Добавить новость
ru24.net
World News in Dutch
Февраль
2016

Why the "duck curve" created by solar power is a problem for utilities

0
Vox 

Let's talk about the "duck curve," shall we? Everyone who cares about solar energy should know about the duck curve. Plus, it's fun to say. Duck curve. Duck curve.

The long story is below, but the short story is: The duck curve refers to the effect that solar power has on demand for utility electricity.

For many, many decades, demand for electricity followed a fairly predictable daily course, allowing utility grid managers to become experts at predicting and satisfying it.

The addition of large amounts of solar to the grid promises to fundamentally change the shape of that daily demand profile — in ways that make grid operators nervous about maintaining power and reliability. And in ways that make it look like a duck.

The duck curve is a problem, albeit a solvable problem. In my next post, I'm going to get into all the various ways to solve it. But for today, I'm just going to lay it out. And possibly make a bunch of duck jokes.

Let's start at the beginning.

Electricity demand used to have a predictable, manageable shape (namely a camel)

Demand for electricity varies throughout the day, but it does so in fairly predictable ways. It rises in the morning to a little hump before noon, levels out over midday, and then rises to a higher hump in the evening, when everyone gets home from work and turns on their TVs and stoves.

Here's a typical "load curve," from the New England region in October 2010:

(EIA)

If you squint, you can kind of see a camel's back, with its two humps.

The exact shape of this curve varies from place to place and season to season, obviously. In some times and places the humps are more pronounced; in temperate climates, with less heating and cooling demand, they're a little flatter.

But in most cases, load curves share a few key characteristics. There are two daily humps. Demand never gets too high or too low, meaning it stays within a reasonably manageable range. And the ramp-ups and ramp-downs of demand are fairly gradual.

For nigh a century, that's the demand utilities met, and they got really good at it.

For that baseline amount of energy that's always needed — "base load" — they run big power plants, usually nuclear and coal, around the clock. These plants are typically slow (and expensive) to start or stop, but cheap once they are running.

Then there's "intermediate load," with the next-cheapest tier of power plants, and at the top of that second hump, "peak load," satisfied by (usually natural gas) "peaker plants" that are expensive to run but easy to ramp up and down quickly.

It all worked out fine until wind and solar came along. They do different things to the load curve, though, and today we're focusing on solar.

(Shutterstock)

Hello, Newman.

The thing about solar power is you can't schedule it like you can a power plant. The sun shines when the sun shines, typically from morning to mid-afternoon. When the sun is out and a customer's solar panel's are generating energy, that customer is using less of the energy put on the grid by the utility.

In other words, from the grid operator's point of view, solar energy doesn't look like a power plant at all (those are controllable, or "dispatchable," in the jargon), it looks like a reduction in demand. It's a reduction in demand for the power supplied by the grid operator's power plants — a somewhat predictable reduction, but not a controllable one.

So now grid operators no longer have to supply total demand. They have to supply total demand minus solar power. Total load minus solar power is known a "net load." That's the new target utilities have to hit.

And when solar starts getting big, net load starts looking a lot different from old-fashioned load.

With lots of solar, load curves start looking like ducks

Which brings us to the duck curve.

A few years ago, the California independent system operator (ISO), or CAISO, put out a short paper on the duck curve that got a lot of attention. California has experienced the highest penetration of solar PV of any state and expects enormous growth in years to come.

In 2012, California's load curve was bopping along like normal, looking like a camel. To illustrate, I give you this delightful sketch from journalist Jordan Wirfs-Brock (from his great article on the duck curve):

(CAISO/Jordan Wirfs-Brock)

That light blue line tracing the camel's humps is the shape of California's actual 2012 load curve.

But in 2013, as solar ramped up, things started changing. Demand was suppressed more during the day, when the sun was up. And in coming years, CAISO expects the effect to become more and more pronounced, until the load curve starts looking like … a duck:

(CAISO/Jordan Wirfs-Brock)

Okay, fine, here it is without the duck:

(CAISO)

What's wrong with a duck?

