Машиностроение: еще не готов к прайм-тайм

Перед возобновляемых источников, таких как ветровая и солнечная могут внести существенный вклад в общий энергобаланс, массивные хранения электричества, чтобы превратить сырье власть в диспетчеризации власти.

Massive хранения электроэнергии (MES) была признана большего числа химических, механических и электрических инженеров имеет решающее значение для преодоления основных ограничений возобновляемой энергии - ее неотъемлемый перемежаемости (1-4). МЧС требуется условие сырой ветер или солнечная энергия, генерируемые, в диспетчеризации власти для распределения.

Диспетчеризации власть блок власти, которые могут быть переданы (отправлены) в качестве надежной, предсказуемой и управляемой величины от генератора до потребителя. Например, оператор может сетки контракт на поставку блок питания к полезности, говорят 10 ГВт в течение 3 часов (или 30 ГВт-ч), и что блок власти должны прийти утилита надежно и контролируемо. Если сетка оператор вынужден принимать неограниченное прерывистый власти, она не может гарантировать устойчивый блок мощностью 10 ГВт в течение 3 ч. Без МЧС, в лучшем случае он может доставить "в среднем на 30 ГВт / ч в течение 3 ч", с всплески высокие уровни власти, когда дует ветер, жесткий и провалы с низким или нет силы. Грубой силы должны быть "условной", чтобы сделать его на рынке.

Рассмотрим аналогию океанских грузовых и железнодорожных вагонов грузового тягового. Отправитель не будет принимать грузы, упакованные в бумагу коробки или пластиковые мешки для крупных партий, материалы должны быть помещены в стандартизированных контейнерах заданного размера и / или веса. Некоторые грузоотправители принять небольших количествах свободные пакеты, а также взимать особую плату обработки, сделать это, но в больших количествах, товар должен быть первым в контейнерах.

Так что с необходимостью состояние энергетического чтобы сделать его управляемым, стабильным и предсказуемым - то есть, диспетчеризации-пока не поставляется в сетке оператора на линии электропередач.

Общественная поддержка более широкого использования возобновляемых энергоресурсов продолжает расти, о чем свидетельствует существенное задач, поставленных многих стран, требуя увеличения части их силах, чтобы поступать из возобновляемых источников. В результате ветровой и солнечной фермы были до прорастания по всей стране, а в 2007 году, оказались американские 2,5% своей мощности от негидроэнергетических возобновляемых источников (5).

В настоящее время эти возобновляемые источники энергии напрямую подключен к электросети. Общественность была заставили поверить, что широкого внедрения возобновляемой энергетики может быть достигнуто лишь путем присоединения более ветряные мельницы и солнечные батареи непосредственно к транспортной сети. Даже если такие власти не диспетчеризации, это было приемлемым ситуации на нынешний низкий уровень проникновения сетки.

Тем не менее, линий электропередачи не может доставить большое количество "колючие" власти. Если это колючие власти ввести ЛЭП, оператор должен состоянии он. В настоящее время это сделать - если сумма колючие власти относительно невелика - с традиционных компонентов, таких как конденсаторы, а также корректировки деятельности существующих генерирующих мощностей, таких, как обострение турбин. Это требует пристального внимания к моменту по-момента состояние энергии в линии, это дорого и неудобно по сравнению с обработки диспетчеризации власти.

Если возобновляемой энергии можно будет перейти от проникновения 15-20% и сетки стать основным (> 20%) или основных (> 50%) источником электроэнергии, сырья власть должна в первую очередь "условных" в точке генерации до ее вступления Сетка для передачи на большие расстояния. Диспетчеризации власти - которая поступает из источников, таких, как гидроэнергетика, ядерная энергия и ископаемое топливо, и надежной, предсказуемой и управляемой является товаром, который сетки операторов и электроэнергетических компаний понять, как двигаться и контроля, и исторически сложившихся систем передачи их передать.

