Onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) hebben veel geleerd over het betrouwbaar integreren van grote hoeveelheden wind- en zonne-energie op het net, maar er zijn een paar openstaande uitdagingen.

Een van die uitdagingen is ervoor te zorgen dat het net wordt beschermd als er een storing is, zoals een kortsluiting. In een nieuwe handleiding en uitlegvideo legt NREL uit hoe deze uitdaging kan worden opgelost en de bescherming van elektriciteitssystemen kan worden gehandhaafd met hogere niveaus van hernieuwbare energie in het toekomstige net.

De volgende uitdaging om aan te pakken na traagheid

In de elektriciteitssector is er veel moeite gedaan om te begrijpen hoe de planning en werking van het net kunnen veranderen met grootschalige inzet van bronnen zoals wind- en fotovoltaïsche zonne-energie (PV), die omvormers gebruiken in plaats van de synchrone generatoren in conventionele energiecentrales.

De bijbehorende afname van de traagheid van het elektriciteitssysteem zou een grote uitdaging vormen voor het behoud van een betrouwbaar toekomstig elektriciteitssysteem. In 2020 heeft NREL dit tegengegaan door een video en gids uit te brengen waarin de rol van traagheid van het stroomsysteem wordt uitgelegd om de lichten aan te houden.

In deze stukken werd beschreven hoe, hoewel de groei van op omvormers gebaseerde bronnen de hoeveelheid traagheid op het net zal verminderen, er meerdere bestaande of mogelijke oplossingen zijn om de systeembetrouwbaarheid te behouden of zelfs te verbeteren, zodat netplanners en -beheerders niet in paniek hoeven te raken.

Traagheid is echter slechts een van de vele uitdagingen die moeten worden aangepakt naarmate het raster zich ontwikkelt.

"Hoewel het nog niet zo breed is besproken als traagheid, is foutbeveiliging een ander probleem om uit te zoeken naarmate de op omvormers gebaseerde generatie blijft groeien", zegt Paul Denholm, NREL-principal energieanalist en hoofdauteur van beide handleidingen. "En we hebben ideeën over hoe het kan worden aangepakt."

Wat is foutbeveiliging en waarom is het belangrijk?

Het meest typische type storing is een kortsluiting. Op het elektriciteitsnet kunnen kortsluitingen optreden, bijvoorbeeld wanneer twee draden elkaar raken, of wanneer een boom een ​​draad raakt. Dit zorgt ervoor dat de generatoren een grote stroomstoot produceren. Dit wordt foutstroom genoemd en kan leiden tot brand en schade aan apparatuur als deze niet wordt gecorrigeerd.

In het huidige energiesysteem wordt foutstroom meestal geproduceerd door synchrone generatoren in fossiele, nucleaire en waterkrachtcentrales, die inherent grote hoeveelheden stroom kunnen produceren. Invertertechnologie is echter meestal niet ontworpen om grote hoeveelheden foutstroom te produceren, dus in een toekomstig net met veel zonne-PV en wind moet het energiesysteem mogelijk nieuwe manieren vinden om foutbeveiliging te bieden.

Rapport geeft het volledige verhaal

Om beleidsmakers en andere geïnteresseerde belanghebbenden voor te lichten, hebben NREL-researchers Understanding Power Systems Protection in the Clean Energy Future uitgebracht, dat een kort overzicht geeft van systeembescherming en foutstroom bij het handhaven van een veilig voedingssysteem. Het beschrijft waarom alternatieve benaderingen nodig kunnen zijn bij toenemende inzet van wind- en zonne-energie, en het behandelt verschillende benaderingen om systeembescherming in het zich ontwikkelende netwerk te handhaven.

"Er is een reeks opties die de systeembescherming kunnen handhaven, waaronder enkele die zeer goed worden begrepen en een hoge mate van zekerheid hebben, zoals synchrone condensors", zegt Ben Kroposki, directeur van NREL's Power Systems Engineering Center en co-auteur van de gids. "Andere opties kunnen geheel nieuwe beveiligingsschema's zijn die niet afhankelijk zijn van grote foutstromen. Deze bevinden zich in eerdere ontwikkelingsfasen, dus ze zijn minder zeker, maar ze kunnen uiteindelijk hetzelfde of zelfs hogere beschermingsniveaus bieden tegen lagere kosten. "

Dus hoewel er weinig twijfel over bestaat dat toekomstige stroomsystemen adequate bescherming tegen storingen kunnen handhaven met een verhoogde inzet van hernieuwbare energiebronnen, blijft er grote onzekerheid bestaan ​​over wat de beste aanpak zal zijn.

"De grootste uitdaging bij het bepalen van de kostenoptimale mix van middelen zou het begrijpen van zowel de behoefte als de kosten van verschillende opties kunnen zijn, die waarschijnlijk aanzienlijk zullen variëren op basis van de locatie en de mix van bestaande en toekomstige bronnen", zei Denholm.

Bij NREL gaat ons werk door, terwijl onderzoekers antwoorden zoeken op één uitdaging tegelijk op weg naar een schoner, betaalbaarder en veerkrachtiger netwerk.