Uvod
Predstavljajte si, da vaša soseska postane lastna elektrarna. Strehe, na katerih se bleščijo sončne celice, električna vozila, ki so baterije na kolesih, in tiha enota za shranjevanje energije, nameščena ob HVAC - vse to deluje skupaj kot orkester brez dirigenta. To so v bistvu razpršeni viri energije (DER).
Zdaj so pomembni bolj kot kdaj koli prej. Naša omrežja se otepajo zaradi rekordnih poletnih konic. Podnebni ekstremi povzročajo luknje v zanesljivosti. Potrošniki želijo imeti nadzor nad svojimi stroški, ogljikom in odpornostjo. DER ponujajo zapeljiv odgovor.
Toda tu je kočljivo vprašanje: Ali so DER revolucija, ki jo potrebujemo, ali le še en glavobol v omrežju, ki čaka, da se zgodi?
Že več kot 25 let pozorno spremljam razvoj razpršenih virov energije in sem priča njihovemu obetavnemu potencialu in zapletenim izzivom, ki jih prinašajo. Od praktičnega dela pri spajkanju litijevih baterij v laboratoriju do načrtovanja naprednih energetskih mikromrež za različne organizacije sem si nabral bogate izkušnje ter opazoval dinamičen napredek in zapletenost te industrije.
Razumevanje osnov porazdeljenih virov energije
Kaj je porazdeljeni vir energije?
Razkrijmo meglo. DER niso samo sončne celice. To so vsa decentralizirana, z omrežjem interaktivna energetska sredstva. Pomislite na strešne fotovoltaične naprave, vetrne turbine, sisteme za shranjevanje baterij, električna vozila (da, tudi ta), soproizvodnjo toplote in električne energije (SPTE), tehnologijo odzivanja na povpraševanje in mikroomrežja.
In tu je bistvo: večina jih ni bila zasnovana tako, da bi se med seboj pogovarjali, kaj šele sodelovali.
Vzemite nedavno komercialna baterija za shranjevanje projekt, pri katerem smo se posvetovali. Tovarna za predelavo hrane je želela vključiti sončno energijo, baterije in odziv na povpraševanje. Inverter se ni mogel pogovarjati z baterijskim sistemom EMS. Sistem EMS je govoril Modbus, inverter pa SunSpec. Krmiljenje HVAC je bilo iz devetdesetih let prejšnjega stoletja. To je bilo tako, kot da bi jazzovski bend igral Beethovna.
DER so lahko:Za merilnikom (BTM): nameščene na strani odjemalca, kot so strešne sončne elektrarne ali baterije na kraju samem.Na sprednji strani merilnika (FTM): BTM DER neposredno sodelujejo z odjemalci; FTM DER prispevajo k delovanju omrežja in tržnim storitvam.
Kako se DER razlikujejo od tradicionalne centralizirane energije
Centralizirana energija je klasični model od zgoraj navzdol: velikanske elektrarne potiskajo elektrone na stotine kilometrov daleč. DER to obrnejo na glavo. O centraliziranih elektrarnah razmišljajte kot o tovarniških kuhinjah, ki pripravljajo obroke. DER? Sosedski kuharji, ki kuhajo iz nič, zase in za svoje sosede.
Prednosti: odpornost, lokalni nadzor in vključevanje obnovljivih virov energije. Slabosti: zapleteno usklajevanje, nestalnost in regulativni kaos.
Komunalna podjetja DER pogosto ne vidijo kot koristne kuharske mojstre, temveč kot kršitelje zdravstvenih predpisov. Sedel sem v sobi, v kateri je izvršni direktor podjetja dobesedno označil širjenje DER kot "smrt s tisoč rezmi sončne energije".
Pred leti je v projektu na srednjem zahodu zadružna javna služba za 18 mesecev odložila medsebojno povezovanje DER, pri čemer se je sklicevala na "preglede varnosti omrežja". Kasneje smo izvedeli, da je šlo v resnici za zaščito njihovih prihodkov od proizvodnje. Nobenega zlobneža - samo ekonomija.
Vpliv porazdeljenih virov energije na omrežje
Stabilnost omrežja - rešitelj ali saboter?
DER so lahko junaki omrežja. Z njimi lahko zmanjšamo konice, zapolnimo doline ter vzdržujemo napetost in frekvenco. Baterija z močjo 5 MW, ki se izprazni med poletno konico ob 16.00, lahko reši mestno četrt pred izpadom električne energije. Skupen odziv na povpraševanje lahko deluje kot virtualna elektrarna.
