Atsinaujinančiųjų energijos šaltinių kintamumo sprendimas naudojant elektros energijos kaupimo sistemas tinklui

Pagrindinė problema: kintamo vėjo ir saulės energijos gamybos pritaikymas pastoviai paklausai

Problemas su vėjo ir saulės energija yra tas, kad ji labai priklauso nuo orų sąlygų ir dienos šviesos trukmės, dėl ko kyla įvairių tiekimo nestabilumų. Tuo tarpu žmonės visą dieną elektros naudoja numatytu laiku, todėl visada egzistuoja spaudimas užtikrinti pastovią galios gamybą. Kai atsiranda per daug atsinaujinančios energijos, bet nepakanka paklausos, tinklo valdytojai priversti išjungti kai kurias šias energijos šaltinių, efektyviai švaistydami švarią energiją, kuri kitaip galėtų būti panaudota. Kita vertus, kai paklausa staigiai išauga, o atsinaujinančiosios energijos šaltiniai negamina pakankamai energijos, mes vėl priversti grįžti prie senų anglies ir dujų elektrinės, tiesiog kad viskas veiktų sklandžiai, kas, žinoma, padidina teršalų lygį. Pagal naujausius Tarptautinės energijos agentūros tyrimus, kai atsinaujinančiųjų energijos šaltinių dalis regione viršija 30 % bendros energijos gamybos, problemos pradeda kauptis labai greitai, nebent būtų sukurti patikimi energijos kaupimo ar šios kintamumo valdymo būdai. Tokios tiekimo ir paklausos neatitikimų situacijos papildomai apkrauna mūsų elektros sistemas ir galiausiai sulėtina visuotinius pastangas mažinti anglies emisijas.

Kaip tinklo energijos kaupikliai užpildo laiko spragas – įkraunama, kai yra perteklius, ir iškraunama, kai reikia

Energijos kaupimas tinkluose sprendžia kintamosios galios gamybos problemą protingai perkeldamas elektros energiją. Kai dieną yra per daug saulės arba naktį pučia stiprūs vėjai, šios sistemos sugeria perteklinę energiją ir išleidžia ją tada, kai žmonėms jos labiausiai reikia. Pavyzdžiui, vidurdienio metu gaminama saulės energija. Perteklinė energija kaupiama baterijose, kurios vėliau įsijungia vakaro valandomis, kai visi įjungia šviesas ir buitinę techniką. Tai praktiškai pakeičia senąsias dujų varomų elektrinių sistemas, kurios veikia tik tada, kai paklausa staiga išauga. Šio sprendimo vertė slypi tame, kad jis nepatikimų atsinaujinančių energijos šaltinių energiją paverčia patikima ir valdoma pagal poreikį, taip pat padeda palaikyti tinklo stabilumą, pvz., reguliuojant tinklo dažnį. Dauguma šiandieninės kartos sistemų kasdieniams poreikiams naudoja vandens siurblines hidroelektrines, o kartu – litio jonų akumuliatorius. Ilgalaikiam energijos kaupimui (pvz., sezonams) žali vandenilinė technologija rodo didelį potencialą. Kokia įtaka? Tyrimai rodo, kad tinkamai įdiegtos energijos kaupimo sistemos gali padidinti atsinaujinančios energijos naudojimą regionuose, kur švari energija sudaro didžiąją elektros energijos gamybos dalį, kartais net iki apie 40 %, neprarandant visos sistemos stabilumo.

Pagrindinės elektros tinklo energijos kaupimo technologijos ir jų vaidmenys

Vandens siurblinės kaupimo sistema: įsitvirtinęs ilgalaikio elektros tinklo energijos kaupimo pagrindas