Несколько простых аналогий может помочь уточнить понятие мощности кондиционирования. Сырье природного газа выхода скважины первой обработке для удаления примесей и конденсирующихся тяжелых углеводородов, пока еще не вводили в трубопроводы для передачи и распределения. Сырье уголь промывают и размера, чтобы удалить загрязнения и поддержания требуемого состава и теплотворной способности, пока еще не поставляется на электростанции. Кроме того, для обеих этих форм энергии, достаточное хранения (будь то метро или надземные) устанавливается в качестве неотъемлемой части цепочки поставок, что позволит увеличить рост и гибкость.

Маркетинг для диспетчеризации возобновляемой энергии

Передачи сырья прерывистый возобновляемой энергии в больших масштабах не только технически непривлекательными (если не невозможным), она также не является экономичным. Например, возобновляемых генератор с номинальной мощностью 100 МВт не могут доставить 100 МВт диспетчеризации власти, потому что источник энергии осуществляется с перебоями. В лучшем случае, ветровой и солнечной энергии может достигать КИУМ 35%. Таким образом, необходимо иметь табличку возобновляемых генерирующих мощностей в 300 МВт для того, чтобы сетка получает в среднем 100 МВт электроэнергии для передачи.

Кроме того, хотя величина может быть 100 МВт, сетки оператор не может быть уверен, что получит устойчивый 100 МВт для распространения. Чтобы выполнить свои контрактные обязательства поставлять 100 МВт мощности для диспетчеризации, сетевых операторов необходимо установить около 100 МВт резервной поколения, как правило, природных газовых турбин обострение, которое может быть начато или закрыть, чтобы сбалансировать прерывистый возобновляемой энергетики. (В связи со сложившейся внимания к изменению климата, кажется парадоксальным, что сетки передачи больших объемов сырья возобновляемой энергии будет, по необходимости, быть крупным потребителем ископаемого топлива.) Стоимость установки и эксплуатации резервного генерирующих мощностей должны как вопрос справедливости, был передан возобновляемой энергетики.

Германия является основным нации с точки зрения размера и степени ее сетки, с национальной приверженности 20% возобновляемой энергии к 2020 году и сетки проникновения около 15-20% в некоторых частях его системы (6, 7). Германия признала, что использование газовых турбин для резервного копирования грубой силы ветра и технически, и экономически нецелесообразно, и что МЧС должен быть развернут.

IfMES добавляется поколения объекта, то только для диспетчеризации мощности поставляется в сеть оператора, который больше не нужно предоставлять резервные генераторы для баланса сырья прерывистый власти. Диспетчеризации возобновляемой энергии может быть продан по рыночной цене и переданы в обычные скорости передачи, а не по специальным ценам, которые могут или не могут, в зависимости от местного регулирования, отражают расходы на обеспечение резервного газовых турбин. Это сделает инвестиции в возобновляемые источники энергии гораздо более привлекательным.

С точки зрения полезности курс лечения, диспетчеризации мощностью от возобновляемых электростанция будет с МЧС, команда хорошо понимал цен на сырьевые товары, что сравнимо с любым другим диспетчеризации власти ввести общие носителей системы сетке передач. Аналогичная ситуация снова природный газ, который производится и обрабатывается тысяч различных провайдеров. Цен на сырьевые товары устанавливаются создан рыночный механизм, основанный на равномерное качество газа с точки зрения состава и теплотворной способности. Трубопроводов просто транспортировки газа за определенную плату, которая согласуется с регулируемой допустимый максимум.

Преобразование сырых возобновляемой энергии в диспетчеризации власти значительно упрощает нормативных аспектов, связанных с расширением возобновляемой энергии, потому что стоимость компонентов могут быть четко определены и распределены. Мощность генератора производит диспетчеризации власти, цена которых определяется рынком. Сетки операторов передать диспетчеризации власти в качестве общего перевозчика, в соответствии с межгосударственными передачи тарифов ставкам, установленным Федеральной комиссии по регулированию энергетики. Государственная публичная комиссий утилита установить допустимые ставки, что коммунальные услуги могут брать плату за внутригосударственных передачи и распределения. Добавление нескольких диспетчеризации возобновляемой энергии к сетке будет ничем не отличается от добавления новых ископаемых видов топлива или ядерной энергии. Таким образом, никаких новых регулирования должны быть предложены, испытаны и внедрены, тем самым сокращая задержки и расходы.

