עיצוב מערכות כוח עבור חדירה מחודשת גבוהה גרידס האי

רשתות חשמל מאוישות - אלה שפועלים באופן עצמאי ללא קשר לרשת גדולה יותר או אזורית - נמצאים תחת לחץ גובר לשלב מניות גבוהות של אנרגיה מתחדשת. Driven על ידי ירידה בעלויות מתחדשות, חששות ביטחוניים אנרגיה, ומטרות צמצום פליטה, איים מרוחקים, קהילות כפריות, ואתרים תעשייתיים מבודדים יותר פונים לשיטות השמש, הרוח ומשאבים משתנים אחרים.

מה מגדיר את הכוח האינטס?

רשת מאונטת, הידועה גם כמערכת כוח מבודדת או מחוץ לריד, משרתת חשמל לאזור מקומי ללא כל קישור סינכרוני לרשת מחוברת גדולה יותר.מערכות אלה נמצאות בדרך כלל על איים גיאוגרפיים, אך גם קיימות בעיירות כרייה מרוחקות, בסיסים צבאיים, וקהילות מחוץ לגזימים על פני יבשות.התכונה המגדירה היא כי כל הדור, עומס, רגולציה, תמיכה מסורתית חייבת להיות מנוהלת באופן מקומי.

תכונות מפתח של רשתות איות כוללות מספר מוגבל של גנרטורים, יכולת קצרת-תחומית מוגבלת, אינרציה נמוכה, ולעתים קרובות דרישה קטנה יחסית לחידושים בקנה מידה גדול, כי אין רשת חיצונית לספק גיבוי או לספוג כוח עודף, מתכננים מערכת חייבים לתכנן בקפידה עבור כל תרחיש - מתקופות רגועות, ממושכות כדי להגיע באמצע הסערה.

אתגרים מרכזיים של חדירה מחודשת

השגת חדירה גבוהה של אנרגיה מתחדשת - המוגדרת כאן כאחוז של אנרגיה חשמלית שנתית ממקורות מתחדשים - דורשת מעל ארבעה אתגרים מחוברים.

אפשרויות ו Unquity

השמש והרוח הם משתנים מטבעם. פלט השמש משתנה עם כיסוי ענן, זמן של יום, ועונה. אנרגיית הרוח משתנה דקה עד דקה. בתוך רשתות אי מאו, שינויים אלה לא ניתן להחליק על ידי יבוא מרשת גדולה. Planners חייב לקחת בחשבון את ההפצה הסטטיסטית של זמינות משאבים מתחדשים ואת הסיכון של תקופות ייצור נמוכות.

תדירות ויציבות וולט

ברשתות אי מבוססות דיזל קונבנציונליות, המסה המסתובבת של גנרטורים מספקת אינרציה - ההתנגדות הטבעית לשינויים בתדרים.חדירה מתחדשת גבוהה לעתים קרובות מתבטלת גנרטורים סינכרוניים עם משאבים המבוססים על חומרים לא מונעים (IBRs) כמו PV השמש וטורבינה רוח, שיש להם מעט או לא טנדרטיה קבועה.זה מפחית את היכולת של המערכת לרכוב באמצעות הפרעות, באופן דומה, יכול להיות מתח מקובל על ידי הלהקות בקרה מתקדמת.

אנרגיה אחסון כלכלה ו Sizing

אחסון אנרגיה הוא המנוף של רשתות אי חדשות גבוהה.באטים, הידרואלקטרי משואב, או אחסון אחר יכול לספוג עודף של דור מתחדשים ושחרור במהלך הגירעון.עם זאת, עלויות אחסון נשאר משמעותי, ושילוב מערכת עבור 100% אמינות מתחדשת מוביל לעתים קרובות לסוללות גדולות מדי, לא כלכליות כי יושבות יעד יותר פרגמטי של רמות של 70–90% עם עלייה משמעותית של מחזור אחסון (בקיצור) הוא מדי פעם, לחץ דם גבוה יותר, 000).

כלכלה ושיקום

קהילות מאויות לעיתים קרובות יש תקציבים מוגבלים ועלויות חשמל גבוהות עקב יבוא דלק.עברה לחדירה מתחדשת גבוהה דורש הון גבוה משמעותית עבור השמש, הרוח, האחסון והבקרות החכם. בעוד עלויות מודרגות של אנרגיה מתחדשת נפלו באופן דרמטי, העלות הכוללת של המערכת הכוללת שילוב, צמצום, וגיבוי. מסגרות מדיניות יעילות של Absent - כגון מכסי מזון, מד"ר, ציבורי או פרטיות - יכולות לפעולת על ידי אקטיביות מתקדמות יותר על ידי תעשיות מיקרואקטיביות.

