Hernieuwbare energie neemt in Europa toe naarmate de economie zich ontwikkelt zonder het gebruik van fossiele brandstoffen zoals steenkool en olie, maar een verouderend elektriciteitsnet heeft moeite om het snelle tempo van de ontwikkelingen bij te houden.

Oorspronkelijk ontworpen om energie te verkrijgen en te distribueren uit een paar grote bronnen, Het elektriciteitsnet van Europa moet nu omgaan met een opkomende klasse van energiebronnen, zoals zonne-, wind, getij en thermisch, van een aantal verschillende leveranciers. Hernieuwbare energiebronnen kunnen ook intermitterend beschikbaar zijn of stroompieken veroorzaken.

Deze onregelmatigheid kan het netwerk van distributielijnen en onderstations die het net vormen, onder druk zetten, storingen veroorzaken die kunnen leiden tot frequente stroomuitval, beschadigde apparatuur en productiviteitsverlies voor de economie.

Om dergelijke redenen, onafhankelijke elektriciteitsproducenten mogen geen hernieuwbare energiebronnen aansluiten totdat het net is geüpgraded, het creëren van een knelpunt voor energieleveranciers.

'Verbindingen kunnen jaren vertraging oplopen of helemaal niet plaatsvinden, ' zei Yoram Valent, de mede-oprichter van het Israëlische bedrijf GridON. 'Dit heeft een negatief effect op de stroomcapaciteit die nutsbedrijven kunnen bieden, terwijl de potentiële inkomstenstroom uit wenselijke koolstofarme hernieuwbare bronnen wordt vertraagd.'

GridON maakt apparaten die foutstroombegrenzers (FCL's) worden genoemd, die op belangrijke punten op het net zijn geïnstalleerd om abnormale elektrische stromen te beperken.

Door onmiddellijk te reageren op storingen en stroompieken, FCL's verbeteren de veerkracht van het netwerk en maken het mogelijk om de energiecapaciteit te vergroten - inclusief het toevoegen van nieuwe bronnen van onafhankelijke producenten - zonder de zeer kostbare en tijdrovende taak om het hele net te vernieuwen.

Hernieuwbare producenten

Valent en zijn collega's hebben een FCL gemaakt die sinds 2013 op de markt is. het bleek te groot en te duur voor producenten van hernieuwbare energie, zoals windparken die het distributieniveau van het net voeden.

Als onderdeel van een door de EU gesteund project dat vorig jaar eindigde, ze combineerden de kerntechnologie die in hun grootschalige apparaat werd gebruikt met een vermogenselektronicasysteem, om een ​​veel kleinere en lichtere FCL te creëren die geschikt is voor de productie van hernieuwbare energie. Het is ontworpen om te worden geïnstalleerd in de onderstations van nutsbedrijven of op de locaties voor stroomopwekking en om overmatige foutstromen van de hernieuwbare bron te verminderen. Door de omvang van de FCL te verkleinen, werden ook de kosten verlaagd.

Dit betekent dat in de toekomst nieuwe energiebronnen moeten goedkeuring krijgen om veel sneller op het net aan te sluiten. In het Verenigd Koninkrijk, een van de landen waar het net verouderd is en een grote upgrade nodig heeft, Valent en zijn collega's zijn op de hoogte van honderden verzoeken van duurzame producenten die willen aansluiten.

'Door onze FCL te gebruiken, we garanderen dat het net niet wordt blootgesteld aan buitensporige fouten en dat goedkeuringen voor verbindingen sneller kunnen verlopen, ' zei Valent. 'Het is een enabler voor het aansluiten van nieuwe bronnen, hernieuwbaar of een, naar het net.'

Het gebruik van supergeleiders - materialen die elektriciteit geleiden zonder energie te verliezen - zou ook de FCL-technologie kunnen verbeteren. Conventionele materialen zoals koperdraad verliezen een deel van hun energie wanneer de lading door het metaal gaat. Supergeleiders laten zelf geen energie verloren gaan bij transmissie, hoewel operationele supergeleiders energie verbruiken via dure cryogene koelsystemen.

Supergeleidende foutstroombegrenzers (SCFCL's) zouden veel effectiever moeten zijn als het om hoge spanningen gaat, combinatie van laagvermogendissipatie, hoge gevoeligheid en een hoge werkingssnelheid.

De grootste uitdaging is om de supergeleiders bij hogere temperaturen te laten werken - meestal moeten ze dicht bij het absolute nulpunt zijn om effectief te kunnen werken. Dit betekent dat SCFCL's te duur zijn voor wijdverbreid commercieel gebruik.

Krachtoverbrenging:

Professor Pascal Tixador en zijn groep van Institut Néel, een van de laboratoria voor het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek, en partners, streven ernaar om SCFCL's betaalbaarder en robuuster te maken als onderdeel van het FASTGRID-project om een ​​betere krachtoverbrenging te ontwikkelen.

Om de kosten van SCFCL's te verlagen, het team ontwerpt betere versies van de ReBCO (zeldzame aarde, barium, koperoxide) draden die nu in hun apparaten worden gebruikt.

Ze streven naar de toepassing van nieuwe supergeleidende draden met een component van saffier voor gebruik in SCFCL's. Recente doorbraken hebben het mogelijk gemaakt om dunne lagen uit het mineraal te produceren. Wanneer een supergeleidende coating wordt toegevoegd, deze draden hebben een uitstekend vermogen om abnormale stroom te beperken en voeren vele malen meer stroom dan hun koperen voorgangers, eigenschappen die in het laboratorium zijn gevalideerd.

De volgende stap is om te evalueren hoe ze kunnen worden geïmplementeerd in SCFCL's op industriële schaal en om een ​​manier te vinden om ze kosteneffectief te maken.

De technologie kan van vitaal belang zijn voor plannen om een ​​Europees supernetwerk en een interne energiemarkt te creëren. Momenteel, elk land heeft zijn eigen energie-infrastructuur en energie stroomt niet vrij over de grenzen heen. Maar er is een nieuw netwerk voorgesteld om elektriciteit te bundelen dat Europa en de omliggende regio overspant. It should help with the adoption of renewables, where short blackouts are an issue. An area depending on energy from a wind farm, bijvoorbeeld, could use energy produced elsewhere by solar in times of low wind.

Direct current

Developing a supergrid will require a new high voltage direct current (HVDC) grid system. Direct current is required to transport electricity over long distances instead of alternating current, which is more efficient in smaller networks. Echter, fault current can be more severe when direct current is used, making FCLs even more crucial. 'FCLs can reduce the fault current that needs to be cut by a factor of 10, ' said Prof. Tixador.

SCFCLs are the only viable solution to limit abnormal currents produced by high voltages, according to Prof. Tixador. The goal of the EU-funded FASTGRID research is to provide high-voltage superconducting transmission lines that can be used in the next generation transmission network. SCFCLs, together with future energy storage systems, would be an important element in assuring the safety and reliability of the network.