Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Распределенная генерация , также распределенная энергия , локальная генерация ( OSG ) [1] или районная / децентрализованная энергия - это генерация и хранение электроэнергии, выполняемые множеством небольших, подключенных к сети или подключенных к распределительной системе устройств, называемых распределенной энергией. ресурсы ( DER ). [2]

Обычные электростанции , такие как угольные , газовые и атомные электростанции, а также плотины гидроэлектростанций и крупные солнечные электростанции являются централизованными и часто требуют передачи электроэнергии на большие расстояния. В отличие от этого, системы DER представляют собой децентрализованные, модульные и более гибкие технологии, расположенные рядом с нагрузкой, которую они обслуживают, хотя и имеют мощность всего 10 мегаватт (МВт) или меньше. Эти системы могут включать в себя несколько компонентов генерации и хранения; в этом случае они называются гибридными энергосистемами .

В системах DER обычно используются возобновляемые источники энергии , включая малые гидроэлектростанции , биомассу , биогаз , солнечную энергию , энергию ветра и геотермальную энергию , и они играют все более важную роль в системе распределения электроэнергии . Подключенное к сети устройство для хранения электроэнергии также может быть классифицировано как система DER и часто называется распределенной системой хранения энергии ( DESS ). С помощью интерфейса можно управлять системами DER и координировать их в рамках интеллектуальной сети.. Распределенное производство и хранение позволяет собирать энергию из многих источников и может снизить воздействие на окружающую среду и повысить надежность энергоснабжения.

Одна из основных проблем с интеграцией РЭЭ, таких как солнечная энергия, энергия ветра и т. Д., - это неопределенный характер таких источников электроэнергии. Эта неопределенность может вызвать несколько проблем в системе распределения: (i) она делает отношения спроса и предложения чрезвычайно сложными и требует сложных инструментов оптимизации для балансировки сети, и (ii) она оказывает большее давление на передающую сеть, [3 ] и (iii) это может вызвать обратный поток мощности от системы распределения к системе передачи. [4]

Микросети - это современные локализованные маломасштабные сети [5] [6] в отличие от традиционной централизованной электросети (макросети). Микросети могут отключаться от централизованной сети и работать автономно, повышая устойчивость сети и помогая смягчить нарушения в сети. Обычно они представляют собой низковольтные сети переменного тока, часто используют дизельные генераторы и устанавливаются населением, которое они обслуживают. Микросети все чаще используют смесь различных распределенных энергетических ресурсов, таких как солнечные гибридные энергосистемы , которые значительно сокращают количество выбрасываемого углерода.

Обзор [ править ]

Исторически центральные станции были неотъемлемой частью электрической сети, в которой крупные генерирующие объекты специально располагались либо рядом с ресурсами, либо иным образом вдали от населенных центров нагрузки . Они, в свою очередь, снабжают традиционную сеть передачи и распределения (T&D), которая распределяет большую часть энергии по центрам нагрузки, а оттуда - потребителям. Они были разработаны, когда затраты на транспортировку топлива и внедрение генерирующих технологий в населенные районы намного превышали затраты на разработку объектов T&D и тарифы. Центральные электростанции обычно проектируются таким образом, чтобы воспользоваться доступной экономией на масштабе в зависимости от конкретной площадки, и строятся как «разовые» проекты по индивидуальному заказу.

Эта экономия на масштабе начала давать сбой в конце 1960-х годов, и к началу 21-го века Central Plants, возможно, больше не могла поставлять конкурентоспособно дешевую и надежную электроэнергию более удаленным потребителям через сеть, потому что станции стали стоить меньше, чем сеть и стала настолько надежной, что почти все сбои в электроснабжении происходили в сети. [ необходимая цитата ] Таким образом, сеть стала основным фактором затрат на электроэнергию удаленных потребителей и проблем с качеством электроэнергии, которые стали более острыми, поскольку цифровое оборудование требовало чрезвычайно надежного электричества. [7] [8] Повышение эффективности больше не происходит за счет увеличения генерирующих мощностей, а за счет меньших единиц, расположенных ближе к местам спроса. [9][10]

Например, угольные электростанции строятся вдали от городов, чтобы их сильное загрязнение воздуха не сказывалось на населении. Кроме того, такие заводы часто строят возле угольных шахт, чтобы минимизировать затраты на транспортировку угля. Гидроэлектростанции по своей природе ограничены работой на участках с достаточным водным потоком.

