20 April 2016

ASSOCIATE VICE PRESIDENTGROWTH ACCELERATOR / RENEWABLE ENERGYRYAN PLETKA, P.E.

DISRUPTIVE TECHNOLOGIES AND THE FUTURE OF THE UTILITY BUSINESS MODEL

AGENDA1. Introduction2. Disruptive Technologies3. Future Utility Business Models

2

WewillmakeelectricitysocheapthatonlytherichwillburncandlesThomasEdison

Image source: Shine‐Co Antique LED  6 W bulb ‐ $20 on Amazon, Accessed April 16 from:http://www.amazon.com/Shine‐Co‐Antique‐Filament‐Squirrel‐110‐220V/dp/B01AT2HCEU/ref=sr_1_32?s=hi&ie=UTF8&qid=1461005021&sr=1‐32&keywords=led+edison 

LED Bulb

TheB&VGrowthAcceleratoriscommittedtoidentifyingthenextsetofchallengesforB&Vandourclients

• Current & Future – B&V Growth Accelerator• Drones

• Autonomous vehicles

• Augmented reality

• High‐density urban agriculture

• Space elevators

• Recent Past – Western Director Renewables• Utility Planning

• Distributed Generation

• Renewable Energy Transmission Initiative (RETI)

SPEAKER BACKGROUNDRYAN PLETKA

3

WHY DO WE HAVE ELECTRIC UTILITIES?

4

• Obligation to serve

• Natural monopoly

• Economies‐of‐scale

• Public good

• Network system

• Safety

• Reliability

• Sophisticated Technology

ELECTRIC UTILITY FEATURES

22 April 2016

5

Black & Veatch

• Obligation to serve

• Natural monopoly

• Economies‐of‐scale

• Public good

• Network system

• Safety

• Reliability

• Sophisticated Technology

ELECTRIC UTILITY FEATURES

22 April 2016

6

Black & Veatch

Source: Design concept from Kyuho Song and Boa A.  Available at:  https://www.behance.net/gallery/9803275/Window‐socket.  Accessed April 20, 2016

HOW FAR OUT IS 10 YEARS?

7

Data Source, CDC, National Health Interview Survey, http://www.cdc.gov/nchs/nhis/releases.htm, accessed April 17, 2016Other source: http://www.digitaltrends.com/home/you‐can‐still‐call‐about‐40‐percent‐of‐u‐s‐households‐on‐a‐landline/accessed April 17, 2016

PERCENT OF U.S. HOMES WITH LANDLINE TELEPHONES

8

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025

Data Source, CDC, National Health Interview Survey, http://www.cdc.gov/nchs/nhis/releases.htm, accessed April 17, 2016Other source: http://www.digitaltrends.com/home/you‐can‐still‐call‐about‐40‐percent‐of‐u‐s‐households‐on‐a‐landline/accessed April 17, 2016

PERCENT OF U.S. HOMES WITH LANDLINE TELEPHONES

9

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2021 2023 2025

“There will be so few people on the network that it won’t be economical to maintain it,” Jon Banks, United States Telecom Association

FCC now requires telcos provide 3 months notice before abandoning  copper network

KAUAI ISLAND UTILITY COOPERATIVE

Black & Veatch

10

22 April 2016

• 2007: over 94% of Kauai’s electricity was generated from imported fossil fuels

• 2016: Renewables hit 90% on four days in January (hydro, biomass, solar) – 38% annually on an energy basis

Data Source, KIUC: 2008 Integrated Resource Plan; KIUC Press Release: http://website.kiuc.coop/sites/kiuc/files/PDF/pr/pr2016‐0203‐90percent.pdf

DISRUPTIVE TECHNOLOGIESRenewable EnergyDistributed Energy Resources

Distributed generation (solar)Electric Vehicles and Energy StorageEnergy Efficiency and Demand ResponsePlanning for DERs

11

Thepresentistheirs;thefuture,forwhichIreallyworked,ismine.NikolaTesla

Data Source: EIA

CAPACITY ADDITIONS/SUBTRACTIONS1940‐2014 (GW)

12

Bytheendof2015,renewablesaccountedfor19%oftotalinstalledcapacityintheU.S.,and13%ofannualgeneration

California RPS Laws:

• 2002: 20% by 2017

• 2011: 33% by 2020

• 2015: 50% by 2030

• 100% RPS?