One notable thing about the duck curve is that it wreaks havoc on the revenue of power producers and utilities. That gives them every reason to exaggerate its inevitability and its danger — remember that, as we'll return to it later.

So from the point of view of the grid operator, worries about the duck curve are threefold:

1) Steep, tall ramps.

The ramps, those times when net load is rising or falling, no longer look like the gentle slope of a camel's hump. They get steep and tall (like a duck's back) and relatively quick. That means grid operators are forced to take a bunch of power plants offline, or put a bunch online, quickly.

What's especially unfortunate is that the sun tends to go down just before the evening peak of demand, which means net load goes from very low to very high, very quickly (13,000 MW in three hours, in the CAISO example), and then down low again.

Grid operators don't like steep ramps. It is expensive and highly polluting to turn a bunch of plants down (or off) and then crank them back up again all at once.

Coal is not good in this role, as it is slow to ramp. Nuclear is proving a little more flexible in some places, but not so much in the US yet. For the most part, for fast-responding power plants utilities turn to natural gas.

So California needs enough natural gas capacity to supply the evening peak, but for most of the midday, it doesn't need any of it. That amounts to a lot of natural gas plants sitting around a lot of the time, with low "capacity factors," but being ramped up and down frequently, increasing operating and maintenance costs. That all makes grid operators grumpy.

(Shutterstock)
Not a good load profile.

2) Overgeneration and curtailment

When the duck gets really fat, its belly starts hanging closer to the bottom of the chart — net load gets closer and closer to zero. That means all the peaker plants get shut down, all the intermediate plants get shut down, and some of the base load plants start to get ramped down too.

And then a few hours later, they all get ramped back up.

For one thing, that's expensive. For another, grids need a certain amount of reserve power online at all times as a buffer in case of accident or disruption. If so much solar comes online that it starts to eat into those reserves, solar will be "curtailed," i.e., the grid will stop accepting it. (Curtailment also happens for economic reasons.)

In Hawaii, where 10 percent of customers now have rooftop solar, the duck's belly has hit bottom a few times, as this story by Jeff St. John details. Check out the red line:

(GTM)

As you can see, net load was negative there for a few hours on August 8 — there was "backfeed" into the grid, which can play havoc with voltage and stability.

In Hawaii, the duck's back is so low, and the ramp up to its head so high, they've started calling it the "Nessie curve," after the Loch Ness Monster.

These worries have led Hawaiian Electric Co. (HECO) to pull back on solar and institute new interconnection standards. (Right now, somewhat insanely, the grid has no communication with most of those solar panels and no ability to control or predict them.)

3) Frequency response

For stability, the grid must closely balance supply and demand, second by second. Frequency is maintained at around 60 hertz. In case of a sudden disruption — the unexpected loss of a power plant, transmission line, or large load — the grid needs resources capable of ramping up or down quickly to compensate.

This is done by automated frequency response systems, usually on conventional power plants. If solar starts shutting down all those plants in the middle of the day, the grid loses those resources, and with it some stability.

(Right now, most solar systems do not have automated frequency response, but they are capable of it — more on that in the next post.)

Flattening the duck

Remember, it is in utilities' interest to make the duck curve seem inevitable and insoluble. Solar is screwing up their business model, but "we're making less money" does not move the hearts of regulators, especially when it's a response to customer choice. On technical problems, however, regulators are more likely to defer to utilities.

(Shutterstock)
A flatter sort of duck.

So it's worth stressing: There are lots and lots of ways to flatten the duck. From an engineering perspective, the problem is solvable, at least for the foreseeable future. There may be some level of wind and solar penetration where the cost of integrating them into the grid exceeds the benefit, but we are nowhere close to that level yet.

The next steps to accommodate more solar on the grid are clear. I'll cover some of them in my next post. Get excited, you ducking maniacs.




