Úvod
Predstavte si, že sa vaša štvrť stane vlastnou elektrárňou. Strechy žiariace solárnymi panelmi, elektromobily slúžiace ako batérie na kolesách a tichá jednotka na uskladnenie energie uložená vedľa vzduchotechniky - to všetko spolupracuje ako orchester bez dirigenta. To sú v podstate distribuované zdroje energie (DER).
A v súčasnosti sú dôležitejšie ako kedykoľvek predtým. Naše siete stonajú pod rekordnými letnými špičkami. Klimatické extrémy spôsobujú diery v spoľahlivosti. Spotrebitelia chcú mať kontrolu nad svojimi nákladmi, emisiami a odolnosťou. DER ponúkajú lákavú odpoveď.
Tu je však háklivá otázka: Sú DER revolúciou, ktorú potrebujeme, alebo len ďalším problémom v sieti, ktorý čaká na svoje riešenie?
Už viac ako 25 rokov pozorne sledujem vývoj distribuovaných zdrojov energie a som svedkom ich sľubného potenciálu, ako aj zložitých výziev, ktoré predstavujú. Od praktickej práce pri spájkovaní lítiových batérií v laboratórnych podmienkach až po architektúru pokročilých energetických mikrosietí pre rôzne organizácie som nazbieral rozsiahle skúsenosti a pozoroval dynamický pokrok a zložitosť tohto odvetvia.
Pochopenie základov distribuovaných zdrojov energie
Čo je distribuovaný zdroj energie?
Rozptýľme hmlu. DER nie sú len solárne panely. Sú to všetky decentralizované, sieťovo interaktívne energetické aktíva. Myslime na strešné fotovoltaické elektrárne, veterné turbíny, batériové úložné systémy, elektrické vozidlá (áno, aj tie), kombinovanú výrobu elektriny a tepla (KVET), technológie reakcie na dopyt a mikrosiete.
A tu je tá zaujímavosť: väčšina z nich nebola navrhnutá tak, aby spolu komunikovali, nieto ešte spolupracovali.
Vezmite si nedávnu komerčné skladovacie batérie projekt, ktorý sme konzultovali. Závod na spracovanie potravín chcel integrovať solárnu energiu, batérie a reakciu na dopyt. Striedač nemohol komunikovať s batériovým EMS. Systém EMS hovoril so zbernicou Modbus, menič hovoril so systémom SunSpec. Ovládacie prvky HVAC boli z 90. rokov. Bolo to ako prinútiť džezovú kapelu hrať Beethovena.
DER môžu byť:Za meračom (BTM): Inštalované na strane zákazníka, ako napríklad strešné solárne zariadenia alebo batérie na mieste.Predná časť merača (FTM): BTM DER komunikujú priamo so zákazníckym zaťažením; FTM DER prispievajú k prevádzke siete a trhovým službám.
Ako sa DER líšia od tradičnej centralizovanej energie
Centralizovaná energia je klasický model zhora nadol: obrovské elektrárne tlačiace elektróny stovky kilometrov. DER ho stavajú na hlavu. Predstavte si centralizované elektrárne ako továrenské kuchyne, ktoré vyrábajú jedlá. DER? Kuchári v susedstve, ktorí varia od začiatku, pre seba a svojich susedov.
Pozitíva: odolnosť, miestna kontrola a integrácia obnoviteľných zdrojov energie. Nevýhody: zložitá koordinácia, prerušovanosť a regulačný chaos.
Komunálne služby často nevnímajú DER ako užitočných kuchárov, ale ako porušovateľov hygienických predpisov. Sedel som v miestnosti, kde výkonný riaditeľ energetickej spoločnosti doslova nazval šírenie DER "smrťou tisíckami solárnych rezov".
Pred rokmi v rámci projektu na Stredozápade družstevná energetická spoločnosť odložila prepojenie DER o 18 mesiacov s odvolaním sa na "preskúmanie bezpečnosti siete". Neskôr sme sa dozvedeli, že v skutočnosti išlo o ochranu ich príjmov z výroby. Žiadny zloduch - len ekonomika.
Vplyv distribuovaných zdrojov energie na sieť
Stabilita siete - záchranca alebo sabotér?
DER môžu byť hrdinami siete. Môžu znižovať špičky, vypĺňať údolia a podporovať napätie a frekvenciu. Batéria s výkonom 5 MW, ktorá sa vybíja počas letnej špičky o 16.00 h, môže zachrániť mestskú štvrť pred výpadkom prúdu. Agregovaná reakcia na dopyt môže fungovať ako virtuálna elektráreň.
