Van toenemende decarbonisatie, elektrificatie en gedistribueerde opwekking tot frequentere extreme weersomstandigheden door klimaatverandering, het elektriciteitssysteem ondergaat enorme veranderingen. Deze factoren zijn van invloed op de manier waarop het net wordt gepland en beheerd om veilige en betrouwbare stroomvoorziening te behouden.

De North American Electric Reliability Corporation - die zich toelegt op het bewaken van de algehele gezondheid van het bulkstroomsysteem en het minimaliseren van betrouwbaarheids- en beveiligingsrisico's - heeft de 2022 Summer Reliability Assessment gepubliceerd. Het rapport identificeerde verschillende gebieden die deze zomer een hoger risico lopen als gevolg van extreme droogte, buiten dienst staande transmissielijnen, een grotere vraag en meer. Verhoogde betrouwbaarheidsrisico's maken de planning van het stroomsysteem nog belangrijker.

Om de kwestie van betrouwbaarheid in te kaderen, gebruiken onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) de "drie R's van betrouwbaarheid van het energiesysteem":toereikendheid van hulpbronnen, operationele betrouwbaarheid en veerkracht. Alle drie de R's zijn vereist voor een veilig en betrouwbaar voedingssysteem. Dit concept heeft geleid tot recente NREL-onderzoeken naar het behoud van betrouwbaarheid met een veranderend netwerk en omgeving.

Er is geen enkele absolute definitie voor elk van de drie V's, en sommige aspecten overlappen elkaar. Bovendien worden de statistieken die worden gebruikt om de betrouwbaarheid van het elektriciteitssysteem te meten, nog steeds ontwikkeld en zijn momenteel een belangrijk gesprek binnen de planningsruimte van het net. De drie V's kunnen echter informatie verstrekken over de planning en werking van een holistisch energiesysteem om een ​​veilig en betrouwbaar netwerk te garanderen.

"Elke regio is anders en vereist zijn eigen unieke analyse, maar de drie R's kunnen helpen om een ​​meer uitgebreid beeld te geven van de betrouwbaarheid en risico's van het elektriciteitssysteem voor netplanners, regelgevers en beleidsmakers", zegt Paul Denholm, principal energy analist bij NREL. "De drie R's kunnen ook richting geven aan de evolutie van de betrouwbaarheidsstatistieken van het stroomsysteem in de toekomst."

Adequaatheid van hulpbronnen:voldoende reservecapaciteit

Toereikendheid van hulpbronnen is het vermogen van het elektriciteitssysteem om voldoende elektriciteit te leveren - op de juiste locaties - om de lichten aan te houden, zelfs tijdens extreme weersomstandigheden of tijden wanneer de belasting daalt. Toereikendheid van hulpbronnen wordt doorgaans gemeten aan de hand van de waarschijnlijkheid van een storing gedurende een langere tijd. Bij het evalueren van de toereikendheid van hulpbronnen houdt NREL in grote lijnen rekening met onzekerheid in zowel vraag als aanbod.

Belastingonzekerheid omvat een toenemende vraag naar elektriciteit, stressvolle belastingperiodes en meer. De leveringsonzekerheid omvat de incidentele maar verwachte veelvoorkomende uitval in elektriciteitscentrales, transmissie- en distributielijnen en andere netwerkapparatuur. Onzekerheid over het aanbod omvat ook de beschikbaarheid van variabele bronnen zoals zon en wind, evenals energieopslag en vraagrespons, vooral in tijden van systeemstress.

Een adequaat systeem heeft voldoende beschikbare middelen (bijv. reservecapaciteit en/of flexibele belasting) om capaciteit te vervangen die uitvalt, buiten dienst is voor onderhoud of niet beschikbaar is vanwege brandstofbeperkingen. Het transmissiesysteem is ook belangrijk om de toereikendheid van hulpbronnen te waarborgen, omdat het opwekking van vele hulpbronnen naar laadlocaties levert en toegang biedt tot een grotere diversiteit aan variabele hernieuwbare hulpbronnen en belasting in aangrenzende regio's.

