Poza mitami: niezawodność energii słonecznej i jej stabilizująca rola w nowoczesnych sieciach elektroenergetycznych

Przez dziesięciolecia w sektorze energetycznym panował pogląd, że źródła odnawialne,-zwłaszcza energia słoneczna-są zbyt nieciągłe i zawodne, aby służyć jako szkielet nowoczesnych systemów elektroenergetycznych. Utrzymującym się błędnym przekonaniem jest to, że panele słoneczne szybko ulegają degradacji, ulegają uszkodzeniu pod wpływem stresu i, co gorsza, wprowadzają chaos w doskonale zrównoważony taniec podaży i popytu w sieci energetycznej. Krytycy często argumentowali, że energia słoneczna jest nie tylko zmienna, ale także stanowi zagrożenie dla stabilności sieci, mogąc powodować wahania napięcia i przerwy w dostawie prądu.

Jednak pogląd ten jest coraz bardziej przestarzały. Bazując na dziesięcioleciach danych operacyjnych, postępie w energoelektronice i-rzeczywistych doświadczeniach w zakresie integracji sieci sieciowych, wyłania się zupełnie inny obraz: technologia słoneczna okazała się wyjątkowo niezawodna, a przemyślane wdrożenie aktywnie zwiększa odporność i stabilność sieci. Artykuł ten ma na celu objaśnienie realiów technicznych związanych z niezawodnością energii słonecznej i jej pozytywnym wpływem na systemy elektroenergetyczne.

Pierwszą myślą niektórych osób na temat paneli słonecznych jest to, że są zawodne. Ale w rzeczywistości już tak nie jest! Większość dzisiejszych paneli fotowoltaicznych jest znacznie bardziej niezawodna, mocniejsza niż kiedykolwiek wcześniej i wymaga znacznie mniej czynności konserwacyjnych niż poprzednie formy wytwarzania energii. W przeciwieństwie do silników z turbiną gazową i silników wysokoprężnych (które mają maszyny wirujące), panele słoneczne nie mają części obrotowych, co oznacza, że ​​nie ma w nich miejsca na zużycie, rozdarcie i/lub smarowanie. Główny element panelu słonecznego, „złącze półprzewodnikowe”, został wykonany przy użyciu sprawdzonej technologii krzemowej, która jest z powodzeniem stosowana w elektronice od ponad 50 lat i okazała się absolutnie niezawodna!

Długoterminowe-badania oceny oddziaływania na środowisko, takie jak te prowadzone przez Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej Stanów Zjednoczonych (NREL), wskazują, że wysokiej jakości moduły fotowoltaiczne ulegają rocznemu obniżeniu mocy znamionowej o mniej niż 0,5% rocznie; wiele systemów zainstalowanych w latach 80. i 90. XX w. po ponad 30 latach pracy wytwarza obecnie 80% lub więcej swojej początkowo znamionowej mocy wyjściowej. Większość producentów modułów fotowoltaicznych udziela gwarancji na moduły fotowoltaiczne na okres co najmniej 25 lat; jednakże moduły prawdopodobnie będą nadal działać długo po tej dacie. Chociaż awarie zdarzają się w przybliżeniu w wyniku czynników zewnętrznych (np. nieprawidłowej instalacji, ekstremalnych warunków pogodowych), nieodłączny wskaźnik awaryjności modułów fotowoltaicznych wynosi poniżej 0,05% rocznie,-wskaźnik awaryjności większości innych technologii wytwarzania energii, w tym wielu komponentów elektrowni zasilanej paliwami kopalnymi,-jest równy wskaźnikowi awaryjności modułów fotowoltaicznych lub niższy, co sprawia, że ​​energia słoneczna jest raczej niezawodną opcją sprzętową.

 

Drugi, bardziej techniczny mit głosi, że energia słoneczna „niszczy” stabilność sieci. Problem ten historycznie wynikał z wczesnych falowników-podłączanych do sieci, które projektowano tak, aby po prostu przesyłały jak najwięcej mocy do sieci i natychmiast odłączały się w przypadku wystąpienia jakichkolwiek zakłóceń. Chociaż to pasywne zachowanie mogłoby teoretycznie zmniejszyć bezwładność systemu, nie jest to już normą.

Dzisiejsze-inwertery obsługujące sieć-często nazywane „inwerterami inteligentnymi” lub „inwerterami-tworzącymi sieć”-rewolucjonizują-gry. Zawierają zaawansowane funkcje sterujące, które aktywnie wpływają na stan sieci. Kluczowe funkcje obejmują:

Kontrola napięcia i częstotliwości:Inteligentny falownik może korygować odchylenia napięcia i częstotliwości, podobnie jak zwykłe generatory synchroniczne AVR, dostosowując ich rzeczywistą i bierną moc wyjściową w milisekundach.

