Problemi di stabilità della rete con le fonti di energia rinnovabili: Come possono essere risolti

Mentre la necessità di nuove fasi nel settore dell'energia comincia a dipanarsi, nessuno può sottovalutare l'importanza di inserirsi. Per molto tempo, le reti hanno trasmesso energia, di solito da fonti di energia non rinnovabili come il carbone, il petrolio e il gas naturale. La produzione di questa energia è secondo un sistema programmato e centralizzato, quindi ci si aspetta che raggiunga facilmente la stabilità della rete la maggior parte del tempo. A differenza delle reti convenzionali dove i fornitori di energia hanno generatori sincroni per sostenere la loro stabilità, le reti con fonti di energia rinnovabili richiedono molto di più per raggiungere la stabilità in caso di interruzioni.

Capire la stabilità della rete

È semplice: ci deve essere un equilibrio nella produzione e nel consumo in una rete elettrica. Perché ci sia stabilità, l'energia generata deve essere uguale a quella consumata. Quindi, le fonti di energia "inaffidabili" non vanno bene per le reti convenzionali. Affinché una rete elettrica rimanga stabile, deve rispondere alla volatilità dei disturbi di tensione e frequenza. Per esempio, supponiamo che si generi più energia di quella consumata o che si consumi più energia dalla rete di quella generata. In questo caso, sono necessari aggiustamenti completi in un lasso di tempo accettabile per bilanciare i disturbi di frequenza e le interruzioni di corrente. L'equilibrio è la cosa più importante.

Facciamo entrare in gioco le energie rinnovabili

Secondo il rapporto dell' Agenzia Internazionale dell'Energia (AIE), la crescita del settore delle energie rinnovabili è destinata a salire di ben il 50% tra il 2019 e il 2024. L'energia solare fotovoltaica è in testa alla classifica, seguita da vicino dai progetti eolici e idroelettrici, che stanno guadagnando terreno con una rapida diffusione, la più rapida osservata negli ultimi quattro anni. Questa crescita è dovuta alla riduzione dei costi delle tecnologie per le energie rinnovabili, agli obiettivi fissati a livello mondiale e alle politiche di decarbonizzazione, nonché alla domanda di elettricità sempre più elevata.

Nella produzione di energia elettrica con l'energia solare, le fluttuazioni della domanda e dell'offerta di energia in un determinato luogo possono causare instabilità nelle reti. Queste fluttuazioni si verificano perché l'intensità della luce solare in un ambiente con abitazioni che utilizzano pannelli solari, ad esempio, varia di volta in volta. Pertanto, anche se la transizione verso l'energia sostenibile è ancora in corso, le case, gli uffici o gli utenti finali in generale potrebbero avere periodi in cui la produzione di energia da fonti rinnovabili è scarsa. Inoltre, se gli operatori di rete non applicano misure adeguate, potrebbero verificarsi degli sprechi quando la fornitura è abbondante.

Anche le turbine eoliche utilizzate per produrre energia rinnovabile stanno facendo un ottimo lavoro. Tuttavia, le fluttuazioni nella produzione di energia rappresentano una minaccia per la stabilità delle reti. Affidarsi alle fonti di energia rinnovabili comporta una serie di sfide che richiedono soluzioni definitive. Queste soluzioni possono essere le opzioni di stoccaggio, la gestione delle fluttuazioni e le specifiche per le particolari fonti di energia rinnovabile (ad esempio, le soluzioni per l'energia solare differiscono, se non di poco, dalle soluzioni per le fonti di energia termica o idroelettrica, i parchi eolici e il resto).

Quali sono i problemi di stabilità della rete con le fonti di energia rinnovabile?

Le tre principali sfide affrontate dalle reti convenzionali quando si tratta di adottare fonti di energia rinnovabile sono:

1. Anomalie di frequenza e tensione

La natura stocastica della produzione di energia solare ed eolica rende la frequenza e la tensione prodotte inaffidabili in una certa misura. Gli inverter di potenza dovrebbero regolare le fluttuazioni del sistema nella produzione di energia solare. Tuttavia, hanno dimostrato di essere deboli nell'eseguire efficacemente questo compito. Inoltre, l'ora del giorno e le condizioni meteorologiche influenzano continuamente la produzione di energia. Queste condizioni influenzano seriamente il funzionamento delle reti, portandole vicino ai loro limiti.

2. Sovraccarico delle linee di trasmissione esistenti

A causa dell'aumento dei carichi durante le ore di punta, le linee di trasmissione esistenti affrontano una sfida di capacità corrispondenti all'afflusso e al deflusso di energia. Un picco può verificarsi quando i produttori generano troppa potenza senza preavviso, e l'intero sistema si spegne. Una linea di trasmissione ha la sua capacità specifica, e se questo limite viene superato, i carichi termici si accumulano, portando al danno.

