Сонячні батареї і вітряні турбіни генерують чисту відновлювальну енергію. Однак впровадження їх в енергосистему може приводити до деяких проблем, які постачальники послуг, що надають технології для запобігання відключення електроенергії, намагаються вирішити.
На традиційних електростанціях, що працюють на вугіллі, газі або гідроенергетиці, кінетична енергія турбін перетворюється в електроенергію за допомогою генераторів. Великі турбіни мають велику інерцію і так зберігають кінетичну енергію, яка легко справляється з раптовими збоями в процесі подачі електроенергії. Це можна порівняти з велосипедом, який ще довго продовжує котитися після того, як велосипедист перестав крутити педалі.
Підтримка стабільності енергосистеми сьогодні стає все більш складним завданням, оскільки потужності вітряних і сонячних електростанції постійно зростають.
Поновлювані електростанції не володіють вбудованою інерцією турбінних електростанцій, тому у них немає резерву енергії, який можна використовувати в разі відмови генератора або відключення лінії електропередачі. Це може привести до швидкого падіння частоти і дестабілізації мережі, і в гіршому випадку - до відключення електроенергії.
Шкідливі викиди.
У різних країнах використовуються різні типи технології виробництва електроенергії, а також різні способи забезпечення стабільного енергопостачання. У Норвегії, яка отримує майже всю електроенергію від гідроенергетики, проблем з інерцією і перепадами частоти зазвичай немає. В інших країнах, таких як Франція, що експлуатують багато ядерних станцій, стабілізацію кінетичної енергії в мережі забезпечують великі парові турбіни.
Більшість же країн, включаючи Сполучене Королівство та Ірландію, які не використовують енергію води або атома, до недавнього часу були змушені експлуатувати вугільні або газові електростанції для забезпечення стабільної частоти в енергосистемі. Практично такі електростанції працюють тільки для стабілізації мережі, так як енергія сонця і вітру покриває всі потреби цих країн в електроенергії.
В результаті поновлювані потужності часто не використовуються в повному обсязі. Системні оператори з метою безпеки запускають газові або вугільні електростанції, щоб підстрахуватися, і відключають вітряні турбіни, які могли б виробляти електрику. Це виглядає «не логічно», так як багато країн прагнуть збільшити частку відновлюваних джерел енергії з нинішніх 40 відсотків до 70 відсотків до 2030 року. Світ прагне досягти такої мети, і спеціалізовані компанії «знаходяться в знаходити власні шляхи розв'язання», які забезпечать стабільність глобальної енергосистеми без викидів CO2.
Обертові стабілізатори.
Тут на допомогу приходить обертається стабілізатор або синхронний компенсатор. Ці пристрої розроблені для забезпечення інерції, необхідної для стабілізації мережі, і, без необхідності експлуатації електростанцій, що працюють на викопному паливі. За допомогою маховиків стабілізатори «накопичують» кінетичну енергію так само, як і турбіни.
«Обертаються стабілізатори - це великі машини вагою понад 200 тонн. У той час як турбіни на традиційних електростанціях перетворять рух в електрику, що обертається стабілізатор використовує невелику кількість електроенергії для компенсації втрат на тертя і підтримання швидкості обертання. Велика вага пристрою створює максимально можливу інерцію. Чим більше інерція, тим повільніше буде змінюватися частота системи під час серйозних відключень або перебоїв в подачі електроенергії.
Що робить обертовий стабілізатор?
Періодичні перебої, наприклад, коли електростанція або магістральний кабель несподівано відключаються від системи, можуть викликати дисбаланс в енергосистемі і вплинути на потік енергії, що, в свою чергу, може привести до відключення електроенергії.
У таких ситуаціях обертаються стабілізатори подають кінетичну енергію в систему і стабілізують частоту до тих пір, поки інші електростанції, батареї або гідроелектростанції не через збільшать вироблення електроенергії, і енергосистема знову зможе працювати збалансовано.
В інших ситуаціях при раптовому перевищенні потужності обертається стабілізатор може поглинати потужність.
Довгострокове «зелене» рішення.
