Taastuvenergia katkelse tootmise lahendamine võrguenergiatalletussüsteemidega

Põhiprobleem: muutliku tuule- ja päikseenergia tootmise sobitamine pideva nõudlusega

Tuule- ja päikeseenergia probleem on selles, et need sõltuvad väga palju ilmastikutingimustest ja päevavalgusest, mis põhjustab kõiki võimalikke tootmispuudujaid. Samas kasutavad inimesed elektrit päevas eelarvamatavatel ajahetkedel, mistõttu on alati vajadus stabiilse elektoenergia tootmise järele. Kui taastuvatest allikatest saadaval olevat energiat on liiga palju, kuid nõudlus on väike, ei jää võrguhaldajatel muud üle kui mõned neist allikatest välja lülitada – see tähendab, et puhas energia, mida muul juhul saaks kasutada, läheb tegelikult raisku. Teisalt, kui nõudlus tõuseb äkki, kuid taastuvallikad ei suuda piisavalt energiat toota, peame tagasipöörduma vanade süsi- ja gaasielektrijaamade poole, et süsteem töötaks ikka sujuvalt – mis loomulikult suurendab saasteainete heitkoguseid. Rahvusvahelise Energiaagentuuri hiljutiste uuringute kohaselt hakkavad probleemid kiiresti kuhjuma, kui taastuvenergia osakaalaks piirkonnas saab üle 30% kogu energiatootmisest, välja arvatud juhul, kui on olemas head viisid selle muutlikkuse salvestamiseks või haldamiseks. Sellised tootmise ja nõudluse vahelised ebakorrapärasused koormavad meie elektrisüsteeme täiendavalt ning aeglustavad lõppkokkuvõttes kogu maailmas süsinikuheidete vähendamise pingutusi.

Kuidas võrguenergia salvestussüsteemid katab ajalisi lücke – laadimine üleliiasel ajal ja väljalaadimine vajaduse korral

Energia salvestamine võrgus lahendab katkeline energiatootmise probleemi, suunates elektrit nutikalt ümber. Kui päeval on liiga palju päikset või öösel tugev tuul, siis neid süsteeme kasutatakse üleliiasest energiast kogumiseks ning see vabastatakse siis, kui inimesed seda kõige rohkem vajavad. Võtmem näiteks päevakeskel toodetud päikeseelektrit. Üleliialine energia salvestatakse akustesse, mis seejärel aktiveeruvad õhtul, kui algab liikumisharipäev ja kõik lülitavad sisse valgustid ja kodumasinaid. See asendab tegelikult vanu gaasitulega elektrijaamu, mis töötavad ainult siis, kui tarbimine järsult tõuseb. Selle väärtus tuleneb peamiselt sellest, et see muudab ebatäpsed taastuvenergiaallikad usaldusväärseks ja vajaduse korral reguleeritavaks ning aitab samal ajal kaasa võrgu stabiilsuse säilitamisele näiteks sageduskontrolli abil. Tänapäeva enamik süsteeme toetub igapäevaste vajaduste rahuldamiseks pumbatud hüdroenergia salvestamisele ning litiumioonakudele. Pikaajalisemaks hooajaliselt salvestamiseks näitab lootust roheline vesiniktehnoloogia. Mõju? Uuringud viitavad sellele, et korralikult rakendatud salvestuslahendused suurendavad piirkondades, kus puhas energia moodustab suurema osa energiamixist, tegelikult kasutatava taastuvenergia osakaalu mõnikord kuni umbes 40% võrra ilma süsteemi stabiilsust ohustamata.

Põhitehnoloogiad võrgu energiamahtude salvestamiseks ja nende roll

Pumbatud hüdroenergia salvestus: pikaajalise võrgu energiamahtude salvestamise kindel alus

