БАЖЖ жеке электр желісінің тұрақтылығын жақсарта ала ма?

Ағымсыз желілік тұрақтылық үшін БЭЖ негіздері

Неге ағымсыз желілік жүйелер әлсіз: желі инерциясының жоқтығы және ақауға шыдамдылықтың шектеулі болуы

Тораптан тәуелсіз жүйелерде әдеттегі электр торабындағы үлкен айналып тұрған генераторлардан туындайтын айналмалы инерцияның сол түрі болмайды. Бұл инерция жүйе үшін белгілі бір сақтандырғыш ретінде әрекет етеді және сұраныста қатты өзгерістер болған кезде немесе генерация қатты төмендеген кезде жүйенің тұрақтылығын сақтауға көмектеседі. Бұл табиғи буфер болмаған жағдайда кішігірім ақаулар тез ғана бақылаудың сыртына шығып, жиілік деңгейлерін қауіпті түрде тез өзгертеді. Мәселені одан да ауырлататын фактор — көптеген тораптан тыс орнатылымдардың ақау өткізу қабілеті (fault ride through capability) болмауы. Стандартты қауіпсіздік протоколдары көбінесе кернеудің төмендеуі немесе қысқа мерзімді жиілік тербелістері кезінде инверторларды тоқтатады немесе белгілі бір жүктемелерге берілетін қуатты өшіреді, ал жүйені мүмкіндігінше қалай болса да жалғастыруға тырыспайды. Бұл әсіресе жақын арада альтернативті электр көздері жоқ алыстағы аймақтарда ерекше проблемалы болып табылады. Нәтижесінде бұл кішігірім ақаулар жиі толық қуат өшірілуіне алып келеді. Барлық осы ішкі әлсіздіктерге байланысты, тораптан тыс жұмыстардың уақыт өте келе сенімді және тұрақты болуын қамтамасыз ету үшін бастапқы кезден-ақ арнайы стабилизация шараларын енгізу қажет.

Негізгі BESS мүмкіндіктері: жылдам жауап беру, екі бағытты қуат ағыны және энергияны уақыт бойынша ығысу

BESS жүйелері бұл мәселелерді үш негізгі жолмен шешеді, олар нақты айтарлықтай әсер етеді. Біріншіден, олардың қаншалықты тез реакция беретіндігіне назар аударған жөн. Көбінесе олар 100 миллисекундтан кем уақыт ішінде жауап береді. Бұл жылдамдық жиіліктердің нормадан ауытқуы басталған кезде оларға қуатты немесе қосымша қуатты немесе қуатты сіңіруді дереу қосуға мүмкіндік береді, сондықтан жүйенің тұрақсыздығы өте ауыр кезеңге кірмей-ақ тоқтатылады. Екінші маңызды сипаты — қуатты екі бағытта да қозғау қабілеті. Бұл зарядтау мен разрядтаудың уақыт өте келе үздіксіз ауысуын білдіреді, яғни қайта қалпына келтірілетін энергия көздерінің (мысалы, күн энергиясы мен жел энергиясы) өндірісі мен тұтынушылардың өзгермелі қажеттіліктері арасында тепе-теңдік орнатуға көмектеседі. Үшіншісі — күн энергиясын өндіретін панельдер мен жел турбиналарының өндіретін қосымша энергиясын сақтау, егер электр энергиясына қажеттілік төмен болса. Сақталған қуат тәуліктің пик сағаттарында немесе жел соқпай, күн көрінбей тұрған кезде өте қажет болады. 2023 жылы Microgrid Institute және NREL ұйымдарының жасаған соңғы зерттеулеріне сәйкес, бұл тәсіл микросеттері бар жеке қоғамдарда дизельді генераторлардың қолданылуын шамамен 30–50 пайызға азайтады.

БЭЖ-ке негізделген жиілік пен кернеуді тұрақтандыру

Синтетикалық инерция және дроп бақылауы: Инвертерлік микросеттерді компенсациялау