עקרונות עיצוב מערכת לחדירה מחודשת

עיצוב מוצלח של רשתות איות עם חדירה מתחדשת גבוהה עוקב אחר כמה עקרונות מרכזיים שמטפלים באתגרים לעיל.

פיזור משאבים ניתנים להתחדשות

החלת על משאב מתחדש יחיד מגבירה את הסיכון.שלב השמש והרוח - אשר לעתים קרובות יש פרופילים משלימים - להפחית את הצורך באחסון.לדוגמה, אי טרופי עשוי להיות שמש חזק במהלך היום ורוח סחר עקבית בלילה.הוספת כוח הידרואלקטרי קטן, ביומסה, או אפילו גיאותרמית נוספת מגוון את התערובת. מחקרים מראים כי אחסון מגוון רחב יכול נמוך יותר על ידי 20–0% דרישות קוד אחד.

Grid-Forming Versus Grid- Follow Inverters

רוב המשאבים המבוססים על חומרים בלתי-מונעים משתמשים כיום בבקרות מעקב ברשת, המעקב אחר מתח הקיים, ברשת חלשה עם חדירה מתחדשת גבוהה, מעכבי רשת יכולים להיכשל כאשר תדירות הרשת או מתח מתפוגג באופן משמעותי. Grid-forming inverters, אשר להגדיר באופן פעיל את המתח והתדירות, הופכים חיוניים.

אדריכלות שליטה היררכית

שליטה יעילה של רשת אית מתחדשת גבוהה דורשת מספר רב של שכבות.שליטה ראשונית (תגובהמילימטרית) מטפל במתח ותדירות הרגולציה באמצעות תכונות droop. Secondary control (שניים עד דקות) מחזירה תדירות ומתח לערכים נומינליים, לעתים קרובות באמצעות בקרים מרכזיים או מבוזרים.Ttiary control ( דקות עד שעות) מנהלת את המשלוח הכלכלי, טעינה / לוח זמנים של אחסון אנרגיה, תיאום, ותיאום עם כל אחד עם כל אחד ממריצים היטב.

מעקב אחרי Robusting and Real-Time

תחזית מתחדשת מתאמת הופכת קריטית ככל שהחדירה עולה.תחזיות קצרות טווח (0-6 שעות קדימה) מודיעות על לוח הזמנים של סוללות וגנרטור, בעוד תחזיות יום ראש מסייעות לתכנן תחזוקה ורכישת דלק. ניטור בזמן אמת באמצעות PMUs (יחידות מדידה PPTsor) או מערכות SCADA מתקדמות מאפשרות תגובה מהירה טיפות בלתי צפויות בדור.

אנרגיה אחסון טכנולוגיות ו-Sizing Methods

Lithium-Ion Batteries: The Dominant Choice

סוללות ליתיום-יון שולטות כעת באחסון רשת איים עקב ירידות מחירים, יעילות עגולה גבוהה (90% -95%), ומודולריות.הם מצטיינים ברכיבה קצרה של אופניים - סופגים ספייק סולאריים וניתוק במהלך שיאי הערב. עם זאת, עבור אוטונומיה רב-יומית, העלות הופכת להיות אסרטיבית עבור רשת אי מתחדשת עם אחסון עונתית של 100% ידרוש יכולת טעינה יומית עבור קהילות קטנות ללא תשלום.

אחסון חלופי: Flow Batteries ו- Pumped Hydro

סוללות זרימת אנדרויום Redox מציעות אחסון ארוך טווח (6-12 שעות) ללא קיבולת ההידרדרות על מחזורים, מה שהופך אותם מתאימים עבור חלקה שבועי.עם זאת, צפיפות האנרגיה שלהם נמוכה וקרקע גדולה.אחסון הידרוד (PHS) הוא עלות יעילה עבור מיקומים עם טופווגרפיה מתאימה וזמינות מים.

אסטרטגיות אחסון היברידית

רשתות איות רבות מאמצות כעת אחסון היברידי המשלבות אופניים לטווח קצר עם מדיום אחסון גדול יותר, זול יותר ארוך טווח.לדוגמה, סוללה של 10 MWh ליתיום-יון יכול להתמודד עם תנודות תוך-יום, בעוד 200 מגה-וואט משאבת הידרו מכסה גירעוןים ימיים.

תכנון כלכלי ופיננסי

עלויות אנרגיה (LCOE) ומערכת LCOE

LCOE מסורתי עבור דור יחיד טכנולוגיה אינה מספיקה עבור רשתות איות, כי עלויות שילוב לשלוט.מערכת LCOE כולל את כל הדור, אחסון, צמצום, ועלויות גיבוי מחולקות על ידי אנרגיה נמסרה, תחת חדירת משקל זה, חדירה מתחדשת גבוהה יכול לעתים קרובות להיות זול יותר מאשר מערכות דיזל - במיוחד כאשר עלויות תחבורה דלק גבוהות. A 2022 ניתוח על ידי NREL מצא כי עבור אי טיפוסי עם 5MW גובה, 70% יכול להשיג מערכת מתחדשת יכול להשיג מערכת פחות מ 0% מאשר מערכת דלק.

