Võrguenergiamahutite lahendustega võrgu usaldusväärsuse ja vastupidavuse tõhustamine

Kuidas võrguenergiamahutite lahendused tõhustavad võrgu usaldusväärsust ja vastupidavust

Energiahoidlatesüsteemid toimivad võrgus umbes nagu amortissorid, reageerides peaaegu viivituseta pingelangusele või seadmete rikkele. Need süsteemid hoiavad sagedust reguleerituna üsna lähedal standardile 60 või 50 Hz, tavaliselt umbes pool hertsi piires mõlemal pool. See on oluline, sest ilma sellise kontrollita oleme varem näinud suuri probleeme, kus väikesed rikked kasvasid suurteks mustadeks, mis puudutasid korraga mitut osariiki. Selle energiahoidla lahenduse eriline väärtus seisneb selles, et see suudab sekundi murdosades tagasi pumba elektrit, mis aitab tunduvalt võrku stabiilseks teha. Ajal, mil võrgus tekib probleeme, muutub selle kiire reageerimisvõime absoluutselt oluliseks haiglate, häirekeskuste ja teiste elutähtsate teenuste sujuva toimimise tagamisel.

Energiahoidla integreerimine taastuvate energiaallikatega stabiilse varustuse tagamiseks

Energia salvestamine toimib päikesepaneelide ja tuulikute kõrval väga hästi, kuna taastuvenergia tootmine kõigub päeva jooksul ligikaudu 70% ajast üsna palju. Elektritootjad saavad jätkata elektri tarnega ilma vajumata kütuse- või gaasijäätmete poole, mis on eriti oluline öösel, kui päike on loojunud, või kui mitme päeva jooksul ei tuule. Salvestatud elektrivõimsus täidab need lüngad, kus tootmine väheneb, seega saavad inimesed endiselt usaldusväärselt elektrit oma pistikupesadest. See võimaldab meie võrgus saavutada rohkem puhast energiat, mis on keskkonnahoidjate aastakymneid kestnud eesmärk.

Energiasalvestuse teenused, näiteks tipunikestamine ja koormuse tasakaalustamine

• Tipunikestamine: Salvestus süsteem toetab elektrivõrku päevaste tarbe tipuaegadel (nt kell 17–20), vähendades võrguliinide koormust ja vältides kallisid infrastruktuuri uuendusi
• Koormuse tasakaalustamine: Akuud jaotavad üleliigse energia ülekoormatud tsoonidest piirkondadesse, kus on puudust, optimeerides võrgu kasutamist ja vähendades ummikuid

Need teenused parandavad tõhusust ja vähendavad vananeva infrastruktuuri kulumist, kaasaaitates süsteemi pikaajalisele usaldusväärsusele.

Andmeanalüüs: Võrguhoidla vähendab seiskamise kestust kuni 40% (USA energiadepartament, 2023)

USA energiadepartamendi 2023. aasta vastupidavuse raportis leiti, et piirkonnad, kus on vähemalt 500 MW salvestusvõimsust, taastasid elektritoite orkaanide ajal 2,3 tundi kiiremini kui võrgud ilma salvestuseta. See 40% paranemine seiskamise taastumisel tuleneb salvestusvõimekusest:

1. Säilitada kriitiliste objektide – haiglate, andmekeskuste, vee- ja jäätmete töötlemise tehaste – töö käivitamise ajal
2. Võimaldada kiiremat "musta käivitusega" võrgu taaskäivitust salvestatud varude abil, kiirendades täielikku taastamist

See võimekus on üha olulisem, kuna äärmuslikud ilmastikunähtused katsumaks võrgu vastupidavust.

