北美能源基礎架構公司Sempra 能源的子公司PSiXE能源解決方案公司產品和解決方案負責人約瑟•卡蘭薩(Jose Carranza),上月中旬在美國《POWER》網上發文[1],談分布式能源資源(DER)的聯網問題。他強調,世界蓬勃興建的分布式能源連接上網面臨困難,不像人們想象的“即插即用”那么容易,但也有經過驗證的解決方案,或許技術上不再需要復雜、專業的開發,就能聯接附近已有的電網了……
社區和國家要實現減排目標,必須擴大可再生能源,但也給電力分配管理帶來新的挑戰。目前,世界上大部分可再生能源,都通過分布式能源資源(DER)如家用太陽能電池板、蓄電池、電動汽車以及家庭與企業的充電器,進行產生和儲存。
要求公用事業公司迅速調整、管理給居民供電的方式,顛倒了電力公司原來的、傳統的用大型發電廠發電給消費者供電的方式。原來的能源消費者正在成為能源生產者,公用事業公司正在努力應對,把分布式能源整合到現有電網中,這是個新的挑戰,遠非“即插即用”那么簡單。
公用事業公司接受這類不斷變化的需求,要有一個清晰的路線圖,現在就可采取遞增行動,同時確認并為未來的需求做好準備。現在有以軟件為基礎的解決方案,公用事業公司可在確定長期基礎設施需求的同時,把這類的需求添加到現有的網絡中,對公司的“成本效益”有益。
分布式能源資源帶來的挑戰
DER是間歇性的能源;光伏太陽能電池板不吸收太陽能時不會發電,這與通過連續旋轉的渦輪機發電的發電廠形成了鮮明對比。能源公用事業公司運營的電網已有百年的歷史,旨在提供連續資源產生的電力,因此沒有準備整合間歇性的分布式能源。快速把DER集成到老化的電網中,會使電網頻率崩潰,造成電壓問題,增加限電和停電的可能性。最壞的情況,“周波擾動”可能會損害工業設備和電氣基礎設施,因而可能迫使公用事業公司停止DER發電,以減少電網的壓力,防止斷電。
隨著安裝的可再生能源數量越來越多,公用事業公司將越來越拒絕接受大規模的分布式能源客戶。從2010年到2020年底,世界可再生能源裝機容量翻了兩倍,國際能源署(IEA)報告稱,全球新增裝機容量的90%是可再生能源。2021年,美國能源信息管理局(EIA)宣布,到2050年,美國可再生能源發電的份額將翻一番,主要歸因為太陽能容量的增加。從本質上說,世界正在給電網增加可再生資源的速度,比公用事業公司能適應的速度還要快。
太陽能電池板和風力發電場并不是唯一值得關注的地方。隨著電動汽車(EV)采用量的增加,它們從電網上充電的電量也會明顯增加,特別是當消費者轉向更強大的充電器,減少充電時間時。電動汽車充電器造成的快速而猛烈的充電,特別是在需求高峰時期,會使電網不穩定。到2030年,電動汽車預計將占美國新車銷量的近30%,而2021年還不到4%,另外汽車制造商還計劃在未來幾十年逐步淘汰汽油和柴油汽車。
在某些地區,大量的太陽能DER已經迫使公用事業公司采取激烈行動,以避免損害電網。智利、中國、德國和美國的電力公司曾經縮減太陽能發電,以減少電網的波動。縮減太陽能造成的缺口,通常由傳統的化石燃料發電來填補,這使公用事業公司更難減排。公用事業公司為實現其氣候目標,需要開發或采用各種解決方案,管理DER上網日益增加的壓力。
公用事業公司的解決方案
目前DER快速增長,意味著大多數公用事業公司依賴拼湊的“臨時解決方案”保持電網穩定。長期解決方案則需要協調一致的規劃和資本密集型基礎設施升級。公用事業公司需要有辦法,用技術應對給電網的直接壓力。這種技術自身要構建得與電網的需求和復雜性演變相匹配。
公用事業公司最初可從有實時控制能力開始,并對所有網格的活動有較深的理解,這是一種有效且可以理解的方法。基于軟件的微電網控制器可以整合到現有電網中,實時管理DER,并為公用事業公司運行人員提供局部地區正在發生情況的全面視野。微電網控制系統能夠快速、獨立自動地應對DER引起的各種干擾,穩定電力頻率,緩解間歇性能源問題。
公用事業公司的另一個直接的軟件解決方案是分布式能源資源管理系統,或DERMS。DERMS提供整個網絡的DER協調和控制。DERMS可以匯集數千個DER,并且在管理公用事業和住宅DER資產以及傳統的、連續發電裝置時特別有用。
對于公用事業公司,最重要的是,微電網控制器和DERMS解決方案是現成可用的。它們是以軟件為基礎的系統,更容易與現有的電網整合,而且是應對DER快速安裝面臨挑戰的經濟劃算的方法。它們也是經過驗證的解決方案;是最近在韓國、關島和澳大利亞,與當地電力公司演示成功的項目[2],微電網控制器和DERMS可有效管理電網,平衡DERS和傳統能源資產的需要。
公用事業公司雖然最終可能不得不進行重大的基礎設施升級,以完全適應分布式能源資源,但實時能源控制能促進現在的集成,幫助公用事業公司為未來做好準備。
參考資料:
1 Jose Carranza, Not Always Plug and Play—Challenges Utilities Face Managing DERs on Their Grids, POWER, Aug 19, 2021
2 Darrell Proctor, Communities Benefit from Microgrid Milestones, POWER, August 2, 2021
責任編輯: 李穎