Onkraj mitov: Zanesljivost sončne energije in njena stabilizacijska vloga v sodobnih električnih omrežjih

Že desetletja je konvencionalno mnenje v energetskem sektorju menilo, da so obnovljivi viri-zlasti sončna energija-preveč občasni in nezanesljivi, da bi služili kot hrbtenica za sodobne električne sisteme. Vztrajno napačno prepričanje je, da se solarni paneli hitro razgradijo, odpovejo pod stresom in, kar je še huje, vnašajo kaos v fino uravnotežen ples ponudbe in povpraševanja v električnem omrežju. Kritiki so pogosto trdili, da sončna energija ni le nestanovitna, ampak tudi ogroža stabilnost omrežja, saj lahko povzroči nihanje napetosti in izpade električne energije.

Vendar je ta pogled vedno bolj zastarel. Na podlagi desetletij podatkov o delovanju, napredka na področju močnostne elektronike in-izkušenj z integracijo omrežja v resničnem svetu se pojavi zelo drugačna slika: solarna tehnologija se je izkazala za izjemno zanesljivo in če je premišljeno uvedena, aktivno povečuje odpornost in stabilnost omrežja. Namen tega članka je demistificirati tehnično realnost v ozadju zanesljivosti sončne energije in njen pozitiven vpliv na elektroenergetske sisteme.

Nekateri ljudje najprej pomislijo na sončne kolektorje, da so nezanesljivi. A pravzaprav temu ni več tako! Večina fotonapetostnih panelov je danes veliko bolj zanesljivih, močnejših kot kdaj koli prej in potrebujejo veliko manj vzdrževalnih del kot prejšnje oblike pridobivanja energije. Za razliko od motorjev s plinsko turbino in dizelskih motorjev (ki imajo vrtljive stroje) sončne celice nimajo vrtljivih delov, kar pomeni, da nimajo prostora za obrabo, trganje in/ali mazanje. Glavna komponenta v solarni plošči, 'polprevodniški spoj', je bila izdelana z uporabo preverjene silicijeve tehnologije, ki se v elektroniki uspešno uporablja že več kot 50 let in se je izkazala za popolnoma zanesljivo!

V dolgoročnih -študijah ocenjevanja okolja, kot so tiste, ki jih izvaja Nacionalni laboratorij za obnovljivo energijo Združenih držav (NREL), študije kažejo, da visokokakovostni fotonapetostni moduli doživljajo letno poslabšanje nazivne moči za manj kot 0,5 % na leto; številni sistemi, nameščeni v osemdesetih in devetdesetih letih prejšnjega stoletja, trenutno proizvajajo 80 % ali več svoje prvotne nazivne moči po več kot 30 letih delovanja. Večina proizvajalcev fotonapetostnih modulov zagotavlja garancijo za fotonapetostne module za obdobje najmanj 25 let; vendar bodo moduli verjetno ostali operativni še dolgo po tem datumu. Medtem ko se okvare pojavljajo približno kot posledica zunanjih dejavnikov (tj. neustrezna namestitev, ekstremni vremenski pogoji), je inherentna stopnja napak fotonapetostnih modulov pod 0,05 % letno-stopnja napak večine drugih tehnologij za proizvodnjo električne energije, vključno s številnimi komponentami v elektrarnah na fosilna goriva-je enaka ali nižja od stopnje napak fotonapetostnih modulov, zaradi česar je sončna energija precej zanesljiva strojna možnost.

 

Drugi, bolj tehnični mit je, da sončna energija "uničuje" stabilnost omrežja. Ta skrb je v preteklosti nastala zaradi zgodnjih razsmernikov,-vezanih na omrežje, ki so bili zasnovani tako, da preprosto potisnejo čim več energije v omrežje in se takoj odklopijo, če pride do kakršnih koli motenj. Čeprav bi to pasivno vedenje teoretično lahko zmanjšalo vztrajnost sistema, ni več pravilo.

Današnji-razsmerniki, ki podpirajo omrežje-pogosto imenovani »pametni razsmerniki« ali »razsmerniki,-ki tvorijo omrežje«-so sprememba-igre. Vključujejo napredne nadzorne funkcije, ki aktivno prispevajo k zdravju omrežja. Glavne značilnosti vključujejo:

Nadzor napetosti in frekvence:Pametni pretvornik lahko popravi odstopanja napetosti in frekvence kot običajni sinhroni generatorji AVR s prilagajanjem njihove realne in jalove izhodne moči v milisekundah.

