Lisaks müütidele: päikeseenergia töökindlus ja selle stabiliseeriv roll kaasaegsetes elektrivõrkudes

Aastakümneid on energiasektoris levinud arusaam, et taastuvad allikad -eriti päikeseenergia{1}}on liiga katkendlikud ja ebausaldusväärsed, et olla tänapäevaste elektrisüsteemide selgrooks. Püsiv eksiarvamus on see, et päikesepaneelid lagunevad kiiresti, ebaõnnestuvad stressi all ja, mis veelgi hullem, tekitavad kaose elektrivõrgu pakkumise ja nõudluse peenelt tasakaalustatud tantsu. Kriitikud on sageli väitnud, et päikeseenergia pole mitte ainult muutlik, vaid ka oht võrgu stabiilsusele, mis võib põhjustada pingekõikumisi ja elektrikatkestusi.

See vaade on aga üha aegunud. Tuginedes aastakümnete pikkusele tööandmetele, jõuelektroonika edusammudele ja reaalsele-võrguga integreerimise kogemusele, ilmneb hoopis teistsugune pilt: päikeseenergia tehnoloogia on osutunud erakordselt töökindlaks ning kui seda läbimõeldult kasutusele võtta, suurendab see aktiivselt võrgu vastupidavust ja stabiilsust. Selle artikli eesmärk on selgitada välja tehniline tegelikkus päikeseenergia töökindluse taga ja selle positiivne mõju elektrisüsteemidele.

Mõned inimesed arvavad esimesena päikesepaneelide kohta, et need on ebausaldusväärsed. Kuid tegelikult pole see enam nii! Enamik PV-paneele on tänapäeval palju töökindlamad, tugevamad kui kunagi varem ja vajavad palju vähem hooldustoiminguid kui varasemad energiatootmisviisid. Erinevalt gaasiturbiinmootoritest ja diiselmootoritest (millel on pöörlevad masinad) pole päikesepaneelidel pöörlevaid osi, mis tähendab, et neil ei ole ruumi kulumiseks, rebenemiseks ja/või määrimiseks. Päikesepaneeli põhikomponent, pooljuhtliitmik, on valmistatud tõestatud ränitehnoloogia abil, mida on elektroonikas edukalt kasutatud enam kui 50 aastat ja mis on osutunud täiesti töökindlaks!

Pikaajalistes-keskkonnamõju hindamise uuringutes, nagu need, mille viis läbi Ameerika Ühendriikide riiklik taastuvenergia labor (NREL), näitavad uuringud, et kvaliteetsete fotoelektriliste moodulite nimivõimsus väheneb aastas alla 0,5% aastas; paljud 1980ndatel ja 1990ndatel paigaldatud süsteemid toodavad praegu pärast enam kui 30 aastat töötamist 80% või rohkem nende algsest nimivõimsusest. Enamik PV-moodulite tootjaid annab PV-moodulitele garantii minimaalselt 25 aastat; moodulid jäävad aga tõenäoliselt tööle kaua pärast seda kuupäeva. Kuigi tõrked tekivad ligikaudu väliste tegurite (nt ebaõige paigaldus, äärmuslikud ilmastikutingimused) tõttu, on PV-moodulite loomupärane rikete määr alla 0,05% aastas-enamiku teiste elektritootmistehnoloogiate, sealhulgas paljude fossiilkütusel töötavate elektrijaamade komponentide rikete määr-on võrdne või madalam kui päikeseenergia moodulite rikete määr, mistõttu on PV-moodulite rikete määr pigem usaldusväärne.

 

Teine, tehnilisem müüt on see, et päikeseenergia "hävitab" võrgu stabiilsust. See mure tekkis ajalooliselt varajase võrguga{1}}seotud inverterite tõttu, mis olid loodud lihtsalt võimalikult palju energiat võrku suruma ja häirete ilmnemisel kohe lahti ühendama. Kuigi selline passiivne käitumine võib teoreetiliselt süsteemi inertsi vähendada, pole see enam norm.

Tänapäeva grid{0}}toetavad inverterid-mida sageli nimetatakse "nutikateks inverteriteks" või "võrgu-moodustavateks inverteriteks"-on mängu-muutja. Need sisaldavad täiustatud juhtimisfunktsioone, mis aitavad aktiivselt kaasa võrgu tervisele. Põhifunktsioonide hulka kuuluvad:

Pinge ja sageduse juhtimine:Nutikas inverter saab korrigeerida pinge- ja sagedushälbeid nagu tavalised sünkroongeneraatorid AVR, reguleerides nende tegelikku ja reaktiivset väljundvõimsust millisekundites.

