סיוע בחיבור לרשת אנרגיה חדשה

 

ייצור כוח אנרגיה חדש, המיוצג על ידי אנרגיית רוח ואנרגיה סולארית, מפגין תנודות משמעותיות בתפוקת החשמל ואי ודאויות. תפוקות כוח הרוח והשמש מושפעות ישירות מתנאי מזג האוויר המקומיים, מועדות לעליות או ירידה בתפוקת החשמל, מה שמציב אתגרים לתדירות חיבור הרשת של מערכת החשמל.

עקב תנודות הספק ומאפייני עכבת רשת מורכבים יחסית, בתנאים רגילים של חיבור רשת מרכזי בקנה מידה גדול או תפוקת חשמל אקראית, סביר להניח שיתרחשו תנודות הספק, שיובילו לבעיות ביציבות מערכת החשמל. הדבר משפיע על העומס והביצועים של מערכות ייצור אנרגיה חדשות מתוכננות על פני שטח רחב, מה שמחייב קיבולת רזרבה מספקת במערכת כדי למנוע פגיעה ביכולת לשלב מקורות אנרגיה חדשים, שהיא חיונית להשגת יעילות תכנונית וכלכלית כאחד.

השילוב של אגירת אנרגיה ומקורות אנרגיה חדשים מתמקד בעיקר בשלושה היבטים: ראשית, על ידי שחרור עומסים ברמת-רשת על פני פרקי זמן קצרים, הוא מאפשר ויסות הספק של רשת החשמל ברמת 10-דקות-, הקלה על תנודות-קצרת טווח ומינוף מלא של הרשת הקיימת לקיבולת מקור האנרגיה החדשה. שנית, על ידי פיתוח תכניות ברמת-דקות הכוללות תחזיות חדשות של תפוקת אנרגיה, ובהתבסס על תחזיות ייצור חשמל-ליום-קצרה, היא משלבת למעשה מקורות אנרגיה חדשים בתחזיות הספק-קצרות טווח במיוחד. זה משפר את התפעול והתזמון הרציונלי של יחידות ייצור שונות ברשת, מפחית את הביקוש למשאבי ויסות מהיר של תדרים, משפר את הדיוק והיציבות של תחזיות הרשת, ומחליק את התנודות בזמן אמת ברמה{12}}דקה במקורות אנרגיה חדשים, תוך מזעור ההשפעה על הפעולה הרגילה של יחידות ייצור קונבנציונליות.

גילוח שיא ומילוי עמק

בהשוואה לייצור חשמל רגיל, לייצור אנרגיה מתחדשת יש שיעור ניצול נמוך יחסית של הציוד או היחידות שלו. אם לוקחים את אזור "שלושת הצפון" של ארצי כדוגמה, על פי נתונים סטטיסטיים של משאבי רוח, ההסתברות שהתפוקה הכוללת של חוות רוח תעלה על 60% מסך הקיבולת המותקנת שלה היא בדרך כלל פחות מ-5%. כדי לשפר את ניצול הקווים, תכנון קיבולת הקווים מכוון בדרך כלל לספק 95% מצרכי הולכת כוח הרוח או 60% מסך הקיבולת המותקנת של חוות רוח. המצב חמור עוד יותר עבור פוטו-וולטאים. לכן, אחוז מסוים של כוח הרוח יצומצם עקב יכולת הולכה לא מספקת, והאנרגיה הסולארית תצומצם עקב אי התאמה של עומסים (מאפייני גילוח נגד-שיא-).

ייצור אנרגיה מתחדשת, עם התנודות-לטווח הארוך יחסית שלו על בסיס שעתי לאורך היום, והגעת שיא הביקוש לחשמל בערב (בדרך כלל 7-10 בערב), יגדילו את דרישות הקיבולת של המערכת כלפי מעלה ומטה. כוח הרוח, לעומת זאת, מגיע לרוב לתפוקה מלאה בסביבות חצות, כאשר העומס נמצא בנקודה הנמוכה ביותר ביום. לכן, כדי לבטל את אי הוודאות בחיזוי ייצור אנרגיה מתחדשת, הן רשת החשמל והן יחידות הייצור הקונבנציונליות חייבות לשאת בסיכונים משמעותיים הקשורים לגילוח שיא עמוק.

גילוח שיא ומילוי עמק מנצלים את מאפייני ההזזה של-הזמן של אחסון אנרגיה כדי למקסם את קיבולת ההולכה של הקו, להפחית את הצורך בהתאמה למגמות העומס ולהקטין את הדרישה לקיבולת מוגברת והקטנה מיחידות ייצור קונבנציונליות.

