Dette indlæg er alene udtryk for skribentens egen holdning.

Udsendelse af reaktiv effekt øger fleksibiliteten i elnettet

Et demonstrationsprojekt viser, hvordan intelligent styring af distribuerede energiressourcer kan drive ren energi fremad.
Synspunkt 10. august kl. 05:00
errorÆldre end 30 dage

(Dette indlæg er oprindeligt bragt på mediet T&D World. Læs den oprindelige engelske version her.)

Det traditionelle elsystem har været driftsikkert, fordi det er centraliseret. Når en kunde trykker på en kontakt, tænder lyset. Oprindeligt er elnettet designet med store produktionsenheder, der tegnede sig for meget af elforsyningen. I disse år undergår det en transformation, så det kan imødekomme behovet for en ren energiøkonomi og adressere de tre hovedtendenser: Decentralisering, afkarbonisering og digitalisering.

I takt med at forsyningsselskaber arbejder med at integrere større mængder vedvarende energi ind i elnettet, bliver det mere komplekst at balancere udbud og efterspørgsel i realtid. Nutidens elsystem skal forudsige efterspørgslen i en stadigt kortere tidsramme. Det skal også kontrollere et faldende antal af store produktionsenheder og et stigende antal inverterbaserede ressourcer (for eksempel solcelleanlæg, batterilagringsenergi og vind). 

Hver type af varierende vedvarende energikilde har sit eget sporadiske mønster af energiproduktion, der påvirkes af lokale vejrforhold. Denne ukontrollerbare natur kombineret med nye mønstre i lastprofilerne – drevet af elektrificeringen af transport og varme – gør styringen af nutidens elnet mere komplekst. 

Intelligent styring af distribuerede energiressourcer (DER) er nøglen til et effektivt elnet. Smarter Grid Solutions og Avangrid Inc. datterselskabet Rochester Gas & Electric (RG&E) gennemførte et pilotprojekt, der lavede simulationer ved hjælp af udsendelse af reaktiv effekt fra DER for at styre spænding og reaktiv effekt, med formålet at levere strøm til kunderne på den mest effektive måde. Resultatet fra projektet fremhæver vigtigheden af at studere samspillet mellem moderne, dynamisk spændingsstyringsteknikker og traditionelle, statistiske metoder. 

Sammenkoblingsudfordringer

Nye lokale udfordringer skal adresseres, inden DER integreres i elnettet, heriblandt at få den nødvendige godkendelse fra forsyningen. Mængden af DER-kapacitet, der kan tilsluttes sikkert uden væsentlige systemopgraderinger, er afhængig af udføringens elektriske egenskaber. 

En anden udfordring er den overbelastning af distributionsnettet, der er knyttet direkte til DER. Resultatet er, at spændingsstyring kan give lokale udfordringer i distributionsnet med høj DER-penetration. 

På både føderalt- og delstatsniveau (i USA, red.) er der interesse for at finde måder at aggregere og udnytte DER til at løse net-problemer så økonomisk fornuftigt som muligt. Derfor skal løsningerne blande både tekniske og økonomiske hensyn for at muliggøre en pragmatisk og moderne tilgang til at styre elnettet, når det udvikler sig.

Fra et teknisk perspektiv, hvis DER integreres på en måde, der ikke tillader overvågning og styring af deres output, kan dyre modifikationer af nettet blive nødvendige for at sikre DER en sikker og pålidelig forsyning under forskellige driftsforhold. Men hvis DER derimod integreres med udgangspunkt i intelligent styring, vil det muliggøre deres egen udbygning uden at skabe negative påvirkninger på elnettet.

