Πέρα από τους μύθους: Η αξιοπιστία της ηλιακής ενέργειας και ο σταθεροποιητικός της ρόλος στα σύγχρονα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας

Για δεκαετίες, η συμβατική σοφία στον ενεργειακό τομέα υποστήριζε ότι οι ανανεώσιμες πηγές-ιδιαίτερα η ηλιακή ενέργεια-ήταν πολύ διακοπτόμενες και αναξιόπιστες για να χρησιμεύσουν ως ραχοκοκαλιά για τα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Μια επίμονη παρανόηση είναι ότι τα ηλιακά πάνελ υποβαθμίζονται γρήγορα, αποτυγχάνουν υπό πίεση και, χειρότερα, εισάγουν χάος στον εξαιρετικά ισορροπημένο χορό προσφοράς και ζήτησης στο ηλεκτρικό δίκτυο. Οι επικριτές έχουν υποστηρίξει συχνά ότι η ηλιακή ενέργεια δεν είναι μόνο ευμετάβλητη αλλά και απειλή για τη σταθερότητα του δικτύου, ικανή να προκαλέσει διακυμάνσεις τάσης και διακοπές ρεύματος.

Ωστόσο, αυτή η άποψη είναι όλο και πιο ξεπερασμένη. Βασιζόμενη σε δεκαετίες επιχειρησιακών δεδομένων, προόδους στα ηλεκτρονικά ισχύος και στην πραγματική-εμπειρία ολοκλήρωσης του δικτύου, προκύπτει μια πολύ διαφορετική εικόνα: η ηλιακή τεχνολογία έχει αποδειχθεί εξαιρετικά αξιόπιστη και όταν χρησιμοποιείται προσεκτικά, ενισχύει ενεργά την ανθεκτικότητα και τη σταθερότητα του δικτύου. Αυτό το άρθρο στοχεύει να απομυθοποιήσει τις τεχνικές πραγματικότητες πίσω από την ηλιακή αξιοπιστία και τη θετική της επίδραση στα συστήματα ισχύος.

Η πρώτη σκέψη ορισμένων για τα ηλιακά πάνελ είναι ότι δεν είναι αξιόπιστα. Αλλά στην πραγματικότητα, αυτό δεν ισχύει πλέον! Τα περισσότερα φωτοβολταϊκά πάνελ σήμερα είναι πολύ πιο αξιόπιστα, ισχυρότερα από ποτέ και χρειάζονται πολύ λιγότερες ενέργειες συντήρησης από εσάς σε σχέση με προηγούμενες μορφές παραγωγής ενέργειας. Σε αντίθεση με τους κινητήρες αεριοστροβίλου και τους κινητήρες ντίζελ (που διαθέτουν περιστρεφόμενα μηχανήματα), οι ηλιακοί συλλέκτες δεν έχουν περιστρεφόμενα μέρη, που σημαίνει ότι δεν έχουν χώρο για φθορά, σχίσιμο και/ή λίπανση. Το κύριο εξάρτημα σε ένα ηλιακό πάνελ, η «διασταύρωση ημιαγωγών», έχει κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας αποδεδειγμένη τεχνολογία πυριτίου που χρησιμοποιείται με επιτυχία στα ηλεκτρονικά για περισσότερα από 50 χρόνια και έχει αποδειχθεί απολύτως αξιόπιστη!

Σε-μακροπρόθεσμες μελέτες περιβαλλοντικής αξιολόγησης, όπως αυτές που πραγματοποιήθηκαν από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των Ηνωμένων Πολιτειών (NREL), οι μελέτες δείχνουν ότι τα υψηλής ποιότητας φωτοβολταϊκά στοιχεία παρουσιάζουν ετήσια υποβάθμιση σε ονομαστική απόδοση μικρότερη από 0,5% ετησίως. Πολλά συστήματα που εγκαταστάθηκαν κατά τη διάρκεια των δεκαετιών του 1980 και του 1990 παράγουν επί του παρόντος το 80% ή περισσότερο της αρχικής ονομαστικής τους απόδοσης μετά από περισσότερα από 30 χρόνια υπηρεσίας. Οι περισσότεροι κατασκευαστές φωτοβολταϊκών μονάδων παρέχουν εγγυήσεις για τις φωτοβολταϊκές μονάδες για ελάχιστη περίοδο 25 ετών. Ωστόσο, οι ενότητες είναι πιθανό να παραμείνουν λειτουργικές πολύ μετά την ημερομηνία αυτή. Ενώ οι βλάβες συμβαίνουν περίπου ως αποτέλεσμα εξωτερικών παραγόντων (π.χ. ακατάλληλη εγκατάσταση, ακραίες καιρικές συνθήκες), το εγγενές ποσοστό αστοχίας των φωτοβολταϊκών μονάδων είναι κάτω από 0,05% ετησίως-το ποσοστό αστοχίας των περισσότερων άλλων τεχνολογιών παραγωγής ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων πολλών από τα εξαρτήματα σε μια μονάδα παραγωγής ενέργειας με ορυκτά καύσιμα-είναι μάλλον ίσο ή χαμηλότερο από το ποσοστό αστοχίας των φωτοβολταϊκών μονάδων αξιόπιστη επιλογή.

