阳光和云——分布式新能源的管理新需求

徐翰

以太阳能为代表的可再生能源的快速增长促使我们必须找到管理分布式发电的新方式。

今年早些时候,在经过数月的计划之后,欧洲的电网管理者们准备好了应付电力系统史上最大的考验,目前电力系统愈发依赖新能源。这一事件正是3月20日的日偏食,这是晴天时会突然破坏光伏电力的最糟糕的一种情况,会引起电网波动,损坏电网和连接在电网上的系统。

德国对这次事件最为担忧,其拥有一些世界上最大的太阳能装机设备。2014年,德国约7%的电力是由光伏发电板产生的,而在晴朗工作日这一比例能达到35%,在晴朗的周末甚至能到50%。而月球移动到太阳和地球之间的类似事件会导致损失相当于欧洲80座中等规模发电站的电量。

从事件发展来看,当天德国南部和意大利北部是晴朗的,但其他地方的多云天气限制了日食的影响。尽管如此,欧洲的电网运营商不得不大量提高常规可用的备用电源数量并关闭一些高耗能的生产过程,如铝冶炼;而之后运营商还不得不应对日食过去之后突然攀升的光伏发电量。

日食是极端的事件。但随着更多的家庭、办公楼和工厂安装了太阳能面板,成为小型的发电中心并将冗余电量送入电网,工程师正不得不实行某种平衡过程。缺乏谨慎的监控,光伏发电的间歇本性(即使仅仅是太阳在云间穿梭)就可能引起电压急升急降,导致短路和电力中断。

除此之外,保证持续的电力如今对于如电脑、电视、工厂和医院及办公室装备这样的现代数字化设备非常关键,它们要求稳定的电压和频率,与几十年前的笨重电子设备可不同了。

为了保障电力质量,一些国家对新的光伏装机提出了限制。例如在夏威夷,突然的电力输出波动已引起了光伏许可证签发的放缓。澳洲也对新的光伏装机提出了限制。即使在经常阴云密布的英国,电网也限制了可输入到电网的光伏电量。

企业也在思索保障电力质量的方式,部分机制依赖于变压器或者逆变器,这是用于将光伏面板产生的各种直流电转换为电网交流电的设备。比如澳大利亚Renewable Energy Solutions生产名为VoltLogic的系统,可以限制光伏面板输送到电网的电量。据公司称,这可以使得新的光伏装置自动获得澳洲一些公共事业公司的许可。

英国公司Argand Solutions的商务总监Fraser Durham则称,一些公共事业公司需要这样的光伏输出限制装备来应对电网在不到1秒钟内的快速需求改变。Argand Solutions公司生产名为GridGEM的控制系统供应给使用光伏面板的企业。这一系统可持续分析某个组织的用电情况,决定何时在公共事业公司的限制条件下购入电量或出售多余电量给电网。这一系统还可以切换设备的开关状态,传输多余的电量给电池并运营私有线路——由几家相邻企业建立的、用于分享当地光伏电力的独立分布式电网线路。

有备无患

多余的可再生能源也可用可靠的电池系统存储,而从大块的铅酸电池到压缩空气电池(压缩空气到洞穴并释放驱动涡轮)等多种技术都已经被开发出来。

更好的电池也可以使得商家和家庭更多地存储他们生产的电力而非被迫出售。Tesla在内华达州的超级工厂将为其电动车制造先进锂电池,同时也出售10KWh和7KWh的家用光伏装置用的存储单元,其电池将会被装在名为Powerwall的单元内进行出售,多个Powerwall单元可以连接起来应对更大的能源需求。首次发货预计在明年。

除了作为传输电力的单向网络,未来电网需要变得更加智能和灵活,以应对可再生能源打造的分布式能源系统。

原文来源:经济学人

原文链接:http://www.economist.com/news/technology-quarterly/21662650-solar-power-growth-renewable-energy-requires-new-ways-manage