Med den underliggende evne for intelligent styrede DER til at levere systemydelser, skifter fokus derefter til at bygge DER-markedsmodeller, der kan give de rigtige incitamenter til at åbne for disse tjenester. Fra et økonomisk perspektiv et det næste skridt et fokus på nye forretningsmodeller, der potentielt kan øge forsyningsselskabers indtægtsstrømme og effektivt gøre udfordringer til muligheder. Tilsammen kan denne form for teknisk-økonomisk optimering af DER-styring skabe rammen for udviklingen af forsyningsselskabers forretningsmodeller, efterhånden som nye markeder udvikler sig. 

Højere niveauer af DER vil resultere i et renere, mere fleksibelt men også mere komplekst elnet. For eksempel kan mange moderne DER bruges til at levere reaktiv effekt til laster og dermed hjælpe med at styre spænding og strømmen på elnettet. Nye forretningsmodeller til sikring af reaktiv effekt og spændingsydelser fra DER kan være en del af løsningen for at hjælpe med at opnå denne værdi.

Udsendelse af reaktiv effekt

Netselskaber har traditionelt løst problemer med spændingen på lokale udføringer ved hjælp af et konventionelt og meget mindre dynamisk reaktivt elværktøjskit, der typisk inkluderede kondensatorer. Hvis en udføring eksempelvis led af underspændingsproblemer, ville fremskaffelsen af en shuntkondensator til statisk at lave voltampere (VAR) hjælpe med spændingsstøtte, uanset hvad de eksterne forhold var – enten ved at holde den tilsluttet hele tiden eller ved at skifte den ind og ud baseret på sæsonbestemte eller daglige skemaer.

Et stadig mere dynamisk og DER-tungt elnet kan kræve betydelige systemopgraderinger for at imødekomme den sikre, pålidelige integration af DER. Tag for eksempel, at den samme udføring også har en betydelig penetration af solceller. I løbet af dagen leverer solcellerne aktivt strøm ind midt på udføringen, hvilket resulterer i en stigning i lokal spænding. Den eksisterende shuntkondensator forværrer problemet ved yderligere at booste spændingen, selvom det ikke er nødvendigt, hvilket potentielt kan forårsage uønskede spændinger. Til aften falder solcellernes strømproduktion, og spændingsprofilen vender tilbage til det nominelle arrangement med spænding understøttet af kondensatorerne og eventuelle in-line spændingsregulatorer.

Når de er designet til at gøre det, kan moderne, inverterbaserede DER variere deres reaktive effektproduktion og påvirke spændningen ved sammenkoblingspunktet. Hvis denne funktion er aktiveret, kan DER potentielt levere nødvendig reaktiv effekt som et alternativ til at installere kondensatorer.

Udsendelse af reaktiv effekt fungerer ved dynamisk at identificere behovet for reaktiv effekt og derefter tilvejebringe behovet direkte fra lokale DER som en nettjeneste, der styres gennem et distribueret energiressourcestyringssystem (DERMS). Moderne DERMS er kontrolplatforme i realtid, der muliggør overvågning og operationel kontrol af individuelle eller aggregerede DER, og de er typisk koblet til eksisterende driftssystemer. Mens DER ofte er installeret af tredjeparter uden en indgående forståelse for elnettet operationelle behov og distribuerede produktionseffekter, er DERMS udviklet til at indarbejde disse overvejelser og give forsyningsselskaber en platform til at styre diverse DER intelligent og pålideligt på deres forsyningsnet. 

Med øget DER-penetration bliver forsyningsselskaber nødt til at kæmpe med spændingsprofiler, der ændrer sig drastisk i løbet af dagen. Brug af reaktiv effektudsendelse for at levere lokal spændingsstøtte ud over – eller som en erstatning for – konventionelle foranstaltninger kan gøre det muligt for DER at levere nettjenester.

Simulation og laboratieresultater

Smarter Grid Solutions og Avangrid Inc.’s datterselskan RG&E gennemførte en demonstation i New York, der fokuserede på spændingsstying af distributionsnettet ved brug af reaktiv effektudledning. Målet var at simulere brug af reaktiv effektudledning fra DER til at styre spænding og reaktiv effekt og samtidig levere el til kunder på den mest effektive måde.

