Исследователи из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) многое узнали о том, как надежно интегрировать большое количество энергии ветра и солнца в сеть, но есть несколько нерешенных проблем.
Одной из таких задач является обеспечение защиты сети в случае неисправности , такой как короткое замыкание. В новом руководстве и пояснительном видео NREL объясняет, как решить эту проблему и обеспечить защиту энергосистем с более высоким уровнем возобновляемых источников энергии в сети будущего.
Следующая проблема, которую нужно решить после инерции
В секторе электроэнергетики были предприняты значительные усилия, чтобы понять, как планирование и эксплуатация сети могут измениться при крупномасштабном развертывании таких ресурсов, как ветровая и солнечная фотоэлектрическая энергия (PV), в которых вместо синхронных генераторов на обычных электростанциях используются инверторы.
Считалось, что связанное с этим снижение инерции энергосистемы представляет собой серьезную проблему для поддержания надежной энергосистемы в будущем. В 2020 году NREL выступила против этого, выпустив видео и руководство, объясняющие роль инерции энергосистемы в поддержании освещения включенным.
В этих статьях описывается, что, хотя рост ресурсов инверторов уменьшит инерцию в сети, существует множество существующих или возможных решений для поддержания или даже повышения надежности системы, поэтому планировщикам и операторам сетей не нужно паниковать.
Однако инерция — это лишь одна из нескольких проблем, которые необходимо решать по мере развития сети.
«Хотя это не обсуждалось так широко, как инерция, защита от сбоев — это еще одна проблема, которую необходимо решить, поскольку генерация на основе инверторов продолжает расти», — сказал Пол Денхолм, главный энергетический аналитик NREL и ведущий автор обоих руководств. «И у нас есть идеи о том, как это можно решить».
Что такое защита от сбоев и зачем она нужна?
Наиболее типичным видом неисправности является короткое замыкание. В электросети могут возникать короткие замыкания, например, при соприкосновении двух проводов или при касании провода деревом. Это заставляет генераторы производить большой скачок электрического тока. Это называется током короткого замыкания, и если его не устранить, это может привести к пожару и повреждению оборудования.
В современной энергосистеме ток короткого замыкания в основном создается синхронными генераторами на ископаемых, атомных и гидроэлектростанциях, которые по своей природе могут производить большое количество тока. Тем не менее, инверторная технология, как правило, не предназначена для создания больших токов короткого замыкания, поэтому в будущей сети с высоким уровнем солнечной фотоэлектрической энергии и ветра энергосистеме может потребоваться найти новые способы обеспечения защиты от коротких замыканий.
Отчет дает полную историю
Для обучения политиков и других заинтересованных сторон исследователи NREL выпустили книгу «Понимание защиты энергосистем в будущем чистой энергии», в которой представлен краткий обзор защиты системы и токов короткого замыкания при поддержании безопасной энергосистемы. В нем описывается, почему могут потребоваться альтернативные подходы с увеличением использования ветровой и солнечной генерации, и рассматриваются различные подходы к обеспечению защиты системы в развивающейся сети.
«Существует целый ряд вариантов, которые могут поддерживать защиту системы, в том числе некоторые из них, которые очень хорошо изучены и имеют высокую степень уверенности, такие как синхронные конденсаторы», — сказал Бен Кропоски, директор Центра проектирования энергетических систем NREL и соавтор исследования. руководство. «Другие варианты могут включать в себя совершенно новые схемы защиты, которые не полагаются на большой ток короткого замыкания. Они находятся на более ранних стадиях разработки, поэтому они менее надежны, но в конечном итоге они могут обеспечить такой же или даже более высокий уровень защиты по более низкой цене. »
Таким образом, несмотря на то, что нет никаких сомнений в том, что будущие энергосистемы смогут поддерживать адекватную защиту от сбоев при расширении использования возобновляемых источников энергии, остается значительная неопределенность в отношении того, какой подход будет наилучшим.
«Самой большой проблемой при определении оптимального с точки зрения затрат сочетания ресурсов может быть понимание как потребности, так и стоимости различных вариантов, которые, вероятно, будут значительно различаться в зависимости от местоположения и сочетания существующих и будущих ресурсов», — сказал Денхольм.
В NREL наша работа продолжается, поскольку исследователи ищут ответы на одну проблему за раз на пути к более чистой, более доступной и более устойчивой сети.