Инверторлық негізделген микросеттер, әсіресе жергілікті желіден тыс орнатылған жағдайларда қайта өндірілетін энергия көздері басым болатын аймақтарда барынша кең таралуда. Бұл жүйелерде дәстүрлі желілерде бар табиғи айналмалы инерция жоқ, сондықтан генерация мен тұтыну арасында тепе-теңдік бұзылған кезде жиіліктің қатты өзгеруіне өте сезімтал. Аккумуляторлық электр энергиясын сақтау жүйелері (АЭССЖ) «жасанды инерция» деп аталатын құбылысты имитациялау арқылы көмек көрсетеді. Негізінде, күштік электроника жиіліктің өзгеруін — яғни жиіліктің өзгеру жылдамдығын (RoCoF) — анықтайды да, одан кейін қуатты жүйеге өте жылдам енгізеді немесе оны жүйеден шығарады; бұл RoCoF жылдамдығын басқарусыз жүйелерге қарағанда екі еседен астам төмендетеді. Сонымен қатар, әртүрлі қуат көздерінің жұмыс көлемін автоматты түрде бөлісуін қамтамасыз ететін «дроп-басқару» (droop control) деп аталатын әдіс те бар. Егер жиілік төмендесе, аккумуляторлар сақталған энергияны босатып, жүйені тұрақтандырады. Ал артық қуат пайда болған кезде олар оны сіңіреді. Бұл барлық қасиеттер бірігіп, көне заманғы синхронды машиналардың әрекетіндей жұмыс істейді: генераторлар аварияға ұшырағанда немесе жүктеме қатты өзгерген кезде де барлығын сақтап, тұрақты жұмыс істеуге мүмкіндік береді; сонымен қатар, көпшілік жағдайда оны қолмен басқару қажет емес.

Динамикалық реактивті қуатты қолдау және BESS EMS арқылы белсенді кернеу реттеуі

Кернеу тұрақсыздығы көптеген жел және күн энергиясы сияқты жаңартылатын көздерге негізделген ауылшаруашылық желілерін әлі де қиындатып отыр. Дәстүрлі кернеу реттегіштер бұл жүйелердің бастан кешіретін тез өзгерістерін өңдеуге құрылмай келген. Батареялық электр энергиясын сақтау жүйелері (BESS) және күрделі энергия басқару жүйелері (EMS) бұл мәселені тиімді шешеді. Бұл жүйелер қалыпты қуат ағысынан тәуелсіз жұмыс істейтін динамикалық реактивті қуатты қолдау қызметін көрсетеді. EMS желіде не болып жатқанын үнемі бақылап отырады және кернеу төмендеуі, секірістері немесе ерекше толқын пішіндері сияқты ақауларды шамамен лездік уақытта жою үшін сыйымдылықты немесе индуктивті ВАР-ларды қосады. Күн энергиясының өндірісінің қатты төмендеуі немесе күшті жел жаңбыры кезінде жүйе реактивті қуатты буферлендіреді. Сонымен қатар ол керексіз гармоникаларды сүзеді және кернеуді қалыпты деңгейден шамамен 2% ауытқуынсыз тұрақтандыру үшін автоматты түрде реттеледі, бұл ретте резервті дизельді генераторларды іске қосудың қажеті жоқ. IEEE PES Микрожелілер комитетінің есептеріне сәйкес, бұл мүмкіндіктер кернеумен байланысты қуат үзілулерін шамамен 70% азайтады. Сонымен қатар, параметрлердің тұрақтылығын сақтау сезімтал құрылғылардың қызмет ету мерзімін ұзартады, себебі олар тұрақсыз тербелістерден тән кернеу ауытқуларына ұшырамайды.

Операциялық тұрақтылық: Пиктік жүктеменің азайтуынан қара бастауға дейін

Ақылды BESS диспетчерлеу арқылы жүктемені теңестіру және дизельді генераторлардан айналысу

Қайталанбалы энергия өндірісі көтеріліп-түсіп тұрған кезде және электр энергиясына деген сұраныс болжанбайтын түрде тербелген кезде, бұл әсіресе резервті қуат ретінде әлі де дизельді генераторларға көп сүйенетін ағытқышсыз (off-grid) жүйелер үшін нағыз мәселелер туғызады. Аккумуляторлық электр энергиясын сақтау жүйелері (АЭСС) осы мәселелерді шешеді: олар қуатты қашан сақтау керегін немесе қашан беру керегін болжай алатын ақылды алгоритмдерді қолданады; бұл жүйелер жүктеме қисығының тез өзгерістерін, оларсыз болған жағдаймен салыстырғанда, шамамен 60 пайыздан 80 пайызға дейін тегістеуге көмектеседі. Бұл жүйелер күн энергиясынан немесе жел турбиналарынан артық электр энергиясын сіңіреді, ал содан кейін сұраныс өскен кезде оны қайтадан желіге береді. Бұл компаниялардың қуат деңгейін тұрақты ұстап тұру үшін қымбат тұратын дизельді генераторларын үнемі іске қосып тұруына қажеттілік болмай қалуын білдіреді. Бір қазбалық компания АЭСС орнатқаннан кейін жылдық отын шығындарын шамамен 700 мың долларға азайтты; сонымен қатар дизельді қозғалтқыштардың жұмыс істеу уақытын бұрынғы көлемінің барынша 8 пайызына дейін қысқартып, негізгі өндірістік процестердің үзіліссіз және тұрақты жұмыс істеуін қамтамасыз етті. Энергия тұтынуын нақты уақытта бақылау мүмкіндігі мен оған сәйкес жұмыс кестесін реттеу қабілеті генераторларды жиі қосып-өшіруді болдырмауға мүмкіндік береді, бұл олардың қызмет ету мерзімін ұзартады және қандай да бір ақаулық туған жағдайда ұзақ уақытқа созылатын резервті қуаттың болуын қамтамасыз етеді.