Den første simulation blev udført på RG&E’s Spencerport-kredsløb, som allerede havde 1,65 MVAR af faste kondensatorbanke, der leverede konventionel spændingsstøtte ved at levere konstant reaktiv effekt; dette opretholdt en understationsmåleffektfaktor på 0,97 samt spændinger indenfor de ønskede grænser. Når dynamisk reaktiv effektudledning tilføjes, kan DER imødekomme de lokale behov for reaktiv effekt, samtidig med, at spændingen holdes inden for niveauerne. Men simulationen resulterede i yderligere 10,4 GVARh reaktive effekt-’backfeed’ årligt. Disse resultater sætter fokus på vigtigheden af at studere interaktionerne mellem moderne, dynamisk spændingsstyring og traditionelle, statiske metoder.

I den anden simulation blev de faste kondensatorbanke fjernet fra systemet for at analysere effekten af udelukkende at stole på smart-styrede DER til at understøtte den reaktive effekt. I dette tilfælde understøttede DER’erne dynamisk elnettet samtidig med, at det opretholdt en effektfaktor på 0,97 ved transformerstationen, hvilket effektivt udskiftede kondensatorerne i simulationen, overflødiggjorde deres behov og undgik overdreven reaktiv effekt-’backfeed’. 

Med fjernelsen af kondensatoren og inkluderingen af reaktiv effektudsendelse blev mængden af reaktiv effekt, der leveres af stationen, minimeret.

Udover softwarebaserede tidsserieundersøgelser af virkningerne af reaktiv effektudsendelse var en vigtig komponent i projektet proof-of-concept-implementering af fejlsikker, operationel strying af DER, der muliggøres af morderne DERMS. Med implementeringen af lokalt virkende, aktiv netværksadministrationssoftware (ANM), trådte DERMS ind for at tage overtage kontrollen under simulerede overspændinger. Mens det gennemsnitlige antal indgreb blev reduceret i et andet scenario – uden at kondensatorerne overforsynede systemet – var det fejlsikre kontrollag, der skrider ind for at undgå overspændinger, afgørende i begge scenarier for at sikre, at systemet forblev inden for de nominelle grænser.

Projekter som dette illustrerer det bedste inden for innovation og fleksibelt samarbejde inden for den rene energisektor og informerer om fordelagtige nye tilgange og forretningsmodeller, der vil hjælpe med at drive forsyningsselskaberne fremad. Pilotprojektet demonstrerede, hvordan leverandører og forsyningsselskaber kan styre distributionsnettet mere effektivt i fremtiden, samt hvordan DER og netoperationer kan optimeres i realtid, hvilket er et afgørende element til at støtte staten New Yorks energi- og afkarboniseringsmål for en ren, grøn fremtid. 

Pilotprojektet etablerede også rammen, der kan belyse stien for bedre styring af et stadigt mere dynamisk elnet – et problem, der har været eksemplificeret ved hurtigt skiftende forbrugsprofiler under covid-19-pandemien. Læringer fra demonstrationen kan hjælpe med at forme fremtidens elnet mere fleksibelt og effektivt i mødet med skiftende profiler og trends i både udbud (såsom vækst i DER) og efterspørgsel.

Skaler løsningen

For at skalere denne type løsning til en bredere implementering er næste skridt ikke bare at fortsætte med at forbinde og rumme DER, men at integere deres operationer i elnettet. Forsyningsselskaber kan gøre dette ved at udnytte en DERMS til at styre deres DER-kapaciteter og levere værdi til kunderne.

Avangrid udforsker måder at implementere denne teknologi på samt måder at udvide dens brug på. DERMS er en afgørende del af  RG&E’s 2020 Distributed System Implementation Plan.

