Kāpēc saules enerģijas radītā “pīles līkne” ir komunālo pakalpojumu problēma
Parunāsim par 'pīles līkni', vai ne? Ikvienam, kam rūp saules enerģija, ir jāzina par pīļu līkni. Turklāt ir jautri teikt. Pīļu līkne. Pīļu līkne.
Garais stāsts ir zemāk, bet īss stāsts ir šāds: pīles līkne attiecas uz saules enerģijas ietekmi uz komunālās elektroenerģijas pieprasījumu.
Daudzus, daudzus gadu desmitus pieprasījums pēc elektroenerģijas sekoja diezgan paredzamam ikdienas kursam, kas ļāva komunālo tīklu pārvaldītājiem kļūt par ekspertiem tā prognozēšanā un apmierināšanā.
Liela daudzuma saules enerģijas pievienošana tīklam sola būtiski mainīt šī ikdienas pieprasījuma profila formu — tādā veidā, kas tīkla operatoriem liek nervozēt par jaudas un uzticamības saglabāšanu. Un tādos veidos, kas liek tai izskatīties pēc pīles.
Pīļu līkne ir problēma, kaut arī atrisināma problēma. Savā nākamajā ierakstā es aplūkošu dažādus veidus, kā to atrisināt. Bet šodien es to tikai izklāstīšu. Un, iespējams, izdariet pīļu jokus.
Sāksim no sākuma.
Elektrības pieprasījumam agrāk bija paredzama, vadāma forma (proti, kamielis)
Pieprasījums pēc elektroenerģijas mainās visas dienas garumā, taču tas notiek diezgan paredzamā veidā. No rīta tas paceļas līdz nelielam kuplim pirms pusdienlaika, izlīdzinās līdz pusdienlaikam un pēc tam paaugstinās līdz augstākam kuplim vakarā, kad visi pārnāk mājās no darba un ieslēdz televizoru un plītis.
Šeit ir tipiska “slodzes līkne” no Jaunanglijas reģiona 2010. gada oktobrī:
Ja jūs šķielējat, jūs varat redzēt kamieļa muguru ar diviem kupriem.
Precīza šīs līknes forma dažādās vietās un sezonās, protams, atšķiras. Dažos laikos un vietās kupras ir izteiktākas; mērenā klimatā ar mazāku apkures un dzesēšanas pieprasījumu tie ir nedaudz plakanāki.
Bet vairumā gadījumu slodzes līknēm ir dažas galvenās īpašības. Ikdienā ir divi kupri. Pieprasījums nekad nav pārāk augsts vai pārāk zems, kas nozīmē, ka tas paliek saprātīgi pārvaldāmā diapazonā. Un pieprasījuma palielināšanās un samazināšanās notiek diezgan pakāpeniski.
Gandrīz gadsimtu tas ir pieprasījums pēc komunālajiem pakalpojumiem, un viņiem tas patiešām izdevās.
Lai iegūtu vienmēr nepieciešamo bāzes enerģijas daudzumu — “bāzes slodzi”, viņi visu diennakti darbina lielas spēkstacijas, parasti atomelektrostacijas un ogles. Šo iekārtu iedarbināšana vai apturēšana parasti ir lēna (un dārga), taču, kad tās darbojas, tās ir lētas.
Pēc tam ir 'starpslodze' ar nākamo lētāko spēkstaciju līmeni, un šī otrā paugura augšpusē 'maksimālā slodze', ko apmierina (parasti dabasgāzes) 'pīķa stacijas', kuru ekspluatācija ir dārga, bet viegli darbināma. ātri uzbraukt un uz leju.
Tas viss izdevās labi, līdz parādījās vējš un saule. Tomēr tie atšķiras no slodzes līknes, un šodien mēs koncentrējamies uz saules enerģiju.
Lieta par saules enerģiju ir tāda, ka jūs nevarat to ieplānot tāpat kā elektrostaciju. Saule spīd, kad spīd saule, parasti no rīta līdz pēcpusdienas vidum. Kad saule ir ārā un klienta saules paneļi ģenerē enerģiju, šis klients patērē mazāk enerģijas, ko tīklam nodod komunālais uzņēmums.