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus




Дети играют, родители отдыхают

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

Раздвигая горы - к единству и созиданию! Манифест лезгинского народа (письменное обращение, воззвание программного характера)

Состоялось открытие фотовыставки «Особенная красота»


Brit Who Fought Usyk Calls For Daniel Dubois To ‘Leave The Sport’ After Staying Down In Rematch

Adil Rami carga contra Lamine: "No puedo ni verlo, que le den..."

La UFC anuncia un mes de octubre mayúsculo

Las 'Guerreras del Agua' se dan un baño de bronce en el Mundial de Singapur


НПС построит новые съезды с Северо-Восточной хорды

Свято Боголюбский Женский Монастырь

Возбуждено первое в России уголовное дело о дропперстве

Отдых в отеле, джип и частный дом: какие взятки мог получить экс-губернатор Тамбовской области


Brütal Legend is free in honor of Ozzy Osbourne, but only for 666 minutes

Краткая биографическая справка о центральных персонажах Mafia: The Old Country

'I destroyed months of your work in seconds' says AI coding tool after deleting a devs entire database during a code freeze: 'I panicked instead of thinking'

Microsoft warns of 'active attacks' on its government and business server tech, with one cybersecurity expert claiming that they should 'assume that you have been compromised'



В Москве завершился сбор с руководителями финансово-экономических подразделений Центрального округа Росгвардии

В Третьяковке на Кадашевской набережной открылся концертный зал

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России




Гарбузов: виртуальный лифт КМЗ станет экспонатом выставки «Та самая Москва»

Михаил Ефремов разъехался с женой на фоне новостей о разводе

В студии Детского радио прошла церемония гашения почтовой марки

Трагедия для всей России: наша любимая актриса из "Служебного романа" скончалась на 82-м году жизни


Несколько автомобилей столкнулись на внешней стороне 92-го км МКАД

Группа Аквилон передала государству первые квартиры

Патрушев: НАТО усиливает давление у морских границ России

Участник ЛизаАлерт из Бурятии помог спасти мужчину в лесу подмосковья


Мирра Андреева из России удерживает пятую позицию в рейтинге WTA.

Алекс де Минор вышел в 1/8 финала турнира ATP-500 в Вашингтоне

Теннисист Медведев: когда я играю хорошо, могу победить любого

Медведев обыграл У Ибина и вышел в 1/4 финала турнира в Вашингтоне


В Ростовской области обломки БПЛА привели к задержке 10 пассажирских поездов

Как мы в Fix Price автоматизировали создание рекламных видео

Кто прошёл в финал «Нашей новой музыки»: фото участников

Синоптик Тишковец: череда тропических ливней в Москве завершена


Музыкальные новости

Скандальный Сергей Шнуров неожиданно снял стильный путеводитель по Костроме

Адвокат Багатурия: Ларису Долину могут снова оставить без квартиры

Питчинг Релиза. Отправить релиз на Питчинг.

Кажетта Ахметжанова: 5 камней для усиления женской энергии



В Москве завершился сбор с руководителями финансово-экономических подразделений Центрального округа Росгвардии

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России

Оркестр полиции Республики Сербской впервые выступит на фестивале «Спасская башня» в Москве


Водитель Audi сбил трех пешеходов, переходивших дорогу на западе Москвы

Бастрыкин поставил на контроль дело об избиении мужчиной ребенка в Подмосковье

Врач Поляков: Киркоров рискует сойти с ума из-за препарата для похудения

Рекордный массовый женский нетворкинг: событие от «Мир Бизнес Мам»


Поезда не будут ходить на участке Сокольнической линии метро с 26 по 28 июля

Водитель Audi сбил трех пешеходов, переходивших дорогу на западе Москвы

В Москве росгвардейцы оказали помощь пострадавшей в ДТП мотоциклистке (видео)

На МКАД в Москве произошло массовое ДТП, движение затруднено


"Ультиматум Трампа: потенциальные последствия для Путина"

У Путина есть роскошный подарок для Китая: США схватились за голову, узнав о нем

Соболезнования в связи с авиакатастрофой в Амурской области выразили зарубежные лидеры

В сентябре Путину будет представлена обновленная программа строительства кораблей для ВМФ.


