[ad_1]
Когда другие типы электростанций отключаются, гидроэнергетика обеспечивает быструю и решающую реакцию за считанные секунды.
Самая важная часть энергетической инфраструктуры Америки — электросеть — более уязвима, чем когда-либо прежде.
Причины двоякие: изменение состава источников энергии влияет на стабильность сети в сочетании с ростом числа стихийных бедствий.
Когда часть сетки выходит из строя, это может вызвать волновой эффект во всех регионах, если его быстро не исправить.
Именно здесь гидроэнергетика играет ключевую роль, согласно новому исследованию, проведенному Тихоокеанской северо-западной национальной лабораторией (PNNL), которое количественно оценило вклад гидроэнергетики в стабильность сети в западном регионе США.
Когда другие источники энергии выходят из строя, гидроэнергетика может быстро увеличиваться, компенсировать дефицит и почти мгновенно стабилизировать энергосистему.
И перебои становятся все более частыми: за последние пять лет число отключений только из-за экстремальных погодных условий увеличилось в четыре раза.
«То, что работало в старой сети, может не работать в будущем», — сказал Абхишек Сомани, ученый PNNL, который руководил многонациональным лабораторным исследованием.
«В течение многих лет операторы использовали гидроэнергетику для обеспечения стабильности сети, но масштабы вклада гидроэнергетики за пределами этой сферы не были известны — до сих пор».
Круиз-контроль для гибкой сети
В 2003 году жарким августовским днем в Огайо разросшееся дерево задело высоковольтную линию электропередач и вызвало ее отключение, известное как неисправность.
Еще три аварии произошли, когда другие линии устранили слабину, а затем перегрузились. Вскоре это региональное отключение вызвало каскад отключений электроэнергии от Мичигана до Нью-Йорка, став крупнейшим отключением электроэнергии в истории Соединенных Штатов и оставив 50 миллионов человек без света.
Тем не менее, в Нью-Йорке заработала гидроэнергетика, которая производила почти половину всей электроэнергии штата в течение шести часов после отключения электроэнергии.
Огромный размер двух самых больших плотин Нью-Йорка, Ниагарской и Св. Лаврентия-ФДР, помог штату выдержать шок от отключения электроэнергии, который вывел из строя другие типы электростанций.
«Если вышла из строя крупная электростанция или лесной пожар сжег линию электропередачи, это изменит рабочую частоту сети и может привести к падению частоты ниже типичных 60 Гц», — сказал Сомани. «Если это не будет исправлено в течение нескольких секунд, это может привести к массовым отключениям».
Частотная характеристика примерно аналогична использованию круиз-контроля автомобиля при движении в гору. Двигатель набирает обороты для поддержания скорости. Точно так же, когда часть сети неожиданно отключается, другие электростанции увеличивают обороты, чтобы компенсировать потерянную мощность и поддерживать частоту на уровне 60 Гц.
Это происходит за секунды. Мы не замечаем падения частоты, потому что инерция от вращающихся генераторов, промышленных двигателей или турбин поддерживает свет, в то время как сеть разгоняется до полной скорости, чтобы удовлетворить потребность в энергии.
На протяжении десятилетий частотная характеристика традиционных источников энергии, таких как уголь, газ и атомные электростанции, обеспечивала общую стабильность. Но все это меняется.
В стремлении к обезуглероживанию одной из серьезных проблем, связанных с революцией в области возобновляемых источников энергии, является поддержание стабильности сети, поскольку ветер и солнечная энергия в настоящее время не влияют на частотную характеристику.
Пока технология существует, у операторов солнечной или ветровой энергетики нет никаких нормативных или финансовых стимулов для того, чтобы возвращать частотную характеристику в сеть.
Роль гидроэнергетики в устойчивой энергосистеме
В апреле 2018 года в Национальном лесу Анхелес, штат Калифорния, сломался старый разъем линии электропередач. Линия упала на башню, что привело к неисправности и отключению электроэнергии, в результате чего солнечная электростанция отключилась.
Это вызвало внезапное падение частоты всей сетки. Гидроэнергетика по всему Западу мгновенно отреагировала на это изменение частоты и на 60 процентов отреагировала на остановку потенциального свободного падения мощности.
«Мы всегда знали, что гидроэнергетика дает ответ, но масштабы этого были удивительными», — сказал Сомани, чья команда следила за событиями, подобными тому, что произошло в Национальном лесу Анхелеса.
Взглянув на Western Interconnection, обширную энергетическую сеть, которая питает западную часть Соединенных Штатов, исследовательская группа продемонстрировала, что гидроэнергетика уже способна стабилизировать энергосистему при падении мощности.
Используя моделирование и исторические события, они обнаружили, что вклад гидроэнергетики в частотную характеристику колеблется от 30 до 60 процентов.
Несмотря на то, что гидроэнергетика предоставляет эту услугу, в настоящее время отсутствуют механизмы компенсации.
«Нелегко определить цену частотной характеристики, но в будущем нам, вероятно, придется это сделать», — сказал Сомани.
Моделирование тепловых волн, землетрясений и т. д.
Чтобы проанализировать роль гидроэнергетики в ряде экстремальных явлений, исследовательская группа разработала модели, имитирующие роль гидроэнергетики в этих сценариях.
К ним относятся погодные явления, такие как аномальная жара или резкое похолодание, а также сложные явления, такие как засухи.
Например, если произошел неожиданный сбой парка газовых электростанций в Western Interconnect, результаты моделирования показали, что гидроэнергетика может вмешаться и обеспечить 50 процентов частотной характеристики, даже если она обеспечивает примерно четверть общей мощности.
Этот ответ имеет решающее значение, поскольку широкомасштабное отключение электростанций, работающих на природном газе, будет иметь далеко идущие волновые эффекты в сети и потенциально может вызвать гораздо более серьезное отключение.
Другое моделирование показало, что если два блока атомной электростанции Пало-Верде в Аризоне отключатся и перестанут вырабатывать электроэнергию, гидроэнергетика сможет обеспечить большую частотную характеристику, чем все другие источники энергии вместе взятые, даже несмотря на то, что она производит только около 30 процентов электроэнергии в этом регионе.
«Хорошо известно, что гидроэнергетика производит чистую энергию. Что не было так хорошо известно, количественно или оценено, так это степень его роли в обеспечении устойчивости сети», — сказал Сомани.
Исследовательская группа под руководством Сомани, состоящая из пяти национальных лабораторий, разработала аналитическую основу, которую можно использовать в качестве плана для оценки роли гидроэнергетики в будущих сценариях энергосистемы.
В будущем они также смогут моделировать отключения электроэнергии, вызванные другими экстремальными явлениями, такими как землетрясения и лесные пожары.
Эта работа была поддержана Управлением гидроэнергетических технологий Министерства энергетики в рамках инициативы HydroWIRES, целью которой является прояснение развивающейся роли гидроэнергетики как части современной сетевой инфраструктуры и раскрытие ее потенциала для оптимизации сетевых операций.
«Вклад гидроэнергетики в устойчивость сети» возглавляла PNNL, а также Аргоннская национальная лаборатория, Национальная лаборатория Айдахо, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии и Окриджская национальная лаборатория.
Автор Келси Адкиссон.
[ad_2]
Source