Kas BESS võib parandada eraldatud elektrisüsteemide stabiilsust?

BESS põhitõed välisvõrguta stabiilsuse tagamiseks

Miks on välisvõrguta süsteemid tundlikud: puuduv võrguinerts ja piiratud vigade talumise võime

Võrgust sõltumatud süsteemid ei ole samasugust pöörlemisjälsitusenergiat, mis tekib tavalistes võrgudes suurte pöörlevate generaatoritega. See jälsitusenergia toimib süsteemi jaoks mingil moel lööksummutajana ning aitab hoida süsteemi stabiilsena äkkmuutuste korral nii tarbimises kui ka tootmises. Kui seda loomulikku vahendit pole olemas, siis väikesed probleemid võivad kiiresti üle kärkida ja põhjustada sageduse taseme ohtlikult kiiret kõikumist. Asja halvendab veel see, et paljud võrgust sõltumatud seadistused on ebakindlad nii-nimetatud vigade talumise osas (fault ride through). Tavalised turvaprotokollid lülitavad invertorid välja või katkestavad teatud koormuste toite iga kord, kui toimub pingelangus või lühike sageduse kõikumine, mitte seda, et püüaksid süsteemi tööd võimalikult pikaajaliselt säilitada. See muutub eriti probleemiks kaugsetes piirkondades, kus lihtsalt pole läheduses alternatiivseid energiatoideteid saadaval. Seetõttu muutuvad need väikesed häired sageli täielikeks väljalülitusteks. Kõigi nende sisemiste nõrkuste tõttu tuleb stabiilsuse tagamiseks erilisi stabiliseerimismeetmeid arvestada juba algstaadiumis, kui soovime tagada, et võrgust sõltumatud toimingud jääksid ajas nii usaldusväärseteks kui ka vastupidavateks.

Põhiline BESS-i võimekus: kiire reageerimine, kahepoolne võimsusvool ja energiakasutuse ajaline nihutamine

BESS-süsteemid lahendavad neid probleeme kolmel põhilisel viisil, mis tegelikult teeb suurt erinevust. Esimene tähelepanuväärne asi on nende reageerimiskiirus. Enamasti on vastusajad alla 100 millisekundi. See kiirus võimaldab neil sageduse kõrvalekaldumise korral kohe võimsust kas lisada või neist võtta, ennetades potentsiaalset süsteemi ebastabiilsust enne selle ülekontrollimatuks muutumist. Teine oluline omadus on nende võime liigutada võimsust mõlemas suunas. See tähendab, et laadimise ja tühjendamise vaheldumine toimub sujuvalt reaalajas, mis aitab tasakaalustada taastuvenergiaallikate kõikumisi tarbijate muutuvate vajadustega. Ja siis on veel küsimus üleliiasest energiast, mida päikesepaneelid või tuulegeneraatorid toodavad ajal, mil elektri vajadus on väike. Sellest salvestatud energiast on kasu tippkoormuse ajal või siis, kui tuul ei puhu ja päike ei paista. Mõnede 2023. aastal Microgrid Institute’i ja NREL-i tehtud uute uuringute kohaselt vähendab see lähenemine diiselmootorigeneraatorite kasutamist umbes 30–50 protsenti isoleeritud ühiskondades, kus on oma mikrovõrgud.

BESS-i põhine sagedus- ja pinge stabiilsuse tagamine

Sünteetiline inertsia ja langusreguleerimine: kompenseerib inverteritega domineerivaid mikrovõrke