Citiem vārdiem sakot, no tīkla operatora viedokļa saules enerģija nemaz neizskatās pēc spēkstacijas (tās ir vadāmas vai 'izsūtāmas' žargonā), tā izskatās pēc pieprasījuma samazināšanās. Tas ir pieprasījuma samazinājums pēc elektrotīkla operatora elektrostaciju piegādātās elektroenerģijas — nedaudz prognozējams samazinājums, bet ne kontrolējams.
Tātad tagad tīkla operatoriem vairs nav jānodrošina kopējais pieprasījums. Viņiem ir jānodrošina kopējais pieprasījums mīnus saules enerģija . Kopējā slodze mīnus saules enerģija ir zināma kā “tīrā slodze”. Tas ir jaunais mērķis utilītas ir hit.
Un, kad saules enerģija sāk kļūt liela, neto slodze sāk izskatīties daudz savādāka nekā vecmodīgā slodze.
Ja ir daudz saules, slodzes līknes sāk izskatīties kā pīles
Kas mūs noved pie pīļu līknes.
Pirms dažiem gadiem Kalifornijas neatkarīgais sistēmas operators (ISO) jeb CAISO izdeva a īss papīrs par pīles līkni kam tika pievērsta liela uzmanība. Kalifornija ir piedzīvojusi vislielāko saules PV izplatību jebkurā štatā, un turpmākajos gados tā sagaida milzīgu izaugsmi.
2012. gadā Kalifornijas slodzes līkne cēlās kā parasti, izskatījās kā kamielis. Lai ilustrētu, es jums sniedzu šo apburošo žurnālistes Džordana Virfsa-Broka skici (no viņas lielisks raksts uz pīles līknes):
Šī gaiši zilā līnija, kas izseko kamieļa pauguriem, ir Kalifornijas faktiskās 2012. gada slodzes līknes forma.
Taču 2013. gadā, kad pieauga saules enerģija, lietas sāka mainīties. Pieprasījums vairāk tika nomākts dienas laikā, kad uzlēca saule. Un turpmākajos gados CAISO sagaida, ka efekts kļūs arvien izteiktāks, līdz slodzes līkne sāks izskatīties kā ... pīle:
Labi, šeit tas ir bez pīles:
Kas vainas pīlei?
Viena ievērojama lieta pīļu līknē ir tā, ka tā rada postījumus elektroenerģijas ražotāju un komunālo pakalpojumu sniedzēju ieņēmumiem. Tas dod viņiem visu iemeslu pārspīlēt tās neizbēgamību un bīstamību — atcerieties to, mēs pie tā atgriezīsimies vēlāk.
No tīkla operatora viedokļa bažas par pīles līkni ir trīskāršas:
1) Stāvas, augstas rampas
Rampas, tie laiki, kad neto slodze aug vai krīt, vairs neizskatās pēc kamieļa kupras maigas nogāzes. Tie kļūst stāvi un gari (kā pīles mugura) un salīdzinoši ātri.
Tas nozīmē, ka tīkla operatori ir spiesti vairākas elektrostacijas ātri pārslēgt bezsaistē vai pievienot vairākas spēkstacijas.
Īpaši nožēlojami ir tas, ka saule mēdz norietēt tieši pirms vakara pieprasījuma maksimuma, kas nozīmē, ka neto slodze no ļoti zemas uz ļoti lielu, ļoti ātri (13 000 MW trīs stundās, CAISO piemērā), un pēc tam pazeminās. atkal.
Tīkla operatoriem nepatīk stāvas rampas. Ir dārgi un ļoti piesārņojoši ir nolaist (vai izslēgt) augu ķekarus un pēc tam tos uzreiz atkal pacelt. Tas arī apgrūtina sprieguma un frekvences pārvaldību.
Ogles šajā lomā nav piemērotas, jo tās lēnām uzbrauc. Kodolenerģija dažviet izrādās nedaudz elastīgāka, bet ASV vēl ne tik daudz. Lielākoties ātri reaģējošām elektrostacijām komunālie uzņēmumi pievēršas dabasgāzei.
Tātad Kalifornijai ir nepieciešams pietiekami daudz dabasgāzes jaudas, lai piegādātu vakara maksimumu, bet lielāko dienas pusdienlaiku tai nekas no tā nav vajadzīgs. Tas nozīmē, ka daudzas dabasgāzes stacijas ilgu laiku strādā ar zemiem “jaudas faktoriem”, taču tās bieži tiek paaugstinātas un samazinātas, palielinot darbības un uzturēšanas izmaksas.
