«Умеренный» — это новый «крайний»: влияние погоды на растущую работу возобновляемых сетей

Важные новости

Умеренный

Фото: CC0 Public Domain

От сильных штормов до недавних беспрецедентных волн холода и жары, экстремальные погодные явления влияют на электроэнергетические предприятия, операторов сетей и, в конечном счете, на потребителей, как никогда раньше. . В то же время источники энергии, питающие сеть, развиваются, включая все больше возобновляемых источников.

Эта эволюция как погоды, так и электросетей поднимает новые вопросы о пересечении экстремальных погодных условий и электросетей – и о том, как поддерживать и повышать надежность энергосистемы по мере увеличения доли возобновляемых источников энергии, зависящих от погоды. В первом в своем роде исследовании аналитики Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL) и компании Sharply Focused смоделировали сценарии, чтобы понять ответы на эти вопросы и изменить наше понимание «экстремальной погоды».

«В нашем исследовании изучались два вопроса», — сказал Марти Шварц, инженер энергетических систем NREL и соавтор отчета. «Во-первых, мы изучили, усложняет ли увеличение уровня ветровой и солнечной энергии надежную эксплуатацию энергосистемы во время экстремальных погодных явлений. Во-вторых, мы оценили, изменяют ли эти возобновляемые технологии те типы погодных явлений, которые мы считаем «экстремальными», исходя из их воздействия. к сеточным операциям.»

Понимание будущего через прошлое

Для создания сценариев, используемых в исследовании, аналитики обратились к общедоступной флагманской модели планирования мощностей для энергетического сектора NREL — Regional Energy Deployment System (ReEDS) — которая моделирует эволюцию основной энергосистемы. ReEDS смоделировала, как система может выглядеть в 2024, 2036 и 2050 годах, показывая переменные уровни возобновляемой генерации в 17%, 50% и 65% годового спроса соответственно.

Аналитики также собрали исторические данные о погоде и записи отдельных погодных явлений в период с 2007 по 2013 год, а также доступность ветровых и солнечных ресурсов, смоделированную с помощью набора инструментов NREL для интеграции национального набора данных по ветровой интеграции (WIND), Национальной базы данных солнечного излучения (NSRDB) и исторических профилей электрической нагрузки. Эти данные определили погодные явления, которые важно учитывать разработчикам моделей, коммунальным предприятиям и регулирующим органам в их долгосрочном планировании.

Погодные явления на основе исторических данных были разделены на две широкие категории: 1) «высокоопасные» такие явления, как волны холода, штормы в средних широтах, волны тепла и тропические системы; и 2) «события, создающие проблемы с планированием», включая периоды низкой доступности возобновляемых источников энергии и высокого спроса на электроэнергию, а также высокого спроса и низкого спроса.

Имея свои будущие сценарии сетки и различные исторические данные о погоде, аналитики решили проверить, как они могут взаимодействовать.

Эволюция волны холода в феврале 2011 г., показывающая температуру по всей стране (справа) и историческую электрическую нагрузку для отдельных регионов (слева). <р>Создавая новое восприятие «экстремального»

Когда мы думаем об экстремальных погодных условиях сегодня, мы, естественно, представляем себе события, которые вызывают серьезные нарушения в нашей повседневной жизни и достойны первого места. новости – которые сейчас в центре внимания, когда мы вступаем в сезон ураганов. Однако NREL обнаружила, что воздействие экстремальных погодных явлений на энергосистему не увеличивается по мере того, как в сеть добавляется больше ветра и солнца.

Это связано с тем, что энергия ветра и солнца остается доступной даже во время экстремальных погодных явлений из-за метеорологии самих явлений. Волна жары, которая вызывает более высокую нагрузку на энергосистему из-за использования вентиляторов и кондиционеров, также часто совпадает с солнечными днями, которые обеспечивают высокий уровень солнечной генерации. Аналогичным образом, сильный зимний холодный фронт, который увеличивает потребность в отоплении, также вызывает сильные порывы ветра, которые могут обеспечить выработку энергии ветром для удовлетворения этих потребностей.

С другой стороны, аналитики обнаружили, что умеренно суровые, но не экстремально жаркие/холодные погодные условия, возникающие одновременно с длительными периодами слабого ветра и солнечных ресурсов, могут стать новой «экстремальной» погодой, когда дело доходит до воздействия на работу энергосистемы. /p>

«Эти выводы специфичны и ограничены погодой, которая имела место в наборе исторических данных, и рассматриваемыми будущими грид-инфраструктурами, но они указывают на общий вывод», объяснил Шварц, «который заключается в том, что наиболее относительно погодных явлений в сетке будущего отличаются от относящихся к сегодняшним событиям.»

В конечном итоге анализ позволил получить восемь ключевых выводов, изложенных в отчете об исследовании.

Эволюция той же волны холода 2011 года, показывающая совокупное производство электроэнергии для выбранных регионов (вверху слева), ветровые ресурсы (вверху справа), историческую нагрузку для тех же выбранных регионов (внизу слева) и солнечные фотоэлектрические ресурсы (внизу справа).

Навигация по затишью после бури

Изменение восприятия экстремальных погодных явлений, возникшее в результате полученных результатов, иллюстрируется затишьем ветра, которое часто следует за тем, как холодный фронт проходит через регион. В зимние месяцы, когда солнечной энергии уже мало, будущая сеть будет в большей степени полагаться на энергию ветра. Как правило, ветрогенерация обильна в непосредственной близости от холодных фронтов, но за этими фронтами часто следует затишье ветров различной степени тяжести с продолжающимися холодами, которые вызывают постоянные высокие нагрузки, поскольку люди обогревают и освещают свои дома.

Размер выборки погодных явлений, изученных в исследовании, позволяет предположить, что спокойные дни после наступления волны холода могут быть одними из наиболее важных погодных условий, которые планировщикам следует учитывать при определении потребностей в мощности для будущих систем, которые полагаются на высокие уровни переменной генерации из возобновляемых источников.

Разработчики систем, политики и исследователи могут использовать полученные результаты для проверки устойчивости к погодным условиям и достаточности ресурсов будущей инфраструктуры энергосистемы. Анализ также можно использовать для проверки эффективности интегрированных планов использования ресурсов или для изучения компромиссов и преимуществ между различными вариантами политики.

Взгляд в будущее

Аналитики, стоящие за исследованием, предупредили, что, несмотря на ограничения исследования, его результаты важны для понимания воздействия экстремальных погодных условий в целостном ключе — что происходит не только во время пика шторма, но и после него, а также для планирования периодов низкой выработки возобновляемой энергии, поскольку сеть приводится в движение большим количеством возобновляемой энергии.

Эти первоначальные результаты следует в дальнейшем применять к дополнительным сценариям энергосистемы и даже большему количеству погодных условий за пределами ограниченной выборки погодных явлений исследования с 2007 по 2013 год. Аналитики особенно заинтересованы в изучении более недавних погодных явлений, которые могут отразить влияние изменения климата на погодные условия.

«Мы надеемся, что это первоначальное исследование поможет нам углубить наше понимание экстремальных погодных явлений в сети, которая все больше использует возобновляемые источники энергии, — сказал Шварц, — и подготовит нас к дальнейшей работе по точному планированию и надежной надежности энергосистемы будущего».

Дополнительная информация: Джош Новачек и др., Эволюция роли экстремальных погодных явлений в энергосистеме США с высокими уровнями переменных Возобновляемая энергия. www.nrel.gov/docs/fy22osti/78394.pdf Предоставлено Национальной лабораторией возобновляемой энергии

Новости сегодня

Последние новости