Депздрав Москвы оценил ситуацию с распространением нового штамма коронавируса

Обнаружен новый штамм коронавируса: он очень заразный и забирает голос

Депздрав: новый штамм коронавируса «стратус» фиксируют в Москве с мая

Новый штамм коронавируса "стратус" фиксируют в Москве с мая




Компания КИТ МЕД представляет революционный аппарат SONOQUEEN — первую в мире анатомическую HIFU-технологию для anti-age терапии в России

Фитнес-марафоны на паузе: суд продлил домашний арест блогеру Лерчек

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

Пластический хирург Софья Абдулаева: подтяжка груди нитями - эффективно ли это


Британский журналист: Зеленский - мелкий жулик и крыса, которому «недолго осталось» в этом мире


Пять земельных участков для размещения НКО доступны на городских торгах

"Монсон о спортсменах, которые меняют гражданство в сложный период для России"

Игровые терминалы в ТЦ: союз ради будущего

«Каникулы с Росгвардией» проходят в регионах Центральной России


Лукашенко заявил, что в Белоруссии «на всякий случай» готовятся к войне

Лукашенко с иронией отнесся к санкциям, запрещающим ему въезд в Эстонию

Лукашенко посоветовал не злить его и не допускать падежа в животноводстве

Лукашенко поделился мнением о самой идеальной профессии.



Мэр Москвы: Улучшим транспортную доступность Южного и Северного Бутова

Собянин: Около 10 тыс. москвичей начали переселение по реновации этим летом

Сергей Собянин. Главное за день

Собянин поддержал проведение конкурса «Лучший книжный магазин Москвы»


Детеныш краснокнижной боливийской обезьяны появился на свет в Московском зоопарке

Московские студенты начали исследовать влияние климатических изменений на сток рек Ямала

6 лет вместе. В Москве пройдет выставка, посвященная пандам Жуи и Диндин

В центре внимания: CorpSoft24 вошел в рейтинг крупнейших ИТ-компаний России


Врач Щетинина: натуральные соки могут навредить здоровью пожилых

Патрушев: НАТО усиливает давление у морских границ России

Участник ЛизаАлерт из Бурятии помог спасти мужчину в лесу подмосковья

Россия готова решительно парировать военные угрозы на море, заявил Патрушев


Республика Алтай вошла в десятку регионов России по развитию ипотеки

Путин дал указание рассмотреть проблемы онкологии в Архангельской области.

70 участников СВО в Архангельске показали мотивацию выше госслужащих — Цыбульский

Настольный термотрансферный принтер штрих-кодов iDPRT iE4P


Прогноз погоды в Крыму на 25 июля

Лавандовое поле горит в Симферопольском районе Крыма

"Россия дала мне возможность быть счастливым": Джефф Монсон в Крыму

Россияне выбирают Крым для отдыха с детьми – названы города-лидеры


Кто прошёл в финал «Нашей новой музыки»: фото участников

В Ростовской области обломки БПЛА привели к задержке 10 пассажирских поездов

Участник ЛизаАлерт из Бурятии помог спасти мужчину в лесу подмосковья

Врач Щетинина: натуральные соки могут навредить здоровью пожилых












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Даниил Медведев

Теннисист Медведев: когда я играю хорошо, могу победить любого






Как мы в Fix Price автоматизировали создание рекламных видео

Адвокат Грачева заявила, что Седокову хотят привлечь к уголовной ответственности

Синоптик Тишковец: череда тропических ливней в Москве завершена

Патрушев: НАТО усиливает давление у морских границ России