Ale... tie isté DER, ak nie sú riadené, sa môžu spätne šíriť a destabilizovať. Kalifornia to zažila v roku 2020: poludňajšia nadmerná výroba elektriny zo slnečnej energie viedla k obmedzeniu dodávok a večerný nárast spôsobil výpadky elektriny.
Stále si pamätám na jeden sparný júlový deň v Texase, keď sa nečakane zvýšil nárast DER. Prevádzkovateľ rozvodnej siete bol zmätený. Konzultovali sme s miestnou energetickou spoločnosťou a v reálnom čase sme sledovali, ako spätný tok energie usmažil transformátor.
Meniaca sa úloha verejných služieb a prevádzkovateľov sietí
Komunálne služby sa nachádzajú v existenčnej premene. Z výhradných poskytovateľov energie sa stávajú orchestrátormi siete. Tento posun si vynucujú DER.
Staré obchodné modely však zomierajú ťažko. Komunálne služby zarábajú na centralizovaných kapitálových výdavkoch, nie na distribuovanej flexibilite. Inovácie sa stretávajú so zastaranými rámcami pre úhradu nákladov.
Prežijú energetické spoločnosti prílivovú vlnu DER? Niektoré áno. Iné môžu skončiť ako oslavované firmy na údržbu siete. Kedysi som bol optimistom, pokiaľ ide o orchestráciu DER vedenú verejnými službami. V poslednom čase sa môj optimizmus zmenšil, keď som sledoval, ako sa podniky správajú k odberateľom ako k problémom, nie ako k partnerom.
Potrebujeme zmenu myslenia rovnako hlbokú ako technológia.
Ekonomické a environmentálne prínosy
Úspory nákladov a možnosti výnosov s DER
DER nie sú len zelené, ale môžu byť aj zlaté. Zníženie poplatkov za odber, arbitráž, sieťové služby - reálne zdroje príjmov, ktoré sa dajú stohovať.
V jednom výrobnom závode, ktorý sme vybavili solárnou energiou a skladovaním, sa návratnosť investície pohybovala pod 2 rokmi. Batérie znížili špičkový dopyt, solárna energia znížila základné zaťaženie a celý systém prinášal príjmy na trhu s doplnkovými službami.
Napriek tomu, že si to priemysel nechce priznať, údržba a zložitosť sú skutočné. Batérie degradujú. Solárne striedače zlyhávajú. Ovládacie prvky sú poruchové. Čo ak sa zmenia predpisy a znížia arbitrážne zisky? Matematika návratnosti DER je pohyblivý cieľ.
Vplyv na životné prostredie - čistejšia energia alebo greenwashing?
DER jednoznačne pomáhajú integrovať obnoviteľné zdroje energie. Znižujú straty pri prenose a znižujú emisie - na papieri.
Ale emisie počas životného cyklu batérií, ťažba vzácnych zemín pre meniče a likvidácia vybitých elektrických vozidiel? To je spodná časť.
Pamätáte si na "Teslov efekt"? Hype nás zviedol k tomu, aby sme si mysleli, že každý elektromobil je spasiteľom s nulovými emisiami. Kúpil som si ho skoro. Miloval som ho. Napriek tomu sa mi pri pohľade na kobaltovú stopu dvíha žalúdok.
Ak DER nespojíme s dôkladnou recykláciou a modernizáciou siete, riskujeme, že jednu formu škody vymeníme za druhú.