Не интеграции МОН в поколение объекта, не снимает необходимости MES - это просто толкает ответственности по течению. Сетка оператор берет у власти из различных источников, многие из которых, такие как уголь, ядерная или гидро, не нуждаются в МЧС. Если сетка оператор должен инвестировать в МЧС, расходы будут покрываться все генераторы, хотя логично выделить только возобновляемой энергетики.

Кроме того, интеграция в АСУ объекта, который генерирует возобновляемой энергии позволит упростить модернизацию энергосистемы, и этот вопрос в настоящее время национального значения. Программа обновления должна поддерживать расширения обычных диспетчеризации-передачи мощности так, чтобы она указывает ссылка возобновляемой энергии, которые зачастую в отдаленных районах, в центры потребления. Нет новых технологий необходимо будет расширить сетку для обработки диспетчеризации возобновляемой энергии, а стоимость может быть достоверно предсказать. Не менее полезным, с МЧС, системы передачи не должны быть расширены, чтобы нести табличку 300 МВт, когда возобновляемых системы поколение работает на полную мощность - всего необходимого для диспетчеризации 100 МВт должна родить, и излишки могут быть сохранены в системы МЧС, пока это необходимо в ночное время или после ветер успокаивается.

Кроме того, получение национальных внимание разработке и внедрению "умной сети". Smart сетке опирается на целый ряд датчиков, установленных на оборудование, которое использует значительное количество энергии, таких как бытовая плита, холодильник, сушилка для одежды и омывателем, обогревателей и аккумуляторные тесто-х годов в гибридных автомобилях, и клиент согласился позволить утилита управления энергопотреблением. Если программа сталкивается с пикового периода, он может отключить приборы, затем включите их при низкой нагрузке периоды в ночное время. Или же можно нажать батарей автомобилей обратить власти в периоды максимальной потребности и позволит зарядить аккумуляторы при низкой нагрузке периоды.

С умной сети утилита является, по сути, с использованием своих клиентов, приборов и оборудования в качестве его "хранилища", чтобы сгладить пики и спады спроса, что позволит свести к минимуму необходимость строить больше электростанций, чтобы удовлетворить максимум потребностей. Но это предполагает новую технологию, которая требует крупных демонстраций. Кроме того, положив этого принципиально новая концепция позволит коммунальным службам для контроля за спросом клиентов за власть - на практике применяются сложные вопросы общественного неприятия и займет много времени. Смарт-сетки инициатива заслуживает федерального планирования и поддержки, вне зависимости от необходимости поддержки МЧС развития производства диспетчеризации возобновляемой энергетики.

МЧС развития технологий

К сожалению, технология МЧС, который существует сегодня не готова к полномасштабному развертыванию, это очень ранней стадии своего технологического развития по сравнению с предстоящей нужно. Перекачиваемая гидро это продемонстрировали технологии для производства электроэнергии хранения, и уже широко используется в коммерческих целях в США Тем не менее, его вклад в дальнейшее хранение ограничивается доступных сайтов, с достаточным запасом воды, особенно в регионах, где солнечных и / или ветровых установок, вероятно, должны быть построены.

Сжатого воздуха хранения энергии (CAES) находится в эксплуатации на демонстрацию 1 завод в США, но и она, ограничивается наличием подходящих мест для геологических вблизи вероятно солнечной / ветроэнергетических установок. Кроме того, рекуперация энергии CAES достигается за счет использования сжатого воздуха в газовых турбин, которые потребляют ископаемого топлива и не могут обеспечить мгновенный ответ на перемежаемость ветра или солнечных генераторов.

Таким образом, новые технологии хранения - скорее всего, хранения химической энергии - должны быть разработаны и продемонстрированы для удовлетворения спроса хранения возобновляемой энергетики. Такие технологии МЧС должны:

* Зарядить и разрядить несколько раз в день

* Обеспечивает мгновенный ответ на генератор перемежаемость

* Поставку часов хранения, а также проводиться в несколько МВт в размерах и нескольких МВт в наращивании

* Иметь минимальное количество и сложность движущихся частей для удобства обслуживания

* Не быть изготовлены из экзотических материалов (чтобы сократить расходы).