 

Ο δεύτερος, πιο τεχνικός μύθος είναι ότι η ηλιακή ενέργεια «καταστρέφει» τη σταθερότητα του δικτύου. Αυτή η ανησυχία προέκυψε ιστορικά από πρώιμους μετατροπείς-συνδεδεμένους με το δίκτυο, οι οποίοι είχαν σχεδιαστεί για να διοχετεύουν απλώς όσο το δυνατόν περισσότερη ισχύ στο δίκτυο και να αποσυνδέονται αμέσως εάν παρουσιαστεί οποιαδήποτε διαταραχή. Ενώ αυτή η παθητική συμπεριφορά θα μπορούσε, θεωρητικά, να μειώσει την αδράνεια του συστήματος, δεν είναι πλέον ο κανόνας.

Οι σημερινοί-μετατροπείς υποστήριξης δικτύου-που συχνά ονομάζονται "έξυπνοι μετατροπείς" ή "μετατροπείς σχηματισμού δικτύου"-αλλάζουν-το παιχνίδι. Ενσωματώνουν προηγμένες λειτουργίες ελέγχου που συμβάλλουν ενεργά στην υγεία του δικτύου. Τα βασικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν:

Έλεγχος τάσης και συχνότητας:Ο έξυπνος μετατροπέας μπορεί να διορθώσει τις αποκλίσεις τάσης και συχνότητας όπως μια κανονική σύγχρονη γεννήτρια AVR ρυθμίζοντας την πραγματική και άεργη ισχύ εξόδου τους σε χιλιοστά του δευτερολέπτου.

Δυνατότητα διαδρομής-Through:Οι νέοι μετατροπείς έχουν τη δυνατότητα-να συνεχίσουν να υποστηρίζουν το δίκτυο κατά τη διάρκεια βραχυπρόθεσμων σφαλμάτων (για παράδειγμα, εάν συνέβη κεραυνός ή ένα άκρο δέντρου έπεσε σε γραμμή τροφοδοσίας) και να επανεισφέρουν-ηλεκτρικό ρεύμα στο δίκτυο μόλις αποκατασταθεί η βλάβη.

Συνθετική αδράνεια:Η ηλιακή δεν έχει τη φυσική περιστρεφόμενη μάζα ενός ατμοστρόβιλου, αλλά οι προηγμένοι μετατροπείς έχουν την ικανότητα να αντλούν και να εγχέουν ισχύ σε υψηλό ρυθμό ταχύτητας για να προσομοιώνουν την αδράνεια όταν αλλάζει η συχνότητα. Αυτή η συνθετική αδράνεια δίνει στις συμβατικές γεννήτριες πολύτιμα χιλιοστά του δευτερολέπτου για να αυξήσουν τη μέγιστη απόδοση.

Εκτός από την αποσταθεροποίηση του δικτύου, αυτά τα χαρακτηριστικά επιτρέπουν στις ηλιακές ζώνες υψηλής διείσδυσης-να λειτουργούν με μεγαλύτερη ανθεκτικότητα. Για παράδειγμα, στη Νότια Αυστραλία-μια περιοχή με πάνω από 60% στιγμιαία ανανεώσιμες πηγές-δίκτυο-που σχηματίζουν μετατροπείς έχουν ξεκινήσει με επιτυχία τα τοπικά δίκτυα-μετά από έναν μεγάλο διαχωρισμό του συστήματος, κάτι που προηγουμένως ήταν δυνατό μόνο με εγκαταστάσεις υδροηλεκτρικής ενέργειας ή φυσικού αερίου.

