Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии

Если вы являетесь Независимым системным оператором Мидконтинента — организацией, управляющей потоками высоковольтной электроэнергии через центральную полосу США и Канады, от Манитобы, Мичигана и Миннесоты через Айову и до самой Луизианы, — вы хотите, чтобы поставки энергии удовлетворяли потребности 45 миллионов человек в энергии.

Мы следим за тем, чтобы нужный объем электроэнергии вырабатывался и передавался нашим коммунальным предприятиям, — говорится на сайте регионального оператора энергосистемы.

Сбалансировать спрос и предложение электроэнергии в наши дни очень сложно. Электроэнергия больше не вырабатывается исключительно на электростанциях с турбинами, работающими на угле или природном газе, которые вращаются на известной мощности и увеличивают или уменьшают ее в зависимости от спроса потребителей.

Теперь есть очень разные виды электростанций, производящих электричество. Например, по всей Айове расположены ветряные электростанции, которые сейчас производят более 64% электроэнергии в штате. Есть и солнечные электростанции, такие как новая солнечная ферма Alliant Energy в Университете штата Айова — новый генератор электроэнергии и проект сельскохозяйственных исследований к югу от Эймса.

Все эти электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии, создают новые проблемы для операторов энергосистем и коммунальных служб.

Вы не можете контролировать солнечный свет, вы не можете контролировать скорость ветра, — говорит Чжаою Ванг, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Northrop Grumman в Университете штата Айова, работающий в университетском Центре исследований в области электроэнергетики.

Но энергосистеме нужна определенность.

Исследовательская специализация Ванга — модернизация электрических сетей для более надежной и качественной передачи энергии. Последний проект, который он возглавляет, называется «MODERNISE», что расшифровывается как „Модернизация инструментов эксплуатации и принятия решений, позволяющих управлять ресурсами в стохастической среде“.

В прошлом месяце Министерство энергетики США (DOE) объявило о том, что выбрало этот проект для получения трехлетнего гранта в размере 3 миллионов долларов, пока не будут проведены окончательные переговоры. Еще 1,1 миллиона долларов, включая трудовые ресурсы и оборудование, будут предоставлены участниками проекта.

В число институциональных партнеров входят Аргоннская национальная лаборатория, Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, PJM Interconnection (региональная организация по передаче электроэнергии, расположенная в Пенсильвании), AES Indiana и AES Ohio (коммунальные компании), Siemens Corp. и Hitachi America Ltd. ISO New England (региональная организация по передаче электроэнергии) и Tennessee Valley Authority (федеральная коммунальная корпорация и корпорация по развитию) являются консультантами проекта.

Помимо Ванга, над проектом работают также инженеры-электрики из штата Айова: Бай Цуй, доцент и соруководитель проекта, и Салиш Махарджан, постдокторский научный сотрудник.

Проект MODERNISE является частью инвестиций в размере 34 миллионов долларов, выделенных Управлением по технологиям солнечной энергии Министерства энергетики на поддержку 11 новых проектов, разрабатывающих «инструменты для развития чистой, надежной электросети, работающей на ветровой и солнечной энергии», говорится в заявлении агентства.

Мы не сможем внедрить экологически чистую энергию, если не сможем подключить возобновляемые источники к нашим сетям, — заявила министр энергетики США Дженнифер М. Грэнхолм.

По словам Ванга, MODERNISE будет создавать вычислительные алгоритмы, которые позволят операторам энергосистем использовать возобновляемые источники энергии — от солнечных панелей на крышах до солнечных ферм площадью в несколько акров — и объединять их для более эффективной работы энергосистемы.

Мы объединяем небольшие распределенные энергоресурсы в более крупные, — сказал Ванг.

Мы используем эту возможность агрегации для улучшения работы передающей сети.

По словам Цуй, такие агрегации могут помочь операторам сетей регулировать частоту, напряжение, пиковый спрос и, что очень важно, балансировать спрос и предложение в режиме реального времени.

Объединяя эти возобновляемые ресурсы, мы можем помочь операторам лучше понять неопределенность поставок, — сказал Ванг.

Объединение большого количества возобновляемых источников сглаживает неопределенность. Появляется больше предсказуемости.

По словам Цуй, исследователи также разработают другие алгоритмы, которые помогут операторам энергосистем интегрировать поставки от совокупности возобновляемых источников энергии. Это может сделать работу энергосистемы более надежной и эффективной.

По словам Ванга и Куи, новые инструменты помогут создать современную энергосистему, которая будет достаточно умной и гибкой, чтобы использовать возобновляемую электроэнергию из дальних регионов и получать ее в любое время и в любом месте, где она нужна потребителю.

10.04.2024