В настоящее время три технологии - натрий-серные батареи, ванадия, окислительно-восстановительных потока аккумулятор и цинка метила потока батарея - являются потенциальными кандидатами MES. Каждый из них имеет сильные и слабые стороны и должны быть значительно улучшены. Ни один из них был установлен на ферме ветра в США еще. Все они должны пройти строгий scaleup коммерческих размеров, а также их надежность и безопасность должны быть установлены с помощью длительной эксплуатации демонстрационных объектов.

Министерством энергетики США (DOE) энергии хранения программы исторически поставил очень низкой относительной приоритетных научных исследований, разработок, демонстрации и реализации массовых хранения электроэнергии. Для обеспечения надежной, экономический МЧС будут готовы к времени ввода возобновляемых поколения к сети потребует от него, DOE приведет к увеличению средств, выделяемых на ее развитие за счет:

* Сильные фундаментальные исследования, чтобы стимулировать инновационные концепции научно-исследовательских групп в научных кругов, промышленности, независимых институтов и национальных лабораторий

* Постоянную поддержку для работы со скамьи масштабе пилотных для демонстрации концепции возможности

* Коммерческое продвижение перспективных технологий на действующих ветровой и солнечной объектов, объединяются с производителями и коммунальные услуги

* Постоянную поддержку, по крайней мере 10 лет

* Выше степень приоритетности финансирования МЧС

* Максимально использовать при финансировании отрасли и государственных программ энергии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ли, BS, и DE Gtishee, "Электричество хранения: Heel ахиллесовой возобновляемых источников энергии", Chem. Eng. Прогресс, 104 (3), с. S29-S32 (март 2008).

2. Ли, BS, и DE Гаши, "Massive электроэнергии хранения - Айше" Белой книги ", Айше связям с государственными органами Комитета, <A HREF =" http://www.aiche.org/About/WhoWeAre/Structnre/ittees/ViewAll/Govemment . ASPX "целевых =" _blank "относительной =" NOFOLLOW "> www.aiche.org / О компании / WhoWeAre / Structnre / ittees / ViewAll / Govemment.aspx </> (июнь 2008).

3. Ли, BS, "Massive хранения Электричество: Критические технологии Машиностроение", сессия на тему "производства и потребления энергии в 21 веке", Айше Midwest региональной конференции, Chicago, IL (22 сентября 2008).

4. Ли, BS, и DE Гаши, "Massive хранения электричества: Фиксация возобновляемой державы" ахиллесова пята ", на сессии Национального Собрания Айше, Новый Орлеан, LA (7 апреля 2008).

5. Администрация по энергетической информации, "Электрические ежегодные данные за 2007 год", Министерством энергетики США, EIA, <a target="_blank" href="http://www.eia.doe" rel="nofollow"> www.eia . лань </ A>. (Январь 2009).

6. Леонард, W., "Кормление сетку Источники восстановительного: путь к устойчивому энергоснабжению?", ЭПЕ Journal, 12 (3), с. 38-42 (август 2002).

7. Котелок, T., "Ветер в Германии Фармс под сомнение," BBC News 28 мая 2006).

8. Бек, B., "накопления энергии и энергии ветра поколения размеров и экономика", представленный на Айше Национального собрания, Новый Орлеан, Луизиана (7 апреля 2008).

9. Nourai, A., "Sodium-Сера Батареи для массового хранения энергии", представил на Айше Национального собрания, Новый Орлеан, Луизиана (7 апреля 2008).

БЕРНАРД С. Ли

DAVID Е. Гаши

КОНСУЛЬТАНТЫ

БЕРНАРД С. Ли (bslee8 @ д. Сот) ушел из института газовой Технология nology ее президентом. В настоящее время он читает лекции и консультации по всему миру, в последнее время в Китае и Малайзии, на энергетических технологий и R

DAVID Е. Гаши <a href="mailto:teushee1930@embarqmail.com"> <teushee1930@embarqmail.com />) ушел из Исследовательской службы Конгресса в качестве главного специалиста в области экологической политики. Сейчас он консультирует периодически по вопросам энергетической и экологической политики. Член Аиш и в прошлом председатель правительства отношения Айше комитета, он получил степень бакалавра наук в области химической инженерии в Массачусетском технологическом институте.