Home ประเด็นร้อน 10 ปี “Duck Curve” การใช้ไฟฟ้ารายวันแบบ “หลังเป็ด” อเมริการับมืออย่างไร?

10 ปี “Duck Curve” การใช้ไฟฟ้ารายวันแบบ “หลังเป็ด” อเมริการับมืออย่างไร?

10 ปี “Duck Curve” การใช้ไฟฟ้ารายวันแบบ “หลังเป็ด” 🦆 อเมริการับมืออย่างไร? 🇺🇸

เป็นเวลากว่า 10 ปีแล้ว ที่นักวิจัยของ National Renewable Energy Laboratory (NREL) เริ่มสังเกตผลกระทบจากปริมาณการเพิ่มขึ้นของพลังงานหมุนเวียนจำนวนมหาศาลในระบบไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา โดยเฉพาะพลังงานแสงอาทิตย์

📉 จนทำให้รูปแบบปริมาณการผลิตไฟฟ้าในระบบหลักในช่วงกลางวันลดต่ำลง เนื่องจากผู้ใช้ไฟฟ้าผลิตไฟจากแสงอาทิตย์ใช้ได้เอง ซึ่งหากนำมาพล็อตกราฟ จะเห็นเส้นที่ดิ่งลงมีลักษณะคล้ายท้องของเป็ด

📈 แต่เมื่อถึงตอนหัวค่ำ เวลาที่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ใช้เองได้ ความต้องการใช้ไฟฟ้าในระบบหลักจะสูงขึ้นกะทันหัน โรงไฟฟ้าหลักต้องเร่งผลิตไฟฟ้าให้พอต่อความต้องการใช้ ทำให้เส้นกราฟพุ่งชันจนมีลักษณะคล้ายคอของเป็ด

🛠 วิธีการรับมือกับกราฟรูปเป็ดที่ NREL แบ่งเป็น 2 กลยุทธ์

1️⃣ ️วิธีแรกคือ การทำให้ “เป็ดอ้วนขึ้น” หรือหมายถึงการเพิ่มกำลังผลิตโรงไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่น สามารถปรับลดหรือเพิ่มการผลิตไฟฟ้าได้รวดเร็ว เพื่อให้ในตอนกลางวันสามารถลดกำลังผลิตได้ และในตอนเย็นสามารถเร่งเครื่องผลิตไฟฟ้าให้มากขึ้นได้ทันท่วงทีกับความต้องการที่พุ่งสูงขึ้น

2️⃣ ️และอีกวิธีคือการทำให้ “เป็ดแบนลง” โดยการสนับสนุนผู้ใช้ไฟให้ปรับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าปริมาณมากไปในช่วงกลางวัน เพื่อลดอัตราการเร่งเพิ่มปริมาณการผลิตไฟฟ้าในตอนเย็น

จากบทความเรื่อง On the duck’s 10th birthday, here’s how to keep it from eating the power system

เนื้อหาแบบเต็มๆ … 

เป็นเวลากว่า 10 ปีแล้ว ที่นักวิจัยของ National Renewable Energy Laboratory (NREL) เริ่มสังเกตผลกระทบจากปริมาณการเพิ่มขึ้นของพลังงานหมุนเวียนจำนวนมหาศาลในระบบไฟฟ้าของสหรัฐอเมริกา โดยเฉพาะพลังงานแสงอาทิตย์ จนทำให้รูปแบบปริมาณการผลิตไฟฟ้าในระบบหลักในช่วงกลางวันลดต่ำลง เนื่องจากผู้ใช้ไฟฟ้าผลิตไฟจากแสงอาทิตย์ใช้ได้เอง ซึ่งหากนำมาพล็อตกราฟ จะเห็นเส้นที่ดิ่งลงมีลักษณะคล้ายท้องของเป็ด แต่เมื่อถึงตอนหัวค่ำ เวลาที่ไม่สามารถผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ใช้เองได้ ความต้องการใช้ไฟฟ้าในระบบหลักจะสูงขึ้นกะทันหัน โรงไฟฟ้าหลักต้องเร่งผลิตไฟฟ้าให้พอต่อความต้องการใช้ ทำให้เส้นกราฟพุ่งชันจนมีลักษณะคล้ายคอของเป็ด

