S onu stranu mitova: Pouzdanost solarne energije i njezina stabilizirajuća uloga u modernim električnim mrežama

Desetljećima je konvencionalno mišljenje u energetskom sektoru smatralo da su obnovljivi izvori-osobito solarna energija-previše isprekidani i nepouzdani da bi služili kao okosnica za moderne električne sustave. Uporna zabluda je da se solarni paneli brzo razgrađuju, kvare pod stresom i, što je još gore, unose kaos u fino uravnotežen ples ponude i potražnje na električnoj mreži. Kritičari su često tvrdili da solarna energija nije samo nestalna, već i prijetnja stabilnosti mreže, sposobna uzrokovati oscilacije napona i nestanke struje.

Međutim, ovo je gledište sve više zastarjelo. Oslanjajući se na desetljeća operativnih podataka, napredak u energetskoj elektronici i-iskustvo integracije mreže u stvarnom svijetu, pojavljuje se sasvim drugačija slika: solarna tehnologija se pokazala iznimno pouzdanom, a kada se promišljeno primijeni, aktivno poboljšava otpornost i stabilnost mreže. Ovaj članak ima za cilj demistificirati tehničku stvarnost iza solarne pouzdanosti i njezin pozitivan utjecaj na elektroenergetske sustave.

Neki ljudi prvo pomisle o solarnim panelima da su nepouzdani. Ali zapravo, to više nije slučaj! Većina fotonaponskih panela danas su daleko pouzdaniji, jači nego ikad prije i zahtijevaju mnogo manje radnji na održavanju od vas nego prethodni oblici proizvodnje energije. Za razliku od motora s plinskim turbinama i dizelskih motora (koji imaju rotirajuće strojeve), solarni paneli nemaju rotirajućih dijelova, što znači da nemaju mjesta za habanje, habanje i/ili podmazivanje. Glavna komponenta u solarnoj ploči, 'poluvodički spoj', napravljena je korištenjem provjerene tehnologije silicija koja se uspješno koristi u elektronici više od 50 godina i pokazala se apsolutno pouzdanom!

U dugoročnim- studijama procjene okoliša, poput onih koje je proveo Nacionalni laboratorij za obnovljivu energiju Sjedinjenih Država (NREL), studije pokazuju da visokokvalitetni fotonaponski moduli doživljavaju godišnju degradaciju nazivne snage manje od 0,5% godišnje; mnogi sustavi instalirani tijekom 1980-ih i 1990-ih trenutno proizvode 80% ili više od svoje početne nominalne snage nakon više od 30 godina rada. Većina proizvođača PV modula daje jamstvo za PV module na minimalno razdoblje od 25 godina; međutim, moduli će vjerojatno ostati operativni dugo nakon tog datuma. Dok se kvarovi događaju otprilike kao rezultat vanjskih čimbenika (tj. nepravilna instalacija, ekstremni vremenski uvjeti), inherentna stopa kvarova PV modula ispod je 0,05% godišnje-stopa kvarova većine drugih tehnologija za proizvodnju električne energije, uključujući mnoge komponente u elektrani na fosilna goriva-jednaka je ili niža od stope kvarova PV modula, što solarnu energiju čini prilično pouzdanom hardverskom opcijom.

 

Drugi, više tehnički mit je da solarna energija "uništava" stabilnost mreže. Ova zabrinutost povijesno je proizašla iz ranih mrežnih-pretvarača, koji su dizajnirani da jednostavno guraju što je više moguće snage u mrežu i odmah se isključuju ako dođe do bilo kakve smetnje. Iako bi ovo pasivno ponašanje moglo, u teoriji, smanjiti inerciju sustava, ono više nije norma.

Današnji-pretvarači koji podržavaju mrežu-koji se često nazivaju "pametni izmjenjivači" ili "izmjenjivači-za formiranje mreže"-mijenjaju igru-. Uključuju napredne upravljačke funkcije koje aktivno doprinose zdravlju mreže. Ključne značajke uključuju:

Kontrola napona i frekvencije:Pametni pretvarač može ispraviti odstupanja napona i frekvencije poput normalnih sinkronih generatora AVR podešavanjem njihove stvarne i jalove izlazne snage u milisekundama.