RENEWABLE PORTFOLIO STANDARDS

22 April 2016

13

Black & Veatch

50% RPS: ONE POTENTIAL PORTFOLIO

4/22/2016

Out of State(WY, NM)

• Source: WECC‐wide Portfolio from CPUC RPS Calculator v6.2  

• Key Issues• Cost• Transmission• Out‐of‐state issues• Integration• Curtailment• Environmental Impact

Legend (500 MW Blocks)

Each icon represents about 500 MWLocations are approximateNew and contracted renewables for IOUsUtility‐scale onlyBiomass and hydro not shown

Wind

Solar

Geothermal

50% RPS: ONE POTENTIAL PORTFOLIO

4/22/2016

Out of State(WY, NM)

• Source: WECC‐wide Portfolio from CPUC RPS Calculator v6.2  

• Key Issues• Cost• Transmission• Out‐of‐state issues• Integration• Curtailment• Environmental Impact

Legend (500 MW Blocks)

Each icon represents about 500 MWLocations are approximateNew and contracted renewables for IOUsUtility‐scale onlyBiomass and hydro not shown

Wind

Solar

Geothermal

Tehachapi CREZ

Tehachapi CREZ

Tehachapi CREZ – Existing Renewable Development

LA CountyKern County

Wind

Solar

Pine Tree Wind 135 MW

Solar Star579 MW

Tehachapi CREZ – Existing Renewable Development

2016 SOLAR AND WIND COST OF ENERGY

19© Black & Veatch Holding Company 2016. All Rights Reserved.   Not to be reproduced or re‐distributed without consent.  Includes current  federal tax incentives.  Cost is include transmission interconnection, but not delivery.  

Solar

Wind

<$20 >$200

Levelized Cost of Energy ($/MWh)

• Black & Veatch’s latest survey of utility executives reported that • Almost two‐thirds believe energy storage will be the most important factor facilitating integration of wind and solar

• The second and third most important factors are “transmission upgrades” and “new flexible conventional power plants”

• Lower cost flexibility options may be available (market rules, demand response, etc.)

• At the distributed level, understanding and shaping customer behavior will be essential

RENEWABLE INTEGRATION ‐ VARIETY OF OPTIONS AVAILABLE TO PROVIDE FLEXIBILITY

20

Thecomplexityandcostofintegrationwillincreaseasrenewableenergyincreases

• Seasonal to multi‐year storage

• Hydrogen

• Mega interconnections

• Bi‐directional EV 

• Flexible renewables

• Power  “natural” gas

• Water‐energy integration (e.g., desalination) 

• 4th Generation DER  ‐ optimization

RENEWABLE ENERGY INTEGRATION –NEXT‐GEN INTEGRATION OPTIONS

22 April 2016

21

Black & Veatch

Source: NBC News, accessed April 17, 2016

DISTRIBUTED ENERGY RESOURCES (DER)

22

23

DERS THAT WILL IMPACT ELECTRIC UTILITIES MOSTB&V’s 2015‐16 Survey of 206 Electric Utilities

Source: 2015‐16 Strategic Directions:  Smart Utilities/Smart Cities Survey Results, Black & Veatch Global Insights, published Feb. 2016.  23

Sources:SMUD: Personal communication with Jim Barnett, solar program manager LADWP: SIP Dashboard posted on the SIP website, https://www.ladwp.com/cs/idcplg?IdcService=GET_FILE&dDocName=OPLADWPCCB395923&RevisionSelectionMethod=LatestReleasedPG&E: NEM Program Tracking webpage, http://www.pge.com/en/mybusiness/save/solar/nemtracking/index.pageSCE: NEM Cap Data, https://www.sce.com/wps/portal/home/residential/generating‐your‐own‐power/net‐energy‐metering/!ut/p/b1/hc_NCoJAFAXgZ2nhMufoQFm7Ec3GQimjbDahYZNgTpglvX0WbaK_uzuX78C9RJCYiDK55DKpc1UmxT2L3sawPDbmEbhlUxfcRhiwOcPEMVuwbgG‐DMO__oqIV‐KNDAfcXxrRFA6igL6Bed‐8A3ca2oYJy3yCgQd37IctWMwoOJ0hiBijQO8JfhzpEyELlT4eXrMypZYkosp2WZVV‐rlq1_u6Pp6GGjQ0TaNLpWSR6Vt10PCpslenmsSvkhwPMXLeFem16dwACqNhQQ!!/dl4/d5/L2dBISEvZ0FBIS9nQSEh/#accordionGrp1‐6‐hashSDG&E: NEM Dashboard, http://www.sdge.com/clean‐energy/net‐energy‐metering/overview‐nem‐capHI: http://www.utilitydive.com/news/17‐of‐hawaiian‐electric‐customers‐now‐have‐rooftop‐solar/413014/Australia:  http://www.cleanenergyregulator.gov.au/RET/Forms‐and‐resources/Postcode‐data‐for‐small‐scale‐installations#Summary‐of‐postcode‐data