У Великобританії обертаються стабілізатори вже використовуються в парках «зелених» мереж. Два таких парку будуються в кита в Шотландії і Ліверпулі в Англії, а ще кілька знаходяться на стадії розробки.
Необхідно адаптувати мережі до прогресу, досягнутого відновлювальною енергетикою. Іноді в Великобританії доводилося відключати вітряні електростанції і експлуатувати газові електростанції, щоб зберегти стабільність мережі.
Під час роботи обертових стабілізаторів немає викидів парникових газів. Очікується, що дві машини в кита будуть запущені восени 2021 року, після чого почнеться реалізація проекту в Ліверпулі. Якщо проект виявиться успішним, це відкриє можливість для будівництва ряду «зелених» мережевих парків у Великобританії та інших країнах. Розташовані в стратегічних точках вздовж енергосистеми, вони допоможуть запобігти перебої в подачі електроенергії, забезпечити стабільність і, що не менш важливо, скоротити викиди парникових газів при виробництві енергії.
Мета Великобританії - створити енергосистему без викидів, яка зможе одночасно забезпечити стабільне і безпечне енергопостачання домогосподарств, бізнесу та промисловості. Обертові стабілізатори нададуть можливість генерувати більше відновлюваної енергії власного виробництва. Також, наприклад, Великобританія зможе імпортувати більше відновлюваної енергії з підводних кабелів з континенту. Планується будівництво підводного кабелю з Норвегії в Англію, який надасть доступ до відновлюваної норвезької гідроенергетиці для Великобританії і дасть Норвегії електрику з британських вітряних електростанцій, коли це буде необхідно.
Попереду гри.
Різні постачальники послуг вже отримують контракти на забезпечення стабільності мереж, щоб до 2025 року була створена безвуглецевої енергосистема. Потреба в стабілізації мережевих послуг буде зростати в міру збільшення виробництва відновлюваної енергії.
Італія виводить з експлуатації ряд вугільних електростанцій і активно розвиває поновлювані джерела енергії, і тому, ймовірно, в найближче десятиліття зіткнеться з проблемами стабілізації енергосистеми.
Ні батареї, ні обертаються стабілізатори не є новою технологією, але використання їх в якості рішень для стабілізації мережі стало новим і інноваційним. Інерція - це явище, описане в першому законі Ісаака Ньютона: чим більше маса тіла, тим більше у нього інерції і кінетичної енергії.
Використання батарей для стабілізації енергосистеми.
Подібно обертовим стабілізаторів або турбінним установкам, батареї можуть використовуватися для стабілізації частоти в енергосистемі, причому їх можна використовувати в комбінації. Батареї насправді є найшвидшим рішенням для того, щоб подати велику кількість енергії в мережу в надзвичайних ситуаціях.
Тільки протягом 2020-2021 років в Ірландії були введені в експлуатацію два великих акумуляторних парку. Один акумуляторний парк в Кілатмое працює вже протягом року і навесні 2021 року «кілька разів зіграв вирішальну роль в стабілізації енергосистеми Ірландії».
Акумуляторний парк біля сонячної електростанції.
Батареї можуть подавати електроенергію в мережу за частки секунди в разі падіння частоти, і це найшвидший з наявних резервів потужності.
Однак сучасні акумуляторні технології не підходять для довгострокового зберігання великих обсягів енергії, щоб впоратися з тривалими періодами низької генерації вітру і сонця. У таких ситуаціях в даний час краще працюють електростанції, що використовують викопне паливо.
В даний час резерв акумуляторних парків розрахований приблизно на півгодини роботи, але в майбутньому планується збільшити цей період до двох-чотирьох годин. Це спосіб стабілізувати мережу вже сьогодні.
Батареї також можуть забезпечити короткострокове зберігання надлишкової енергії для продажу на оптовому ринку електричної енергії. Для довгострокового зберігання надлишків енергії, одержуваної від виробництва поновлюваної енергії, розглядається і технологія використання «зеленого» водню. Водень може застосовуватися в якості палива, а також для приводу турбінних електростанцій, які надають стабілізуючий вплив на енергосистему так само, як вугільні або газові електростанції.