Netstabiliteitsproblemen met hernieuwbare energiebronnen: Hoe ze kunnen worden opgelost

Nu de behoefte aan nieuwe fasen in de elektriciteitssector zich begint af te tekenen, kan niemand het belang van inpassing onderschatten. Lange tijd hebben netten stroom getransporteerd, meestal uit niet-hernieuwbare energiebronnen zoals steenkool, aardolie en aardgas. De productie van deze stroom verloopt volgens een gepland en gecentraliseerd systeem, zodat je zou verwachten dat de netstabiliteit meestal gemakkelijk kan worden bereikt. In tegenstelling tot conventionele netten waar de energieleveranciers synchrone generatoren hebben om de stabiliteit te ondersteunen, is er voor netten met hernieuwbare energiebronnen veel meer nodig om stabiliteit te bereiken in geval van onderbrekingen.

Inzicht in netstabiliteit

Het is eenvoudig: er moet een evenwicht zijn tussen productie en verbruik in een elektriciteitsnet. Om stabiel te zijn, moet de opgewekte energie gelijk zijn aan de verbruikte energie. Dus "onbetrouwbare" energiebronnen doen het niet goed in conventionele netten. Om stabiel te blijven, moet een elektriciteitsnet reageren op schommelingen in spanning en frequentie. Stel bijvoorbeeld dat er meer stroom wordt opgewekt dan verbruikt of dat er meer energie uit het net wordt verbruikt dan wordt opgewekt. In dat geval zijn binnen een aanvaardbaar tijdsbestek volledige aanpassingen nodig om de frequentiestoringen en stroomonderbrekingen in evenwicht te houden. Evenwicht is het belangrijkste.

Laten we hernieuwbare energie in beeld brengen.

Volgens het rapport van het Internationaal Energieagentschap (IEA) zal de groei van de sector hernieuwbare energie tussen 2019 en 2024 met maar liefst 50% omhoogschieten. Fotovoltaïsche zonne-energie is daarbij koploper, op de voet gevolgd door wind- en waterkrachtprojecten - die met rasse schreden groeien, het snelst in vier jaar tijd. Deze groei is het gevolg van de lagere kosten van hernieuwbare energietechnologieën, wereldwijde doelstellingen en beleidsmaatregelen om het koolstofgehalte te verlagen, en de steeds grotere vraag naar elektriciteit.

Bij de productie van stroom met zonne-energie kunnen de schommelingen in vraag en aanbod van energie voor een bepaalde plaats instabiliteit in de netten veroorzaken. Deze schommelingen ontstaan doordat de zonlichtintensiteit in een omgeving met bijvoorbeeld woningen die gebruik maken van zonnepanelen, van tijd tot tijd varieert. Terwijl de overgang naar duurzame energie nog steeds aan de gang is, zouden woningen, kantoren of algemene eindgebruikers dus nog steeds perioden kennen waarin er weinig stroom wordt opgewekt uit hernieuwbare energiebronnen. Ook zou er verspilling kunnen optreden wanneer het aanbod overvloedig is, als netbeheerders geen adequate maatregelen nemen.

Ook de windturbines die worden gebruikt om hernieuwbare energie te produceren, doen hun werk uitstekend. Toch vormen de schommelingen in de elektriciteitsproductie een bedreiging voor de stabiliteit van de netten. Deze schommelingen zijn het gevolg van de aard van de windsnelheid in deze toepassingen. Vertrouwen op hernieuwbare energiebronnen brengt zijn deel van de uitdagingen met zich mee die definitieve oplossingen vereisen. Deze oplossingen kunnen opslagopties, het omgaan met fluctuaties en specificaties voor bepaalde duurzame energiebronnen zijn; (oplossingen voor zonne-energie zouden bijvoorbeeld, zo niet enigszins, verschillen van oplossingen voor thermische energiebronnen of waterkracht, windmolenparken, en de rest).

Wat zijn de netstabiliteitsproblemen met hernieuwbare energiebronnen?

De drie belangrijkste uitdagingen waarmee conventionele netten worden geconfronteerd wanneer het gaat om de invoering van hernieuwbare energiebronnen zijn:

1. Frequentie- en spanningsanomalieën

Het stochastische karakter van de productie van zonne- en windenergie maakt de geproduceerde frequentie en spanning tot op zekere hoogte onbetrouwbaar. Omvormers worden verondersteld de systeemschommelingen in de opwekking van zonne-energie bij te sturen. Gebleken is echter dat zij niet in staat zijn dit doeltreffend te doen. Bovendien zijn het tijdstip van de dag en de weersomstandigheden voortdurend van invloed op de elektriciteitsproductie. Deze omstandigheden hebben een ernstige invloed op de werking van de netten, waardoor deze dicht bij hun grenzen komen te liggen.

2. Overbelasting van bestaande transmissielijnen

Als gevolg van de hogere belasting tijdens de piekuren wordt het voor de bestaande transmissielijnen een uitdaging om de capaciteit af te stemmen op de instroom en de uitstroom van stroom. Wanneer producenten zonder waarschuwing te veel stroom opwekken, kan zich een piekstroom voordoen, waardoor het hele systeem zou worden stilgelegd. Een transmissielijn heeft een gespecificeerde capaciteit, en als deze limiet wordt overschreden, zal de thermische belasting toenemen, wat tot schade zal leiden.