DISTRIBUTED SOLAR PENETRATION (CAPACITY BASIS) IN VARIOUS LOCATIONS

22 April 2016

24

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35%

LADWP

SMUD

SCE

PG&E

SDGE

Australia

HI (HECO, HELCO, MECO)

PV Capacity as a % of Peak Load

Source: Australia PV Institute, available at: http://pv‐map.apvi.org.au/historical#7/‐27.391/152.897.  Accessed April 20, 2016

AUSTRALIA RESIDENTIAL PV PENETRATION(PERCENT OF DWELLINGS)

22 April 2016

25

Black & Veatch

Source data: EV Sales: PEV Collaborative, http://www.pevcollaborative.org/sites/all/themes/pev/files/3_mar_PEV_cumulative.pdf, Accessed April 18, 2016.  Original data adapted from www.hybridcars.comTesla Model 3 reservations: Twitter @elonmusk, http://electrek.co/2016/04/14/tesla‐model‐3‐reservations‐2/

California, 196,447

US Total, 428,816

0

100,000

200,000

300,000

400,000

Jan 2011 Jan 2012 Jan 2013 Jan 2014 Jan 2015 Jan 2016

U.S. & CALIFORNIA CUMULATIVE EV SALES

22 April 2016Black & Veatch

26

Source data: Tesla Model 3 reservations: Twitter @elonmusk, http://electrek.co/2016/04/14/tesla‐model‐3‐reservations‐2/.  April 14 total is an estimate based on last reported value of “approaching 400,000”

Tesla400,000

0

100,000

200,000

300,000

400,000

4/1/2016 4/8/2016 4/15/2016

TESLA MODEL 3 RESERVATIONSAVG. SALE PRICE: $42K WITH $1,000 DEPOSIT

22 April 2016Black & Veatch

27

Source: Tesla.  B&V Estimates.  GTM Research, U.S. Energy Storage Monitor ‐ 2015 Year in Review, available at http://www.greentechmedia.com/research/subscription/u.s.‐energy‐storage‐monitor

ELECTRIC VEHICLES VS. ENERGY STORAGEMARKET SIZE (MWH)

22 April 2016

28

Black & Veatch

28,000

4,030

161

0 10,000 20,000 30,000

Equivalent Capacity of 400,000 Model 3s

US Stationary Battery Market ‐ 2016‐2020

US Stationary Battery Market ‐ 2015

MWh

• The U.S. coal industry has lost 90% of its market capitalization in the last 5 years

COAL, ENERGY EFFICIENCY AND DEMAND RESPONSE

22 April 2016

29

Black & Veatch

0 5 10 15 20

Alpha Natural Resources

Cloud Peak

Arch Coal

Peabody Energy

Fraction of 2014 US Coal Production, %

0 50 100 150

4/16 Market Capitalization, $M 

Source: Stock quotes as of the week of April 16. Survey Monkey valuation from CB Insights.  Coal production data from EIA, https://www.eia.gov/coal/annual/pdf/table10.pdf.

Withinenergy,investmentisgoingtoinnovative,distributed,data‐intensive,customer‐centricsolutions.Smartgrid,Internet‐of‐Things,etc.

• Opower market capitalization:  $450 million

• Survey Monkey private valuation:  $2 billion

• Google purchase of Nest: $3.2 billion

COAL, ENERGY EFFICIENCY AND DEMAND RESPONSE

22 April 2016

30

Black & Veatch

Source: Stock quotes as of the week of April 16. Survey Monkey valuation from CB Insights.  Coal production data from EIA, https://www.eia.gov/coal/annual/pdf/table10.pdf.