Vendar pa lahko ti isti DER, če niso upravljani, povzročijo povratno napajanje in destabilizacijo. Kalifornija je to doživela leta 2020: opoldanska prekomerna proizvodnja električne energije iz sončne energije je povzročila omejevanje, nato pa je večerni porast povzročil izpad električne energije.
Še vedno se spominjam nekega vročega julijskega dne v Teksasu, ko so se nepričakovano povečali presežki DER. Upravljavec omrežja je bil v precepu. Posvetovali smo se z lokalnim javnim podjetjem in v realnem času opazovali, kako je povratni tok energije opekel transformator.
Spreminjajoča se vloga javnih služb in upravljavcev omrežij
Komunalne storitve so v eksistenčnem toku. Iz edinih ponudnikov energije se spreminjajo v orkestratorje omrežja. DER silijo v ta premik.
Toda stari poslovni modeli težko umrejo. Komunalna podjetja zaslužijo s centraliziranimi investicijskimi stroški in ne s porazdeljeno prilagodljivostjo. Inovacije so v navzkrižju z zastarelimi okviri povračila stroškov.
Ali bodo komunalna podjetja preživela plimovanje z DER? Nekatere bodo. Druga bodo morda končala kot slavna podjetja za vzdrževanje omrežja. Včasih sem bil naklonjen orkestraciji DER, ki jo vodijo komunalne službe. V zadnjem času se moj optimizem zmanjšuje, ko opazujem, kako podjetja obravnavajo uporabnike kot težave in ne kot partnerje.
Potrebujemo tako temeljito spremembo miselnosti kot tehnologije.
Gospodarske in okoljske koristi
Priložnosti za prihranke stroškov in prihodkov z DER
DER niso samo zeleni, ampak so lahko tudi zlati. Zmanjšanje povpraševanja, arbitraža, omrežne storitve - viri prihodkov, ki jih je mogoče kopičiti, so resnični.
V enem od proizvodnih obratov, ki smo ga opremili s sončno energijo in skladiščenjem, se je povrnila v manj kot dveh letih. Baterije so zmanjšale največje povpraševanje, sončna energija je zmanjšala osnovno obremenitev, celoten sistem pa je prinašal prihodke na trgu pomožnih storitev.
Čeprav industrija tega ne želi priznati, sta vzdrževanje in zapletenost resnična. Baterije se kvarijo. Solarni inverterji odpovedo. Krmilniki se pokvarijo. Kaj če se spremenijo predpisi in zmanjšajo arbitražne dobičke? Matematika povračila stroškov DER je premikajoča se tarča.
Vpliv na okolje - čistejša energija ali zeleno pranje?
DER nedvomno pomagajo pri vključevanju obnovljivih virov energije. Zmanjšujejo izgube pri prenosu in zmanjšujejo emisije - na papirju.
Toda emisije v življenjskem ciklu baterij, pridobivanje redkih zemljin za pretvornike in odlaganje iztrošenih električnih vozil? To je spodnja plat.
Se spomnite "Teslovega učinka"? Navdušenje nas je prepričalo, da je vsak električni avtomobil rešitelj z ničelnimi emisijami. Enega sem kupil zgodaj. Všeč mi je bil. Še vedno pa se mi zdi, da se mi zdi, da je kobaltova sled slaba.
Če DER ne bomo povezali z zanesljivim recikliranjem in posodobitvijo omrežja, tvegamo, da bomo eno obliko škode zamenjali za drugo.
Običajni tipi DER in njihove ključne značilnosti
| Vrsta DER | Osnovna funkcija | Tipične aplikacije | Vpliv omrežja |
|---|
| Sončna fotovoltaika | Proizvodnja energije iz obnovljivih virov na kraju samem | Strehe, parkirišča | Izvoz iz omrežja, tveganje dviga napetosti |
| BESS (baterije) | Varčevanje pri konicah, varnostno kopiranje | Pisarne, tovarne, podatkovna središča | dvosmerno, z možnostjo nadzora |
| Električna vozila (z V2G) | Mobilno skladiščenje, premikanje tovora | Vozni park, stanovanjski objekti | Nepredvidljivo, visoka prilagodljivost |
| Sistemi za soproizvodnjo toplote in električne energije | Proizvodnja toplote in električne energije | Bolnišnice, hoteli, tovarne | Stabilen, osnovno obremenjen vir energije |
| Odziv na povpraševanje (DR) | Omejitev obremenitve | Poslovne stavbe, trgovina na drobno | Hitra odprema, nizke emisije |
| Mikroomrežja | Avtonomna lokalna omrežja | kampusi, vojaške baze | Odporna, otočna |
Priporočila DER po scenarijih
| Vrsta objekta | Predlagana kombinacija DER | Glavni cilji | Ključni vidiki |
|---|
| Bolnišnice | Sončna energija + BESS + soproizvodnja toplote in električne energije | Varnostno kopiranje + zanesljivost | Varnostno kopiranje na ravni UPS za kritične obremenitve |
| Skladišča | Solar + BESS + DR | Prihranki stroškov | Prilagodljive obremenitve, soncu prijazne strehe |
| Podatkovni centri | OBLEKA + DR | Visoka zanesljivost | Občutljivost na kakovost energije in hlajenje |
| Supermarketi | Sončna energija + DR | Upravljanje konične obremenitve | Hladilništvo omogoča sodelovanje v DR |
| Proizvodnja | Solar + BESS + DR | Zmanjšanje stroškov povpraševanja | Spremenljivost obremenitve in kakovost električne energije |
| Pisarniške stavbe | Sončna energija + električno vozilo + BESS | Trajnost + vrhunsko britje | Spremenljivost obnašanja pri polnjenju električnih vozil |
Prihodnji trendi in izzivi na področju razpršenih energetskih virov
Nove tehnologije in inovacije, ki jih je treba spremljati
Pametni inverterji. EMS, ki ga poganja umetna inteligenca. Blockchain za medsebojno trgovanje z energijo. Nabor orodij se širi.