Низкое загрязнение окружающей среды является решающим преимуществом электростанций комбинированного цикла, работающих на природном газе . Низкое загрязнение позволяет растениям располагаться достаточно близко к городу, чтобы обеспечивать централизованное отопление и охлаждение.

Распределенные энергоресурсы производятся массово, имеют небольшие размеры и менее привязаны к конкретным объектам. Их развитие возникло из:

  1. озабоченность по поводу предполагаемых внешних затрат на производство центральной электростанции, особенно экологические проблемы;
  2. возрастающий возраст, износ и ограничения мощности на T&D для большой мощности;
  3. растущая относительная экономия массового производства более мелких бытовых приборов по сравнению с тяжелым производством более крупных единиц и строительством на месте;
  4. Наряду с более высокими относительными ценами на энергию, более высокой общей сложностью и общими затратами на регулирующий надзор, администрирование тарифов, учет и выставление счетов.

Рынки капитала пришли к пониманию того, что ресурсы подходящего размера для индивидуальных клиентов, распределительных подстанций или микросетей могут предложить важные, но малоизвестные экономические преимущества по сравнению с центральными станциями. Меньшие единицы предлагали большую экономию от массового производства, чем большие могли получить за счет размера единицы. Такая повышенная ценность - за счет улучшения финансового риска, инженерной гибкости, безопасности и качества окружающей среды - этих ресурсов часто может более чем компенсировать их очевидные недостатки в стоимости. [11] DG, по отношению к центральным предприятиям, должен быть обоснован на основе жизненного цикла. [12] К сожалению, многие прямые и практически все косвенные выгоды от DG не отражаются в традиционном учете денежных потоков коммунальных предприятий .[7]

Хотя приведенная стоимость распределенной генерации (DG) обычно дороже, чем у традиционных централизованных источников на основе киловатт-часов, при этом не учитываются отрицательные аспекты традиционных видов топлива. Дополнительная надбавка к ГД быстро снижается по мере роста спроса и развития технологий, [ цитата необходима ] [13] [14], а достаточный и надежный спрос может принести экономию за счет масштаба, инновации, конкуренцию и более гибкое финансирование, что может сделать ГД чистыми. энергетическая часть более диверсифицированного будущего. [ необходима цитата ]

Распределенная генерация снижает количество энергии, теряемой при передаче электричества, потому что электричество вырабатывается очень близко от того места, где оно используется, возможно, даже в том же здании. Это также уменьшает размер и количество линий электропередач, которые необходимо построить.

Типичные системы DER в схеме зеленого тарифа (FIT) имеют низкие эксплуатационные расходы, низкий уровень загрязнения и высокую эффективность. В прошлом эти черты требовали преданных своему делу инженеров-технологов и крупных сложных заводов для уменьшения загрязнения. Тем не менее, современные встроенные системы могут обеспечить эти характеристики с помощью автоматизированной работы и использования возобновляемых источников энергии , таких как солнечная , ветровая и геотермальная . Это уменьшает размер электростанции, которая может приносить прибыль.

Четность сетки [ править ]

Сетевой паритет возникает, когда альтернативный источник энергии может вырабатывать электроэнергию по нормированной стоимости ( LCOE ), которая меньше или равна розничной цене конечного потребителя. Достижение сетевого паритета считается точкой, в которой источник энергии становится претендентом на широкое развитие без субсидий или государственной поддержки. С 2010-х годов паритет энергосистемы для солнечной и ветровой энергии стал реальностью на все большем числе рынков, включая Австралию, несколько европейских стран и некоторые штаты США [15].

Технологии [ править ]

Системы с распределенными энергоресурсами ( DER ) - это маломасштабные технологии производства или хранения энергии (обычно в диапазоне от 1 кВт до 10 000 кВт) [16], используемые для обеспечения альтернативы или улучшения традиционной системы электроэнергетики. Системы DER обычно характеризуются высокими начальными капитальными затратами на киловатт. [17] Системы DER также служат в качестве накопителя и часто называются распределенными системами накопления энергии (DESS). [18]

Системы DER могут включать в себя следующие устройства / технологии:

  • Комбинированная тепловая энергия (ТЭЦ) [19], также известная как когенерация или тригенерация.
  • Топливные элементы
  • Гибридные энергосистемы ( гибридные солнечные и ветряные гибридные системы)
  • Микро-теплоэлектроцентраль (МикроТЭЦ)
  • Микротурбины
  • Фотоэлектрические системы (обычно солнечные фотоэлектрические панели на крыше )
  • Поршневые двигатели
  • Малые ветроэнергетические установки
  • Двигатели Стирлинга
  • или комбинация вышеперечисленного. Например, гибридные фотоэлектрические , когенерационные и аккумуляторные системы могут обеспечить полную электроэнергию для односемейных домов без чрезмерных затрат на хранение. [20]

