Sådan kortslutter man ikke overgangen til ren energi

Forskere ved National Renewable Energy Laboratory (NREL) har lært meget om, hvordan man pålideligt integrerer store mængder vind- og solenergi på nettet - men der er et par udestående udfordringer.

En sådan udfordring er at sikre, at nettet er beskyttet, hvis der er en fejl, såsom en kortslutning. I en ny guidebog og forklarende video forklarer NREL, hvordan man løser denne udfordring og opretholder beskyttelsen af ​​strømsystemer med højere niveauer af vedvarende energi i fremtidens net.

Den næste udfordring at tackle efter inerti

I elsektoren har der været en betydelig indsats for at forstå, hvordan netplanlægning og drift kan ændre sig med storstilet udbredelse af ressourcer som vind- og solcelleanlæg (PV), som bruger invertere i stedet for synkrone generatorer i konventionelle kraftværker.

Det tilknyttede fald i elsystemets inerti var blevet anset for at udgøre en stor udfordring for at opretholde et pålideligt fremtidigt elsystem. I 2020 modvirkede NREL dette ved at udgive en video og en guide, der forklarer den rolle, som strømsystemets inerti spiller for at holde lysene tændt.

Disse stykker beskrev, hvordan selvom vækst i inverterbaserede ressourcer vil reducere mængden af ​​inerti på nettet, er der flere eksisterende eller mulige løsninger til at opretholde eller endda forbedre systemets pålidelighed – så netplanlæggere og operatører behøver ikke at gå i panik.

Træghed er dog blot en af ​​flere udfordringer, der skal løses, efterhånden som nettet udvikler sig.

"Selvom det ikke er blevet diskuteret så bredt som inerti, er fejlbeskyttelse et andet problem at finde ud af, da inverter-baseret generation fortsætter med at vokse," sagde Paul Denholm, NREL-hovedenergianalytiker og hovedforfatter af begge guider. "Og vi har ideer til, hvordan det kan løses."

Hvad er fejlbeskyttelse, og hvorfor betyder det noget?

Den mest typiske type fejl er en kortslutning. På elnettet kan der opstå kortslutninger, for eksempel når to ledninger rører hinanden, eller når et træ rører en ledning. Dette får generatorerne til at producere en stor bølge af elektrisk strøm. Dette kaldes fejlstrøm, og det kan føre til brand og beskadige udstyr, hvis det ikke korrigeres.

I dagens elsystem produceres fejlstrøm for det meste af synkrone generatorer i fossile, nukleare og vandkraftværker, som i sagens natur kan producere store mængder strøm. Inverterteknologi er dog typisk ikke designet til at producere store mængder fejlstrøm – så i et fremtidigt net med høje niveauer af solceller og vind kan elsystemet muligvis finde nye måder at yde fejlbeskyttelse på.

Rapport giver hele historien

For at uddanne politiske beslutningstagere og andre interesserede interessenter har NREL-forskere udgivet Understanding Power Systems Protection in the Clean Energy Future, som giver et kort overblik over systembeskyttelse og fejlstrøm i opretholdelsen af ​​et sikkert strømsystem. Den beskriver, hvorfor alternative tilgange kan være nødvendige med stigende udbredelse af vind- og solenergi, og den omhandler forskellige tilgange til at opretholde systembeskyttelse i det udviklende net.

"Der er en række muligheder, der kan opretholde systembeskyttelse, herunder nogle, der er meget velforståede og har en høj grad af sikkerhed, såsom synkrone kondensatorer," siger Ben Kroposki, direktør for NREL's Power Systems Engineering Center og medforfatter af guide. "Andre muligheder kunne omfatte helt nye beskyttelsesordninger, der ikke er afhængige af stor fejlstrøm. Disse er i tidligere udviklingsstadier, så de er mindre sikre, men de kunne i sidste ende give det samme eller endda højere niveau af beskyttelse til en lavere pris. "

Så selvom der er næppe tvivl om, at fremtidige strømsystemer kan opretholde tilstrækkelig fejlbeskyttelse med øget udbredelse af vedvarende energi, er der stadig betydelig usikkerhed om, hvad der vil være den bedste tilgang.

"Den største udfordring ved at bestemme den omkostningsoptimale blanding af ressourcer kan være at forstå både behovet og omkostningerne ved forskellige muligheder, som sandsynligvis vil variere betydeligt baseret på placering og blanding af eksisterende og fremtidige ressourcer," sagde Denholm.

Hos NREL fortsætter vores arbejde, da forskere søger svar på én udfordring ad gangen på vejen mod et renere, mere overkommeligt og mere modstandsdygtigt net.