Bežné typy DER a ich kľúčové vlastnosti
| Typ DER | Základná funkcia | Typické aplikácie | Vplyv siete |
|---|
| Solárna fotovoltaika | Výroba energie z obnoviteľných zdrojov na mieste | Strechy, parkoviská | Vývoz zo siete, riziko zvýšenia napätia |
| BESS (batérie) | Špičkové holenie, zálohovanie | Kancelárie, továrne, dátové centrá | Obojsmerné, ovládateľné |
| Elektromobily (s V2G) | Mobilné skladovanie, presun nákladu | Vozový park, obytné budovy | Nepredvídateľnosť, vysoká flexibilita |
| Systémy CHP | Výroba tepla + elektrickej energie | Nemocnice, hotely, továrne | Stabilný, základný prispievateľ |
| Reakcia na dopyt (DR) | Obmedzenie zaťaženia | Komerčné budovy, maloobchod | Rýchla expedícia, nízke emisie |
| Mikrosiete | Autonómne miestne siete | Kampusy, vojenské základne | Odolné, ostrovné |
Odporúčania DER podľa scenára
| Typ zariadenia | Navrhovaná kombinácia DER | Primárne ciele | Kľúčové úvahy |
|---|
| Nemocnice | Solárna energia + BESS + kogenerácia | Zálohovanie + spoľahlivosť | Zálohovanie na úrovni UPS pre kritické zaťaženia |
| Sklady | Solárna energia + BESS + DR | Úspora nákladov | Flexibilné zaťaženie, strechy šetrné k slnečnému žiareniu |
| Dátové centrá | BESS + DR | Vysoká spoľahlivosť | Citlivosť na kvalitu energie a chladenie |
| Supermarkety | Solárna energia + DR | Riadenie špičkového zaťaženia | Chladenie umožňuje účasť na DR |
| Výroba | Solárna energia + BESS + DR | Zníženie poplatkov za dopyt | Variabilita zaťaženia a kvalita energie |
| Kancelárske budovy | Solárna energia + elektrický pohon + BESS | Udržateľnosť + špičkové holenie | Variabilita správania pri nabíjaní elektrických vozidiel |
Budúce trendy a výzvy v oblasti distribuovaných zdrojov energie
Nové technológie a inovácie, ktoré treba sledovať
Inteligentné striedače. EMS riadený umelou inteligenciou. Blockchain pre peer-to-peer obchodovanie s energiou. Súbor nástrojov sa rozširuje.
Raz som pilotoval mikrosieť s využitím predpovedania zaťaženia pomocou umelej inteligencie a energetických kreditov na báze blockchainu. Bolo to oslnivé - až kým sa firmvér inteligentného merača každých 6 hodín nezrútil a neresetoval. Technika je dvojsečná zbraň.
Mohli by DER zrodiť decentralizované energetické hospodárstva? Možno. Ale zložitosť sa rýchlo mení. Integrácia sa nezlepšuje lineárne s inováciou - niekedy ju narúša.
Regulačné a trhové prekážky spomaľujúce rast DER
Technika je pripravená. Politika? Nie až tak veľmi. Pravidlá prepojenia sa veľmi líšia. Kompenzačné štruktúry často podhodnocujú DER.
Úprimne povedané, mám podozrenie, že skutočnou prekážkou je regulačná zotrvačnosť. Nie nedostatok technológií. Dokonca ani ekonomika.
Pozrite sa, ako Havaj bojuje s nadmernou penetráciou slnečnej energie. Prvé výkupné tarify boli veľkorysé. Potom prišli brzdy, potom zmätok. Ponaučenie? Politika sa musí vyvíjať rovnako rýchlo ako technológie.
Ako sa môžu podniky a spotrebitelia orientovať v oblasti DER
Výber správnych riešení DER pre vaše potreby
Začnite s profilom zaťaženia. Ste v špičke? Plochý? Variabilný? Potom tomu prispôsobte techniku: solárnu energiu na denné zaťaženie, batérie na zníženie spotreby počas špičky, reakciu na dopyt na dosiahnutie flexibility.
Na prispôsobení záleží. Raz sme navrhli systém DER pre sklad, ktorý sa zhodoval so systémom, ktorý sme postavili pre nemocnicu. Rovnaké komponenty. Veľmi odlišné výsledky. Nemocnice potrebujú mimoriadnu spoľahlivosť. Sklady? Optimalizácia nákladov.
Univerzálne riešenie je lenivé inžinierstvo. Pravidlá kontextu.
Spolupráca s odborníkmi a príprava na budúcnosť
DIY nastavenia DER často zlyhávajú. Videl som klientov, ktorí si kúpili batérie online a naskladali ich do garáží bez BMS alebo dodržiavania predpisov. Hrozí nebezpečenstvo požiaru.
Spolupracujte so skúsenými integrátormi. Overte si svojich dodávateľov. Sledujte stimuly ako jastrab.
V konečnom dôsledku DER nie sú len o technológiách. Sú o prehodnotení kontroly, dôvery a toku elektrónov. To je kultúrny skok.
Zmenil som názor: Kedysi som považoval DER za nástroje typu plug-and-play. Teraz ich vnímam ako katalyzátory, ktoré umožňujú zmeniť predstavy o tom, ako žijeme s energiou.
Záver
Distribuované zdroje energie sú transformačné. Môžu demokratizovať energetiku, zlepšiť odolnosť a dekarbonizovať. Ale len vtedy, ak sa postavíme zložitosti, nákladom a koordinačným výzvam.
Neverte reklamným šumom. Neodmietajte riziko. Buďte informovaní. Buďte skeptickí. Buďte ambiciózni. A ak chcete preskúmať riešenia DER prispôsobené vášmu podniku, Kontaktujte spoločnosť Kamada Power.