Peamised energiasalvestustehnoloogiad, mis toetavad kaasaegseid võrgurakendusi

Energiaakse hoidmise tehnoloogiate ülevaade ja nende liigitamine kestuse ning funktsiooni järgi

Kaasaegsed võrguelektrihoidla lahendused kasutavad laias valikus erinevaid tehnoloogiaid, millest igaüks sobib konkreetsete kestuste ja funktsioonide jaoks:

Tehnoloogia tüüp	Aeg	Peamised rakendused
Liitiumioonakud	Lühike-keskpikk	Sagedusreguleerimine, tippkoormuse toetus
Voolupunktid	Keskpikk-pikk	Koormuse nihutamine, taastuvate energiaallikate integreerimine
Pumpitud veekogum	Pikaajaline	Hulgienergia salvestamine, hooajaline tasakaalustamine
Soojuslaadimine	Lühike-pikk	Tööstuslik soojuse haldamine, CHG-süsteemid

Nagu püsiva energiasüsteemide uuringud näitavad, aitab see liigitus elektritootjatel sobitada tehnoloogiavalikuid oma tehniliste vajadustega – lühiajalised süsteemid, nagu superkondensaatorid, käsitlevad hetkelisi ebavõrdsusi, samas kui voogakkud toimevad mitme tunni pikkuste taastuvenergia tootmiskõikumistega.

Liitiumioon- vs. vooluakude: võrdlus võrguenergiatalletuslahendustes

Liitiumioonaku pole üsna palju lühiajalisest ladustamisvajadusest, sest neil on imponova tagasipöördumatu tõhususe määr 90% -st kuni 95% -ni, lisaks sellele vastusaja alla 100 millisekundi. Kuid kui juttu on kauem kestvatest lahendustest, tõusevad esile vooluakud. Need süsteemid kestavad kusagil 20 kuni 30 aastat võrreldes liitiumi tavapärase elueaga umbes 10 kuni 15 aastat. Lisaks sellele on voolutehnoloogia hõlpsasti skaleeritav nende 4 kuni 12 tunni pikkuste tühjenemistsüklite jaoks, mida vajatakse taavetena päikesepaneelide või tuuleturbiinidega mitmetel päevadel. Asjaolu, et nende elektrolüüdid ei lagune ajaga, aitab tegelikult vähendada kogukulusid, ehkki need sisaldavad liitiumi alternatiividega võrreldes vähem energiat ruumivõtja kohta.

Uued tehnoloogiad: tahkeoleku ja gravitatsioonipõhised talletamissüsteemid

Kõrvalahelised aku võivad hoida kaks korda rohkem energiat kui tavalised liitiumioonaku, samuti on nende süttimise oht palju väiksem. See tähendab, et neid saab turvaliselt paigaldada väikestesse ruumidesse linnapiirkondade lähedusse, ilma et tuleks muretseda plahvatuste pärast. Samuti on olemas gravitatsioonipõhised salvestuslahendused, näiteks Energy Vaulti suured mehaanilised tornid. Need tõstavad üles raskeid komposiitblokke, kui on saadaval lisavõimsus, ja lasuvad need vajadusel alla, salvestades energiat aastate kaupa. Süsteem kaotab vaid umbes 15% salvestatud energiast, mis on üsna hea, arvestades nende seadmete eluea. Kõik need uued tehnoloogiad avavad võimalusi kohtades, kus traditsioonilised aku tehnoloogiad lihtsalt ei toimi hästi ohutusprobleemide või piiratud materjalide tõttu.

Trendianalyys: Pikaajalise energiasalvestuse (LDES) poole pöördumine globaalselt aastaks 2030

Turunäited viitavad sellele, et pikendatud energiasalvestuse (LDES) sektori väärtus võib kümnendi lõpuks jõuda umbes 120 miljardi USA dollari suurusele. Peamine tõus pärineb kasvavast nõudest süsteemide järele, mis on võimelised tootma elektrit üle kümne tunni järjest, mis on tervete võrkude heitkoguste vähendamiseks hädavajalik. Uusi taastuvenergia paigaldusi tehakse tänapäeval peaaegu pooleks koos mingi LDES-lahendusega, mis on võimaldatud eelkõige raua-õhu aku ja surveõhu salvestustehnoloogiate hinda langusest. See, mida me siin näeme, pole enam lihtsalt seotud valguse hoidmisega lühiajaliste katkestuste ajal. Pigem hakkavad ettevõtted planeerima oma energiasalvestuse süsteemidega mitme päeva, isegi mitme kuu kaugtulevikku, et kohaneda nii nädalapikkade kuumalainete kui ka kogu hooajaliste kõikumiste suhtes, mis on seotud pakkumise ja nõudlusega.

