal betale mer for strøm. Det er alt det betyr. Det betyr at vi skal sette inn mye dyrere elektriske systemer .... Et atomkraftverk er 10 milliarder dollar en pop - det betyr at du skal betale 15 cent per kilowatt time. Du kan levere mye vind for det. Du kan levere sannsynligvis mye å konsentrere solenergi [strøm] for det også. Jeg vet at du kan levere geotermisk energi hele dagen for halvparten av det. Så hvis vi ikke begynner å se på hvordan vi skal levere disse ressursene som til slutt er til en lavere kostnad, skal vi betale mye mer for det. Det er alt. Vi skal betale mye mer for energien hvis vi ikke finner ut hvordan vi leverer det til lastene.

Men USA har mye kull, og for tiden er kull enda billigere.
Kull kan være billigere hvis vi ikke fanger karbon og sekvestrerer det, men jeg tror alle forstår at vi ikke kan gjøre det lenger. Så til slutt, hvis vi må fange karbonet, og vi må sekvestrere det, begynner vi å snakke om kullkraftpriser i siste instans, det kan være nær dem for det $ 10 milliarder av atomkraftverket. Så, igjen, la oss se på den laveste kostnaden å gjøre. Nummer-en-laveste-kostnaden å gjøre er energieffektivitet. Vi må gjøre det overalt i dette landet, og det har vært store barrierer for å gjøre det i lang tid. Vi må redusere disse barrierer. Den første barrieren er kapitalkostnad. Den andre barrieren er informasjon. En annen barriere er koblingen mellom utleier og leietaker hvor du har kommersielle bygninger som du har utleier som ikke har incitament til å forbedre effektiviteten, og leietakerne vil gjøre effektiviteten. Vi er i en bygning her, vi sitter i en i dag, det er akkurat slik fordi FERC ikke eier denne bygningen. Jeg vil gjøre energieffektiviteten, ikke utleier. Så, til slutt, vet du at vi ikke kan få det gjort. Så la oss bryte ned barrierer for å gjøre energieffektivitet. Etter at vi har gjort energieffektiviteten, la oss gjøre det neste billigeste tingen vi kan gjøre: Jeg tror det er vind. Vind er den neste billigeste tingen vi kan gjøre i dette landet. Geotermisk, hydrokinetisk, sol-la oss begynne å se på hva våre minstkostede ressurser er, og la oss få dem til å utvikle seg og la oss få dem levert til laster.
Redaktørens merknad: David Biello er vert for en kommende serie på PBS, med tittelen " Beyond the Light Switch ". Serien, produsert av Detroit Public Television, vil undersøke hvordan transformasjon kommer til hvordan vi bruker og produserer elektrisitet, påvirker miljøet, nasjonal sikkerhet og økonomien.