Mogućnost vožnje-kroz:Novi izmjenjivači imaju mogućnost-kroz sposobnost koja im omogućuje da nastave podržavati mrežu tijekom kratkotrajnih kvarova (na primjer, ako je došlo do udara groma ili je grana drveta pala na dalekovod) i ponovno-ubacivanje struje natrag u mrežu čim se kvar otkloni.

Sintetička inercija:Solar nema fizičku rotirajuću masu parne turbine, ali napredni inverteri imaju sposobnost izvlačenja i ubrizgavanja energije velikom brzinom kako bi simulirali inerciju kada se frekvencija mijenja. Ova sintetička inercija daje konvencionalnim generatorima dragocjene milisekunde za povećanje do maksimalne snage.

Daleko od toga da destabiliziraju mrežu, te značajke omogućuju-solarnim zonama visoke penetracije da rade s većom otpornošću. Na primjer, u Južnoj Australiji-regiji s više od 60% trenutnih obnovljivih-mreža-izmjenjivači koji formiraju uspješno su-pokrenuli lokalne mreže na crno nakon velikog odvajanja sustava, nešto što je prije bilo moguće samo s hidro ili plinskim postrojenjima.

Distribuirana proizvodnja solarne energije smanjuje opterećenje postojećih prijenosnih vodova, zahvaljujući tome što se proizvodi bliže točki upotrebe nego tradicionalna električna-temeljena na mreži. Tradicionalna proizvodnja električne energije oslanja se na velike proizvodne stanice koje proizvode električnu energiju, koja se zatim transportira stotinama kilometara visokonaponskim dalekovodima, da bi se na kraju koristila tamo gdje je potrebna. Ovaj model (glavčina-i-krak) dopušta gubitak između 8 - 10% izvorne proizvodnje snage i stvara jednu točku kvara. Na primjer, kada prijenosni stup ili toranj padne, može doći do masovnog zamračenja kao rezultat tipičnog dizajna središnje-i-krakove mreže.

Stvaranjem pohranjene ili proizvedene električne energije, korištenjem distribuirane solarne energije u blizini točke potrošnje, smanjuje se količina električne energije koja se transportira od trafostanice do točke potrošnje. To znači da je potražnja potrošača za električnom energijom smanjena u odnosu na ono što je trenutno prikazano korištenjem tradicionalne mreže. Ovo smanjenje potražnje odgodit će ili možda čak eliminirati potrebu za skupim nadogradnjama prijenosnih i distribucijskih sustava. Osim toga, tijekom šumskih požara, uragana i/ili kibernetičkih napada, postojat će niz raspršenih solarnih+skladišnih objekata koji će moći stvoriti mikromreže kako bi, barem djelomično, nastavili napajati ključne objekte (kao što su pročišćavanje vode i bolnice) dok se cjelokupna centralna električna mreža trudi obnoviti. To je ono što nazivamo otpornošću mreže.

Prije mnogo vremena ljudi su mislili da solarna tehnologija nije pouzdana i da može uništiti mrežu. Sada postoje desetljeća povijesti rada koja pokazuju da su fotonaponski (PV) moduli pouzdana i izdržljiva komponenta, stoga, vrlo malo održavanja i mnogo godina pouzdanosti. Inverterska tehnologija brzo se razvila i pretvorila solarnu energiju iz pasivnog, ponekad problematičnog izvora energije u aktivnog sudionika u stabilnosti mreže pružajući podršku naponu, regulaciju frekvencije i sintetičku inerciju. Korištenjem solarne energije u distribuiranoj aplikaciji, pomaže se ublažiti zagušenje prijenosa i povećati otpornost električne mreže na velike poremećaje.

Dok ubrzavamo našu energetsku tranziciju, važno je da svi inženjeri, kreatori politika i javnost koriste najnoviju tehnologiju koja im je dostupna, umjesto da se koriste prošlim strahovima o samoj tehnologiji. Stoga se solarna energija pretvara iz jedne od najslabijih karika u jednu od najznačajnijih i stabilizirajućih komponenti električne mreže u 21. stoljeću.