Во время отключения электроэнергии или после стихийного бедствия трудно превзойти простоту дизельного генератора. Просто заправьте топливом и запустите — так просто, что это может сделать каждый. С другой стороны, возобновляемые микросети не так просты с их набором элементов управления, программным обеспечением и координацией активов. Но прелесть возобновляемых источников энергии в том, что топливо бесплатно и уже доступно на месте, даже в отдаленных районах стихийных бедствий.

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) опубликовала описание импровизированных элементов управления, которые спасли NREL во время его собственного отключения, что может сделать микросети простыми и дешевыми там, где они нужны больше всего.

В публикации под названием «Высвобождение частоты: мультимегаваттная демонстрация 100% возобновляемых энергосистем с децентрализованной схемой управления без связи» описывается подход микросетей, который обходит стороной центральный контроллер — дорогой и сложный компонент — и его зависимость от коммуникаций. вместо этого используя собственные элементы управления батареями, солнечными и ветровыми системами.

«Подход NREL позволяет собирать устройства в микросеть без сложной настройки, полагаясь только на возобновляемые источники энергии и опыт любителей электротехники — идеально подходит для восстановления в крайнем случае», — сказал Пшемыслав Коралевич, инженер NREL и соавтор метода без связи.

Недорогой ресурс восстановления

Когда в NREL произошло неожиданное отключение электроэнергии , у лаборатории было несколько вариантов восстановления: ни контроллера микросети, ни предварительно настроенной установки. Только большая батарея, солнечные батареи и ветряки. Другие кампусы — или районы, районы и дома — могут оказаться в подобных обстоятельствах, и во время сбоя не время возиться со сложными конфигурациями. Как и в случае с NREL, сообщества теперь могут без промедления внедрить устойчивую микросеть, используя элементы управления, которые существуют практически для любого источника энергии.

В то время как микросети являются очевидным ответом на восстановление и устойчивость, затраты на контроллер представляют собой барьер для сообществ. В 2019 году NREL обнаружил, что средняя стоимость контроллеров микросетей составляет 155 000 долларов за мегаватт , что потенциально делает устойчивые микросети недоступными для уязвимых областей.

Помимо затрат, контроллеры представляют собой путаницу коммуникаций и системных настроек, часто непрозрачных, проприетарных и предназначенных для конкретных сценариев. Эти функции могут быть полезны для минимизации энергопотребления и затрат, но восстановление часто требует быстрого и готового варианта. Метод NREL отдает приоритет отказоустойчивому запуску, отказываясь от сложных программ и коммуникаций в пользу чрезвычайно простых элементов управления, но при этом позволяя создавать более совершенные конструкции.

Как это работает?

Схема NREL децентрализована — устройства не обмениваются данными и не выдают команды (т. е. они «не взаимодействуют»). Вместо этого устройства саморегулируются, используя системную частоту в качестве общего языка. Короче говоря, батарея или другой источник питания образует сеть, подавая питание с заданной частотой. Другие генераторы, такие как солнечные батареи и ветряные турбины, следуют за сетью, следя за частотой и соответствующим образом изменяя свою мощность.

В этом методе нет ничего нового — в стандартных генераторах на ископаемом топливе используются так называемые регуляторы «падения», что является частью привлекательности. Исследователи NREL показали, что метод работает со 100% возобновляемой энергией, может масштабироваться и применим практически для любого энергетического устройства.

Что является инновационным, так это то, что метод NREL освобождает частоту сетки от жестких 60 герц (Гц). Не связанная механическим вращением частота микросети может иметь более широкий диапазон. На самом деле именно в этом диапазоне устройства взаимодействуют друг с другом без связи: когда частота превышает 60 Гц, генераторы снижают мощность. На еще более высоких частотах генераторы еще больше снижают свою мощность, балансируя частоту около 60 Гц. Система самостабилизируется, никогда не перезаряжая батареи и не снижая нагрузки.

Если это звучит сложнее, чем дизельный генератор, возможно, так оно и есть. Это по-прежнему требует некоторого программирования устройства и настройки параметров, которые подробно описаны в отчете.

«Метод NREL — это самый первый шаг в проектировании, который может стать стандартом для отказоустойчивых микросетей, — сказал Коралевич. «Наш безкоммуникационный метод может быть изначально сконфигурирован в будущих устройствах или, возможно, сертифицирован для легкого доступа операторов. При стандартизированном внедрении микросети любого типа — военные базы , резервные больницы, даже сетевые районы — могут рассчитывать на нерушимую основу до своего дня. – текущие операции».

Границы систем возобновляемой энергии

На переднем крае энергосистем инженеры решают технические вопросы эксплуатации сети, в основном с использованием возобновляемых источников энергии. Нерешенные вопросы связаны с инверторами, которые представляют собой силовые электронные устройства, которые соединяют возобновляемую энергию с сетью, и, в частности, с тем, как инверторы могут формировать сеть способами, которые традиционно имеют ископаемые ресурсы. Консорциум UNIFI берет на себя задачу инвертора совместными усилиями десятков исследовательских институтов во главе с NREL.

Метод без связи NREL является одним из примеров стратегии формирования сети, которая будет необходима, когда системы будут стремиться к более высоким уровням возобновляемых источников энергии. Предлагая этот метод, NREL открывает путь к некоторым из более сложных тем, с которыми сталкиваются UNIFI и энергосистемы повсюду, например, как обращаться с защитой сети и какие элементы управления должны быть необходимы для устройств, формирующих сеть. Авторы подходят к этим вопросам в отчете, предлагая одно направление, которое будущие энергетические системы могут выбрать на пути к декарбонизации.