Võrgu integreerimine ja energiasalvestussüsteemide operatiivne jõudlusklass

Energiaakusüsteemide (ESS) toomine tänapäevastele võrgudele ei ole lihtne ülesanne. Nendest süsteemidest maksimaalse jõudluse saamiseks tuleb ületada mitmeid tehnilisi takistusi. Üheks suureks probleemiks on toimingute ajal akudes tekkivad tüütud pingehipped, eriti kiire laadimise ja tühjendamise korral. Samuti tekib segadust kahepoolse voolu reguleerimisel segatüüpi taastuvenergia süsteemides. Aastal 2023 ilmunud uuring Journal of Power Sources'is tuvastas kaks peamist probleemi suurte akuinstallatsioonide paigaldamisel vanematesse võrguinfrastruktuuridesse. Esimene on sageduse stabiilsuse säilitamine, mis muutub keeruliseks paljude akude võrku- ja võrgult väljalülitumise tõttu. Teine on soojust kogunemise haldamine nendes suurtel installatsioonidel – probleem, mis kasvab aja jooksul raskemaks, kuna akuarreed muutuvad järjest suuremaks.

Tehnilised väljakutsed energiaakusüsteemide võrku integreerimisel

Vanad võrgukonstruktsioonid tunnevad tõesti raskusi liitiumioonakude ja voogakkude süsteemidega, kuna need suudavad reageerida väga kiiresti. Nende erakihutite vastusajadega töötamiseks tavapärase pingejuhtimisvarustusega tuleb tavaliselt teha suuremahulisi töid alajaamades. Mõnede väliraportite kohaselt on umbes iga neljas edastusfirma Põhja-Ameerikas silmitsi probleemidega invertoritega, mis ei koostööd anna, kui nad püüavad vanu alajaamu uuendada energiasalvestussüsteemide jaoks. See näitab, miks on hädavajalikud paremad standardreeglid nende uute tehnoloogiate võrku ühendamiseks.

Nutikad invertorid ja täiustatud juhtimissüsteemid võimaldavad suumetset taastuvenergia integreerimist

Järgmise põlvkonna nutikad invertorid aitavad elektrivõrgu stabiilseks hoida, kuna nad võimaldavad energiasalvestussüsteemidel kohandada oma reaktiivvoolu, kui päikeseproduktsioonis tekib ootamatuid tõuse või tuulekätkestused langevad. Kui need seadmed töötavad koos kunstintellekti juhtimisseadmetega, mis ennustavad järgmisi sündmusi, siis testid näitasid, et eelmisel aastal Lõuna-Ameerika keskosas kadus umbes 18% taastuvenergiast vähem. Võtke näiteks Californias asuv CAISO süsteem. Neil on rakendatud mõnda väga tõhusat meetodit, mis põhineb reaalajas mõõtmisel ja võimaldab kooskõlastada 3,2 gigavati suuruse akude ja päikesepaneelide vahelist koostööd. See aitab kõike sujuvalt töötada, ehkki taastuvenergia tootmine muutub pidevalt ning inimeste tarbimismustrid muutuvad ka päeva jooksul.

Juhtumiuuring: Kalifornias paigaldatud võrgutugevuse tagamiseks mõeldud suurtükkidega aku paigaldused toetavad päikeseenergia üleliigset tootlust

Mais 2024, kui päikeseelektri tootmine jõudis rekordtasemele, võttis Kalifornias 4-tunnine raud-fosfaadi akuude komplekt päevakulma jooksul vastu umbes 1,7 gigavatt-tundi lisaelektrisust. See on piisav umbes 125 000 majapidamise elektrivajaduse katteks. Sellesse salvestatud energias oli katkendlikult elektrivajaduse suurt hüppe õhtu peakasutusajal 89 protsenti. See näitab, et kui energiasalvestuse süsteemid (ESS) paigutatakse sinna, kus neid kõige rohkem vajatakse, muutuvad kõik need raisku minnad energiaüleliigist midagi kasulikuks ja usaldusväärsuks. Samuti väheneb raiskunud energiakogus ja samuti väheneb kallis sõltuvus neist kallist kütusega töötavate elektrijaamadest, mis töötavad tippuajal. Mõlemad rahakotid ja keskkond saavad sellest kasu.