Nekoč sem poskusno vzpostavil mikromrežo z uporabo napovedovanja obremenitve z umetno inteligenco in energetskih dobropisov na podlagi veriženja blokov. Bilo je osupljivo - dokler se vdelana programska oprema pametnega števca ni sesula in vsakih šest ur ponastavila. Tehnika je dvorezen meč.
Ali lahko DER rodijo decentralizirana energetska gospodarstva? Morda. Toda kompleksnost se hitro povečuje. Integracija se z inovacijami ne izboljšuje linearno - včasih jo tudi prekine.
Regulativne in tržne ovire, ki upočasnjujejo rast DER
Tehnika je pripravljena. Politika? Ne tako zelo. Pravila o medsebojnem povezovanju se zelo razlikujejo. Kompenzacijske strukture pogosto podcenjujejo DER.
Odkrito rečeno, domnevam, da je pravo ozko grlo regulativna inercija. Ne pomanjkanje tehnologije. Niti ekonomija.
Oglejte si, kako se Havaji spopadajo s preveliko penetracijo sončne energije. Prve tarife za dovajanje električne energije so bile velikodušne. Nato so se začele zavirati, nato pa se je pojavila zmeda. Nauk? Politika se mora razvijati tako hitro kot tehnologija.
Kako se lahko podjetja in potrošniki orientirajo na področju DER
Izbira pravih rešitev DER za vaše potrebe
Začnite s profilom obremenitve. Ali ste v konicah? Ste ploski? Spremenljiv? Nato to uskladite s tehnologijo: sončna energija za dnevne obremenitve, baterije za zmanjševanje konic, odziv na povpraševanje za prilagodljivost.
Prilagajanje je pomembno. Nekoč smo zasnovali sistem DER za skladišče, ki je bil podoben sistemu, ki smo ga izdelali za bolnišnico. Enaki sestavni deli. Zelo različni rezultati. Bolnišnice potrebujejo izjemno zanesljivost. Skladišča? Optimizacija stroškov.
Enolična rešitev za vse je lenobno inženirstvo. Pravilo je kontekst.
Partnerstvo s strokovnjaki in priprava na prihodnost
Postavitve DER, ki jih naredi sam, so pogosto neuspešne. Videl sem stranke, ki so kupile baterije prek spleta in jih zložile v garaži brez sistema BMS ali skladnosti. To je nevarnost požara.
Sodelujte z izkušenimi integratorji. Preverite svoje prodajalce. Spremljajte spodbude kot jastreb.
Konec koncev pri DER ne gre le za tehnologijo. Gre za ponoven razmislek o nadzoru, zaupanju in pretoku elektronov. To je kulturni preskok.
Spremenil sem svoje mnenje: Včasih sem na DER gledal kot na orodja "plug-and-play". Zdaj jih vidim kot katalizatorje, ki nam omogočajo, da si na novo predstavljamo, kako živimo z energijo.
Zaključek
Porazdeljeni viri energije so preobrazba. Vendar niso čarobni.Z njimi lahko demokratiziramo energetiko, izboljšamo odpornost in razogljičimo. Vendar le, če se bomo takoj soočili s kompleksnostjo, stroški in izzivi usklajevanja.
Ne verjemite v razburjenje. Ne zavračajte tveganja. Bodite informirani. Bodite skeptični. Bodite ambiciozni. Če želite raziskati rešitve DER, prilagojene vašemu podjetju, Kontakt Kamada Power.