Läbisõidu-võimalus:Uutel inverteritel on -läbisõiduvõime, mis võimaldab neil jätkata elektrivõrgu toetamist ka lühiajaliste rikete korral (näiteks kui juhtus välgutabamus või puuharu kukkus elektriliinile) ja{1}}toide uuesti võrku süstida niipea, kui rike on kõrvaldatud.

Sünteetiline inerts:Päikeseenergial ei ole auruturbiini füüsilist pöörlevat massi, kuid täiustatud inverteritel on võime ammutada ja süstida võimsust suurel kiirusel, et simuleerida inertsi sageduse muutumisel. See sünteetiline inerts annab tavapärastele generaatoritele väärtuslikke millisekundeid maksimaalse võimsuse saavutamiseks.

Need funktsioonid ei destabiliseeri kaugeltki mitte võrku, vaid võimaldavad suure{0}}läbivuse päikesetsoonidel töötada suurema vastupidavusega. Näiteks Lõuna-Austraalias-regioonis, kus üle 60% hetkelistest taastuvatest energiaallikatest on-võrk-moodustavad inverterid, on pärast suurt süsteemi eraldamist edukalt mustad-käivitanud kohalikud võrgud, mis varem oli võimalik ainult hüdro- või gaasijaamade puhul.

Päikeseenergia hajutatud tootmine vähendab pinget olemasolevatele ülekandeliinidele, kuna seda toodetakse kasutuskohale lähemal kui traditsiooniline{0}}võrgupõhine elekter. Traditsiooniline elektrienergia tootmine põhineb suurtel elektrijaamadel, mis toodavad elektrit, mis seejärel transporditakse kõrgepingeliinide kaudu sadu kilomeetreid, et lõpuks kasutada seal, kus seda vajatakse. See mudel (jaotur-ja-kodara) võimaldab kaotada 8 - 10% algsest võimsusest ja loob ühe rikkepunkti. Näiteks kui ülekandepost või torn kukub, võib rummu-ja-kodaravõrgu tüüpilise kujunduse tulemusel tekkida tohutu elektrikatkestus.

Luues salvestatud või toodetud elektrit, kasutades hajutatud päikeseenergiat tarbimiskoha lähedal, väheneb elektrienergia hulk, mis transporditakse alajaamast tarbijapunkti. See tähendab, et tarbija nõudlus elektrienergia järele on vähenenud võrreldes praegu traditsioonilise võrgu kasutamisega. Nõudluse vähenemine lükkab edasi või võib-olla isegi kaotab vajaduse ülekande- ja jaotussüsteemide kulukate uuenduste järele. Lisaks on metsatulekahjude, orkaanide ja/või küberrünnakute ajal mitmed hajutatud päikeseenergia + salvestusrajatised, mis suudavad luua mikrovõrke, et vähemalt osaliselt ka edaspidi toita põhirajatisi (nagu veepuhastus ja haiglad), samal ajal kui üldine tsentraalne elektrivõrk püüab end taastada. Seda me nimetame võrgu vastupidavuseks.

Kaua aega tagasi arvasid inimesed, et päikeseenergia tehnoloogia ei ole usaldusväärne ja võib võrgu hävitada. Praeguseks on aastakümnete pikkune kasutusajalugu, mis näitab, et fotogalvaanilised (PV) moodulid on töökindel ja vastupidav komponent, mistõttu on vaja väga vähe hooldust ja pikk töökindlus. Invertertehnoloogia on kiiresti arenenud ja muutnud passiivsest, mõnikord probleemsest energiaallikast pärit päikeseenergia aktiivseks osaliseks võrgu stabiilsuse tagamisel, pakkudes pingetoetust, sageduse reguleerimist ja sünteetilist inertsi. Päikeseenergia kasutamine hajutatud rakenduses aitab leevendada ülekande ummikuid ja suurendab elektrivõrgu vastupidavust suurte häirete vastu.

Energia ülemineku kiirendamisel on oluline, et kõik insenerid, poliitikakujundajad ja avalikkus kasutaksid kõige uuemat neile saadaolevat tehnoloogiat, selle asemel, et kasutada varasemaid hirme tehnoloogia enda pärast. Seetõttu on päikeseenergia muutumas ühest nõrgemast lülist 21. sajandil elektrivõrgu üheks olulisemaks ja stabiliseerivamaks komponendiks.