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如何使更多的可再生能源进入电网

来源:机房360 作者:Harris编译 更新时间:2021/11/8 6:58:15

摘要:自从人类社会开始工业革命之后,二氧化碳等温室气体的排放量猛增,导致全球温度快速增加,全球各地的电网需要脱碳,这意味着需要向低碳能源过渡,既要增加可再生能源发电,又要使用清洁能源替代工业生产和家庭用电等应用场景使用的化石能源。

    自从人类社会开始工业革命之后,二氧化碳等温室气体的排放量猛增,导致全球温度快速增加,全球各地的电网需要脱碳,这意味着需要向低碳能源过渡,既要增加可再生能源发电,又要使用清洁能源替代工业生产和家庭用电等应用场景使用的化石能源。
  
  Storelectric公司为此提出了能源转型面临的一些关键挑战及其解决方案。以下对电网采用更多的可再生能源进行探讨。
  
  (1)间歇性
  
  大多数可再生能源具有间歇性发电的特点,例如风能、太阳能、潮汐能和波浪能。但是人们在需要采用更多的清洁能源。因此除了满足恒定的“基本负荷”需求之外,还增加了可变的需求(例如一天某一段时间、一周的某一天,以及不利的天气)。可再生能源发电设施需要配套部署规模相当同的长时储能系统,以便将其间歇性供电转变为按需供应用(即可调度的能源)。
  
  (2)充足性
  
  例如,在“电力系统供应紧张时期”(即高电力需求和低可再生能源发电量)期间,英国已经依靠通过电网互联来维持电力供应。电力供应紧张期间包括无风的冬夜。这种天气模式可有将这种糟糕的情况延长几天甚至两周。因此可再生能源发电面临充足性问题。
  
  (3)存储能量
  
  然而,到2040年,欧洲一些国家(例如冰岛、挪威和瑞士除外)的能源转型计划也依赖于电力进口。那么如果所有国家和地区都在进口电力,那么谁在出口电力?因此,可靠地保持电力供应的唯一方法是足够的零碳发电(例如核能和生物质发电等)和储能设施。
  
  (4)全球适用性
  
  全球适用性适用于世界各地的每个电网,在电力系统供应紧张期间依赖于电力进口。这是因为每个电网都将优先为自己的客户提供电力而不是出口。因此,全球每个电网都应计划储存足够的电力,以度过高电力需求或可再生能源发电量低的最坏情况。
  
  (5)电网加固
  
  由于可再生能源具有间歇性,为了在任何部署储能系统的地方适应发电高峰,电网的容量至少需要增加三倍,这种成本对于电网运营商来说难以承担,而建设新的输电线路除了高昂的成本之外还影响环境景观。然而,将间歇性转变为可调度性,大规模长时储能系统可以减少或消除电网加固需求。
  
  (6)电网稳定性
  
  电网时常也会发生故障。在没有自然惯性的情况下,任何故障都会造成电流、电压和电网频率的阶跃变化。例如英国在2019年8月9日大面积停电之前,人们认为直流连接系统(如电池储能系统、互连器、风能和太阳能)可以提供“合成惯性”,以取代因关闭发电站而失去的真正惯性。
  
  部署大规模的长时储能系统需要数年时间来规划、建造和连接到电网。为了在2030年保持电力供应,电网需要在2021年建造这样的长时储能系统,以便到2030年提供足够的电力。
  
  然而,“合成惯性”可以提供非常快的响应速度;而任何一种响应时间都是一种延迟,它会在电力线路上产生尖峰,人们称之为频率变化率(RoCoF)事件,而大量RoCoF事件影响电网运行,使住宅、基础设施、医院和工业设备停电。虽然“合成惯性”有利于从故障中恢复,但只有自然惯性才能防止发生更多的故障。
  
  (7)黑启动
  
  电网需要制定应急计划,以应对电网完全中断的情况,这种情况没有发电站启动所需的电力,也没有可以同步发电设备的频率。英国电网运营商研究了从分布式资源中提供这种服务的方法,发现这种方法成本高昂,并且极其复杂,显著增加了恢复时间(长达数小时,而不是数分钟),而且在许多情况下,这是不可能实现的,因为较低电压的电网通常无法提供为下游提供所需的电力。通过适当的配置,大规模长时储能系统可以做到这一点。
  
  需要做些什么
  
  所有这些挑战都需要适当配置的大规模长时储能系统,因为所有这些技术都具有自然惯性的。StoreElectric公司花费近十年时间开发了一系列基于压缩空气储能系统(CAES)的高效、具有成本效益且可广泛实施的技术组合,随着部署储能系统的市场需求日益增长,并且随着能源转型的进展将变得越来越有利可图。
  
  现在开始采取行动
  
  能源开发商部署大规模的长时储能通常需要数年时间来规划、建造并最终连接到电网。因此,为了保持正常运转,电网需要从现在开始建设更多的长时储能系统。由于部署储能系统已经成为到2050年实现净零电网目标的一项要求,因此现在需要采取行动最大限度地减少能源转型的成本和电力中断事件。
  
  编辑:Harris
  

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