על ידי סיכום עקומת העומס היומית הנתונה P_l עם עקומת הפלט של ייצור אנרגיה מתחדשת P_{NE}, נוכל לקבל את עקומת העומס המקבילה למערכת הסופית ∑P_i, כלומר ∑P_i=P_l - P_{NE}. עם זאת, בהתחשב בטווח ויסות התפוקה של תחנות כוח קונבנציונליות ותחנות כוח גילוח שיא, וההספק המרבי P_L שקו הקישור האזורי יכול להעביר או להשיג לרשת החיצונית, ההספק האפקטיבי המרבי P_{max} של היחידות המחוברות לרשת הוא:

P_{max}=μ(P_f + P_b + P_L) (3-3)

אֵיפֹה:

המקום היחיד שתמצאו מחוץ לבית

 

 

• P_f-הספק מרבי של יחידות גילוח שיא-;
• P_b-תפוקה מינימלית של יחידות שאינן יכולות להשתתף בשיא הגילוח;
• μ-יעילות תפעול והעברת רשת.

בנוסחה, C מייצג את מקדם ויסות הספק הפלט של יחידת השיא-לגילוח. יחסי הכוחות מוצגים באיור.

ההספק המינימלי האפקטיבי P_{min} של היחידות המחוברות לרשת- הוא:

במהלך תקופת הטעינה הנמוכה ביותר t₁–t₂, קיבולת הוויסות כלפי מטה השמורה על ידי יחידות שיא-הגילוח הקונבנציונליות היא הספק האנרגיה המתחדשת המקסימלית P'_{NE} שהרשת יכולה לקבל במהלך תקופה זו, כלומר, P'{NE}=P{max} - P_{min} (עם האנרגיה הניתנת לאחסון מינימלית (3-5 דקות), שבה האנרגיה הניתנת לאחסון מינימלית (3-5) ייצור במהלך t₁–t₂ ניתן להשיג רק באמצעות צמצום רוח/שמש).

ניתן לראות שללא אגירת אנרגיה, ניתן להגביל את תפוקת האנרגיה המתחדשת במהלך t₁–t₂ בלבד; עם זאת, עם אגירת אנרגיה, טעינה במהלך t₁–t₂ ופריקה במהלך t₃–t₄ מעבירות את עקומת העומס המקבילה האפקטיבית ∑P_i בטווח של P_{min} ו-P_{max}, הימנעות ממגבלות תפוקת אנרגיה מתחדשת וצמצום רוח/שמש, משפרת את יכולת הספיגה של האנרגיה המתחדשת, ומשפרת את יכולת הספיגה של האנרגיה המתחדשת,' יעילות. ההספק P_{BESS} של BESS (מערכת אחסון אנרגיה בסוללות) הוא:
P_{BESS}=max( P_{min} - ∑P_{min}, ∑P_{max} - ∑P_{max} ) (3-6)
האנרגיה E_{BESS} של BESS היא:

E_{BESS}=max{ μ_c ∫{t₁}^{t₂} (P{min} - ∑P_i) dt , 1/μ_d ∫{t₃}^{t₄} (∑P_i -dmax}

אֵיפֹה:

 

• μ_c - יעילות הטעינה של מערכת אגירת האנרגיה;
• μ_d -- יעילות פריקה של מערכת אגירת האנרגיה.

מחקר נוסף במובן הרחב יותר מראה כי עבור פסגות עומס ועמקים שלעתים קרובות מתארכים, הגדרת מערכת אחסון אנרגיה בקיבולת מסוימת יכולה למעשה להפחית את ההבדל -בעמק, כפי שמוצג באיור.

רמת השיפור בהפרש שיא העומס-בעמק היא:

• איפה פ_imaxהוא העומס המרבי הצפוי;
• P_imaxהוא העומס המינימלי הצפוי.

שיטת תצורת מערכת אגירת האנרגיה דומה לקודמת ולא תחזור על עצמה.

שפר את דיוק הניבוי

על פי NBT32011-2013 "דרישות טכניות למערכת חיזוי כוח של תחנת כוח פוטו-וולטאית", השגיאה הממוצעת של בסיס מרובע של חיזוי-לטווח קצר במהלך תקופת ייצור החשמל של תחנת כוח פוטו-וולטאית (לא כולל תקופות עם תפוקה מוגבלת) צריכה להיות פחות מ-0.15, ושיעור המעבר החודשי גבוה מ-80; השגיאה הבסיסית של השעה הרביעית של חיזוי אולטרה-לטווח קצר צריך להיות פחות מ-0.1, ושיעור המעבר החודשי צריך להיות גדול מ-85%.

על פי "אמצעי ביניים לניהול חיזוי כוח חוות רוח והתרעה מוקדמת", השגיאה המקסימלית של עקומת התחזית היומית של חוות רוח לא תעלה על 25%, טעות-תחזית בזמן אמת לא תעלה על 15%, והשגיאה הריבועית הבסיסית של התחזית לכל היום תהיה פחות מ-20%.

