Решаване на променливостта на възобновяемите енергийни източници чрез съхранение на енергия в мрежата

Основното предизвикателство: Съгласуване на променливото производство от вятърни и слънчеви електроцентрали с постоянното търсене

Проблемът с вятърната и слънчевата енергия е, че те силно зависят от метеорологичните условия и продължителността на деня, което води до всевъзможни несъответствия в доставката. Междувременно хората продължават да използват електричество в предвидими часове през целия ден, поради което винаги съществува натиск за стабилен производствен капацитет. Когато има прекалено много възобновяема енергия, но недостатъчно търсене, операторите на електрическата мрежа нямат друг избор освен да изключат част от тези източници, като по този начин ефективно „хвърлят“ чиста енергия, която иначе би могла да се използва. От друга страна, при всяко рязко увеличение на търсенето, когато възобновяемите източници не произвеждат достатъчно енергия, се принуждаваме отново да използваме старите въглищни и газови електроцентрали, само и само за да поддържаме стабилната работа на системата — което, разбира се, допринася за повишаване на нивата на замърсяване. Според скорошно проучване на Международната енергийна агенция, веднъж щом възобновяемите източници съставят над 30 % от общото производство на енергия в даден регион, проблемите започват бързо да се натрупват, освен ако не съществуват добре функциониращи решения за съхранение или управление на тази променливост. Тези видове несъответствия между доставката и търсенето оказват допълнително напрежение върху нашите електрически системи и в крайна сметка забавят усилията за намаляване на емисиите на въглерод по цялата линия.

Как акумулаторните системи за съхранение на енергия в мрежата компенсират времевите разлики – зареждане при излишък и разреждане при нужда

Съхранението на енергия за електрическите мрежи решава проблема с променливото производство на електроенергия, като умно премества електричеството във времето. Когато през деня има прекалено много слънчева енергия или нощем – силни ветрове, тези системи поглъщат излишната енергия и я освобождават, когато хората най-много се нуждаят от нея. Вземете за пример слънчевата енергия, произведена посред бял ден: излишъкът се събира в батерии, които след това встъпват в действие по време на вечерния пиков период, когато всички включват осветлението и електроуредите си. По този начин те фактически заместват старите газови електроцентрали, които работят само при внезапно увеличение на търсенето. Това прави съхранението толкова ценно: то превръща непредсказуемите възобновяеми източници в надежден и контролируем по изискване ресурс, а също така помага за поддържане на стабилността на мрежата чрез функции като регулиране на честотата. Повечето системи днес разчитат на насосни водни електроцентрали за ежедневни нужди, заедно с литиево-йонни батерии. За по-дългосрочно съхранение – например през различните сезони – зелената водородна технология показва добър потенциал. Какъв е ефектът? Проучвания сочат, че правилно внедрените решения за съхранение могат да повишат действителното използване на възобновяема енергия в райони, където чистата енергия доминира в енергийния микс, понякога достигайки подобрение от около 40 %, без да се компрометира стабилността на цялата система.

Ключови технологии за съхранение на енергия в електрическата мрежа и тяхната роля

Хидроакумулиране с насос: Утвърдената основа на системите за дълготрайно съхранение на енергия в електрическата мрежа

Хидроакумулиращите електроцентрали (ХАЕЦ), както често се наричат, все още са водещото решение за съхранение на енергия в електрическите мрежи и представляват около 90 % от цялата инсталирана мощност по света. Основната идея всъщност е доста проста: когато търсенето на електричество е ниско или когато има излишък от възобновяема енергия, вода се изпомпва нагоре в язовири. По-късно, когато търсенето рязко нарасне, тази съхранена вода се пуска обратно надолу през турбини, за да генерира отново електричество. Това решение е толкова привлекателно поради своята мащабируемост и способността да съхранява енергия в продължение от шест до двайсет часа или повече. Такава гъвкавост се оказва изключително полезна за изравняване на колебанията в производството на електроенергия от слънчеви и вятърни електроцентрали през деня и седмицата. Ефективността също е значително подобрена – съвременните системи постигат кръгова ефективност между 70 % и 85 %. Някои инсталации дори достигат обем от няколко гигаватчаса. Въпреки че географските ограничения наистина създават предизвикателства за широко разпространение, иновативни подходи – като преобразуването на старите минни обекти и повторното използване на съществуващи язовирни съоръжения без възможности за електрогенерация – отварят нови възможности за разширяване на тази добре проверена технология.

Системи за съхранение на енергия в батерии (BESS) и зелен водород: осигуряване на краткосрочна гъвкавост и сезонно преместване

Системите за съхранение на енергия в батерии (BESS) и зеленият водород отговарят на допълващи нужди в мащаба на електрическата мрежа:

• БЕСС (предимно литиево-йонни) осигуряват реакция по-бързо от секунда за регулиране на честотата и изглаждане на слънчевата енергия, с продължителност на разреждане 4–8 часа. Тяхната модулност подпомага внедряването им на трансформаторни подстанции или в съвместно разположение с възобновяеми енергийни източници.
• Зелен водород , произведен чрез електролиза с излишъците от възобновяема енергия, позволява дългосрочно съхранение — седмици или месеци — в солени пещери или резервоари. Използва се като въглеродно неутрално гориво за турбини или горивни клетки по време на сезонни спадове в производството на енергия от вятър и слънце.

Заедно те осигуряват комплексна интеграция — BESS управляват колебанията от секунди до часове, а зеленият водород решава дефицитите, предизвикани от времената на годината и метеорологичните условия.