0 5 10 15 20

Alpha Natural Resources

Cloud Peak

Arch Coal

Peabody Energy

Fraction of 2014 US Coal Production, %

0 50 100 150

4/16 Market Capitalization, $M 

DER PLANNING

31

PLANNING FOR DISTRIBUTED GRID OPPORTUNITIES22 April 2016

32

Strategy & Operations 

DER Potential

T&D Grid Impacts

Bulk Power Impacts

Finance Rates & 

Regulation

• SMUD engaged Black & Veatch to assist in assessing integrated Distributed Energy Resources (iDER)

• Major tasks• Review of existing work and processes; tie together approaches

• New, detailed assessments of potential through dispersion modeling

• Distribution system modeling• Bulk system modeling• Economic valuation• Rooftop PV potential modeling

• First of a kind study 

PV EE DR CHP ES EV

SMUD INTEGRATED DER ASSESSMENT PROJECT BACKGROUND

33

Projected DER Load Impacts ‐ 2030

NearlyallcustomersexpectedtoimplementsomeEEmeasuresby2030,buttovaryingdegrees

SMUD INTEGRATED DER ASSESSMENT ‐RESIDENTIAL ENERGY EFFICIENCY

34

WidespreadadoptionofEV.Largercirclerepresents2carsperhousehold,smaller‐ 1car

SMUD INTEGRATED DER ASSESSMENT ‐RESIDENTIAL ELECTRIC VEHICLES

35

FewercustomersadoptingsolarPV,butsomeverylarge(30kW)systemspossible

SMUD INTEGRATED DER ASSESSMENT ‐RESIDENTIAL SOLAR PV

36

SomeSolarPVcustomersalsoadoptenergystorage

SMUD INTEGRATED DER ASSESSMENT ‐RESIDENTIAL ENERGY STORAGE

37

Inthisneighborhood,mostcustomershaveatleastonetypeofDER.Severalcustomershavemultiple

ALL RESIDENTIAL DER

38

CommercialDER“fill‐in”

ALL RESIDENTIAL DERALL COMMERCIAL DER

39

40

PERCENT OF TRANSFORMERS STRESSED DUE TO EVS

SMUD IMPACTS: OVER 12,000 TRANSFORMERS MAY NEED TO BE UPGRADED DUE TO EVS, 17% OF TOTAL

POTENTIAL DER IMPACTS – NET LOAD EXAMPLE ONLY

41

‐300

‐200

‐100

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

MW

DR ES ‐ Utility ES ‐ Customer EV PV ‐ Customer

EE CHP Utility Load Net Load ‐DER

FUTURE UTILITY BUSINESS MODELS

42

ThefirststeptowardsgettingsomewhereistodecidethatyouarenotgoingtostaywhereyouareJPMorgan

CONTEXT A

ND P

URPOSE

THINKING ABOUT THE “FUTURE” FOR ELECTRIC UTILITIES

43

Distributed, variable, sustainable resources

Secure, self‐healing, 

self‐optimizing grid

Consumers/businesses are both users and 

creators of energy (bi‐directional power 

distribution)

Energy‐efficient, self‐managing 

homes driven by consumer choice

Clean transportation, leveraging clean generation and storage of energy 

Self‐managing, demand responsive smart buildings

Unidirectional power distribution from 

centralized bulk generation

THE REINVENTION OF UTILITY REGULATION . . .

44

Pre 2015

2015+

• Objective is to envision where the electricity system may be in 20 years, possible pathways there, key needs

• Karlynn Cory was a lead investigator ‐‐ now with Black & Veatch

• Potential use: Basis for workshop to initiate conversations, build engagement and discuss strategies 

• References:• Informing Electricity Systems of the Future: Key Analysis Needs  NREL/JA‐

6A20‐62517• K. Cory; A. Aznar 2014• Electricity Journal Vol. 27 (9) November 2014 pp. 73‐82.

• Flexible Solar Utility: Preparing for Solar's Impacts to Utility Planning and Operations   NREL/TP‐6A20‐64586• John Sterling; Ted Davidovich; Karlynn Cory; Alexandra Aznar; Joyce. 

McLaren September 2015

NREL FRAMEWORK –ELECTRICITY SYSTEMS OF THE FUTURE  

4/22/2016

45

Notnecessarilyexclusive.Futurewilllikelybeamix.Differentforallutilities.

