Budowanie sieci energetycznych przyszłości w celu wykorzystania potencjału ekologicznej energii
Komisja Europejska i państwa członkowskie wyznaczyły sobie ambitne cele dotyczące odnawialnych źródeł energii – do 2030 roku mają być z nich wytwarzane 32 % energii. Wraz z odchodzeniem Unii Europejskiej od paliw kopalnych w sieci elektroenergetycznej pojawiać się będzie coraz więcej ekologicznych rozwiązań technologicznych opartych na elektronice. Wiele stosowanych obecnie technologii opiera się na urządzeniach synchronicznych, które wytwarzają bezwładność stabilizującą sieć. Brak bezwładności wynikającej z wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych jest źródłem wyzwań związanych z koniecznością stabilizacji sieci w przyszłości. „Projekt RE-SERVE koncentruje się na utrzymaniu obecnego poziomu stabilności sieci energetycznej w oparciu o wykorzystanie energii odnawialnej nawet do 100 %”, mówi Fiona Williams, dyrektor ds. badań w firmie Ericsson, koordynatora projektu RE-SERVE. Realizacja tego ambitnego celu wymaga zastosowania nowych technik, w tym metod kontroli częstotliwości i napięcia w systemie.
Niezbędne usprawnienia
„Przy mniejszej bezwładności mechanicznej dostępnej w dużych generatorach synchronicznych, takich jak turbiny hydroelektryczne, zakłócenia w systemie elektroenergetycznym spowodują szybsze i większe odchylenia częstotliwości”, mówi Antonello Monti, kierownik techniczny projektu RE-SERVE. Konieczne są zatem usprawnienia w zakresie kontroli częstotliwości, aby systemy elektroenergetyczne o niskiej bezwładności nadal spełniały kluczowe zadania i utrzymywały stabilność. Sieć europejska również wymaga aktualizacji, aby sprostać przyszłym „efektom sieciowym”, które mogą zakłócić jej prawidłowe funkcjonowanie. Są to między innymi burze, które mogą powodować przewracanie się drzew na linie energetyczne i zniszczenie farm wiatrowych, awarie synchronicznych generatorów lub linii przesyłowych oraz wytwarzanie energii z odnawialnych źródeł na nieoczekiwanie wysokim poziomie, które może powodować problemy ze stabilnością sieci energetycznej.
Badania terenowe
Uczestnicy projektu RE-SERVE przeprowadzili testy w całej Europie, wykorzystując zmiany modelowania w rzeczywistych scenariuszach. W Irlandii zespół przeprowadził próby polowe kontroli napięcia. Sieć obejmowała instalację paneli słonecznych, systemy do magazynowania energii elektrycznej, ładowarki do pojazdów elektrycznych oraz prototypowy falownik służący do kontroli napięcia. „Po przezwyciężeniu stojących przed nami wyzwań i poradzeniu sobie z opóźnieniami, udało nam się uruchomić każdy z siedmiu ośrodków badawczych i wykorzystać wszystkie techniki kontroli napięcia w celu oceny wkładu, jaki mogą one mieć w poprawę działania kontroli napięcia w sieci energetycznej”, mówi Fiona Williams. W Niemczech i Rumunii zespół monitorował częstotliwość systemu elektroenergetycznego, aby zrozumieć dynamiczne zachowanie połączonego systemu elektroenergetycznego. „To doświadczenie zachęciło uczestników projektu do poparcia propozycji lepszego monitorowania przepływów energii w całej Europie”, mówi Antonello Monti.
Efekty sukcesu
„Gdy rozpoczęliśmy prace nad projektem w 2016 roku wielu ekspertów z branży energetycznej było sceptycznie nastawionych do tego, że działanie sieci elektroenergetycznych wykorzystujących wyłącznie odnawialne źródła energii z uwzględnieniem energii wodnej lub bez będzie kiedykolwiek możliwe lub pożądane. Do zakończenia projektu w 2019 roku opinie wielu ekspertów z branży uległy zmianie, a sceptycyzm został w dużej mierze zastąpiony zainteresowaniem sposobem rozwiązywania problemów”, wyjaśnia Fiona Williams. „Fakt, że w ramach projektu zostały opracowane trzy książki dotyczące prac nad kontrolą częstotliwości i napięcia, świadczy o dużym zainteresowaniu osiągniętymi wynikami”, dodaje Antonello Monti. Prace rozpoczęte w ramach projektu RE-SERVE są kontynuowane. Uczestnicy projektu EdgeFLEX, który rozpoczyna się w kwietniu 2020 roku, będą rozwijać wyniki zespołu projektowego RE-SERVE i wykorzystywać je w kontekście elektrowni wirtualnych.
Słowa kluczowe
RE-SERVE, odnawialne, zielone technologie, urządzenia synchroniczne, energia, stabilność, sieć, bezpieczne, elektrownie wirtualne
