Vurderer strømsystemets pålidelighed i et skiftende net, miljø

Fra stigende dekarbonisering, elektrificering og distribueret produktion til hyppigere ekstreme vejrhændelser fra klimaændringer, gennemgår det elektriske kraftsystem en enorm forandring. Disse faktorer påvirker, hvordan nettet planlægges og drives for at opretholde sikker og pålidelig strøm.

The North American Electric Reliability Corporation – som er dedikeret til at overvåge den overordnede tilstand af bulkkraftsystemet og minimere pålidelighed og sikkerhedsrisici – udgav 2022 Summer Reliability Assessment. Rapporten identificerede flere områder, der er i højere risiko denne sommer på grund af ekstreme tørkeforhold, transmissionsledninger ude af drift, højere efterspørgsel og meget mere. Øgede pålidelighedsrisici gør planlægning af strømsystem endnu vigtigere.

For at indramme spørgsmålet om pålidelighed bruger forskere ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) de "tre R'er for strømsystempålidelighed":ressourcetilstrækkelighed, driftssikkerhed og modstandsdygtighed. Alle tre R'er er nødvendige for et sikkert og pålideligt strømsystem. Dette koncept har vejledt de seneste NREL-undersøgelser om opretholdelse af pålidelighed med et skiftende net og miljø.

Der er ingen enkelt absolut definition for hver af de tre R'er, og nogle aspekter overlapper hinanden. Derudover er de målinger, der bruges til at måle elsystemets pålidelighed, stadig under udvikling og er i øjeblikket en vigtig samtale inden for netplanlægningsområdet. De tre R'er kan dog informere holistisk energisystemplanlægning og drift for at sikre et sikkert og pålideligt net.

"Hver region er anderledes og kræver sin egen unikke analyse, men de tre R'er kan hjælpe med at give et mere omfattende billede af elsystemets pålidelighed og risiko for netplanlæggere, regulatorer og politiske beslutningstagere," siger Paul Denholm, energianalytiker hos NREL. "De tre R'er kan også guide udviklingen af ​​strømsystemers pålidelighedsmålinger fremad."

Ressourcetilstrækkelighed:Tilstrækkelig ledig kapacitet

Ressourcetilstrækkelighed er elsystemets evne til at levere nok elektricitet - på de rigtige steder - til at holde lysene tændt, selv under ekstreme vejrdage eller tidspunkter, hvor belastningen falder. Ressourcetilstrækkelighed måles typisk ved sandsynligheden for et udfald over en længere periode. Når NREL vurderer ressourcetilstrækkeligheden, tager NREL stort set hensyn til usikkerhed i både udbud og efterspørgsel.

Belastningsusikkerhed omfatter stigende elektrisk efterspørgsel, stressende belastningsperioder og meget mere. Forsyningsusikkerhed omfatter lejlighedsvise, men forventede almindelige udfald i kraftværker, transmissions- og distributionsledninger og andet netudstyr. Forsyningsusikkerhed omfatter også tilgængeligheden af ​​variable ressourcer som sol og vind samt energilagring og efterspørgselsrespons, især i tider med systemstress.

Et passende system har nok tilgængelige ressourcer (f.eks. ledig kapacitet og/eller fleksibel belastning) til at erstatte kapacitet, der svigter, er ude af drift til vedligeholdelse eller er utilgængelig på grund af brændstofbegrænsninger. Transmissionssystemet er også vigtigt for at sikre ressourcetilstrækkelighed, fordi det leverer generering fra mange ressourcer til belastningssteder og giver adgang til en større mangfoldighed af variable vedvarende ressourcer og belastning på tværs af naboregioner.

Med flere vedvarende energikilder tilføjet til nettet, skal ressourcetilstrækkeligheden i stigende grad tage højde for variationen i vedvarende energiforsyning, lagrings rolle, ændringer i efterspørgselsmønstre og virkningen af ​​transmissionsudfald og interregional koordinering.

Driftssikkerhed:Evne til at reagere i realtid

Driftssikkerhed er kraftsystemets evne til at balancere udbud og efterspørgsel i realtid ved at styre variabilitet, rampebegrænsninger og fleksible belastninger – inklusive umiddelbart efter en "begivenhed" som et stort kraftværk eller transmissionsledningsfejl. Et pålideligt strømsystem kan holde lyset tændt under disse uventede begivenheder med kraftværker, der hurtigt kan variere output eller slutbrugere, der kan reducere deres elforbrug.

Et aspekt af driftssikkerhed er driftsreserver eller ledig ledig kapacitet, der aktivt reagerer under en hændelse for at hjælpe med at balancere strøm og opretholde en stabil frekvens. For eksempel giver inerti på nettet tid til, at de mekaniske systemer, der styrer de fleste kraftværker, kan opdage og reagere på en fejl.

Nettjenester som inerti er traditionelt blevet leveret af konventionelle fossile, nukleare eller vandkraftværker, der bruger roterende synkrone generatorer. Vind, solceller og batterier er imidlertid inverterbaserede ressourcer, hvilket betyder, at de er afhængige af strømelektronik eller invertere til at generere netkompatibel elektricitet.

"Efterhånden som mere konventionelle generatorer erstattes med inverter-baserede ressourcer, er det vigtigt at forstå, hvordan de kan opretholde et sikkert og stabilt net," siger Mohit Joshi, NREL-netanalytiker, der støtter udviklingslande i Sydasien og Sydøstasien med deres langsigtede planlægning af elsystem.

Resiliens:Evne til at komme tilbage

Resiliens er ikke så klart defineret som ressourcetilstrækkelighed eller operationel pålidelighed. Federal Energy Regulatory Commission definerer det som "evnen til at modstå og reducere omfanget og/eller varigheden af ​​forstyrrende hændelser, hvilket inkluderer evnen til at forudse, absorbere, tilpasse sig og/eller hurtigt komme sig efter en sådan hændelse."

Dele af modstandsdygtigheden overlapper med ressourcetilstrækkelighed og driftssikkerhed, men generelt fanger den, hvor godt et system genopretter sig, eller hvor hurtigt strømmen kan genoprettes efter en udfald. Modstandsdygtighed omfatter også mere ekstreme hændelser end de typiske afbrydelser i betragtning af ressourcetilstrækkelighed og driftssikkerhed.

"I årenes løb med stigende vedvarende produktion, elektriske køretøjer, efterspørgselsrespons og andre nye teknologier, har vi erfaret, at der ikke behøver at være en afvejning mellem dekarbonisering og energisystemets pålidelighed," sagde Joshi. "For omkring et årti siden var der skepsis i de sydasiatiske og sydøstasiatiske lande, om elsystemet kunne fungere med vind og sol, men i nogle net har vi set øjeblikkelige bidrag fra variabel produktion op til 100%. Fremover vil der være nye teknologier, og der kan være nye udfordringer, men gennem vores forskning kan vi finde løsninger til fortsat at sikre et kulstoffattigt, sikkert og pålideligt net." + Udforsk yderligere

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