Nu er meer hernieuwbare energiebronnen aan het net worden toegevoegd, moet de toereikendheid van hulpbronnen in toenemende mate rekening houden met de variabiliteit van het aanbod van hernieuwbare energie, de rol van opslag, veranderingen in vraagpatronen en de impact van transmissiestoringen en interregionale coördinatie.

Operationele betrouwbaarheid:mogelijkheid om in realtime te reageren

Operationele betrouwbaarheid is het vermogen van het energiesysteem om vraag en aanbod in realtime in evenwicht te brengen door variabiliteit, ramping-beperkingen en flexibele belastingen te beheren, inclusief onmiddellijk na een "gebeurtenis" zoals een grote elektriciteitscentrale of een storing in de transmissielijn. Een betrouwbaar stroomsysteem kan de lichten aanhouden tijdens deze onverwachte gebeurtenissen met energiecentrales die snel kunnen variëren in output of eindgebruikers die hun elektriciteitsverbruik kunnen verminderen.

Een aspect van operationele betrouwbaarheid zijn bedrijfsreserves, of beschikbare reservecapaciteit die actief reageert tijdens een gebeurtenis om het vermogen in evenwicht te brengen en een stabiele frequentie te behouden. Inertie op het net geeft de mechanische systemen die de meeste energiecentrales aansturen, bijvoorbeeld tijd om een ​​storing te detecteren en erop te reageren.

Netdiensten zoals traagheid worden traditioneel geleverd door conventionele fossiele, nucleaire of waterkrachtcentrales die draaiende synchrone generatoren gebruiken. Wind, fotovoltaïsche zonne-energie en batterijen zijn echter op omvormers gebaseerde bronnen, wat betekent dat ze afhankelijk zijn van vermogenselektronica of omvormers om netcompatibele elektriciteit op te wekken.

"Omdat meer conventionele generatoren worden vervangen door bronnen op basis van omvormers, is het belangrijk om te begrijpen hoe ze een veilig en stabiel netwerk kunnen behouden", zegt Mohit Joshi, netanalist van NREL die ontwikkelingslanden in Zuid-Azië en Zuidoost-Azië ondersteunt bij hun langetermijnprojecten. planning van het energiesysteem.

Veerkracht:vermogen om terug te stuiteren

Veerkracht is niet zo duidelijk gedefinieerd als toereikendheid van middelen of operationele betrouwbaarheid. De Federal Energy Regulatory Commission definieert het als "het vermogen om de omvang en/of duur van ontwrichtende gebeurtenissen te weerstaan ​​en te verminderen, inclusief het vermogen om te anticiperen op, te absorberen, zich aan te passen aan en/of snel te herstellen van een dergelijke gebeurtenis."

Delen van veerkracht overlappen met de toereikendheid van de middelen en de operationele betrouwbaarheid, maar over het algemeen wordt vastgelegd hoe goed een systeem herstelt of hoe snel de stroomvoorziening kan worden hersteld na een storing. Veerkracht omvat ook meer extreme gebeurtenissen dan de typische uitval die wordt overwogen met het oog op toereikendheid en operationele betrouwbaarheid.

"In de loop der jaren met de toenemende opwekking van hernieuwbare energie, elektrische voertuigen, vraagrespons en andere opkomende technologieën, hebben we geleerd dat er geen afweging hoeft te zijn tussen decarbonisatie en de betrouwbaarheid van het elektriciteitssysteem", zei Joshi. "Ongeveer tien jaar geleden was er scepsis in Zuid-Aziatische en Zuidoost-Aziatische landen of het energiesysteem zou kunnen werken met wind en zon, maar in sommige netwerken hebben we onmiddellijke bijdragen gezien van variabele opwekking tot 100%. In de toekomst zal er nieuwe technologieën zijn en er kunnen nieuwe uitdagingen zijn, maar door ons onderzoek kunnen we oplossingen vinden om een ​​koolstofarm, veilig en betrouwbaar netwerk te blijven garanderen." + Verder verkennen

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