Tijdens een stroomstoring of na een ramp is het moeilijk om de eenvoud van een dieselgenerator te verslaan. Gewoon brandstof bijvullen en starten - zo eenvoudig dat iedereen het kan. Hernieuwbare microgrids zijn daarentegen niet zo eenvoudig, met hun reeks controles, software en activacoördinatie. Maar het mooie van hernieuwbare energiebronnen is dat brandstof gratis is en al ter plaatse beschikbaar is, zelfs in afgelegen rampgebieden.

Het National Renewable Energy Laboratory (NREL) heeft nu een beschrijving gepubliceerd van de geïmproviseerde controles die NREL tijdens zijn eigen uitval hebben gered, waardoor microgrids gemakkelijk en goedkoop zouden kunnen worden waar ze het meest nodig zijn.

De publicatie, getiteld "Unleashing the Frequency:Multi-Megawatt Demonstration of 100% Renewable Power Systems with Decentralized Communication-less Control Scheme", beschrijft een microgrid-benadering die de centrale controller - een dure en gecompliceerde component - en zijn afhankelijkheid van communicatie, omzeilt, in plaats daarvan met behulp van native controles van batterij-, zonne- en windsystemen.

"De aanpak van NREL maakt het mogelijk om apparaten in een microgrid te assembleren zonder moeizame configuratie, waarbij alleen wordt vertrouwd op hernieuwbare energie en amateur-elektrische ervaring - perfect voor herstel in een mum van tijd", zegt Przemyslaw Koralewicz, NREL-ingenieur en mede-ontwikkelaar van de communicatieloze methode .

Een goedkope herstelbron

Toen NREL een onverwachte stroomstoring kreeg, had het laboratorium weinig herstelmogelijkheden:geen microgrid-controller en geen vooraf geconfigureerde opstelling. Alleen een grote batterij, zonnepanelen en windturbines. Andere campussen - of districten, buurten en huizen - kunnen zich in vergelijkbare omstandigheden bevinden, en tijdens een storing is het geen tijd om te rommelen met ingewikkelde configuraties. Net als NREL kunnen gemeenschappen nu een veerkrachtig microgrid implementeren, met behulp van controles die op vrijwel elke energiebron bestaan.

Hoewel microgrids een duidelijk antwoord zijn op herstel en veerkracht, vormen de kosten van een controller een barrière voor gemeenschappen. In 2019 ontdekte NREL dat microgrid-controllers gemiddeld $ 155.000/megawatt kosten, waardoor veerkrachtige microgrids mogelijk onbereikbaar worden voor kwetsbare gebieden.

Naast kosten introduceren controllers een wirwar van communicatie- en systeeminstellingen, vaak ondoorzichtig, eigendomsrechtelijk en ontworpen voor specifieke scenario's. Deze functies kunnen handig zijn om het energieverbruik en de kosten te minimaliseren, maar voor herstel is vaak een snelle en kant-en-klare optie nodig. De methode van NREL geeft prioriteit aan een fail-safe opstarten, waarbij uitgebreide programma's en communicatie achterwege blijven ten gunste van buitengewoon eenvoudige bedieningselementen, terwijl er nog steeds geavanceerdere ontwerpen bovenop kunnen worden gebouwd.

Hoe werkt het?

Het schema van NREL is gedecentraliseerd - de apparaten wisselen geen gegevens uit en geven geen opdrachten (d.w.z. ze zijn "communicatieloos"). In plaats daarvan reguleren apparaten zichzelf met behulp van systeemfrequentie als de gemeenschappelijke taal. Kortom, een batterij of andere stroombron vormt het net door stroom te leveren op een ingestelde frequentie. Andere generatoren zoals zonnepanelen en windturbines volgen het net door de frequentie te bekijken en hun vermogen dienovereenkomstig aan te passen.

De methode is niets nieuws - de zogenaamde "droop" -regelingen zijn bekend bij standaard generatoren voor fossiele brandstoffen - wat deel uitmaakt van de aantrekkingskracht. De NREL-onderzoekers toonden aan dat de methode werkt met 100% hernieuwbare energie, schaalbaar is en haalbaar is met vrijwel elk energieapparaat.

Het innovatieve is dat de methode van NREL de netfrequentie bevrijdt van een krappe 60 hertz (Hz). Ongebonden door mechanische rotatie, kan de microgrid-frequentie een groter bereik hebben. In feite is dat bereik precies hoe de apparaten coördineren zonder te communiceren:naarmate de frequentie hoger wordt dan 60 Hz, verminderen generatoren het vermogen. Bij nog hogere frequenties verminderen de generatoren hun vermogen verder, waardoor de frequentie opnieuw in evenwicht wordt gebracht rond 60 Hz. Het systeem stabiliseert zichzelf, laadt de batterijen nooit te veel op of ondervoedt de ladingen niet.

Als dit moeilijker klinkt dan een dieselgenerator, is het dat misschien ook. Het vereist nog wat apparaatprogrammering en parameterinstelling, die in het rapport worden beschreven.

"De methode van NREL is de allereerste stap in een ontwerp dat de standaard zou kunnen worden voor faalveilige microgrids," zei Koralewicz. "Onze communicatieloze methode zou native kunnen worden geconfigureerd in toekomstige apparaten of mogelijk gecertificeerd kunnen worden voor gemakkelijke toegang door operators. Met gestandaardiseerde adoptie konden microgrids van elk type - militaire bases, ziekenhuisback-ups, zelfs genetwerkte districten - tot op de dag van vandaag rekenen op een onfeilbare basis -dagelijkse operaties."

De grens van hernieuwbare energiesystemen

Aan de grens van energiesystemen houden ingenieurs zich bezig met de technische zaken van het gebruik van het net met voornamelijk hernieuwbare energiebronnen. Openstaande vragen hebben betrekking op omvormers, de vermogenselektronische apparaten die hernieuwbare energie op het net aansluiten, en met name hoe omvormers het net kunnen vormen op manieren die traditioneel op fossiele bronnen zijn gebaseerd. Het UNIFI-consortium gaat de inverter-uitdaging aan met de gezamenlijke inspanning van tientallen onderzoeksinstellingen, onder leiding van NREL.

De communicatieloze methode van NREL is een voorbeeld van een strategie voor het vormen van een netwerk, het soort dat nodig zal zijn als systemen streven naar hogere niveaus van hernieuwbare energie. Door de methode voor te stellen, breekt NREL terrein af op enkele van de lastigere onderwerpen waarmee UNIFI en energiesystemen overal worden geconfronteerd, zoals hoe om te gaan met netbescherming en welke bedieningselementen essentieel moeten zijn op netvormende apparaten. De auteurs benaderen deze vragen in het rapport en bieden één richting die toekomstige energiesystemen kunnen inslaan op het pad naar decarbonisatie. + Verder verkennen

Video:Hoe het hebben van meer dan voldoende capaciteit voor hernieuwbare energie het net flexibeler kan maken