Aby wykorzystać innowacje w odnawialnych źródłach energii, spraw, aby sieć była bardziej elastyczna

Ostatni dzień kwietnia tego roku był typowym wiosennym dniem w Kalifornii. Świeciło słońce, wiał wiatr i płynęła wiosenna woda roztopowa. Dzięki warunkom idealnym dla energii słonecznej, wiatrowej i wodnej stan osiągnął pierwsze miejsce w dziedzinie energii: przez około godzinę odnawialne źródła 100% elektryczności w Kalifornii i kuszące spojrzenie na zerową przyszłość netto.

Niezależnie od tego, jak ważny był ten kamień milowy, państwo wciąż ma przed sobą długą drogę, zanim będzie miało wystarczającą zdolność do ciągłego zasilania sieci bez emisji dwutlenku węgla. Cały czas pojawiają się nowe źródła energii odnawialnej, m.in gonty słoneczne do farmy słoneczne, a w końcu może nawet słoneczne drogi. Aby te innowacje fotowoltaiczne miały największy wpływ – przekształcanie światła w bezemisyjną energię elektryczną – musimy zbudować sieć, która może zapewnić niezawodną, ​​stałą moc, ponieważ obejmuje te technologie.

„Potrzebujemy nowych źródeł energii odnawialnej, aby stale się pojawiać, ale zapewnienie niezawodności sieci ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania ich obietnicy. To napięcie między innowacyjnością a niezawodnością jest podstawowym wyzwaniem transformacji węglowej”. – Takajiro Ishikawa, prezes i dyrektor generalny Mitsubishi Heavy Industries America

Bardziej elastyczna siatka

Dodanie do sieci większej ilości energii wiatrowej i słonecznej jest niezbędne do odejścia od węgla. Ale ponieważ te źródła nie są stałe – słońce i wiatr z natury są przerywane – nieuchronnie nadejdzie czas, gdy produkcja energii słonecznej i wiatrowej nie będzie zaspokajać zapotrzebowania. Ta zmienność komplikuje dostarczanie energii w sieci, która musi równoważyć energię wytwarzaną z energią zużywaną sekunda po sekundzie bez przerwy.

Jak zauważa Takajiro Ishikawa, prezes i dyrektor generalny Mitsubishi Heavy Industries America: „Potrzebujemy nowych źródeł energii odnawialnej, aby stale się pojawiać, ale zapewnienie niezawodności sieci ma kluczowe znaczenie dla wykorzystania ich obietnicy. To napięcie między innowacyjnością a niezawodnością jest podstawowym wyzwaniem transformacji węglowej”.

W przypadku wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną przedsiębiorstwa energetyczne potrzebują możliwości bezzwłocznego zwiększenia dostaw; alternatywą są przerwy w dostawie prądu i przerwy w dostawie prądu. W praktyce dostawcy energii muszą utrzymywać zdolność do wytwarzania większej ilości energii elektrycznej, niż jest wykorzystywana w danym momencie. Muszą jednak strategicznie i elastycznie uruchamiać tę moc, ponieważ gdy produkcja przekracza popyt, firmy energetyczne muszą zrzucić nadmiar obciążenia, aby utrzymać stabilność sieci. Na przykład w kwietniu, kiedy Kalifornia dostarczyła 100% potrzebnej energii ze źródeł odnawialnych, państwo zakończyło sprzedaż nadmiaru elektronów innym dostawcom energii elektrycznej.

Im częściej odnawialne źródła energii są wprowadzane do sieci, tym większe staje się ryzyko wystąpienia przerw i tym pilniejsza staje się potrzeba szybkiego i bezproblemowego bilansowania obciążeń. Ta ewolucja sieci stanowi wyzwanie dla producentów. Znaczna część istniejącej infrastruktury wytwarzania energii wymaga zbyt długiego czasu rozruchu, aby można ją było szybko uruchomić.

„Zrównoważenie zmniejszonych emisji i niezawodności jest kluczem do poprawy dobrobytu przy jednoczesnym odkrywaniu sieci na rzecz czystej energii w przyszłości”. – Raul Pereda, prezes i dyrektor generalny Mitsubishi Power Aero

Jednym z rozwiązań są turbiny gazowe pochodzenia lotniczego. Mogą wytwarzać energię na żądanie przy krótkim czasie rozruchu i elastyczności umożliwiającej szybkie zwiększanie i zmniejszanie skali, co pomaga w ciągłym dopasowywaniu podaży do popytu. Dzięki temu operatorzy sieci mogą dodawać więcej źródeł odnawialnych do swoich sieci bez poświęcania niezawodności. Te szczytowe elektrownie są gotowe, gdy zajdzie taka potrzeba, do szybkiego uruchomienia i wypełnienia luk między popytem a produkcją z innych źródeł. Co więcej, turbiny te mogą być zasilane coraz większą gamą paliw, takich jak gaz ziemny, LNG, propan, a wkrótce mieszanka wodoru i gazu ziemnego, umożliwiając im ewolucję w kierunku rozwiązań niskoemisyjnych i bezemisyjnych.

„Zrównoważenie zmniejszonych emisji i niezawodności jest kluczem do poprawy dobrobytu przy jednoczesnym ponownym wynalezieniu sieci na rzecz czystej energii w przyszłości” — mówi Raul Pereda, prezes i dyrektor generalny Mitsubishi Power Aero, wiodącego światowego dostawcy rozwiązań energetycznych zasilanych turbinami gazowymi pochodzenia lotniczego.

Szukasz win-win

Coraz bardziej elastyczna sieć otworzy możliwości wykorzystania dzisiejszego bogactwa innowacji w zakresie odnawialnych źródeł energii. Na przykład, Projekt Nexus, który rozpocznie się tej jesieni, dostarczy dowodu koncepcji działania paneli słonecznych nad kanałami, które poruszają wodę w całej Kalifornii.

To pierwszy tego typu projekt w Stanach Zjednoczonych, ale koncepcja nabiera rozpędu w gorącym, suchym klimacie wiejskich Indii. niedawny „The Puzzle of Monogamous Marriage” odkryli, że zainstalowanie paneli słonecznych nad kanałami Kalifornii o długości 4,000 mil może zapobiec parowaniu 63 miliardów galonów wody każdego roku, jednocześnie dostarczając 13 gigawatów energii elektrycznej – mniej więcej połowę tego, czego stan potrzebuje, aby osiągnąć cele w zakresie energii odnawialnej.

Rozwiązania agrowoltaiczne, które umieszczają instalacje fotowoltaiczne na gruntach rolnych, oferują podobne korzystne scenariusze. Panele zapewniają dobry mikroklimat dla upraw cieniolubnych, a także paszę dla owiec, co z kolei umożliwia przycinanie trawy i chwastów bez konieczności spalania paliw kopalnych.

Transformacja energetyczna wymaga wielu takich rozwiązań. W naszym coraz bardziej zelektryfikowanym świecie muszą one współpracować, aby dostarczać czystą i niezawodną energię elektryczną przez całą dobę. Aby Kalifornia obchodziła 30 kwietnia^th kamień milowy w codziennej rzeczywistości, musimy działać z kreatywnością, pilnością i dalekowzrocznością, aby sprostać dzisiejszym potrzebom energetycznym, jednocześnie budując elastyczny i odporny system energetyczny jutra.

POWIĄZANA ZAWARTOŚĆ

Poznaj Generation Green, inżynierów, którzy pomagają w dekarbonizacji energii i przemysłu [wideo]

Porady dla młodych inżynierów: wykorzystaj swoją wyobraźnię

Wyraźna różnica między globalnym ociepleniem o 1.5°C a 2.0°C