Задача сети - обеспечение требуемой генерации и обработка двунаправленного потока электроэнергии, а также применять альтернативные конфигурации сети и координировать планирование и операции между многочисленными участниками и юрисдикциями.
Однако в настоящее время в сетях стран мира отмечается много проблем. После крупных отключений электроэнергии в 2020 и 2021 годах в связи с чрезвычайными ситуациями, стало понятно, что электрическая сеть должна быть более устойчивой. Поэтому именно сегодня назрела необходимость изменения структуры электросети: как системы передачи, так и системы распределения.
Изменение характеристик и ограничений трансформирующей энергосистемы парка.
Основные проблемы в сети связаны с изменяющимся парком генерирующих технологий, которые коренным образом меняют эксплуатационные характеристики и ограничения энергосистемы. «Солнечная и ветряная генерации не являются традиционными», такими как атомная, гидроэнергетическая, угольная, газовая, геотермальная и концентрированная солнечная энергия, которые используют синхронные генераторы для подключения к сети. Переменные ресурсы подключаются к сети при помощи инверторов, после установки которых и возникают проблемы, связанные с поддержкой частоты (для инерции), поддержкой напряжения, возможностью формирования сети, запуском, проблемами защиты при более низких токах короткого замыкания, а также взаимодействием и резонансом системы управления.
Другие проблемы заключаются в том, что нет достаточных возможностей для использования возобновляемых ресурсов. Поэтому более широкое использование переменной генерации потребует большей гибкости системы. Это, в свою очередь, потребует новых методов планирования для оценки достаточности ресурсов, устойчивости и учета гибкости системы. Новые решения включают в себя улучшенную работу системы и прогнозирование. Переменные возобновляемые ресурсы также могут предоставлять «услуги», такие как быстрая поддержка частоты и напряжения или сокращение подачи энергии для создания резервов. Гибкость системы при более высокой относительной стоимости или сложности реализации невозможна без модернизации, ориентированной на гибкость.
В основном возобновляемые ресурсы расположены далеко от центров нагрузки. Поэтому возобновляемая генерация предполагает межрегиональную передачу через магистральную сеть высокого напряжения и межузловые сети, а также региональную передачу, которая включает в себя связи для крупномасштабной солнечной или ветряной генерации в центры нагрузки. Местная передача должна будет перейти от односторонних систем доставки энергии и преобразоваться в сети «сбора генерации» для солнечных, ветряных и аккумуляторных электростанций. Это будет включать в себя трансформацию систем распределения, которые все больше требуется для управления возрастающим количеством ресурсов, генерирующих и изменяющих нагрузку. Будущие сети также должны будут поддерживать системы, принадлежащие покупателям / продавцам, в том числе микросети, для предоставления энергетических услуг на оптовых рынках.
Накопители энергии.
Накопление энергии имеет решающее значение для гибридной интеграции возобновляемых источников энергии. И поэтому обществу нужны все формы хранения энергии: от секундной поддержки частоты до поддержки сезонных колебаний ветра и солнца. Исследование Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии показало, что для декарбонизированной сети может потребоваться 2300 ГВт-ч хранилищ по сравнению с 300 ГВт-ч, установленными сегодня. Важнейшее значение будет иметь долговременное хранение энергии в течение более 10 часов, что намного больше, чем четырехчасовые системы, доступные в настоящее время.
Потребуется кардинальная структурная трансформация.
Дополнения физической инфраструктуры могут означать «резкое структурное преобразование» системы доставки. Но, для повышения видимости и ситуационной осведомленности об этих новых активах, а также для значительного повышения их управляемости, все они должны иметь цифровую основу. Конечной целью является «эволюция электрической сети в электрическую сеть». Сегодня сеть больше похожа на систему автомагистралей, в будущем же она будет больше похожа на Интернет, который контролирует поток энергии.
Вопрос в том, как наиболее эффективно и экономически выгодно осуществить эти изменения. Рассмотрим два возможных сценария. Можно установить крупномасштабное производство высоковольтных сетей переменного / постоянного тока, дополненное хранилищами для размещения возобновляемых источников энергии. Или создавать распределенные источники энергии (DER) для питания всей нагрузки на местном уровне. Будущее находится где-то посередине, нужно создать систему массового потребления, по-прежнему нужна мощная система передачи, которая может поставлять энергию от места, где она производится, до места использования.
Решение в конечном итоге потребует усиления взаимосвязи между восточными и западными межсетевыми соединениями, а также создания микросетей для поддержки системы доставки. Микросети – представляют собой строительные блоки, и если один блок выйдет из строя, то другие блоки возьмут на себя его функцию. Следующая «волна» DER будет включать в себя интеграцию накопителей энергии, электромобилей и других подключенных интеллектуальных DER.