Pumpuojamosios hidroenergetinės saugyklos, arba PHS, kaip jos dažnai vadinamos, vis dar yra lyderė tinkle naudojamų energijos kaupimo sprendimų srityje, sudarydamos apie 90 % visos įdiegtos galios pasaulyje. Pagrindinė idėja iš tikrųjų yra gana paprasta – vanduo siurbiama į kalnų šlaitus esančius rezervuarus, kai elektros energijos paklausa maža arba kai yra perteklinės atsinaujinančiosios energijos. Vėliau, kai paklausa staigiai padidėja, šis sukauptas vanduo vėl nuteka žemyn per turbinas ir vėl generuoja elektros energiją. Šio metodo privalumus sudaro jo mastelio keičiamumas ir galimybė saugoti energiją nuo šešių iki dvidešimt ar daugiau valandų. Tokia lankstumas puikiai tinka saulės ir vėjo energijos gamybos svyravimams išlyginti per dieną ir savaitę. Taip pat gerėjo ir efektyvumo rodikliai: šiuolaikinės sistemos pasiekia nuo 70 % iki 85 % ciklinės efektyvumo normą. Kai kurios įrengimo vietos netgi pasiekia kelis gigavatvalandžius. Nors geografiniai apribojimai iš tikrųjų kelia iššūkių plačiai šios technologijos diegimui, kūrybingi sprendimai, tokie kaip senų kasyklų vietų panaudojimas ar jau esančių užtvankų, neturinčių energijos gamybos galimybių, adaptavimas, atveria naujas galimybes šiai patikrintai technologijai plėtoti.

Baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS) ir žalia vandenilis: trumpalaikės lankstumo ir sezoninio perkėlimo įgalinimas

Baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS) ir žalias vandenilis tenkina papildomus tinklo masto poreikius:

• Bess (daugiausia litio jonų) suteikia subsekundinį atsaką dažnio reguliavimui ir saulės energijos išlyginimui, o išsikrovimo trukmė – 4–8 valandos. Jų moduliškumas leidžia diegti tiek transformatoriniuose pastatuose, tiek kartu su atsinaujinančiosios energijos šaltiniais.
• Žaliasis vandenilis žalias vandenilis, gaminamas elektrolizuojant perteklinę atsinaujinančiąją energiją, leidžia ilgalaikį energijos kaupimą – savaitėmis ar mėnesiais – druskos urvuose ar talpyklose. Jis tarnauja kaip anglies nešalinantis kuras turbinoms ar degalų elementams sezoniniais vėjo ir saulės energijos gamybos sumažėjimais.

Abu kartu leidžia visapusišką integraciją – BESS valdo svyravimus nuo sekundžių iki valandų, o žalias vandenilis sprendžia orų sąlygotus ir sezoninius tarpus.

Tinklelio energijos kaupikliai kaip daugiafunkcinis tinklelio turto elementas

Tiekiant realaus laiko paslaugas: dažnio reguliavimą, inercijos imitavimą ir įtampos palaikymą

Energijos kaupimo sistemos atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį, užtikrindamos tinklo stabilumą būdais, kuriuos senosios infrastruktūros tiesiog negali pasiekti. Kai dažnis staiga sumažėja, šios sistemos įsijungia beveik iš karto – arba grąžina energiją į sistemą, arba sugeria perteklinę elektros energiją per perkrovos periodus, kol situacija nepasidaro nevaldoma. Šiuolaikiniai keitikliai taip pat tapo gan protingi – jie imituoja inerciją, kuri anksčiau buvo būdinga besisukantiems generatoriams anglies ir dujų elektrinėse, kurios vis labiau išnyksta iš mūsų energijos mišinio. Kaupimo sistemos taip pat padeda valdyti įtampą visame tinkle. Jos reguliuoja reaktyviąją galią strateginėse vietose visame elektros tinkle, palaikydamos įtampą priimtinose ribose net tada, kai apkrova staigiai išauga arba sugenda įranga. Tai ypač svarbu tinkluose, kurie yra intensyviai papildyti vėjo ir saulės energijos šaltiniais, nes šie švarūs energijos šaltiniai nepateikia to paties automatinio stabilumo, kurio mes anksčiau priklausėme nuo naftos ir dujų elektrinių.

Rinkos dalyvavimo skatinimas: arbitražas, galios stabilizavimas ir papildomos paslaugos

Šiandien tinklo energijos kaupikliai daro daug daugiau nei tiesiog techninį darbą. Jie iš tikrųjų atveria įvairias galimybes uždirbti pinigų. Kai elektros energijos kainos nukrenta žemiau maždaug 20 JAV dolerių už megavatvalandę, protingi operatoriai energiją kaupia, o vėliau ją parduoda, kai kainos šoktelėja virš 100 JAV dolerių. Kai kurios įmonės sudaro sutartis, vadinamas galios stabilizavimo sutartimis, kurios esminiškai garantuoja nuolatinę galios gamybą vėjo elektrinėms ir saulės elektrinėms. Šios sutartys leidžia energijos kaupikliams veikti kaip rezervinis šaltinis, kai saulė neužtepkina arba nepūša vėjas, padedant pasiekti tuos griežtus 99 procentų tiekimo rodiklius, kuriuos dauguma atsinaujinančių energijos šaltinių sunkiai pasiekia. Taip pat yra galimybė uždirbti pinigų taip vadinamuose papildomųjų paslaugų rinkose. Energijos kaupikliai kasdien gali uždirbti nuo maždaug 50 iki galbūt 150 JAV dolerių už megavatą tik tuo, kad padeda palaikyti tinklo stabilumą, pavyzdžiui, reguliuodami dažnį. Visos šios įvairios pajamų formos reiškia, kad energijos kaupikliai daugiau nebeapsiriboja tik papildoma išlaida. Vietoj to jie tampa vertingu turtu, kuris iš tikrųjų pagerina visos elektros energijos sistemos ekonominį veikimą.