3. Disadattamento della domanda e dell'offerta

Per quanto molte case, uffici ed edifici abbiano bisogno di energia per svolgere le loro operazioni, non può essere alla volta. La produzione di energia rinnovabile può essere molto alta in alcuni momenti. Ma, anche, può essere bassa in altre condizioni. Pertanto, l'energia generata quando è necessaria può non essere sufficiente o non corrispondere alla domanda.

Come possono essere risolti

I problemi affrontati dalle reti con fonti di energia rinnovabili non sono insormontabili. Man mano che si presentano le sfide, le nuove tecnologie in grado di affrontarle efficacemente iniziano a presentare una soluzione. I gestori dei sistemi di distribuzione possono recuperare la stabilità della rete applicando tecniche e tecnologie per garantire un adattamento efficace delle energie rinnovabili nel settore energetico.

1. Uso delle tecnologie di immagazzinamento dell'energia

L'immagazzinamento dell'energia è un ottimo modo per affrontare i problemi distabilità della rete con l'energia rinnovabile. Non si ferma alle batterie immobili agli ioni di litio, ma anche alle batterie mobili. L'uso di batterie "mobili" coinvolge l'immagazzinamento di energia nei veicoli elettrici utilizzando la tecnologia V2G. La trasmissione virtuale è una delle tecnologie che entrano in gioco per quanto riguarda i sistemi di batterie appositamente configurati. Vengono in soccorso delle linee di trasmissione congestionate e aiutano le reti a mantenere la stabilità.

2. Attuazione delle reti intelligenti

Le reti intelligenti hanno molte caratteristiche che lavorano insieme in modo intelligente. Le caratteristiche più vantaggiose che influenzano la stabilità della rete includono i sistemi di controllo e di comunicazione. Inoltre, i sensori possono rilevare e valutare gli squilibri nella distribuzione dell'energia. In questo modo, la salute delle apparecchiature è strettamente monitorata. Quindi, è possibile garantire la stabilità della rete con le smart grid, e Hive Power fornisce le tecnologie necessarie per questa implementazione. Igestori di rete devono sempre essere in cima a questo crescente problema di aumento delle iniezioni di energie rinnovabili nelle reti di rete, e tenere conto di questi aumenti con i loro costi corrispondenti. Inoltre, gli operatori possono trovare soluzioni per i problemi di stabilità della rete e le rinnovabili in:

• Installazione di un numero enorme di impianti di compensazione della potenza reattiva e costruzione di linee di trasmissione HVDC dai centri di generazione ai centri di carico
• L'uso di regolatori di flusso di carico convenzionali (tuttavia, questi si sono dimostrati troppo lenti rispetto al tasso di crescita dell'uso dell'energia rinnovabile)
• Un sistema di gestione dinamica del flusso di carico (che sembra essere l'opzione migliore) trovato in un controllore unificato del flusso di potenza che può essere a reazione rapida. Questa soluzione dovrebbe mantenere le linee elettriche all'interno del criterio n - 1 bilanciate gestendo la compensazione sia in serie che in parallelo, il che manterrebbe l'elettricità accesa e fluente in modo ottimale.

Hive Power - Soluzione per la stabilità della rete intelligente

I nostri moduli di soluzione affrontano i problemi legati alla stabilità della rete con tecnologie basate sull'intelligenza artificiale. Ad esempio, i moduli Flexibility Orchestrator per gli operatori di rete forniscono analisi di rete, gestiscono la flessibilità e ottimizzano la distribuzione di energia sulle loro reti. Alcune delle funzioni includono:

• previsione dei dati energetici per la produzione di energia e i carichi - questo prevede come andrebbe la produzione, sulla base delle operazioni precedenti, e anche il numero di carichi può essere previsto
• fornitura di analisi per l'infrastruttura di misurazione avanzata (AMI) - i contatori intelligenti possono misurare l'energia consumata nel tempo, controllare i fattori di potenza e fornire dati rilevanti ai consumatori e ai produttori
• uso di strumenti di monitoraggio e visualizzazione generale - le viste generalizzate danno un quadro più ampio e permettono un facile monitoraggio e rilevamento di guasti o anomalie
• gestione ottimale della rete mediante l'uso di analitici - l'insieme dei processi e delle operazioni della rete può essere organizzato sistematicamente quando gli analitici interpretano e comunicano tutti i dati della rete in modo significativo
• analisi preventiva di future violazioni della rete - utilizzando i dati e le analisi disponibili sulla rete, è possibile ricavare e mettere in atto misure preventive per evitare violazioni.

Se siete un fornitore di servizi energetici o un operatore della rete di distribuzione, potete prenotare una demo con il nostro team per capire come le soluzioni FLEXO di Hive Power possono alimentare i vostri progetti di gestione delle reti intelligenti.