ปรากฏการณ์ปริมาณการผลิตไฟฟ้าให้พอต่อความต้องการที่แตกต่างสุดขั้วระหว่างกลางวัน-กลางคืนที่มีลักษณะคล้ายรูปเป็ดถูกตั้งข้อสังเกตโดยนักวิจัยของ NREL เป็นครั้งแรกเมื่อเดือนกุมภาพันธ์ 2551 จนกระทั่ง ปี 2556 หน่วยงานดูแลระบบไฟฟ้าของรัฐแคลิฟอร์เนีย (California Independent System Operator – CAISO) ได้ตั้งชื่อกราฟลักษณะนี้ว่า “Duck Curve” หรือกราฟหลังเป็ด ซึ่งปี 2556 นี้เองเป็นปีที่รัฐแคลิฟอร์เนียพยายามเร่งให้แผนการใช้พลังงานหมุนเวียนผลิตไฟฟ้าในสัดส่วนร้อยละ 33 ให้สำเร็จก่อนปี 2563 ที่ส่งผลให้ เมื่อวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 2561 กราฟรูปเป็ดของรัฐแคลิฟอร์เนียอ้วนท้วนสมบูรณ์ที่สุด เมื่อความต้องการใช้ไฟฟ้าในระบบหลักตอนกลางวันลดต่ำลงเป็นประวัติการณ์เหลือแค่ 7,149 เมกะวัตต์ และวันที่ 4 มีนาคม 2561 กราฟรูปเป็ดเชิดคอสูงชันกว่าทุกครั้ง เมื่อมีการเร่งผลิตไฟฟ้าให้พอใช้ในช่วงระยะเวลา 3 ชั่วโมงในตอนเย็น จนมีความต้องการใช้สูงสุด 14,777 เมกะวัตต์ แม้จะเคยคาดการณ์ไว้ว่าความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุดของวันจะอยู่ในช่วง 12,000-13,000 เมกะวัตต์ จนถึงปี 2563

กราฟแสดงปริมาณการผลิตและความต้องการใช้ไฟฟ้าในระบบหลักที่กลางวันลดต่ำลง
แต่ตอนเย็นเพิ่มขึ้นกระทันหัน คล้ายรูปร่างของเป็ด

เมื่อวันที่ “เป็ด” เริ่มปรากฏตัว

นักวิจัยของ NREL เริ่มสังเกตเห็นความต้องการใช้ไฟฟ้าของระบบมีลักษณะเป็นกราฟรูปเป็ด เมื่ออเมริกาฝั่งตะวันตกมีปริมาณการผลิตไฟฟ้าด้วยแสงอาทิตย์มาแทนที่โรงไฟฟ้าเชื้อเพลิงฟอสซิลและนิวเคลียร์ที่เป็นโรงไฟฟ้าฐานถึงร้อยละ 10 และเพื่อหลีกทางให้มีการใช้ไฟฟ้าที่ผลิตจากแสงอาทิตย์ จึงจำเป็นต้องลดการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าฐานลงต่ำสุด แต่กลับก่อให้เกิดปัญหาในช่วงเย็น ที่ต้องเร่งผลิตไฟฟ้าฐานให้กลับมามากพอกับความต้องการที่พุ่งสูงขึ้น เมื่อไม่มีแสงอาทิตย์ให้ผลิตไฟฟ้าแล้ว อีกวิธีหนึ่ง หากไม่เลือกลดการผลิตโรงไฟฟ้าฐาน ต้องเลือกลดการผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์แทน เพื่อให้โรงไฟฟ้าฐานยังผลิตไฟฟ้าได้ในปริมาณหนึ่ง และไม่ต้องเร่งผลิตไฟฟ้าให้มากกะทันหันในช่วงเย็น ซึ่งหากมองจากฝั่งผู้ควบคุมระบบไฟฟ้าแล้ว ถือเป็นการแก้ปัญหา แต่สำหรับผู้ผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ จะมองว่าเป็นการแบกรับต้นทุน

จะเห็นได้ว่าการปรากฏตัวของกราฟรูปเป็ด ทำให้ต้องมีวิธีการใหม่ในการควบคุมดูแลระบบไฟฟ้า ซึ่งรัฐในสหรัฐอเมริกาที่ต้องเผชิญปัญหานี้หนักหน่วงที่สุด คือแคลิฟอร์เนีย เพราะมีปริมาณกำลังผลิตของแสงอาทิตย์เพิ่มรวดเร็วที่สุด และอีกรัฐคือฮาวาย เนื่องจากลักษณะของค่าไฟฟ้าที่ติดอันดับสูงที่สุดของสหรัฐอเมริกา เป็นปัจจัยส่งเสริมให้ฮาวายมีการเพิ่มกำลังผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์อย่างรวดเร็ว และด้วยสภาพภูมิประเทศที่เป็นเกาะ ทำให้ฮาวายไม่สามารถผลักปริมาณไฟฟ้าที่ผลิตได้มากเกินความต้องการให้กับตลาดไฟฟ้าอื่นได้