מודלים של Financing

בהתחשב בעלויות הון גבוהות, פרויקטים ברשת האיתנה לעתים קרובות להסתמך על מימון ויתורים, קרנות אקלים ירוקות, או שותפויות ציבוריות פרטיות. הסכמי רכישה כוח (PPAs) עם מפתחים מתחדשים הכוללים אחסון יכולים להעביר סיכון הרחק מהתועלת.

מחקרים ושיעורים של אירועים אמיתיים לומדים

האי המלך, טסמניה (אוסטרליה)

האי קינג עבר מ-100% דיזל למערכת חדשנית באמצעות טורבינות רוח, PV סולרית, סוללה של 3MWh, וניהול עומס דינמי.עם חדירה מתחדשת ממוצעת של 65% ופסגות מעל 90%, האי הפחית את צריכת דיזל ב -70%. שיעורים מרכזיים כללו את הצורך בחיזוי זהיר ואת החשיבות של חומרים ברשת כדי לשמור על יציבות במהלך טיפות פתאומיות בפלט הרוח.

האיים האזוריים, פורטוגל

ארכיפלג האצורים עשה צעדים משמעותיים על מספר איים. על פי פאאלי ופיקו, מערכת היברידית משלבת את גיאותרמאל, הידרו, רוח ואחסון סוללות, השגת יותר מ -60% חדירה מתחדשת.הפרויקט הדגיש אתגרים של שילוב צמחים מתחדשים עצמאיים עם תוכניות בקרה שונות. Standardizing פרוטוקולי תקשורת (IEC 61850) היה חיוני לתיאום יעיל יותר, עבור פרטים נוספים, מקרה INA של מחקר כולל תכונות אנרגיה מתחדשת (R) עבור IR (R) עבור IR.

הוואי: מיטת מבחן לחדירה אולטרה-גבוהה

בעוד האיים העיקריים של הוואי אינם מאוימים לחלוטין (יש להם כבלים בין-אירלנד חלשים), האי של Molokai פועל כמעט עצמאי. פרויקט האנרגיה המולוקאי מתחדש משלב 500 קילוואט של השמש עם 500 קילוואט של אחסון סוללות ודיזל קיים עבור גיבוי.המערכת משתמשת בקרדי מיקרוגרידי מתקדם כדי לנהל מתח ותדירות, השגת ניסיון סולארי מעל 80% פעמים.

כיוונים עתידיים וטכנולוגיות מתפתחות

תאומים ו-AI עבור אופטימיזציה תפעולית

מודלים תאום דיגיטליים שמשכפלים את הרשת האי בזמן אמת משמשים כדי לדמות התאמות ואופטימיזציה לשלוח. בשילוב עם עומס מבוסס AI וחיזוי מתחדש, כלים אלה יכולים להפחית את הצמצום ולשפר את חיי הסוללה.

Blockchain עבור Peer-to-Peer אנרגיה מסחר

ברשתות איומות עם הרבה פרוזמונים, מסחר עמיתים מבוסס blockchain יכול להגביר את הביקוש הגמיש ואת אחסון מבוזר.טייס על האי של מדירה אפשר לתושבים לסחור עודף כוח סולארי, צמצום דרישות אחסון בקנה מידה כלי רכב.מודל זה עשוי להיות יותר בר קיימא כמו מ"ח חכם ועלויות תקשורת ירידה.

אחסון: Thermal and Gravity

טכנולוגיות אחסון מתפתחות כמו אחסון תרמי (באמצעות מלח או חומרים של שינוי שלב) ואחסון כבידה ( הרמת משקולות כבדות) מציעים אפשרויות ארוכות עלות נמוכה לרשתות איות. בעוד עדיין בשלבים מסחריים מוקדמים, הם יכולים לאפשר 100% רשתות מתחדשות בעלות נמוכה יותר מאשר ליתיום בלבד.

מסקנה

תכנון מערכות חשמל לחדירה מתחדשת גבוהה ברשת האי הוא אתגר הנדסי מורכב אך רב יותר ויותר רב יותר.על ידי הגדלת משאבים, פריסת בקרה מתקדמת עם חומרים מערכי רשת, אחסון אנרגיה מייצור נכון, והפעלה של חיזוי חזק, מתכננים יכולים להשיג אמינות ועלויות גבוהות עם מערכות דלק מאובן.