 

גם תחזיות לטווח קצר- וגם-קצר-תחזיות מספקות נתוני תחזיות במרווחים של 15 דקות. לכן, ניתן לפלח ולשלוט בתפוקה של מקורות אנרגיה חדשים במרווחים של 15 דקות, עם 96 מקטעי בקרה לאורך היום. רוחב הפס של שגיאת הבקרה המותרת ΔP נקבע על סמך השגיאה המקסימלית המותרת במפרט הטכני הרלוונטי לחיזוי. כפי שמוצג באיור 3-8, P(1) ו-Pe(2) הם ערכי ההספק החזויים עבור מרווחי 15 הדקות הראשונה והשנייה, בהתאמה, בעוד ש-AP הוא רוחב הפס המותר של השגיאה, המוגדר ל-15% מהקיבולת המותקנת של ייצור חשמל חדש.

החלקת וריאציות קצרות-לטווח קצר של ייצור חשמל חדש

קצב השינוי-הזמן הקצר של ייצור חשמל חדש אמור לעמוד גם בדרישות של יציבות מערכת החשמל. מגבלות רשת החשמל הנוכחיות עבור וריאציית ההספק האקטיבית של ייצור חשמל מחובר-חדשה מוצגות בטבלה למטה.

ביישומים להחלקת אנרגיה מתחדשת, ה-BESS (מערכת אלמנטים מצוידת בכוח) משמשת לאחסון ולשחרור ייצור חשמל של אנרגיה מתחדשת, לדיכוי תנודות הספק ברמת הספק-דקות במערכת המחוברת-לרשת האנרגיה המתחדשת. זה מבטיח שתנודת הפלט המשולבת P של אחסון האנרגיה PBEss (Power Element System) והאנרגיה המתחדשת Pv (Power V) עומדת בדרישות הטכניות האמורות לעיל, כאשר מרווח זמן הבקרה מוגדר לרוב לדקה אחת. עם זאת, בניגוד לאלגוריתמים המשפרים את דיוק הניבוי, גישה זו מתמקדת בעיקר בתנודות ההספק של תפוקת אנרגיה מתחדשת. לכן, בבחירת ההספק המדורג הספציפי של ה-BESS, מקור מדגם הנתונים לניתוח סטטיסטי וניתוח הסתברות יהיה רמת הדקה-ושינויי הספק פעילים ברמת 10-דקות של תפוקת אנרגיה מתחדשת.

תכנון ההספק והקיבול של BESS עדיין יכול להתבסס על סטטיסטיקת ההסתברות של שינויי הספק בעבר והשינויים המצטברים בצריכת החשמל, במטרה לעמוד בדרישות ההחלקה ב-80% עד 90% מהמקרים. זה לא יחזור כאן. כדי להבטיח שטווח תנודות ההספק עומד בדרישות לעיל, נעשה שימוש בשני אלגוריתמים עיקריים של בקרת הספק של BESS:

• האחת היא שיטת הגבלת הנקודה-לפי-נקודה;
• השני הוא שיטת הסינון-נמוך.

שיטת הגבלת נקודה-לפי-נקודה

 

אם לוקחים את האיור כדוגמה, האיור מציג השוואה גדולה בין תפוקת האנרגיה החדשה P_לא(j) בזמן j והפלט המשולב P(J-n) במהלך 10 הדקות האחרונות. ניתן לראות שבזמן (j-3), כלומר השינוי בין P(j-3) ל-P_לא(י) הוא הגדול ביותר, והוא חורג מהמקסימום של 10 דקות. מההשוואה עולה כי △P₁₀.

לכן, על מנת לעמוד במגבלת תנודת ההספק של 10 דקות, טווח התפוקה של BESS (חיובי לטעינה, שלילי לפריקה) הוא:

שיטת סינון-נמוכה

 

בהתבסס על עקרון הסינון בעיבוד אותות, כפי שמוצג באיור, מסנן המעבר הנמוך- הופך את אות הפלט לחלק יותר על ידי חיבור או הפחתה של משרעת אות הכניסה. באופן דומה, הגישה של BESS תשיג גם החלקה של תנודת ההספק של תחנת הכוח האנרגיה החדשה באמצעות בקרת הטעינה והפריקה שלה, כדי לעמוד בדרישות הטכניות הרלוונטיות.

הערך הצפוי של הרשת הכוללת-הספק המחובר ∑P\\sum P∑P ניתן על ידי:

עשה דיסקרטיות של הנתונים, כאשר t הוא תקופת הבקרה, ואנחנו לוקחים דקה אחת:

∑P(j)=(τ / (τ + t)) * ∑P(j-1) + (t / (τ + t)) * P_ne(j)

נתון ∑P(j)=P_ne(j) - P_bess(j)

P_bess(j)=(τ / (τ + t)) * (P_ne(j) - ∑P(j-1))

P_bess(j)=(τ / (τ + t)) * (∑P(j) - ∑P(j-1))

בהתאם לדרישות הטכניות של תנודות הספק-מחוברות ברשת, טווח התנודות של רמת הדקות של ∑P(j) חייב לעמוד ב:

|∑P(j) - ∑P(j-1)| פחות או שווה ל-min(ΔP_i, 0.1 P_0)

החלפת נוסחת החישוב עבור P_בס(י) אנו משיגים: