Be mitų: saulės energijos patikimumas ir jos stabilizavimo vaidmuo šiuolaikiniuose elektros tinkluose

Dešimtmečius tradicinė energetikos sektoriaus išmintis laikėsi nuomonės, kad atsinaujinantys šaltiniai -ypač saulės energija- buvo per daug su pertrūkiais ir nepatikimi, kad galėtų būti šiuolaikinių elektros sistemų pagrindas. Nuolatinis klaidingas supratimas yra tai, kad saulės baterijos greitai genda, sugenda patiriant stresą ir, dar blogiau, įveda chaosą į puikiai subalansuotą pasiūlos ir paklausos šokį elektros tinkle. Kritikai dažnai įrodinėja, kad saulės energija yra ne tik nepastovi, bet ir grėsmė tinklo stabilumui, galinti sukelti įtampos svyravimus ir elektros energijos tiekimo sutrikimus.

Tačiau šis požiūris tampa vis labiau pasenęs. Remiantis dešimtmečių veiklos duomenimis, galios elektronikos pažanga ir realia-pasaulio tinklo integravimo patirtimi, susidaro visiškai kitoks vaizdas: saulės energijos technologija pasirodė esanti išskirtinai patikima, o apgalvotai įdiegta ji aktyviai didina tinklo atsparumą ir stabilumą. Šiuo straipsniu siekiama išsiaiškinti technines realijas, susijusias su saulės energijos patikimumu ir jos teigiamu poveikiu elektros sistemoms.

Kai kurie žmonės pirmiausia galvoja apie saulės baterijas, kad jos yra nepatikimos. Bet iš tikrųjų tai nebėra taip! Dauguma PV plokščių šiandien yra daug patikimesnės, tvirtesnės nei bet kada anksčiau ir jums reikia daug mažiau priežiūros veiksmų nei ankstesnėms energijos gamybos formoms. Skirtingai nuo dujų turbinų ir dyzelinių variklių (kurie turi besisukančius mechanizmus), saulės baterijos neturi besisukančių dalių, o tai reiškia, kad jos neturi vietos nusidėvėjimui, plyšimui ir (arba) tepimui. Pagrindinis saulės kolektorių komponentas, „puslaidininkinė jungtis“, buvo pagaminta naudojant patikrintą silicio technologiją, kuri sėkmingai naudojama elektronikoje daugiau nei 50 metų ir pasitvirtino kaip absoliučiai patikima!

Ilgalaikiai{0}}aplinkos vertinimo tyrimai, pvz., atlikti Jungtinių Valstijų nacionalinės atsinaujinančios energijos laboratorijos (NREL), tyrimai rodo, kad aukštos kokybės PV modulių vardinė galia kasmet pablogėja mažiau nei 0,5 % per metus; daugelis sistemų, įdiegtų devintajame ir dešimtajame dešimtmetyje, po daugiau nei 30 metų eksploatavimo šiuo metu pagamina 80 % ar daugiau iš pradžių vardinės galios. Dauguma PV modulių gamintojų suteikia PV moduliams garantijas mažiausiai 25 metams; tačiau tikėtina, kad moduliai veiks ilgai po šios datos. Nors gedimai įvyksta maždaug dėl išorinių veiksnių (pvz., netinkamo įrengimo, ekstremalių oro sąlygų), būdingas PV modulių gedimų dažnis yra mažesnis nei 0,05 % per metus-daugumos kitų energijos gamybos technologijų, įskaitant daugelį iškastinio kuro jėgainės komponentų, gedimų dažnis-yra lygus arba mažesnis už PV modulių gedimų dažnį, todėl patikimas PV modulių gedimų dažnis.

 

Antras, labiau techninis mitas – saulės energija „griauna“ tinklo stabilumą. Šis susirūpinimas istoriškai kilo dėl ankstyvųjų tinkle{1}}pririštų keitiklių, kurie buvo sukurti taip, kad į tinklą įstumtų kuo daugiau galios ir nedelsiant atsijungtų, jei atsirastų kokių nors sutrikimų. Nors toks pasyvus elgesys teoriškai gali sumažinti sistemos inerciją, tai nebėra norma.

Šiandienos tinklelį-palaikantys keitikliai-dažnai vadinami „išmaniaisiais inverteriais“ arba „tinklą-formuojančiais keitikliais“-yra žaidimo-keitiklis. Juose yra pažangių valdymo funkcijų, kurios aktyviai prisideda prie tinklo sveikatos. Pagrindinės funkcijos:

Įtampos ir dažnio valdymas:Išmanusis keitiklis gali koreguoti įtampos ir dažnio nuokrypius, kaip ir įprasti sinchroniniai generatoriai AVR, reguliuodami jų realiąją ir reaktyviąją išėjimo galią milisekundėmis.