Võrguenergia salvestuslahenduste majanduslikud ja keskkonnahoidlikud eelised

Energiasalvestuse integreerimise kaudu taastuvenergiaallikatega tasandamise vähendamine

Energia salvestamine vähendab taastuvenergia raiskamist, kinni püües üleliigse päikese- ja tuuleenergia tootmise väikese nõudluse perioodidel. 2023. aastal vähendas California sihtotstarbeliste akujuhtimiste abil ülejäägi tagasilõiget 34%. Selle salvestatud energia kasutamine tippkoormuse ajal maksimeerib taastuvenergia kasutamist ja vähendab sõltuvust fossiilkütustel töötavatest tippkoormusjaamadest, parandades võrgu jätkusuutlikkust ja kuluefektiivsust.

Salvestamise tasandatud maksumuse (LCOS) paranemine kiirendab roheenergia kasutuselevõttu

Patareitehnoloogia täiustused koos suuremate tootmiskeeltega on alandanud liitiumioonsete süsteemide salvestuskulu (LCOS) taseme 52% võrra alates 2018. aastast. Energiaettevõtted kasutavad tänapäeval järjest rohkem energiasalvestuslahendusi mitte ainult võrgu stabiilsuse hoidmiseks, vaid ka usaldusväärse elektrivarustuse tagamiseks vajadusel, sageli kuludes, mis võivad tegelikult olla odavamad kui loodusliku maagaasi elektrijaamad pakuvad. Hiljutine 2023. aasta MIT-i raport viitab sellele, et asjad muutuvad veelgi paremaks, ennustades, et nelja tunni kestvusega süsteemide LCOS võib langeda alla 50 USD megavatt-tunni kohta selle kümnendi lõpuks. Selline edusamm kiirendab kindlasti meie liikumist puhtama energiavõrgu poole, mis suudab igas olukorras hakkama saada.

Keskkonnamõju: Kuidas energiasalvestus toetab dekarboniseerimise eesmärke

Võrguenergiamahutid aitavad meie energiasüsteemidesse integreerida rohkem taastuvenergiat, vähendades ainuüksi Ameerika Ühendriikides umbes 12 kuni 18 miljoni tonni süsinikdioksiidi heitmist aastas. See tehnoloogia vähendab sõltuvust metaanirikkadest gaasiturbiinidest igal korral, kui elektrivõrgule avaldub koormus. Kui ühendada selle mahutamisvõime taastuvate hübriidrajatistega, siis jõuame tõelise edasiminekuni sellesse ambitsioonikasse 72% vähendusse heitmistes elektri tootmises, millest paljud kliimamudelid väidavad, et seda on vaja Pariisi kliimalepingu raamistikus. Seetõttu eristuvad need salvestuslahendused kui põhilised komponendid igas tõsiselt võetavas ürituses vähendada kasvuhoonegaase maailmas, samal ajal kui säilitatakse usaldusväärne elektrivarustus.

KKK

Mis on energiasalvestussüsteemide roll võrgu usaldusväärsuses?

Energiasalvestussüsteemid toimivad nagu amortisaatorid, reageerides kiiresti pinge langusele või seadmete rikele, et võrk stabiliseerida ja tagada, et kriitilised teenused jääksid pidevalt toitega.

Kuidas integreeruvad energiasalvestuse süsteemid taastuvenergiaallikatega?

Energiasalvestuse süsteemid koguvad üleliigset taastuvenergia poolt toodetud elektri, vähendades kõikumisi ja tagades stabiilse elektrivarustuse ka siis, kui taastuvenergia tootmine väheneb.

Millised teenusteliigid on energiasalvestuslahenduste võrgus pakutavad?

Need lahendused pakuvad tippude vähendamist, vabastades energiat kõrge nõudluse ajal, ning koormuse tasakaalustamist, ümberjaotades liigset energiat üleküllastunud piirkondadest nappidega sepiikondadesse.

Millised on energiasalvestuslahenduste majanduslikud eelised?

Energiasalvestuslahendused vähendavad salvestuskulu tasemeid (LCOS), vähendavad fossiilkütustega töötavate elektrijaamade sõltuvust ja aitavad vältida taastuvenergia raiskamist, viies kulusäästlikumate ja jätkusuutlike võrgusüsteemideni.