新技術(shù)！新能源可大規(guī)模接入電網(wǎng)

不久前，100% 可再生能源是為偏遠(yuǎn)社區(qū)保留的，可避免昂貴的能源進(jìn)口。但是現(xiàn)在，美國(guó)的一些州正在達(dá)到非常高的可再生能源水平，地球上最大的城市地區(qū)正在瞄準(zhǔn) 100% 的可再生能源運(yùn)營(yíng)，將他們的未來(lái)基于與儲(chǔ)能相關(guān)的風(fēng)能和太陽(yáng)能的可變電力能源

在自己的校園內(nèi)，國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 也展示了 100% 可再生能源運(yùn)營(yíng)，它從經(jīng)驗(yàn)中得到的信息是，過(guò)渡到可再生能源是可以實(shí)現(xiàn)的。事實(shí)上，NREL 已經(jīng)表明，相對(duì)簡(jiǎn)單的控制可以使電網(wǎng)以 100% 的風(fēng)能、太陽(yáng)能和儲(chǔ)能運(yùn)行，而無(wú)需專(zhuān)用的設(shè)備端到設(shè)備端的通信

“當(dāng)校園斷電時(shí)，我們沒(méi)有能黑啟動(dòng)和管理所有微電網(wǎng)資產(chǎn)的微電網(wǎng)控制器，而且在這么短的時(shí)間內(nèi)從頭開(kāi)始構(gòu)建控制器是不切實(shí)際的，”NREL 研究員 Przemyslaw Koralewicz 說(shuō)，他在 2020 年的一次停電期間幫助恢復(fù)了校園供電，“相反，我們開(kāi)發(fā)了一種無(wú)通信方案，該方案利用了可再生資產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)頻率控制，并且可以在沒(méi)有重大監(jiān)督或定制的情況下方便地進(jìn)行編程”

Koralewicz 和 Flatirons Campus的其他幾位研究人員最初使用儲(chǔ)能電池和太陽(yáng)能陣列黑啟動(dòng)該站點(diǎn)，不久之后連接了風(fēng)能，總發(fā)電量約為 2 MW，他們的控制方法因其簡(jiǎn)單性和可擴(kuò)展性而獨(dú)一無(wú)二：不是讓中央控制器向太陽(yáng)能和風(fēng)能資產(chǎn)發(fā)出命令，而是對(duì)每個(gè)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立編程以產(chǎn)生一種自組織穩(wěn)定性， 實(shí)際結(jié)果如下圖所示

通過(guò)允許頻率在 59.5 和 60.5 Hz 之間漂移，而不是像在典型電網(wǎng)中那樣試圖達(dá)到固定的 60 Hz，并通過(guò)調(diào)整設(shè)備的通用控制來(lái)實(shí)現(xiàn)基于電網(wǎng)頻率的有功功率變化(稱(chēng)為下垂控制)， NREL 團(tuán)隊(duì)將微電網(wǎng)配置為自動(dòng)響應(yīng)任何變化，例如在動(dòng)蕩的天氣條件下風(fēng)能或太陽(yáng)能發(fā)電量的巨大變化，或添加到系統(tǒng)中的新資產(chǎn)，如柴油發(fā)電機(jī)

“運(yùn)行像這樣的無(wú)通信系統(tǒng)有很多優(yōu)勢(shì)，”Koralewicz 解釋說(shuō)。“一方面，針對(duì)分布式資源的網(wǎng)絡(luò)安全威脅實(shí)際上為零，因?yàn)樵O(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換是不必要的。此外，該方法對(duì)設(shè)備來(lái)說(shuō)是即插即用的，因此可以或多或少地?zé)o縫添加或刪除可再生能源資產(chǎn)”

Flatirons Campus 電力系統(tǒng)得到修復(fù)，NREL 團(tuán)隊(duì)繼續(xù)推進(jìn)他們新發(fā)現(xiàn)的解決方案，他們?cè)儐?wèn)該方法是否真的適用于更大的能源系統(tǒng)，具有多個(gè)電池存儲(chǔ)系統(tǒng)和發(fā)電資源，以 100% 或接近 100% 的可再生能源運(yùn)行，該團(tuán)隊(duì)在模擬系統(tǒng)上進(jìn)行了演示，他們的方法在從 20% 到 300% 的可再生能源水平以及不同的電池容量操作場(chǎng)景中保持有效并保持穩(wěn)定性

從某種意義上說(shuō)，這種方法釋放了電氣系統(tǒng)中頻率的靈活性，盡管傳統(tǒng)發(fā)電將頻率鎖定在 60 Hz 左右的一個(gè)非常嚴(yán)格的窗口，但即將提出的電網(wǎng)提議建議使用稍微更寬的頻率范圍，這是由基于現(xiàn)代逆變器資源的能力提供的，美國(guó)能源部發(fā)起了一個(gè)名為“電網(wǎng)逆變器通用互操作性”(UNIFI) 的聯(lián)盟，以推進(jìn)此類(lèi)戰(zhàn)略，并開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)以支持高度可再生能源系統(tǒng)

除了控制方法的成功外，NREL 還表明，即使是簡(jiǎn)單的臨時(shí)方法也可以在彈性事件期間提供可靠的可再生能源，對(duì)于致力于創(chuàng)紀(jì)錄水平的可再生能源的社區(qū)來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很好的跡象，表明過(guò)渡期間的某些方面不必太復(fù)雜，NREL 有能力幫助合作伙伴證明未來(lái)能源系統(tǒng)的解決方案