Η κατανεμημένη παραγωγή ηλιακής ενέργειας μειώνει την πίεση στις υπάρχουσες γραμμές μεταφοράς, χάρη στο ότι παράγεται πιο κοντά στο σημείο χρήσης από την παραδοσιακή ηλεκτρική ενέργεια που βασίζεται στο δίκτυο-. Η παραδοσιακή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας βασίζεται σε μεγάλους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής που παράγουν ηλεκτρική ενέργεια, η οποία στη συνέχεια μεταφέρεται εκατοντάδες χιλιόμετρα μέσω γραμμών μεταφοράς υψηλής τάσης, για να χρησιμοποιηθεί τελικά όπου χρειάζεται. Αυτό το μοντέλο (hub-και-ακτίνα) επιτρέπει την απώλεια μεταξύ 8 - 10% της αρχικής παραγωγής ισχύος και δημιουργεί ένα μόνο σημείο αστοχίας. Για παράδειγμα, όταν πέφτει ένας πόλος μετάδοσης ή ένας πύργος, μπορεί να δημιουργηθεί μια τεράστια διακοπή ρεύματος ως αποτέλεσμα του τυπικού σχεδιασμού ενός διανομέα-και-πλέγματος ακτίνων.

Με τη δημιουργία αποθηκευμένης ή παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας, με τη χρήση κατανεμημένης ηλιακής ενέργειας κοντά στο σημείο κατανάλωσης, μειώνεται η ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μεταφέρεται από τον υποσταθμό σε ένα σημείο καταναλωτή. Αυτό σημαίνει ότι η ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας από τον καταναλωτή έχει μειωθεί σε σχέση με αυτό που εμφανίζεται σήμερα χρησιμοποιώντας ένα παραδοσιακό δίκτυο. Αυτή η μείωση της ζήτησης θα καθυστερήσει ή ίσως και θα εξαλείψει την ανάγκη για δαπανηρές αναβαθμίσεις στα συστήματα μεταφοράς και διανομής. Επιπλέον, κατά τη διάρκεια πυρκαγιών, τυφώνων ή/και κυβερνοεπιθέσεων, θα υπάρχει ένας αριθμός διάσπαρτων ηλιακών + αποθηκευτικών εγκαταστάσεων, που θα μπορούν να δημιουργήσουν μικροδίκτυα για να συνεχίσουν, τουλάχιστον εν μέρει, να τροφοδοτούν τις βασικές εγκαταστάσεις (όπως επεξεργασία νερού και νοσοκομεία), ενώ το συνολικό κεντρικό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας προσπαθεί να αποκατασταθεί. Αυτό είναι αυτό που ονομάζουμε ανθεκτικότητα πλέγματος.

Πριν από πολύ καιρό οι άνθρωποι πίστευαν ότι η ηλιακή τεχνολογία δεν ήταν αξιόπιστη και ότι θα μπορούσε να καταστρέψει το δίκτυο. Υπάρχει τώρα ιστορία δεκαετιών λειτουργίας που δείχνει ότι τα Φωτοβολταϊκά (ΦΒ) Μονάδες είναι ένα αξιόπιστο και ανθεκτικό εξάρτημα, επομένως, πολύ λίγη συντήρηση και πολλά χρόνια αξιοπιστίας. Η τεχνολογία inverter έχει εξελιχθεί γρήγορα και έχει μετατρέψει την ηλιακή ενέργεια από μια παθητική, μερικές φορές προβληματική πηγή ενέργειας σε ενεργό συμμετέχοντα στη σταθερότητα του δικτύου παρέχοντας υποστήριξη τάσης, ρύθμιση συχνότητας και συνθετική αδράνεια. Χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια σε μια κατανεμημένη εφαρμογή, συμβάλλει στην άμβλυνση της συμφόρησης μετάδοσης και στην αύξηση της ανθεκτικότητας του ηλεκτρικού δικτύου έναντι μεγάλων διαταραχών.

Καθώς επιταχύνουμε την ενεργειακή μας μετάβαση, είναι σημαντικό όλοι οι μηχανικοί, οι υπεύθυνοι χάραξης πολιτικής και το κοινό να χρησιμοποιούν την πιο πρόσφατη τεχνολογία που έχουν στη διάθεσή τους, αντί να χρησιμοποιούν παλαιότερους φόβους για την ίδια την τεχνολογία. Ως εκ τούτου, η ηλιακή ενέργεια μετατρέπεται από έναν από τους πιο αδύναμους κρίκους σε ένα από τα πιο σημαντικά και σταθεροποιητικά στοιχεία του ηλεκτρικού δικτύου στον 21ο αιώνα.