Когенерация [ править ]

В распределенных источниках когенерации для вращения генераторов используются паровые турбины, топливные элементы , работающие на природном газе , микротурбины или поршневые двигатели [21] . Горячий выхлоп затем используется для обогрева помещения или воды, или для привода абсорбционного чиллера [22] [23] для охлаждения, например, для кондиционирования воздуха . В дополнение к схемам на основе природного газа, проекты распределенной энергетики могут также включать другие виды возобновляемого или низкоуглеродного топлива, включая биотопливо, биогаз , свалочный газ , газ сточных вод , метан угольных пластов , синтез-газ ипопутный нефтяной газ . [24]

В 2013 году консультанты Delta-ee заявили, что с 64% мировых продаж микрокомбинированные тепловые и электрические топливные элементы превзошли традиционные системы по продажам в 2012 году. [25] В 2012 году в Японии было продано 20 000 единиц в рамках проекта Ene Farm. При сроке службы около 60 000 часов для блоков топливных элементов PEM , которые отключаются в ночное время, это соответствует расчетному сроку службы от десяти до пятнадцати лет. [26] По цене 22 600 долларов США до установки. [27] На 2013 год действует государственная субсидия на 50 000 единиц. [26]

Кроме того, в качестве распределенного энергетического ресурса используются топливные элементы с расплавленным карбонатом и твердые оксидные топливные элементы, использующие природный газ, например, от FuelCell Energy и энергетического сервера Bloom , или процессы преобразования отходов в энергию, такие как Gate 5 Energy System. .

Солнечная энергия [ править ]

Дополнительная информация: Фотоэлектрическая система

Фотогальваника , безусловно, самая важная солнечная технология для распределенного производства солнечной энергии , использует солнечные элементы, собранные в солнечные панели, для преобразования солнечного света в электричество. Это быстрорастущая технология, удваивающая установленную мощность по всему миру каждые пару лет. Фотовольтаические системы варьируются от распределенных, жилых и коммерческих комплексных установок на крыше или в зданиях до крупных централизованных фотоэлектрических электростанций коммунального масштаба .

Преобладающей фотоэлектрической технологией является кристаллический кремний , в то время как на тонкопленочные солнечные элементы приходится около 10 процентов глобального развертывания фотоэлектрических систем. [28] : 18,19 В последние годы фотоэлектрическая технология повысила эффективность преобразования солнечного света в электричество , снизила стоимость установки на ватт, а также время окупаемости энергии (EPBT) и повысила стоимость электроэнергии (LCOE) и достигла сетевой паритет по крайней мере на 19 различных рынках в 2014 году. [29]

Поскольку большинство возобновляемых источников энергии источников и , в отличие от угля и ядерной, солнечной PV является переменной и не- диспетчеризации , но не расходы топлива, эксплуатационных загрязнений окружающей среды, а также значительно уменьшить проблемы горно-безопасности и операционной безопасности. Он вырабатывает пиковую мощность каждый день около полудня по местному времени, а его коэффициент мощности составляет около 20 процентов. [30]

Энергия ветра [ править ]

Основная статья: Энергия ветра

Ветровые турбины могут быть распределенными энергоресурсами или они могут быть построены в масштабах коммунального предприятия. У них низкие эксплуатационные расходы и низкий уровень загрязнения, но распределенный ветер, в отличие от ветра коммунального масштаба, имеет гораздо более высокие затраты, чем другие источники энергии. [31] Как и солнечная энергия, энергия ветра переменная и неуправляемая. У ветряных башен и генераторов есть существенные страховые обязательства, вызванные сильным ветром, но высокая эксплуатационная безопасность. Распределенная генерация из ветроэнергетических гибридных систем объединяет энергию ветра с другими системами РЭБ. Одним из таких примеров является интеграция ветряных турбин в гибридные солнечные энергетические системы , поскольку ветер имеет тенденцию дополнять солнечную, поскольку пиковые времена работы каждой системы приходятся на разное время дня и года.

Гидроэнергетика [ править ]

Основные статьи: Малая гидроэнергетика и волновая энергия

Гидроэлектроэнергия является наиболее широко используемой формой возобновляемой энергии, и ее потенциал уже в значительной степени изучен или находится под угрозой из-за таких проблем, как экологическое воздействие на рыболовство и возросший спрос на доступ к рекреационным объектам. Тем не менее, использование современных технологий 21 века, таких как энергия волн , может сделать доступными большие объемы новых гидроэнергетических мощностей с незначительным воздействием на окружающую среду.