Pumbatud hüdroenergia salvestus, mida tavaliselt nimetatakse lühendiga PHS, on endiselt kuningas võrgu energiasalvestuslahenduste hulgas ning moodustab maailmas kogu paigaldatud võimsusest umbes 90%. Põhimõte on tegelikult üsna lihtne – vett pumbutakse ülespoole reservuaaridesse siis, kui elektri nõudlus on madal või kui saadaval on palju taastuvenergiat. Hiljem, kui nõudlus tõuseb, voolab see salvestatud vesi tagasi alla läbi turbiinide, et uuesti elektrit toota. Selle lähenemise atraktiivsust suurendab selle ulatuslikkus ja võimalus salvestada energiat kuuest kuni kahekümne või enam tunnini. Selline paindlikkus sobib väga hästi päeva ja nädala jooksul päikesepaneelide ja tuulegeneraatorite toodetud energiat tasandamiseks. Ka tõhusus on oluliselt paranenud: kaasaegsed süsteemid saavutavad ümberpöördumistõhususe 70–85% vahemikus. Mõned paigaldused jõuavad isegi mitme gigavatt-tunni suurusesse vahemikku. Kuigi geograafilised piirangud teevad laialdase kasutuselevõtu keerukaks, avavad loovad lahendused – näiteks vanade kaevanduste ümberpaigutamine ja olemasolevate tõkke-ehitiste (millel puudub elektritootmise võimekus) ümberkasutamine – uusi võimalusi selle tõestatud tehnoloogia laiendamiseks.

Akupõhised energiamahtude salvestussüsteemid (BESS) ja roheline vesinik: võimaldavad lühiaegset paindlikkust ja hooajalist nihutamist

Akupõhised energiamahtude salvestussüsteemid (BESS) ja roheline vesinik rahuldavad tä дополняваidselt võrgutasandil olulisi vajadusi:

• Bess (peamiselt litium-ioon-) pakuvad subsekundilist reageerimist sagedusreguleerimisele ja päikesepaneelide väljundi tasandamisele, nende laadimise kestus on 4–8 tundi. Nende moodulne ehitus võimaldab paigaldamist jaamadesse või taastuvenergiaallikatega koosasukohas.
• Roheline vesinik , mida toodetakse elektrolüüsi teel üleliialise taastuvenergia kasutamisel, võimaldab pikaajalist salvestamist – nädalaid või kuid – soolakaverndites või mahutites. See on süsinikuvaba kütus turbiinidele või põletuspiledele hooajaliste tuule- ja päikeseelektri tootmise languse ajal.

Koos võimaldavad nad põhjalikku integreerimist — BESS haldab teise kuni tunni pikkuseid kõikumisi, roheline vesinik lahendab ilmastiku- ja aastaaegadepõhiseid lücke.

Võrguenergia salvestamine kui mitmefunktsionaalne võrguvara

Pakkudes reaalajas teenuseid: sagedusregulatsioon, inertsiaimitatsioon ja pinge toetus

Energiamahusüsteemid on oluliseks teguriks võrgu stabiilsuse tagamisel viisil, mida vananenud infrastruktuur lihtsalt ei suuda tagada. Kui sagedus langeb äkki, hakkavad need süsteemid peaaegu kohe tööle, kasutades elektrit uuesti võrku tagastamiseks või üleliigse elektri imumiseks pinge tõusude ajal, enne kui olukord kontrolli alt väljuks. Kaasaegsed invertorid on ka päris targad ja jäljendavad inertsia, mida varem pakkusid süttivatel elektrijaamadel (näiteks süsi- ja gaasielektrijaamadel) pöörlevad generaatorid, mida meie energiasektoris aina vähemaks läheb. Mahusüsteemid aitavad ka võrgus pinge reguleerimisel. Nad kohandavad reaktiivvõimsust võrgu olulistel kohtadel, hoides pinget lubatud piirides isegi siis, kui koormus tõuseb järsult või kui seadmed lähevad katki. See on eriti oluline tuule- ja päikeseenergiaga rikastatud võrkudes, kuna need puhtad energiaallikad ei paku sama automaatset stabiilsust, millele me varem toetusime fossiilkütuste elektrijaamadelt.

