Kommunikationsfri ordning strømliner microgrid-opsætning, forenkler gendannelse

Under en strømafbrydelse eller efter en katastrofe er det svært at slå en dieselgenerators enkelhed. Bare giv brændstof og start det op - så nemt, alle kunne gøre det. Vedvarende mikronet er på den anden side ikke så enkle med deres suite af kontroller, software og aktivkoordinering. Men det smukke ved vedvarende energi er, at brændstof er gratis og allerede tilgængeligt på stedet, selv i fjerntliggende katastrofeområder.

National Renewable Energy Laboratory (NREL) har nu offentliggjort en beskrivelse af de improviserede kontroller, der reddede NREL under dets eget udfald, hvilket kunne gøre mikronetværk nemme og lave omkostninger, hvor der er mest behov for dem.

Publikationen, med titlen "Unleashing the Frequency:Multi-Megawatt Demonstration of 100% Renewable Power Systems with Decentralized Communication-less Control Scheme," beskriver en mikronettilgang, der omgår den centrale controller - en dyr og kompliceret komponent - og dens afhængighed af kommunikation, i stedet for at bruge native kontroller af batteri-, sol- og vindsystemer.

"NRELs tilgang gør det muligt at samle enheder i et mikronet uden besværlig konfiguration, der kun er afhængig af vedvarende energi og amatør elektrisk erfaring - perfekt til genopretninger i en knivspids," sagde Przemyslaw Koralewicz, NREL-ingeniør og medudvikler af den kommunikationsløse metode .

En billig gendannelsesressource

Da NREL oplevede et overraskende strømafbrydelse, havde laboratoriet få muligheder for genopretning:Ingen microgrid-controller og ingen forudkonfigureret opsætning. Bare et stort batteri, solpaneler og vindmøller. Andre campusser – eller distrikter, kvarterer og hjem – kan befinde sig i lignende omstændigheder, og under en strømafbrydelse er det ikke tid til at fumle med komplicerede konfigurationer. Ligesom NREL kan lokalsamfund nu implementere et elastisk mikronet uden for manchetten ved at bruge kontroller, der findes på stort set enhver energiressource.

Mens mikronet er et åbenlyst svar på genopretning og modstandsdygtighed, udgør omkostningerne ved en controller en barriere for lokalsamfund. I 2019 fandt NREL ud af, at mikrogrid-controllere har en gennemsnitlig pris på $155.000/megawatt, hvilket potentielt sætter modstandsdygtige mikronet uden for rækkevidde for sårbare områder.

Udover omkostninger introducerer controllere et virvar af kommunikations- og systemindstillinger, ofte uigennemsigtige, proprietære og designet til at passe til bestemte scenarier. Disse funktioner kan være nyttige til at minimere energiforbrug og omkostninger, men gendannelse kræver ofte en hurtig og klar mulighed. NREL's metode prioriterer fejlsikker opstart, der går forud for komplicerede programmer og kommunikation til fordel for overordentlig basale kontroller, mens det stadig tillader mere avancerede design at blive bygget ovenpå.

Hvordan fungerer det?

NRELs skema er decentraliseret - enhederne udveksler ikke data eller udsteder kommandoer (dvs. de er "kommunikationsløse"). I stedet regulerer enheder selv ved hjælp af systemfrekvens som det fælles sprog. Kort sagt, et batteri eller en anden strømkilde danner nettet ved at levere strøm ved en fastsat frekvens. Andre generatorer som solpaneler og vindmøller følger nettet ved at se frekvensen og ændre deres strøm i overensstemmelse hermed.

Metoden er ikke for ny - såkaldte "droop" kontroller er velkendte i standard generatorer til fossilt brændstof - hvilket er en del af appellen. NREL-forskerne viste, at metoden fungerer med 100 % vedvarende energi, kan skaleres og er gennemførlig med stort set enhver energienhed.

Det innovative er, at NRELs metode frigør netfrekvensen fra en stram 60 hertz (Hz). Ubundet af mekanisk rotation kan mikronettets frekvens tage et bredere område. Faktisk er dette område præcis, hvordan enhederne koordinerer uden at kommunikere:Når frekvensen stiger til over 60 Hz, reducerer generatorer effekten. Ved endnu højere frekvenser reducerer generatorerne deres effekt yderligere, og rebalancerer frekvensen omkring 60 Hz. Systemet stabiliserer sig selv, overoplader aldrig batterierne eller tåler ikke belastningen.

Hvis dette lyder sværere end en dieselgenerator, kan det være det. Det kræver stadig en vis enhedsprogrammering og parameterindstilling, som er beskrevet detaljeret i rapporten.

"NRELs metode er det allerførste trin i et design, der kan blive standarden for fejlsikre mikronet," sagde Koralewicz. "Vores kommunikationsfri metode kunne konfigureres indbygget i fremtidige enheder eller muligvis certificeret til nem adgang for operatører. Med standardiseret adoption kunne mikronetværk af enhver type – militærbaser, hospitalsbackups, endda netværksforbundne distrikter – regne med et usvigeligt grundlag i dag den daglige drift."

Grænsen for vedvarende energisystemer

På grænsen af ​​elsystemer behandler ingeniører de tekniske spørgsmål om drift af nettet med hovedsagelig vedvarende energi. Udestående spørgsmål vedrører invertere, som er de kraftelektroniske enheder, der forbinder vedvarende energi med nettet, og især, hvordan invertere kan danne nettet på måder, som fossilbaserede ressourcer traditionelt har. UNIFI-konsortiet påtager sig inverter-udfordringen med den kombinerede indsats fra snesevis af forskningsinstitutioner, ledet af NREL.

NRELs kommunikationsløse metode er et eksempel på en grid-dannende strategi, den slags, der vil være behov for, når systemer skubber mod højere niveauer af vedvarende energi. Ved at foreslå metoden bryder NREL ind i nogle af de mere vanskelige emner, der konfronterer UNIFI og strømsystemer overalt, såsom hvordan man håndterer netbeskyttelse, og hvilke kontroller der skal være essentielle på netdannende enheder. Forfatterne nærmer sig disse spørgsmål i rapporten og tilbyder en retning, som fremtidige energisystemer kan tage på vejen til dekarbonisering. + Udforsk yderligere

Video:Hvordan have mere end nok vedvarende energikapacitet kan gøre nettet mere fleksibelt