Systemimplementeringsplan, som præsenterer selskabets strategi for at integrere DER i New York-nettet. Avangrid er allerede begyndt at implementere nøglefunktioner såsom ANM og lavbudgetmålinger, overvågning og kontrol (MM&C) gennem demonstrationer og pilotprojekter i New York i partnerskaber med Smarter Grid Solutions og andre teknologilevenrandører.

Læringerne fra disse pilotforsøg vil blive anvendt i implementeringen af disse teknologier rutinemæssigt startende fra 2022 med et mål om at implementere et fuldt ud dygtigt  DERMS-system frem mod 2025. Samtidigt planlægger Avangrid at gøre mere proof-of-concept-feltforsøg med muliggørende teknologi.

Den bredere elektriske industri kan imidlertid stå over for udfordringer, når det kommer til at skalere innovative løsninger, da selv gennemførelse af proof-of-concept-feltforsøg kan kræve betydelige investeringer. Trinvise tilgange til ny løsningsudvikling, der afkobler analytiske faser med feltforsøg og endelig business-as-usual skalering tendenserer til at hjælpe med at belyse en sti med minimal beklagelse. 

Derfor er det afgørende, at mulighederne for at vende løsninger baseret på læringer bygges direkte ind i business-as-usual-planer. At holde øjet på forretningscaseudvikling på alle niveauer sikrer, at det overordnede projekt er fokuseret på kundeværdi samt den mest pragmatiske tilgang til skalering for at levere den værdi. Det er afgørende at vælge de bedste teknologier og overordnede designs med skalering i tankerne samt at holde fokusset på slutmålet for replikering.

Fleksible, fremtidssikrede systemer

At udnytte DER-energi er et skridt mod at nå nulemissions- og drivhusgasmålene for elnettet. Det er nødvendigt med mere opmærksomhed for at understørre smarte, fleksible DER-fokuserede innovationer ved at undersøge og investere i kapaciteter, der vil lede til flere fleksible og modstandsdygtige elnet. Innovation i energisystemet skal fortsætte, hvis det skal tilpasses nuværende trends og fremtidige behov.

Køreplanen for DER-styring involverer at etablere en grundlæggende fejlsikker distributionsplatform, der tilbyder et synligheds- og styringslag til forsyningsselskabet – så det kan levere en sikker, pålidelig service – og derefter tilføje et væld af yderligere nettjenester, der kan realisere forskellige DER-deltagelsesmodeller. Eksempler på dette kan være økonomisk- og markedsoptimering til deltagelse i engrosmarkeder, ’bag måleren’ samt andre former for avanceret, forsyningsbaseret optimering baseret på en række avancerede teknologier, værktøjer, systemer og analyser, der er robuste til realtidsoperationer.

Dette er et spirende og voksende felt, da elforsyningsindustrien eksperimenterer med, hvordan man bedst kan accelerere integrationen af DER samt opfylde både politiske og lovgivningsmæssige mål. Det er vigtigt at skabe den rigtige form for incitamenter, der muliggør et fleksibelt og elastisk system. Både Smarter Grid Soultions og Avangrid arbejder fortsat mod disse mål.

Som et resultat af projektet med udsendelse af reaktiv effekt kan decentral styring af DER også styrke implementeringen af mikrogrids som alternative løsninger til modstandsdygtighed på tværs af Avangrid-serviceområder. Investeringer i DER-styring og mikrogrids kan hærde nettet og skabe en hurtig reaktion på ændringer i elproduktionen og –brugen.

DER, reaktiv effektudsendelse og senere mere decentraliserede energiforsyninger og mikronet vil alle skabe et økosystem af teknologier, der kan hjælpe med at bekæmpe klimaforandringer ved at skabe et bæredygtigt, modstandsdygtligt og fremtidssikret energisystem, der fungerer i harmoni for kunder i USA og videre.

Ingen kommentarer endnu.  Start debatten
Debatten
Du har ikke tilladelse til at deltage i debatten. Kontakt support@ing.dk hvis du mener at dette er en fejl.
Forsiden