NREL FRAMEWORK: FIVE VASTLY DIFFERENT FUTURES

22 April 2016

46

Black & Veatch

• Goal: replace aging assets with same, newer assets; meet existing fed/state policies

• Objective = least‐costBusiness as Usual

• Goal: replace aging generation w/low‐carbon, centralized gen• Objectives:  lowest risk, lowest carbon

Low‐Carbon, Centralized Generation

• Goal: Growth of distributed energy resources (DER: non‐dispatchable DG, distr. storage)

• Objective: Resiliency

Rapid Growth of DER

• Goal: Fully interactive T&D grid and substantial  interactive demand (including DR) in 20 yrs

• Objectives: grid flexibility, consumer desires

Interactivity: Grid and Demand

• Past a tipping point – measureable grid defection in next 20 yearsGrid Defection

47

NREL Framework: Future Directions – Key Takeaways

Emerging Disruptions / DriversLow‐carbon centralized

Rapid Growth of DER

Interactivity: Grid & Demand

Improved electric system flexibility X X X

Financing opportunities X X X

Technology improvements X X X

Carbon policies (e.g. 111(d), tax) X X

Limited NG expansion X X

Transmission planning X X

Transmission cost allocation X X

Bulk power market updates X X

Valuation of new services X X

Ownership opportunities X X

Local concerns about resilience X X

Electrification of transportation X X

Policies supporting DER X

Improved/new control systems X

Future Outlook

48

Considered  key barriers and enablers for each future.

Identify what is most important (near term).

Low‐carbon centralized: transmission policies and market rules are key

NREL Framework: Key Barriers and Enablers

49

NREL Framework: When the information is pulled together…

FLIPPING THE DER EQUATION FROM RISK TO OPPORTUNITY – POTENTIAL UTILITY ACTIONS:

50

Smart DER DeploymentSmart DER Deployment

Assess DER potentialAssess DER potential

Analyze customer load/rates to target high 

benefit/cost

Analyze customer load/rates to target high 

benefit/cost

Identify DER locations to maximize T&D value

Identify DER locations to maximize T&D value

Restructure rates / incentives to encourage DER in the right locations

Restructure rates / incentives to encourage DER in the right locations

Proactively plan T&D for rising DER penetrationProactively plan T&D for rising DER penetration

Establish DER regulatory framework and engage 

stakeholders

Establish DER regulatory framework and engage 

stakeholders

Customer EngagementCustomer 

Engagement

Streamline DER interconnection, 

incentives, and permitting

Streamline DER interconnection, 

incentives, and permitting

Provide a customer engagement platform for 

DER

Provide a customer engagement platform for 

DER

Create optimization tools for achieving zero net 

energy buildings

Create optimization tools for achieving zero net 

energy buildings

Offer options for customers who cannot install DER (e.g., community solar)

Offer options for customers who cannot install DER (e.g., community solar)

Allow on‐bill financing of DER

Allow on‐bill financing of DER

Project ExecutionProject 

Execution

Develop, design and deploy utility‐ or customer‐owned 

DER  

Develop, design and deploy utility‐ or customer‐owned 

DER  

Invest in and own DER portfolios (inside and 

outside service territory)

Invest in and own DER portfolios (inside and 

outside service territory)

Develop, design, and deploy microgrids (e.g., PV 

plus battery storage)

Develop, design, and deploy microgrids (e.g., PV 

plus battery storage)

Design and construct distribution system 

upgrades

Design and construct distribution system 

upgrades

Implement communication network upgrades

Implement communication network upgrades

Utility Operations

Utility Operations

Monitor, forecast, and control DER to ease grid 

integration

Monitor, forecast, and control DER to ease grid 

integration

Implement new IT systems (e.g., DMS, DERMS)

Implement new IT systems (e.g., DMS, DERMS)

Deploy and operate utility‐owned smart  inverters

Deploy and operate utility‐owned smart  inverters

Provide O&M to DER installations in their service 

territory (utility‐ or customer‐owned)

Provide O&M to DER installations in their service 

territory (utility‐ or customer‐owned)

Procure grid services from utility‐ or customer‐owned 

DER

Procure grid services from utility‐ or customer‐owned 

DER

• From the outset, the electricity industry has been an enabling and disruptive industry – utility business models evolved very rapidly

• Disruptive technologies are rapidly enabling many new possible pathways to meet customer needs and policy objectives

• Flexibility in options is freeing, but can make planning more challenging and nuanced

• The importance of culture should not be underestimated: agility, flexibility, innovation, forward‐thinking, test and experiment, customer centric, solutions vs. products• If we don’t innovate, others will do that for us…

CONCLUSIONS

THANK YOU!

RYAN PLETKAASSOCIATE VICE PRESIDENTBLACK & VEATCH SAN FRANCISCO913‐458‐9868PLETKARJ@BV.COM