Съхранението на енергия в електрическата мрежа като мултифункционален актив на мрежата

Предоставяне на услуги в реално време: регулиране на честотата, имитация на инерция и поддръжка на напрежението

Системите за съхранение на енергия изпълняват жизненоважна роля за поддържане на стабилността на електрическата мрежа по начини, които старата инфраструктура просто не може да осигури. При внезапно падане на честотата тези системи встъпват в действие почти незабавно — или връщат енергия обратно в мрежата, или поглъщат излишната електричество по време на върхове, преди ситуацията да излезе изпод контрол. Съвременните инвертори също са станали доста умни и имитират инерцията, която по-рано се получаваше от въртящите се генератори във въглищните и газовите електроцентрали, които постепенно изчезват от нашата енергийна смес. Съхранението помага и за управлението на напрежението в цялата мрежа: то регулира реактивната мощност в ключови точки по цялата електрическа мрежа, поддържайки напрежението в допустимите граници дори при рязък ръст на натоварването или повреда на оборудването. Това става особено важно в мрежи, наситени с вятърна и слънчева енергия, тъй като тези чисти източници не осигуряват същата автоматична стабилност, на която разчитахме от електроцентрали, използващи изкопаеми горива, в миналото.

Осигуряване на участие на пазара: арбитраж, гарантиране на мощността и допълнителни услуги

Съхранението на енергия в мрежата днес прави много повече от чисто технически неща. То всъщност отваря цял спектър различни начини за печелене на пари. Когато цените на електричеството паднат под около 20 долара на мегаватчас, умните оператори съхраняват енергия и след това я продават обратно, когато цените скочат над 100 долара. Някои компании сключват договори, известни като договори за гарантиране на мощност, които по същество гарантират стабилно производство на електроенергия за вятърни и слънчеви електроцентрали. Тези договори позволяват на системите за съхранение да изпълняват ролята на резервни източници, когато слънцето не грее или вятърът не духа, което помага за изпълнението на строгите цели за доставка от 99 процента, с които повечето възобновяеми енергийни източници се затрудняват. Има и възможности за печелене на приходи на така наречените пазари на допълнителни услуги. Обектите за съхранение могат да спечелят от около 50 до може би 150 долара на мегават всеки ден само чрез поддържане на стабилността на електрическата мрежа – например чрез регулиране на честотата. Всички тези различни източници на приходи означават, че съхранението на енергия вече не е просто още един разход. Напротив, то става нещо ценно, което действително подобрява икономическата ефективност на цялата електроенергийна система.

Реално въздействие: Случаи, доказващи успеха на системите за съхранение на енергия в мрежата

Енергиен резерв Хорнсдейл: Осигуряване на стабилност и икономии в електрическата мрежа на Южна Австралия с високо ниво на възобновяема енергия

Хорнсдейл Пауър Резерв се отличава като първата в света голяма литиево-йонна батерийна инсталация, която показва какво всъщност може да направи складирането на енергия за мрежата в райони, които силно разчитат на възобновяеми източници. Разположена точно в сърцето на вятърната електрическа мрежа на Южна Австралия, където зелената енергия често съставлява повече от половината от цялата произведена електроенергия, тази система реагира почти моментално, за да балансира колебанията в доставката и търсенето. Времето за реакция е под 100 милисекунди, което означава, че системата предотвратява потенциални прекъсвания на захранването при внезапен дисбаланс между производството и потреблението. Когато има прекалено много вятърна енергия, постъпваща в мрежата, обектът съхранява тази допълнителна енергия и след това я връща обратно в мрежата по време на пиковите часове към края на следобеда. Само това спести около 116 милиона щатски долара стойност в енергийни разходи само през първите няколко години след пускането ѝ в експлоатация. По време на силни бури или вълни от горещина резервът осигурява аварийна електрозахранваща поддръжка, което прави цялата електрическа мрежа значително по-устойчива към нарушения. Това, което се случи в Австралия, вдъхнови проекти-копия по различни континенти, включително в места като Калифорния и Германия. Тези инсталации доказват, че дори и при голямо количество слънчева и вятърна енергия, внасяна в нашите електрически мрежи, все пак можем да осигурим стабилно електроснабдяване, като едновременно намаляваме разходите и намаляваме екологичния си отпечатък.

Често задавани въпроси

Какво е възобновяемата променливост?

Възобновяемата променливост се отнася до колебанията в производството на електроенергия от възобновяеми източници като вятъра и слънцето, причинени от фактори като метеорологичните условия и времето на деня, което може да доведе до несъответствия в доставката на енергия.

Какво е ролята на енергийните системи за съхранение в мрежата при управлението на променливостта на възобновяемата енергия?

Енергийните системи за съхранение в мрежата помагат за управление на променливостта на възобновяемата енергия, като съхраняват излишната енергия при високо производство и я освобождават, когато търсенето надвишава доставката, по този начин осигурявайки по-стабилна енергийна мрежа.

Какви са основните типове технологии за енергийно съхранение в мрежата, споменати в статията?

В статията се споменават технологии като накачващата хидроелектрическа енергийна система (PHS), системите за батерийно енергийно съхранение (BESS) и зеленият водород като ключови решения за задоволяване на нуждите от енергийно съхранение в мрежата.

Какво е приноса на Hornsdale Power Reserve за стабилността на енергийната мрежа?

Хорнсдейлската енергийна резервна система допринася за стабилността на електрическата мрежа, като бързо реагира на колебанията в доставката и търсенето, съхранява излишната енергия от възобновяеми източници и осигурява аварийна електрозахранваща поддръжка по време на критични ситуации.