Tikroji įtaka: tinklo energijos kaupimo sėkmės atvejo įrodymai

Hornsdale energijos rezervuaras: užtikrina stabilumą ir taupo išteklius Pietų Australijos tinkle, kuriame dominuoja atsinaujinančios energijos šaltiniai

Hornsdale Power Reserve išsiskiria kaip pirmoji pasaulyje didelės apimties litio jonų baterijų įrenginio įdiegimo vieta, parodanti, ką tinklo energijos kaupimo sistemos iš tikrųjų gali pasiekti vietose, kurios stipriai priklauso nuo atsinaujinančių energijos šaltinių. Ši sistema įsikūrusi tiesiai Pietų Australijos vėjo energija varomos elektros tinklo širdyje, kur žali energija dažnai sudaro daugiau nei pusę visos generuojamos energijos. Ji reaguoja beveik akimirksniu, kad subalansuotų tiekimo ir paklausos svyravimus. Reakcijos laikas yra trumpesnis nei 100 milisekundžių, todėl ji sustabdo galimus juodosios energijos nutraukimus, kai staiga susidaro neatitikimas tarp gamybos ir suvartojimo. Kai į tinklą patenka per daug vėjo energijos, šis objektas šią papildomą energiją kaupia, o vėliau ją grąžina į tinklą vakaro valandomis, kai paklausa pasiekia aukščiausią lygį. Tik šis veiksmas per pirmuosius kelis metus po paleidimo sutaupė maždaug 116 mln. JAV dolerių energijos sąnaudų. Sunkiais audromis ar karščiais rezervas įsijungia suteikdamas skubiosios pagalbos energiją, dėl ko visas tinklas tampa žymiai atsparesnis sutrikimams. Tai, kas įvyko Australijoje, įkvėpė kopijavimo projektus įvairiose pasaulio dalyse, įskaitant Kaliforniją ir Vokietiją. Šie įrenginiai įrodo, kad net esant dideliam saulės ir vėjo energijos kiekiui, tiekiamam į mūsų elektros tinklus, mes vis tiek galime užtikrinti stabilų tiekimą, tuo pačiu sumažindami sąnaudas ir aplinkos poveikį.

Dažniausiai užduodami klausimai

Kas yra atsinaujinančiųjų energijos šaltinių kintamumas?

Atsinaujinančiųjų energijos šaltinių kintamumas reiškia galios išvesties svyravimus iš vėjo ir saulės energijos šaltinių dėl veiksnių, tokių kaip orų sąlygos ir paros laikas, kurie gali sukelti energijos tiekimo nestabilumą.

Kaip tinklo energijos kaupikliai padeda valdyti atsinaujinančiosios energijos kintamumą?

Tinklo energijos kaupikliai padeda valdyti atsinaujinančiosios energijos kintamumą kaupdami perteklinę energiją, kai gamyba yra didelė, ir išleisdami ją, kai paklausa viršija pasiūlą, taip užtikrindami stabilesnį energijos tinklą.

Kokie pagrindiniai tinklo energijos kaupimo technologijų tipai paminėti straipsnyje?

Straipsnyje paminėtos tokios technologijos kaip vandens siurblinės hidroelektros stotys (PHS), baterijų energijos kaupimo sistemos (BESS) ir žalia vandenilis kaip pagrindiniai sprendimai, skirti tinklo energijos kaupimo poreikiams.

Kaip Hornsdale Power Reserve prisideda prie tinklo stabilumo?

Hornsdale Power Reserve prisideda prie tinklo stabilumo greitai reaguodama į tiekimo ir paklausos svyravimus, kaupdama perteklinę atsinaujinančią energiją ir teikdama skubiosios energijos paramą kritiniais laikais.