Możliwość jazdy-:Nowe falowniki mają funkcję-przejściową, która umożliwia im dalsze wspomaganie sieci w przypadku krótkotrwałych usterek (na przykład w przypadku uderzenia pioruna lub gałęzi drzewa na linię energetyczną) i ponowne-wprowadzanie energii z powrotem do sieci zaraz po usunięciu usterki.

Bezwładność syntetyczna:Energia słoneczna nie ma fizycznej masy obrotowej turbiny parowej, ale zaawansowane falowniki mogą pobierać i wstrzykiwać energię z dużą prędkością, aby symulować bezwładność podczas zmiany częstotliwości. Ta syntetyczna bezwładność daje konwencjonalnym generatorom cenne milisekundy na zwiększenie mocy do maksymalnej mocy.

Funkcje te nie powodują destabilizacji sieci, ale umożliwiają-strefom słonecznym o dużej penetracji działanie z większą odpornością. Na przykład w Australii Południowej-regionie, w którym ponad 60% energii pochodzi z natychmiastowych źródeł odnawialnych,-inwertery-tworzące sieć-z powodzeniem uruchomiły-czarne sieci lokalne po znacznej separacji systemów, co wcześniej było możliwe tylko w przypadku elektrowni wodnych i gazowych.

Rozproszona produkcja energii słonecznej zmniejsza obciążenie istniejących linii przesyłowych, ponieważ jest wytwarzana bliżej punktu wykorzystania niż tradycyjna energia elektryczna-z sieci. Tradycyjne wytwarzanie energii elektrycznej opiera się na dużych elektrowniach wytwarzających energię elektryczną, która jest następnie transportowana na setki kilometrów liniami przesyłowymi wysokiego napięcia, aby ostatecznie zostać wykorzystana tam, gdzie jest potrzebna. Model ten (piasta-i-ramiona) pozwala na utratę od 8 - 10% pierwotnej produkcji mocy i tworzy pojedynczy punkt awarii. Na przykład po upadku słupa lub wieży transmisyjnej w wyniku typowego projektu siatki-i-szprych może dojść do ogromnej przerwy w dostawie prądu.

Tworząc zmagazynowaną lub wytworzoną energię elektryczną, poprzez wykorzystanie rozproszonej energii słonecznej w pobliżu punktu zużycia, zmniejsza się ilość energii elektrycznej transportowanej z podstacji do punktu odbiorcy. Oznacza to, że zapotrzebowanie odbiorców na energię elektryczną zmniejszyło się w stosunku do obecnie wykazywanego przy wykorzystaniu tradycyjnej sieci. To zmniejszenie zapotrzebowania opóźni, a może nawet wyeliminuje potrzebę kosztownych modernizacji systemów przesyłowych i dystrybucyjnych. Ponadto podczas pożarów, huraganów i/lub cyberataków dostępnych będzie wiele rozproszonych instalacji fotowoltaicznych i magazynów, które będą w stanie tworzyć mikrosieci, aby przynajmniej częściowo nadal zasilać kluczowe obiekty (takie jak uzdatnianie wody i szpitale), podczas gdy ogólna centralna sieć elektroenergetyczna podejmie wysiłki w celu samoregeneracji. To właśnie nazywamy odpornością sieci.

Dawno temu ludzie uważali, że technologia fotowoltaiczna jest niezawodna i może zniszczyć sieć. Dziesięciolecia historii eksploatacji pokazują, że moduły fotowoltaiczne (PV) są niezawodnym i trwałym komponentem, dlatego wymagają bardzo niewielkiej konserwacji i zapewniają wieloletnią niezawodność. Technologia inwerterów ewoluowała szybko i przekształciła energię słoneczną z pasywnego, czasami problematycznego źródła energii, w aktywnego uczestnika stabilności sieci, zapewniając wsparcie napięciowe, regulację częstotliwości i syntetyczną bezwładność. Wykorzystanie energii słonecznej w zastosowaniach rozproszonych pomaga złagodzić zatory w transmisji i zwiększyć odporność sieci elektrycznej na poważne zakłócenia.

Przyspieszając naszą transformację energetyczną, ważne jest, aby wszyscy inżynierowie, decydenci i społeczeństwo korzystali z najbardziej aktualnej dostępnej im technologii, zamiast wykorzystywać obawy związane z samą technologią z przeszłości. Dlatego energia słoneczna przekształca się z jednego z najsłabszych ogniw w jedno z najważniejszych i stabilizujących elementów sieci elektrycznej XXI wieku.