Turuosalemise võimaldamine: arbitraaž, võimsuse kindlustamine ja abiteenused

Võrguenergia salvestamine teeb tänapäeval palju rohkem kui lihtsalt tehnilisi asju. See avab tegelikult mitmesuguseid erinevaid võimalusi teenida raha. Siis, kui elektri hind langeb umbes 20 dollarini megavatt-tunnis, salvestavad targad operaatoreid energiat ja müüvad selle tagasi, kui hinnad tõusevad üle 100 dollari. Mõned ettevõtted sõlmivad lepinguid, mida nimetatakse võimsuskindlustuslepinguteks, mis põhimõtteliselt lubavad püsivat võimsusväljundit tuule- ja päikeseelektrijaamadele. Need lepingud võimaldavad salvestussüsteemidel toimida varuallikana siis, kui päike ei paista või tuul ei puhu, aitades täita neid rangedaid 99-protsendilisi tarnetähtaegu, millega enamik taastuvenergial on raske toime tulla. Rahasid saab teenida ka nii nimetatud abiteenuste turul. Salvestusseadmed saavad päevas iga megavatti kohta umbes 50–150 dollarit lihtsalt selle eest, et aidata võrku stabiilsena hoida näiteks sagedusregulatsiooni kaudu. Kõik need erinevad tulusoodused tähendavad seda, et energiasalvestus pole enam lihtsalt veel üks kulutus. Pigem muutub see väärtuslikuks elemendiks, mis tegelikult parandab kogu elektrisüsteemi majanduslikku tööd.

Tegelik mõju: Näited võrguenergiatalletuse edu kohta

Hornsdale'i võimsusreserv: stabiilsuse ja säästude tagamine Lõuna-Austraalia kõrgtehnoloogilisel taastuvenergia võrgul

Hornsdale Power Reserve eristub maailma esimese suuremahulise liitiumioonide akuga paigaldusena, näidates, mida võrguenergiatalletus tegelikult saab teha kohtades, kus palju kasutatakse taastuvaid energiaallikaid. See asub otse Lõuna-Austraalia tuuleenergia võrgu südamikus, kus roheline energia moodustab sageli üle poole kogu toodetud energiast, ja süsteem reageerib peaaegu hetkeliselt tootmise ja tarbimise kõikumiste tasakaalustamiseks. Reaeg on alla 100 millisekundi, mis tähendab, et see peatab potentsiaalsed väljalülitused juhul, kui toodetava ja tarbitava energiakoguse vahel tekib äkki ebavastavus. Kui tuuleenergia tootmine suureneb liialt, salvestab objekt see lisajõud ja vabastab selle hilisõhtusel tippkoormusperioodil tagasi võrku. Selle üksi andis esimeste aastate jooksul kokku umbes 116 miljonit USA dollarit energiakulude kokkuhoidu. Rasketes tormides või soojalainetes annab reserve kiirabi toetust, muutes kogu võrgu palju vastupidavamaks häirete suhtes. Sellel Austraalias toimunud sündmusel põhinevad nüüd kopeerimisprojektid erinevates maailma osades, sealhulgas Kalifornias ja Saksamaal. Need paigaldused tõestavad, et isegi siis, kui meie elektrivõrkudesse siseneb palju päikse- ja tuuleenergiat, saame ikka säilitada stabiilse teeninduse, samal ajal kulude vähendamise ja keskkonnamõju vähenemisega.

KKK-d

Mis on taastuvenergia ebapidevus?

Taastuvenergia ebapidevus viitab taastuvenergiaallikate, näiteks tuule ja päikeseenergia, võimsuse kõikumistele ilmastikuolude ja päevaaegade tõttu, mis võib põhjustada energiavaru ebakorrapärasusi.

Kuidas aitab võrgu energiamahtuvussüsteem taastuvenergia muutlikkuse haldamisel?

Võrgu energiamahtuvussüsteem aitab taastuvenergia muutlikkust hallata, salvestades üleliias energiat tootmise kõrgendatud perioodidel ning vabastades seda siis, kui nõudlus ületab pakkumist, tagades sellega stabiilsemat energiavõrku.

Millised on artiklis mainitud peamised võrgu energiamahtuvussüsteemide tehnoloogiad?

Artiklis mainitakse peamiste lahendustena pumpumisveeenergiamahtuvussüsteemi (PHS), akumulaatorite energiamahtuvussüsteeme (BESS) ja rohelise vesiniku kasutamist võrgu energiamahtuvussüsteemide vajaduste rahuldamiseks.

Kuidas aitab Hornsdale Power Reserve kaasa võrgu stabiilsusele?

Hornsdale Power Reserve aitab tagada võrgu stabiilsust, reageerides kiiresti tarbimise ja tootmise kõikumustele, salvestades üleliiaset taastuvenergiat ning pakkudes hädaabi toetust kriitilistel ajahetkedel.