Galimybė važiuoti{0}}:Nauji inverteriai turi važiavimo{0}}perėjimo funkciją, leidžiančią jiems toliau palaikyti tinklą trumpo gedimo metu (pavyzdžiui, jei trenkė žaibas arba ant elektros linijos užkrito medžio šaka) ir vėl{1}}suleisti maitinimą atgal į tinklą, kai tik gedimas pašalinamas.

Sintetinė inercija:Saulės energija neturi fizinės besisukančios garo turbinos masės, tačiau pažangūs inverteriai turi galimybę paimti ir įpurkšti galią dideliu greičiu, kad imituotų inerciją keičiantis dažniui. Ši sintetinė inercija suteikia įprastiems generatoriams brangių milisekundžių, kad padidėtų maksimali galia.

Šios funkcijos toli gražu nedestabilizuoja tinklo, o leidžia didelio{0}}skvarbumo saulės zonoms veikti atspariau. Pavyzdžiui, Pietų Australijoje-regionas, kuriame daugiau nei 60 % momentinių atsinaujinančių energijos šaltinių-tinklą-suformuoja keitikliai, sėkmingai juodai-paleido vietinius tinklus po didelio sistemos atskyrimo, o tai anksčiau buvo įmanoma tik naudojant vandens ar dujų jėgaines.

Paskirstyta saulės energijos gamyba sumažina esamų perdavimo linijų įtampą, nes ji gaminama arčiau naudojimo vietos nei tradicinė tinklinė{0}}elektra. Tradicinė elektros energijos gamyba priklauso nuo didelių elektros energijos gamybos stočių, gaminančių elektros energiją, kuri vėliau gabenama šimtus kilometrų aukštos įtampos perdavimo linijomis, kad galiausiai būtų naudojama ten, kur jos reikia. Šis modelis (stebulė-ir-stipinas) leidžia prarasti 8 - 10 % pradinės pagamintos galios ir sukuria vieną gedimo tašką. Pavyzdžiui, nukritus perdavimo stulpui ar bokštui, dėl tipiško stebulės-ir-stipinų tinklo konstrukcijos gali atsirasti didžiulis elektros energijos tiekimas.

Kuriant kaupiamąją ar pagaminamą elektros energiją, naudojant paskirstytą saulės energiją šalia vartojimo vietos, mažinamas elektros kiekis, kuris transportuojamas iš pastotės į vartotojų tašką. Tai reiškia, kad vartotojų paklausa elektros energijai sumažėjo, palyginti su tuo, kas šiuo metu rodoma naudojant tradicinį tinklą. Dėl sumažėjusios paklausos bus atidėtas arba galbūt net nebereikės brangiai kainuojančių perdavimo ir paskirstymo sistemų atnaujinimo. Be to, per laukinius gaisrus, uraganus ir (arba) kibernetines atakas bus daug išsklaidytų saulės energijos ir saugyklų, kurios galės sukurti mikrotinklus, kad bent iš dalies toliau maitintų pagrindinius įrenginius (pvz., vandens valymo įrenginius ir ligonines), o bendras centrinis elektros tinklas stengsis atsinaujinti. Tai mes vadiname tinklelio atsparumu.

Seniai žmonės manė, kad saulės technologija nėra patikima ir gali sunaikinti tinklą. Dešimtmečių eksploatavimo istorija rodo, kad fotovoltiniai (PV) moduliai yra patikimas ir patvarus komponentas, todėl jiems reikia labai mažai priežiūros ir ilgas patikimumas. Inverterio technologija sparčiai vystėsi ir paverčia saulės energiją iš pasyvaus, kartais probleminio energijos šaltinio į aktyvų tinklo stabilumo dalyvį, palaikydama įtampą, reguliuodama dažnį ir sintetinę inerciją. Saulės energijos naudojimas paskirstytoje programoje padeda sumažinti perdavimo spūstis ir padidinti elektros tinklo atsparumą dideliems sutrikimams.

Spartinant energijos perėjimą, svarbu, kad visi inžinieriai, politikos formuotojai ir visuomenė naudotųsi naujausiomis jiems prieinamomis technologijomis, o ne naudotųsi praeities baimėmis dėl pačios technologijos. Todėl saulės energija transformuojasi iš vienos silpniausių grandžių į vieną reikšmingiausių ir stabilizuojančių elektros tinklo komponentų XXI amžiuje.