Inverteritele tuginevad mikrovõrgud muutuvad üha levinumaks, eriti piirkondades, kus off-grid-süsteemides domineerivad taastuvenergial põhinevad allikad. Need süsteemid ei omasta loomulikku pöörlemisjäyksust, mida traditsioonilised võrgud omavad, mistõttu on nad väga tundlikud äkkmelistele sagedusmuutustele, kui toodetava ja tarbitava energiahulga vahel tekib ebakaalukus. Lahtoenergia salvestussüsteemid aitavad kaasa nii, et imiteerivad seda, mida me nimetame sünteetiliseks jäyksuseks. Põhimõtteliselt tuvastavad võimsuselektroniikakomponendid sagedusmuutusi (RoCoF) ja reageerivad neile väga kiiresti – kas lisades süsteemi või sellest võttes välja võimsust – ning vähendavad RoCoF-i kiirust rohkem kui poole võrra võrdluses süsteemidega, kus sellist juhtimist ei rakendata. Olemas on ka nii nimetatud langusjuhtimine (droop control), mis võimaldab erinevatel võimsusallikatel automaatselt koormust jagada. Kui sagedus langeb, vabastavad akud salvestatud energiat, et süsteemi stabiilsust tagada. Kui süsteemis on liiga palju võimsust, siis neid akusid kasutatakse selle üleliigse energia neelamiseks. Kõik need funktsioonid töötavad koos nii, nagu tegema peaksid vanad süngroonsed masinad: need tagavad süsteemi stabiilsuse isegi siis, kui generaatorid välja lülituvad või koormus äkki muutub, ning enamasti ei ole vaja inimeste sekkumist ja süsteemi käsitsi juhtimist.

Dünaamiline reaktiivvõimsuse toetus ja aktiivne pinge reguleerimine BESS EMS-i kaudu

Pinge ebastabiilsus jätkab paljude võrgust lahus süsteemide (off-grid) probleemina, mis toetuvad tugevalt taastuvatele energiaallikatele, näiteks tuule- ja päikesepõhisele energiale. Tavalised pingeregulaatorid ei ole lihtsalt loodud selleks, et taluda nendes süsteemides esinevaid kiireid muutusi. Akupõhised energiamahtude salvestussüsteemid (BESS) koos täppislikkate energiama juhtimissüsteemidega (EMS) lahendavad selle probleemi tõhusalt. Need süsteemid pakuvad dünaamilist reaktiivvõimsuse toetust, mis töötab sõltumatult tavapärasest võimsusvoost. EMS jälgib pidevalt, mida võrgus toimub, ja suudab kasutada kas kapasitiivseid või induktiivseid VAR-e (reaktiivvõimsuse ühikuid), et parandada probleeme, nagu pingelangused, pinge tipud või ebatavalised lainekujud, peaaegu kohe. Äkknäoliste päikesepõhise tootmise languste või tugevate tuulepuhangute ajal kogub süsteem reaktiivvõimsust puhverisse. See filtreerib ka ära soovimatud harmoonilised komponendid ja kohandub automaatselt, et hoida pinged stabiilsena umbes 2% piires normaalsetest tasemetest ilma vajaduseta käivitada varu diiselmootorigeneraatoreid. IEEE PES Microgrid Komitee aruannete kohaselt vähendavad need funktsioonid pingega seotud väljalülitusi umbes 70%. Lisaks tähendab stabiilsuse säilitamine, et tundlikku seadmete eluiga pikeneb, kuna neid ei koormata pidevate kõikumistega.

Toimimisjõukus: tippkoormuse vähendamisest musta käivituseni

Koormuse tasakaalustamine ja diiselmootorigeneraatorite vältimine täpse BESS-i juhtimise kaudu