Zmogljivost vožnje-skozi:Novi razsmerniki imajo-zmožnost vožnje, ki jim omogoča, da še naprej podpirajo omrežje med kratkotrajnimi napakami (na primer, če je prišlo do udara strele ali pade drevesni vej na daljnovod) in ponovno-vbrizgavanje energije nazaj v omrežje, takoj ko je napaka odpravljena.

Sintetična vztrajnost:Solar nima fizične vrtljive mase parne turbine, vendar imajo napredni inverterji možnost črpanja in vbrizgavanja energije pri visoki hitrosti, da simulirajo vztrajnost, ko se frekvenca spreminja. Ta sintetična vztrajnost daje običajnim generatorjem dragocene milisekunde, da dosežejo največjo moč.

Daleč od tega, da bi destabilizirale omrežje, te lastnosti omogočajo-delovanje sončnih območij z visoko{0}}prodornostjo z večjo odpornostjo. Na primer, v Južni Avstraliji-regiji z več kot 60 % trenutnih obnovljivih-omrežij-razsmerniki so uspešno-zagnali lokalna omrežja po veliki ločitvi sistema, kar je bilo prej mogoče samo s hidroelektrarnami ali plinskimi elektrarnami.

Porazdeljena proizvodnja sončne energije zmanjša obremenitev obstoječih prenosnih vodov, saj se proizvaja bližje točki uporabe kot tradicionalna električna energija-na osnovi omrežja. Tradicionalna proizvodnja električne energije temelji na velikih proizvodnih postajah, ki proizvajajo elektriko, ki se nato prenaša na stotine kilometrov po visokonapetostnih daljnovodih, da se na koncu uporabi tam, kjer je potrebna. Ta model (pesto-in-krak) omogoča izgubo med 8 - 10% prvotne proizvodnje moči in ustvari eno samo točko okvare. Na primer, ko pade prenosni steber ali stolp, lahko zaradi tipične zasnove pesta-in-krake mreže nastane ogromen izpad električne energije.

Z ustvarjanjem shranjene ali proizvedene električne energije z uporabo porazdeljene sončne energije v bližini odjemne točke se zmanjša količina električne energije, ki se prenaša od podpostaje do odjemne točke. To pomeni, da se je povpraševanje potrošnikov po električni energiji zmanjšalo glede na trenutno prikazano uporabo tradicionalnega omrežja. To zmanjšanje povpraševanja bo odložilo ali morda celo odpravilo potrebo po dragih nadgradnjah prenosnih in distribucijskih sistemov. Poleg tega bo med gozdnimi požari, orkani in/ali kibernetskimi napadi na voljo več razpršenih sončnih in skladiščnih objektov, ki bodo lahko ustvarili mikromreža, da bodo vsaj delno še naprej napajali ključne objekte (kot so čiščenje vode in bolnišnice), medtem ko si celotno osrednje električno omrežje prizadeva obnoviti. Temu pravimo odpornost mreže.

Pred časom so ljudje mislili, da solarna tehnologija ni zanesljiva in da lahko uniči omrežje. Desetletja zgodovine delovanja kažejo, da so fotonapetostni (PV) moduli zanesljiva in trajna komponenta, zato je potrebno zelo malo vzdrževanja in dolga leta zanesljivosti. Inverterska tehnologija se je hitro razvila in je sončno energijo spremenila iz pasivnega, včasih problematičnega vira energije v aktivnega udeleženca pri stabilnosti omrežja z zagotavljanjem napetostne podpore, regulacije frekvence in sintetične vztrajnosti. Z uporabo sončne energije v porazdeljeni aplikaciji pomaga ublažiti zastoje pri prenosu in povečati odpornost električnega omrežja na večje motnje.

Ko pospešujemo naš energetski prehod, je pomembno, da vsi inženirji, oblikovalci politik in javnost uporabljajo najnovejšo tehnologijo, ki jim je na voljo, namesto da uporabljajo pretekle strahove glede same tehnologije. Zato se sončna energija iz enega najšibkejših členov spreminja v enega najpomembnejših in stabilizirajočih sestavnih delov električnega omrežja v 21. stoletju.