211service.com
Sneak Peek of the National Grid on Renewables
Nowy ośrodek badawczy o wartości 135 milionów dolarów ma na celu rozwiązanie zagadki: w jaki sposób kraje mogą przygotować się na system energetyczny, który w dużej mierze opiera się na energii odnawialnej? Może również testować sposoby poprawy niezawodności w warunkach stresu, na przykład gdy popyt rośnie latem, gdy obciążenie klimatyzacji obciąża sieć.
W siatce: Starszy naukowiec NREL, Kenny Gruchalla, bada pole prędkości z symulacji turbiny wiatrowej przy użyciu modelu 3-D w Energy Systems Integration Facility w Golden w Kolorado.
Ponieważ energia wiatrowa i słoneczna dostarczają energię z przerwami, stwarzają wyzwania dla operatorów sieci. Pojawiają się również inne nowe technologie energetyczne, w tym pojazdy elektryczne, magazyny energii, wydajne budynki, które ograniczają zużycie energii w godzinach szczytu, oraz generatory gazu ziemnego na małą skalę i ogniwa paliwowe. Integracja tych technologii na dużą skalę stawia przed operatorami sieci wyzwania.
ten Krajowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) w Golden, Kolorado, stworzyła Instrument integracji systemów energetycznych (ESIF), aby zrozumieć, jak najlepiej obsługiwać elementy bardziej zróżnicowanego systemu energetycznego. Opierając się na superkomputerze i sprzęcie zasilającym, które mogą stworzyć w obiekcie mini-sieć o mocy megawatów, inżynierowie produktu i dostawcy mogą symulować wpływ nowych technologii bez powodowania problemów w funkcjonowaniu sieci.
Regiony o wysokim odsetku energii wiatrowej i słonecznej polegają obecnie na codziennych prognozach i rezerwowych elektrowniach na paliwa kopalne, aby zapewnić niezawodne działanie. Ale kiedy energia odnawialna stanowi ponad 20 procent mocy, planiści sieci potrzebują bardziej wyrafinowanych narzędzi, mówi Benjamin Kroposki , dyrektor ds. integracji systemów energetycznych w NREL. Widzieliśmy tę wielką zmianę. Jeśli uda nam się osiągnąć cele kosztowe dla poszczególnych technologii, to co? Musisz zacząć robić integrację systemów, mówi.
NREL analiza opublikowane w zeszłym roku wykazały, że dzięki bardziej elastycznemu systemowi Stany Zjednoczone mogą pozyskiwać 80 procent energii elektrycznej z istniejących technologii energii odnawialnej do 2050 r. (zob. The U.S. Could Run on 80 procent Renewable Electricity do 2050 r.). Niemcy i Dania mają już około 20 procent odnawialnej energii elektrycznej, a Niemcy planują osiągnąć około 80 procent energii odnawialnej, zarówno w energii elektrycznej, jak i transporcie, do 2050 roku.
ESIF jest wyjątkowy, ponieważ ma 15 różnych laboratoriów, które pozwalają naukowcom testować, w jaki sposób sieć energetyczna integruje się z infrastrukturą paliwową i grzewczą, mówi Kroposki. Posiada również superkomputer na miejscu do wspomagania badań. Można by zaprojektować eksperyment, aby zobaczyć, jak skutecznie nowy rodzaj ogniwa paliwowego zapewni zarówno energię elektryczną, jak i ogrzewanie budynków. Lub, w bardziej futurystycznym scenariuszu, nadmiar energii wiatrowej i słonecznej mógłby wytwarzać gaz syntetyczny z wodoru i odpadowego dwutlenku węgla – operatorzy sieci wykorzystaliby następnie infrastrukturę gazu ziemnego do przechowywania tej energii, mówi.
Narzędzia symulacyjne mają na celu przyspieszenie przyjęcia technologii energetycznych. Firmy użyteczności publicznej obawiają się wdrażania nieprzetestowanych produktów w swoich sieciach, co jest długotrwałym problemem biznesowym dla start-upów inteligentnych sieci, które są skierowane do klientów użyteczności publicznej. ESIF może stworzyć szczegółowy model określonej sieci narzędzia, a następnie przetestować wydajność rzeczywistych produktów sprzętowych w oparciu o te dane.
Na przykład przedsiębiorstwo komunalne w Sacramento w Kalifornii ma oddział mieszkaniowy, w którym większość domów ma dachowe panele słoneczne. Posiada rozproszone jednostki pamięci, które kompensują spadki napięcia podczas przechodzenia chmur. Korzystając ze szczegółowego modelu komputerowego tego obwodu, inżynierowie z ESIF mogą sprawdzić, czy tańsze falowniki słoneczne mogą rozwiązać ten problem. Nie musisz wychodzić i budować pełnowymiarowej repliki i integrować się z prawdziwym systemem, zanim zdobędziesz wiele błędów, mówi Kroposki.
Superkomputer w ESIF będzie wykonywał złożone analizy, takie jak symulowanie rozmieszczenia turbin wiatrowych w tysiącach lokalizacji, a także zaawansowane wizualizacje. Placówka ma wciągający wyświetlacz, na którym naukowiec może stanąć na trójwymiarowym obrazie, aby na przykład zbadać wiązania chemiczne w nowych materiałach fotowoltaicznych lub zmienić nachylenie szeregu turbin wiatrowych, aby zoptymalizować wychwytywanie energii. Możliwość poruszania się i interakcji z danymi pozwala uzyskać spostrzeżenia, których możesz nie być w stanie zobaczyć na płaskim ekranie lub prostym wykresie, mówi Steven Hammond , dyrektor centrum nauk obliczeniowych NREL.
Przejście na krajowy system elektryczny zasilany głównie ze źródeł odnawialnych prawdopodobnie potrwa dekady i duże zmiany w przepisach dotyczących mediów (patrz Czy zakłady użyteczności publicznej obejmą energię rozproszoną? ). W bliższej perspektywie obiekt taki jak EFSI będzie mógł testować produkty sieci rozproszonej w sieciach lokalnych lub regionalnych. Na przykład może przetestować wpływ dużej liczby pojazdów elektrycznych i paneli słonecznych na dachach w jednej okolicy.
Pierwszy użytkownik laboratorium z siedzibą w Kolorado Zaawansowana energia , rozpoczął tam testy swojego falownika słonecznego na skalę użytkową w czerwcu, a Departament Obrony USA ma również plany przetestowania systemów zmniejszających zużycie paliwa.