Модульные и масштабируемые турбины нового поколения с кинетической энергией могут быть развернуты в виде массивов для удовлетворения потребностей в жилом, коммерческом, промышленном, муниципальном или даже региональном масштабе. Микрогидрокинетические генераторы не требуют плотин или водохранилищ, поскольку они используют кинетическую энергию движения воды, волн или потока. Никакого строительства не требуется на береговой линии или на морском дне, что сводит к минимуму воздействие на среду обитания и упрощает процесс выдачи разрешений. Такое производство электроэнергии также оказывает минимальное воздействие на окружающую среду, и нетрадиционные микрогидро-приложения могут быть привязаны к существующим сооружениям, таким как доки, пирсы, опоры мостов или аналогичные конструкции. [32]

Из отходов в энергию [ править ]

Основные статьи: Отходы в энергию и отходы в энергию растений

Твердые бытовые отходы (ТБО) и природные отходы, такие как отстой сточных вод, пищевые отходы и навоз, будут разлагаться и выделять метансодержащий газ, который можно собирать и использовать в качестве топлива в газовых турбинах или микротурбинах для производства электроэнергии в качестве распределенного энергоресурса. . Кроме того, калифорнийская компания Gate 5 Energy Partners, Inc. разработала процесс преобразования природных отходов, таких как осадок сточных вод, в биотопливо, которое можно сжигать для приведения в действие паровой турбины, вырабатывающей электроэнергию. Эту мощность можно использовать вместо электросети в источнике отходов (например, на очистных сооружениях, фермах или молочных заводах).

Хранение энергии [ править ]

Основная статья: Сетевое хранилище энергии

Распределенный энергетический ресурс не ограничивается выработкой электроэнергии, но может также включать в себя устройство для хранения распределенной энергии (DE). [18] Приложения распределенных систем хранения энергии (DESS) включают в себя несколько типов батарей, гидроаккумуляторы , сжатый воздух и аккумуляторы тепловой энергии . [33] : 42 Доступ к накопителю энергии для коммерческих приложений легко доступен через такие программы, как накопление энергии как услуга (ESaaS).

PV хранилище [ править ]

Общие технологии аккумуляторов, используемые в сегодняшних фотоэлектрических системах, включают свинцово-кислотные аккумуляторы с регулируемым клапаном ( свинцово-кислотные ), никель-кадмиевые и литий-ионные аккумуляторы . По сравнению с другими типами свинцово-кислотные батареи имеют более короткий срок службы и более низкую плотность энергии. Однако из-за их высокой надежности низкий саморазряд(4–6% в год), а также низкие капиталовложения и затраты на техническое обслуживание, они в настоящее время являются преобладающей технологией, используемой в небольших домашних фотоэлектрических системах, поскольку литий-ионные батареи все еще разрабатываются и примерно в 3,5 раза дороже свинцовых. -кислые батареи. Кроме того, поскольку накопители для фотоэлектрических систем являются стационарными, более низкая плотность энергии и мощности и, следовательно, больший вес свинцово-кислотных аккумуляторов не так важны, как для электромобилей . [34] : 4,9
Однако литий-ионные батареи, такие как Tesla Powerwall , могут заменить свинцово-кислотные батареи в ближайшем будущем, поскольку они интенсивно развиваются, и ожидается снижение цен из-за эффекта масштаба, обеспечиваемого крупными производственными предприятиями, такими как Гигафабрика 1 . Кроме того, литий-ионные аккумуляторы подключаемых к электросети электромобилей могут служить в качестве устройств хранения в будущем, поскольку большинство транспортных средств припарковано в среднем 95 процентов времени, их батареи могут использоваться для передачи электричества от автомобиля к источнику питания. линии и обратно. Другие аккумуляторные батареи, которые рассматриваются для распределенных фотоэлектрических систем, включают натрий-серные и окислительно-восстановительные батареи ванадия.батареи, два известных типа расплавленной соли и проточной батареи, соответственно. [34] : 4

От транспортного средства к сети [ править ]

У будущих поколений электромобилей может быть возможность доставлять энергию от батареи в транспортную сеть в сеть, когда это необходимо. [35] сеть электрического транспортного средства имеет потенциал , чтобы служить в качестве деса. [33] : 44

Маховики [ править ]