Kui taastuvenergia tootmine kõigub üles ja alla ning elektritarve muutub ennustamatult, teeb see tõelisi probleeme võrgust lahus süsteemidele, eriti neile, mis endiselt sõltuvad suuresti diiselmootorigeneraatoritest varuenergia saamiseks. Akupõhised energiamahtude salvestussüsteemid (BESS) lahendavad need probleemid nutikate algoritmide abil, mis suudavad ennustada, millal tuleb energiat salvestada või vabastada, mis aitab tasandada nende äärmuslikke koormusjooni umbes 60–80 protsendi võrra võrreldes olukorraga ilma nendeta. Need süsteemid imavad üleliiasest päikesepaneelide või tuulikute tootmisest tekkinud lisaelektrit ja tagastavad selle võrku tarbimisharipunktides. See tähendab, et ettevõtted ei pea oma kallist diiselmootorigeneraatorit pidevalt käima hoidma, et tagada stabiilne võimsustase. Ühe kaevandusettevõtte aastasised kütusekulud vähenesid pärast BESS-i paigaldamist umbes 700 000 USA dollari võrra ja nad suutsid diiselmootorite tööaega vähendada vaid 8% peale sellest, mis enne oli, samas kui olulised toimingud jäid sujuvalt toimima. Võimalus jälgida energiatarbimist reaalajas ja vastavalt sellele ajakavaid kohandada tähendab ka seda, et generaatoreid ei lülitata nii sageli sisse ja välja, mis tegelikult pikendab nende eluiga ja tagab piisava varuenergia olemasolu pikema aegajaga häire korral.

Musta käivituse võimekus: kriitilise võrgust väljas oleva infrastruktuuri taastamine ilma välist abieta

Võrgust eraldatud süsteemid võivad mõnikord täielikult läbi saada, kuid akupõhised energiamahtuvussüsteemid (BESS) pakuvad midagi erilist – nii nimetatud autonoomset musta käivituse võimet. Need süsteemid suudavad ise taastada toite olulisele infrastruktuurile ilma välistest võrguabi või käsitsi käivitatavate generaatoriteta. Tavapärased diisligeneraatorid nõuavad paljusid sammusid, näiteks kütuse esmase täitmise, mootori käivitamise ja kõigi süsteemide õige sünkroonimise. BESS hoiab kõik selle tülikuse ära ning tagab stabiilse pinge ja sageduse peaaegu kohe, mis aitab taas käivitada mikrovõrgu juhtsüsteeme ja järk-järgult taastada eelisrežiimis töötavaid koormusi. Võtame ühe reaalmaailma näite: haigla, mis asub kaugel suurlinnadest. Pärast täielikku toitekaotust taastas BESS kirurgiliste valgustite ja elutugevussüsteemide toite vaid 28 sekundiga. Kuidas see toimib? Protsess algab juhtimisühenduste taasühendamisega, seejärel käivitatakse nii nimetatud olulised koormused (tavaliselt vähem kui 10% kogukapatsiivist). Lõpuks taasühendatakse kohalikud tootmisvahendid. Uuemad BESS-mudelid on varustatud funktsioonidega, nagu eelnevalt laetud ahelad, sisseehitatud saarestumise tuvastamine ja tugevdunud tarkvara, mis tagab nende usaldusväärsuse ka siis, kui akud on sügavalt laetud. Kõik need parandused tähendavad vähemat sõltuvust kütuse tarnimisest ja radikaalselt lühemaid taaskäivitusajusid – mitmest tunnist umbes kahe minutini maksimaalselt.

KKK jaotis

Mis on BESS?

Akutöötlussüsteemid (BESS) on tehnoloogiad, mis salvestavad energiat hilisemaks kasutamiseks, aitades stabiilsustada elektoitussüsteeme ja tasakaalustada nõudlust ja tootmist.

Miks on võrgust lahus süsteemid tundlikud?

Võrgust lahus süsteemid ei oma võrgu inertsiat ja sageli tekib neil raskusi vigade talumisvõimega, mis viib sagdadele pinge- ja sagedusstabiilsuse häiretele ning väljalülitumistele.

Kuidas aitab BESS stabiilsustada võrgust lahus süsteeme?

BESS pakub kiiret reageerimist, kahepoolset võimsusvoogu ja energiakasutuse ajalise nihutamist, mis aitab stabiilsustada sagedust ja pingeid ning vähendab diiselmootorigeneraatorite kasutamist.

Mis on musta käivitamise võimekus?

Musta käivitamise võimekus tähendab BESS-i võimet taastada autonoomselt kriitilise võrgust lahus infrastruktuuri toite ilma mingi väliste abieta.