แนวทางแก้ปัญหาเบื้องต้น

นักวิเคราะห์ของ NREL ตระหนักดีว่า ผู้ควบคุมระบบไฟฟ้าจำเป็นต้องรู้ว่ามีปริมาณกำลังผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ในระบบจำนวนเท่าไร และจำเป็นต้องมีการคาดการณ์รายวัน ว่าแสงอาทิตย์ผลิตไฟฟ้าได้ปริมาณเท่าไรด้วย

วิธีการรับมือกับกราฟรูปเป็ดที่ NREL ได้ข้อสรุปเมื่อปี 2558 แบ่งเป็น 2 กลยุทธ์ วิธีแรกคือ การทำให้ “เป็ดอ้วนขึ้น” หรือหมายถึงการเพิ่มกำลังผลิตโรงไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่น สามารถปรับลดหรือเพิ่มการผลิตไฟฟ้าได้รวดเร็ว เพื่อให้ในตอนกลางวันสามารถลดกำลังผลิตได้ และในตอนเย็นสามารถเร่งเครื่องผลิตไฟฟ้าให้มากขึ้นได้ทันท่วงทีกับความต้องการที่พุ่งสูงขึ้น และอีกวิธีคือการทำให้ “เป็ดแบนลง” โดยการสนับสนุนผู้ใช้ไฟให้ปรับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าปริมาณมากไปในช่วงกลางวัน เพื่อลดอัตราการเร่งเพิ่มปริมาณการผลิตไฟฟ้าในตอนเย็น

วิธีรับมือ “เป็ดตัวใหญ่”

ด้านผู้ผลิตไฟฟ้าจากก๊าซธรรมชาติมองเห็นลู่ทางในการพัฒนาเทคโนโลยีโรงไฟฟ้าให้มีความสามารถเร่งเพิ่มปริมาณการผลิตไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว ส่วนผู้ผลิตไฟฟ้าจากพลังงานหมุนเวียนใช้วิธีนำระบบกักเก็บพลังงานมาใช้ สำหรับรัฐแคลิฟอร์เนียเลือกใช้วิธีกำหนดอัตราค่าไฟฟ้าในราคาที่แตกต่างกันในแต่ละช่วงเวลา (time-of-use rate) เพื่อให้ผู้ใช้ไฟปรับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าปริมาณมากไปเป็นช่วงเวลาที่ยังผลิตไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์ได้ โดยกำหนดให้ค่าไฟในช่วงนี้มีราคาถูกกว่า เป็นการจูงใจ

 วิธีรับมือ “เป็ดตัวเล็ก”

ฮาวายป็นอีกรัฐที่เลือกรับมือกับปัญหากราฟรูปเป็ดที่เริ่มก่อตัวโดยใช้แนวทางของ NREL คือ เลือกปรับระบบผลิตไฟฟ้าให้มีโรงไฟฟ้าที่พร้อมลดหรือเพิ่มปริมาณการผลิตไฟฟ้าได้รวดเร็ว จำนวนเพิ่มขึ้น และเสริมระบบแบตเตอรี่เก็บพลังงาน เพื่อให้มีการผลิตไฟฟ้าจากเชื้อเพลิงฟอสซิลในปริมาณน้อยในช่วงกลางวัน เป็นการรับมือกับพลังงานแสงอาทิตย์และหมุนเวียนที่ไม่สามารถควบคุมได้ และปรับพฤติกรรมการใช้ไฟฟ้าของประชาชนไปเป็นช่วงกลางวัน ด้วยการปรับโครงสร้างอัตราค่าไฟฟ้าและบริหารจัดการสถานีชาร์จไฟรถไฟฟ้า ซึ่งคาดว่าแนวทางนี้จะช่วยให้ฮาวายจัดการปัญหากราฟรูปเป็ดได้ใน 2 ปี

ปัญหายังไม่จบ

การแก้ไขปัญหากราฟรูปเป็ดจะยังไม่สิ้นสุดลงง่าย ๆ เมื่อโลกยังพยายามจะเพิ่มสัดส่วนการใช้พลังงานหมุนเวียนในระบบไฟฟ้า เช่น รัฐแคลิฟอร์เนีย ที่มีเป้าการใช้พลังงานหมุนเวียน 100 เปอร์เซ็นต์ ที่จะยิ่งเร่งให้มีกำลังผลิตพลังงานหมุนเวียนทวีในระบบ ในอัตราที่เร็วขึ้นกว่า 2-3 ปีก่อน เช่นเดียวกับรัฐฮาวายที่ตั้งเป้าการใช้พลังงานหมุนเวียน 100 เปอร์เว็นต์ในปี 2588

ปัญหา “เป็ด” จึงยังเป็นแค่จุดเริ่มต้น เพราะการแก้ปัญหาที่เกิดจากปริมาณพลังงานหมุนเวียนในระบบร้อยละ 50 กับ 100 เปอร์เซ็นต์ มีความแตกต่างกันอย่างมาก