3. Mismatch tussen vraag en aanbod

Hoezeer vele woningen, kantoren en gebouwen ook stroom nodig hebben voor hun bedrijfsvoering, het kan niet op een bepaald moment. De productie van hernieuwbare energie kan op sommige momenten zeer hoog zijn. Maar ze kan ook laag zijn onder andere omstandigheden. Daarom is het mogelijk dat de opgewekte energie op het moment dat zij nodig is, niet voldoende is of niet aan de vraag voldoet.

Hoe ze kunnen worden opgelost

De problemen waarmee de netten met hernieuwbare energiebronnen worden geconfronteerd, zijn niet onoverkomelijk. Naarmate de uitdagingen zich voordoen, beginnen nieuwe technologieën die deze uitdagingen doeltreffend kunnen aanpakken, een oplossing te bieden. Distributienetbeheerders kunnen de stabiliteit van het net herstellen door technieken en technologie toe te passen die een doeltreffende aanpassing van hernieuwbare energie in de elektriciteitssector mogelijk maken.

1. Gebruik van technologieën voor energieopslag

Energieopslag is een geweldige manier om de problemen met denetstabiliteit van hernieuwbare energie aan tepakken. Het blijft niet bij immobiele lithium-ionbatterijen, maar ook bij mobiele batterijen. Bij het gebruik van "bewegende" batterijen gaat het om energieopslag in elektrische voertuigen met behulp van V2G-technologie. Virtuele transmissie is een van de technologieën die een rol spelen bij speciaal geconfigureerde batterijsystemen. Zij komen te hulp bij overbelaste transmissielijnen en helpen de netten stabiel te houden.

2. Implementatie van slimme netwerken

Slimme netten hebben veel functies die intelligent samenwerken. De meest voordelige kenmerken die van invloed zijn op de stabiliteit van het net zijn de controle- en communicatiesystemen. Bovendien kunnen de sensoren onevenwichtigheden in de stroomdistributie opsporen en evalueren. Op die manier wordt de gezondheid van de apparatuur nauwlettend in het oog gehouden. U kunt de netstabiliteit dus verzekeren met slimme netten, en Hive Power levert de technologieën die nodig zijn voor deze implementatie.Netbeheerders moeten altijd bovenop het groeiende probleem van de toenemende injecties van hernieuwbare energie in de netten zitten en deze stijgingen afwegen tegen de bijbehorende kosten. Ook kunnen beheerders oplossingen vinden voor problemen met de netstabiliteit en hernieuwbare energiebronnen in:

• installatie van een groot aantal installaties voor compensatie van reactief vermogen en aanleg van HVDC-transmissielijnen van de opwekkingscentra naar de belastingcentra
• het gebruik van conventionele load flow-regelaars (deze bleken echter te traag te werken in vergelijking met het tempo waarin het gebruik van hernieuwbare energie toeneemt)
• Een dynamisch systeem voor het beheer van de belastingstroom (wat de beste optie lijkt te zijn) vond zijn oorsprong in een eengemaakte vermogensstroomregelaar die snel kan reageren. Deze oplossing zou de stroomlijnen binnen het n - 1 criterium in evenwicht moeten houden door zowel serie- als parallelcompensatie te beheren, waardoor de elektriciteit optimaal zou blijven lopen en stromen.

Hive Power - Smart Grid Stability-oplossing

Onze oplossingsmodules pakken de problemen in verband met netstabiliteit aan met behulp van AI-gestuurde technologieën. De Flexibility Orchestrator-modules voor netbeheerders bieden bijvoorbeeld netanalyses, beheren de flexibiliteit en optimaliseren de distributie van stroom op hun netten. Enkele van de functies zijn:

• voorspelling van energiegegevens voor elektriciteitsproductie en -belastingen - hiermee wordt voorspeld hoe de productie zou verlopen, op basis van eerdere bewerkingen, en ook het aantal belastingen kan worden voorspeld
• levering van analyses voor de Advanced Metering Infrastructure (AMI) - slimme meters kunnen de verbruikte energie per keer meten, vermogensfactoren controleren en relevante gegevens verstrekken aan de consumenten en producenten
• gebruik van bewakingsinstrumenten en algemene visualisatie - veralgemeende weergaven geven een groter beeld en maken het mogelijk fouten of anomalieën gemakkelijk te bewaken en op te sporen
• optimaal netbeheer door het gebruik van analytics - de volledige netprocessen en -operaties kunnen systematisch worden georganiseerd wanneer analytics alle gegevens over het net op zinvolle wijze interpreteren en communiceren
• preventieve analyse van toekomstige inbreuken op het net - door gebruik te maken van de beschikbare gegevens en analyses over het net kunnen preventieve maatregelen worden afgeleid en ingevoerd om inbreuken te voorkomen.

Bent u een Energy Service Provider of een Distribution Grid Operator, dan kunt u een demo boeken met ons team om te begrijpen hoe Hive Power FLEXO oplossingen uw smart grid management projecten kunnen aandrijven.