За пределами мифов: надежность солнечной энергетики и ее стабилизирующая роль в современных электросетях

На протяжении десятилетий общепринятое мнение в энергетическом секторе считало, что возобновляемые источники энергии,-особенно солнечная энергия-слишком непостоянны и ненадежны, чтобы служить основой современных электроэнергетических систем. Устойчивое заблуждение заключается в том, что солнечные панели быстро деградируют, выходят из строя под нагрузкой и, что еще хуже, вносят хаос в тонко сбалансированный танец спроса и предложения в энергосистеме. Критики часто утверждают, что солнечная энергия не только непостоянна, но и представляет собой угрозу стабильности сети, способную вызвать перепады напряжения и отключения электроэнергии.

Однако эта точка зрения все больше устаревает. Основываясь на десятилетиях эксплуатационных данных, достижениях в области силовой электроники и реальном-мировом опыте интеграции энергосетей, вырисовывается совершенно иная картина: солнечная технология доказала свою исключительную надежность, и при продуманном развертывании она активно повышает устойчивость и отказоустойчивость энергосистемы. Целью этой статьи является демистификация технических реалий, лежащих в основе надежности солнечной энергии и ее положительного влияния на энергосистемы.

Первая мысль некоторых людей о солнечных панелях заключается в том, что они ненадежны. Но на самом деле это уже совсем не так! Большинство фотоэлектрических панелей сегодня гораздо надежнее, прочнее, чем когда-либо прежде, и требуют от вас гораздо меньше действий по техническому обслуживанию, чем предыдущие формы производства энергии. В отличие от газотурбинных и дизельных двигателей (которые имеют вращающееся оборудование), солнечные панели не имеют вращающихся частей, а это означает, что у них нет места для износа, повреждений и/или смазки. Основной компонент солнечной панели – «полупроводниковый переход» – изготовлен по проверенной кремниевой технологии, которая успешно применяется в электронике более 50 лет и зарекомендовала себя как абсолютно надежная!

В долгосрочных-исследованиях по оценке окружающей среды, например, проведенных Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии США (NREL), исследования показывают, что в высококачественных фотоэлектрических модулях ежегодное снижение номинальной мощности составляет менее 0,5 % в год; многие системы, установленные в 1980-х и 1990-х годах, в настоящее время после более чем 30 лет эксплуатации производят 80% или более от своей первоначальной номинальной мощности. Большинство производителей фотоэлектрических модулей предоставляют гарантию на фотоэлектрические модули минимум на 25 лет; однако модули, вероятно, будут продолжать работать еще долго после этой даты. Хотя сбои происходят примерно в результате внешних факторов (например, неправильной установки, экстремальных погодных условий), собственная частота отказов фотоэлектрических модулей составляет менее 0,05% в год.-Интенсивность отказов большинства других технологий производства электроэнергии, включая многие компоненты электростанций, работающих на ископаемом топливе-равна или ниже частоты отказов фотоэлектрических модулей, что делает солнечную энергию довольно надежным вариантом аппаратного обеспечения.

 

Второй, более технический миф заключается в том, что солнечная энергия «разрушает» стабильность энергосистемы. Эта проблема исторически возникла из-за первых инверторов,-подключенных к сети, которые были разработаны так, чтобы просто подавать в сеть как можно больше энергии и немедленно отключаться в случае возникновения каких-либо помех. Хотя такое пассивное поведение теоретически могло бы снизить инерцию системы, оно больше не является нормой.

Сегодняшние инверторы,-поддерживающие инверторы-часто называемые "умными инверторами" или "инверторами,-формирующими сеть"-,-меняют правила игры. Они включают в себя расширенные функции управления, которые активно способствуют поддержанию работоспособности сети. Ключевые особенности включают в себя:

Управление напряжением и частотой:Интеллектуальный инвертор может корректировать отклонения напряжения и частоты, как обычные синхронные генераторы AVR, регулируя их реальную и реактивную выходную мощность за миллисекунды.

Возможности-проезда:Новые инверторы имеют возможность-пропускания, позволяющую им продолжать поддерживать сеть во время кратковременных сбоев (например, если произошел удар молнии или ветка дерева упала на линию электропередачи) и повторно-подавать энергию обратно в сеть, как только неисправность будет устранена.

Синтетическая инерция:Солнечная энергия не имеет физической вращающейся массы паровой турбины, но современные инверторы способны потреблять и подавать энергию с высокой скоростью, чтобы имитировать инерцию при изменении частоты. Эта синтетическая инерция дает обычным генераторам драгоценные миллисекунды для достижения максимальной мощности.

Эти функции не только не дестабилизируют сеть, но и позволяют солнечным зонам с высокой проникающей способностью работать с большей устойчивостью. Например, в Южной Австралии-регионе, где более 60 % мгновенных возобновляемых источников энергии-сетевые-инверторы, образующие сеть, успешно запустили-локальные сети после разделения основной системы, что раньше было возможно только с гидроэлектростанциями или газовыми электростанциями.

Распределенное производство солнечной энергии снижает нагрузку на существующие линии электропередачи, поскольку она производится ближе к месту использования, чем традиционная сетевая-электричество. Традиционное производство электроэнергии основано на крупных электростанциях, производящих электроэнергию, которая затем транспортируется на сотни километров по линиям электропередачи высокого напряжения, чтобы в конечном итоге использоваться там, где это необходимо. Эта модель (ступица-и-спицы) допускает потерю от 8 - 10% исходной вырабатываемой мощности и создает единую точку отказа. Например, при падении опоры или башни электропередачи может возникнуть массовое обесточивание в результате типичной конструкции ступицы-и-спицевой сетки.

За счет создания запасенной или генерируемой электроэнергии за счет использования распределенной солнечной энергии вблизи точки потребления количество электроэнергии, транспортируемой от подстанции к точке потребления, уменьшается. Это означает, что спрос потребителя на электроэнергию снизился по сравнению с тем, что наблюдается в настоящее время при использовании традиционной сети. Такое снижение спроса задержит или, возможно, даже устранит необходимость дорогостоящей модернизации систем передачи и распределения. Кроме того, во время лесных пожаров, ураганов и/или кибератак будет существовать ряд рассредоточенных солнечных + аккумулирующих установок, которые смогут создавать микросети, чтобы, по крайней мере частично, продолжать обеспечивать электроэнергией ключевые объекты (такие как водоочистные сооружения и больницы), в то время как общая центральная электросеть будет пытаться восстановить себя. Это то, что мы называем устойчивостью сети.

Давным-давно люди считали, что солнечная технология ненадежна и может разрушить энергосистему. Десятилетия истории эксплуатации показывают, что фотоэлектрические (PV) модули являются надежным и долговечным компонентом, поэтому требуют минимального обслуживания и обеспечивают многолетнюю надежность. Инверторная технология быстро развивалась и превратила солнечную энергию из пассивного, иногда проблемного источника энергии в активного участника стабильности сети, обеспечивая поддержку напряжения, регулирование частоты и синтетическую инерцию. Использование солнечной энергии в распределенных приложениях помогает уменьшить перегрузки на линии передачи и повысить устойчивость электрической сети к серьезным сбоям.

Поскольку мы ускоряем наш энергетический переход, важно, чтобы все инженеры, политики и общественность использовали самые современные доступные им технологии, а не использовали прошлые страхи по поводу самой технологии. Таким образом, солнечная энергия превращается из одного из самых слабых звеньев в один из наиболее значимых и стабилизирующих компонентов электрической сети в 21 веке.