Қараңғы іске қосу қабілеті: Сыртқы көмекке қажеттіліксіз аймақтық желіден тыс маңызды инфрақұрылымды қалпына келтіру

Оф-грид жүйелері кейде толығымен істен шығуы мүмкін, бірақ аккумуляторлық энергия сақтау жүйелері (АЭСЖ) автономды қара қосу қабілеті деп аталатын ерекше қасиетке ие. Бұл жүйелер сыртқы желіден көмек алуға немесе генераторларды қолмен қосуға қажеттіліксіз маңызды инфрақұрылымға өздері ғана электр қуатын қайта қоса алады. Дәстүрлі дизельді қондырғыларда отынды алдын ала толтыру, қозғалтқышты айналдыру және барлық жүйелерді дұрыс синхрондау сияқты көптеген қадамдар қажет. Ал АЭСЖ бұл барлық қиындықтардан аман қалады және тұрақты кернеу мен жиілікті шамамен лезде қамтамасыз етеді, ол микрожелілердің басқару контроллерлерін қайта іске қосуға және біртіндеп басым жүктемелерді қайта қосуға көмектеседі. Мысал ретінде ірі қалалардан алыс орналасқан бір ауруханаға қараңыз. Толық қуат өшірілген кезде АЭСЖ 28 секунд ішінде операциялық жарықтар мен өмірді қолдау жүйелерін қайта іске қосты. Бұл қалай жүзеге асады? Бұл процесстің басталуы басқару байланысын қайта қосудан басталады, одан кейін негізгі жүктемелер (жалпы қуаттың 10%-дан аспайтын бөлігі) қосылады. Соңында жергілікті генерациялық активтер қайта іске қосылады. Жаңа АЭСЖ модельдерінде алдын ала зарядталған тізбектер, ішкі аралды анықтау функциясы және терең разрядталған кезде де сенімді жұмыс істеуге арналған берік бағдарламалық қамтамасыз ету сияқты қосымша мүмкіндіктер бар. Бұл барлық жаңартулар отын жеткізуіне деген тәуелділікті азайтады және қайта іске қосу уақытын бірнеше сағаттан екі минутқа дейін қысқартады.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

BESS дегеніміз не?

Батареялық энергия сақтау жүйелері (BESS) — бұл энергияны кейінгі пайдалану үшін сақтайтын технологиялар, олар электр қоректендіру жүйелерін тұрақтандыруға және энергия сұранысын өндірудің деңгейімен теңестіруге көмектеседі.

Ағындықтан тыс жүйелер неге қауіпті?

Ағындықтан тыс жүйелерде желі инерциясы болмайды және жиі ақаулықтарға төзімділік қабілеті төмен болады, сондықтан электр қоректендіруі жиі тұрақсыз болады және өшірулер жиі кездеседі.

BESS ағындықтан тыс жүйелерді тұрақтандыруға қалай көмектеседі?

BESS жылдам реакция береді, екі бағытта қуат ағысын қамтамасыз етеді және энергияны уақыт бойынша ығыстырады, сондықтан жиілікті және кернеуді тұрақтандыруға көмектеседі және дизельді генераторларға деген тәуелділікті азайтады.

Қара іске қосу қабілеті дегеніміз не?

Қара іске қосу қабілеті — бұл BESS-тің сыртқы көмекке сүйенбей-ақ маңызды ағындықтан тыс инфрақұрылымға өзіндік күшімен қуат қалпына келтіру қабілеті.