Tas viss padara tīkla operatorus īgnus.
2) Pārģenerācija un ierobežošana
Kad pīle kļūst patiešām resna, tās vēders sāk karāties tuvāk diagrammas apakšai — ap pusdienlaiku neto slodze arvien vairāk tuvojas nullei. Tas nozīmē, ka tiek slēgtas visas pīķa rūpnīcas, visas starpposma iekārtas, un arī dažas bāzes slodzes iekārtas sāk samazināties.
Un tad pēc dažām stundām viņi visi tiek pacelti atpakaļ.
Pirmkārt, tas ir dārgi. Citā gadījumā tīkliem vienmēr ir nepieciešams zināms daudzums rezerves jaudas tiešsaistē kā buferis negadījuma vai traucējumu gadījumā. Ja tīklā nonāks tik daudz saules enerģijas, ka tas sāks izmantot šīs rezerves, saules enerģija tiks “ierobežota”, t.i., tīkls pārstās to pieņemt. (Ierobežojumi notiek arī attiecībā uz ekonomisku iemeslu dēļ .)
Havaju salās, kur 10 procentiem klientu tagad ir jumta saules enerģija, pīles vēders vairākas reizes ir nokļuvis apakšā, jo šis stāsts Jeff St John details. Apskatiet sarkano līniju:
Kā redzat, neto slodze bija negatīvs tur dažas stundas 8. augustā — notika 'atpakaļpadeve' tīklā, kas var sajaukt ar spriegumu un stabilitāti.
Havaju salās pīles mugura ir tik zema un rampa līdz tās galvai tik augsta, ka viņi to ir sākuši saukt par “Nesijas līkni” Lohnesas briesmoņa vārdā.
Šīs bažas ir novedušas pie Hawaiian Electric Co (HECO). atvelciet saules enerģiju un ieviest jaunus starpsavienojumu standartus. (Šobrīd, nedaudz ārprātīgi, tīklam nav saziņas ar lielāko daļu šo saules paneļu un nav iespējas tos kontrolēt vai paredzēt.)
3) Frekvences reakcija
Lai nodrošinātu stabilitāti, tīklam ir cieši jāsabalansē piedāvājums un pieprasījums, pa sekundei. Frekvence tiek uzturēta aptuveni 60 hercu līmenī. Pēkšņu traucējumu gadījumā — negaidīta spēkstacijas, pārvades līnijas zuduma vai lielas slodzes gadījumā — tīklam ir nepieciešami resursi, kas spēj ātri palielināties vai samazināties, lai to kompensētu.
To veic automatizētas frekvences reakcijas sistēmas, parasti tradicionālajās spēkstacijās. Ja saules enerģija sāk slēgt visas šīs iekārtas dienas vidū, tīkls zaudē šos resursus un līdz ar to zināmu stabilitāti.
(Šobrīd lielākajai daļai saules sistēmu nav automatizētas frekvences reakcijas, taču tās to spēj - vairāk par to nākamajā ziņā.)
Pīles saplacināšana
Atcerieties, ka saules enerģija izjauc komunālo pakalpojumu biznesa modeli, taču “mēs pelnām mazāk naudas” neierobežo regulatoru sirdis, it īpaši, ja tā ir reakcija uz klientu izvēli.
Tāpēc viņiem ir zināms stimuls pārspīlēt pīļu līknes kā tehniskas problēmas statusu.
Tāpēc ir vērts uzsvērt: Ir daudz un daudz veidu, kā saplacināt pīli . No inženiertehniskā viedokļa problēma ir atrisināma, vismaz pārskatāmā nākotnē. Var būt zināms vēja un saules iespiešanās līmenis, kur izmaksas par to integrēšanu tīklā pārsniedz ieguvumus, taču mēs vēl ne tuvu neesam šim līmenim.
Nākamās darbības, lai tīklā iekļautu vairāk saules enerģijas, ir skaidras. Dažus no tiem apskatīšu savā nākamajā ierakstā. Esiet satraukti, pīles dēļ.