Усовершенствованный накопитель энергии маховика (FES) накапливает электричество, генерируемое из распределенных ресурсов, в форме угловой кинетической энергии за счет разгона ротора ( маховика ) до очень высокой скорости от 20 000 до более 50 000 об / мин в вакуумном корпусе. Маховики могут быстро реагировать, поскольку они накапливают и возвращают электроэнергию в сеть за считанные секунды. [36] [37]

Интеграция с сеткой [ править ]

По соображениям надежности ресурсы распределенной генерации будут подключены к той же сети передачи, что и центральные станции. При интеграции этих ресурсов в сеть возникают различные технические и экономические проблемы. Технические проблемы возникают в областях качества электроэнергии , стабильности напряжения, гармоник, надежности, защиты и управления. [38] [39] Поведение защитных устройств в сети должно быть проверено для всех комбинаций генерации распределенной и центральной станции. [40] Крупномасштабное развертывание распределенной генерации может повлиять на функции всей сети, такие как управление частотой и распределение резервов. [41] В результате интеллектуальные сети функционируют, виртуальные электростанции [42] [43] [44] и сетевое хранилище энергии, такое как мощность для заправочных станций, добавляются в сеть. Конфликты возникают между коммунальными предприятиями и организациями, управляющими ресурсами. [45]

У каждого ресурса распределенной генерации есть свои проблемы интеграции. Как солнечная энергия, так и энергия ветра имеют прерывистую и непредсказуемую генерацию, поэтому они создают множество проблем со стабильностью напряжения и частоты. Эти проблемы с напряжением влияют на механическое сетевое оборудование, такое как переключатели ответвлений нагрузки, которые реагируют слишком часто и изнашиваются гораздо быстрее, чем предполагали коммунальные предприятия. [46] Кроме того, без какой-либо формы хранения энергии во время высокой солнечной генерации компании должны быстро увеличить выработку во время заката, чтобы компенсировать потерю солнечной генерации. Такая высокая скорость нарастания приводит к тому, что в отрасли называют « кривой утки» ( пример ), что является серьезной проблемой для сетевых операторов в будущем. [47]Хранилище может решить эти проблемы, если оно будет реализовано. Маховики показали отличную возможность регулирования частоты. [48] Кроме того, маховики обладают высокой цикличностью по сравнению с батареями, что означает, что они сохраняют ту же энергию и мощность после значительного количества циклов (порядка 10 000 циклов). [49] Кратковременные батареи при достаточно большом масштабе использования могут помочь сгладить кривую кривой и предотвратить колебания использования генератора, а также могут помочь сохранить профиль напряжения. [50]Однако стоимость является основным ограничивающим фактором для хранения энергии, поскольку каждый метод является чрезмерно дорогим для производства в масштабе и сравнительно не энергоемким по сравнению с жидким ископаемым топливом. Наконец, еще один необходимый метод интеграции фотоэлектрических элементов для правильной распределенной генерации - использование интеллектуальных гибридных инверторов . Интеллектуальные гибридные инверторы накапливают энергию, когда ее производство превышает потребление. При высоком потреблении эти инверторы обеспечивают разгрузку системы распределения электроэнергии. [51]

Другой подход не требует интеграции сетей: автономные гибридные системы.

Устранение проблем с напряжением и частотой при интеграции DG [ править ]

Были предприняты некоторые усилия по смягчению проблем с напряжением и частотой из-за более широкого внедрения DG. В частности, IEEE 1547 устанавливает стандарт для взаимосвязи и взаимодействия распределенных энергетических ресурсов. IEEE 1547 устанавливает конкретные кривые, сигнализирующие о том, когда устранять неисправность, в зависимости от времени после нарушения и величины неравномерности напряжения или отклонения частоты. [52] Проблемы с напряжением также дают устаревшему оборудованию возможность выполнять новые операции. В частности, инверторы могут регулировать выходное напряжение ДГ. Изменение импеданса инвертора может изменить колебания напряжения ДГ, что означает, что инверторы могут управлять выходным напряжением ДГ. [53]Чтобы уменьшить влияние интеграции DG на механическое сетевое оборудование, трансформаторы и переключатели ответвлений могут реализовать определенные кривые зависимости режима отвода от напряжения, уменьшая влияние скачков напряжения из-за DG. То есть переключатели ответвлений нагрузки реагируют на колебания напряжения, которые длятся дольше, чем колебания напряжения, создаваемые оборудованием DG. [54]

Автономные гибридные системы [ править ]

Теперь можно объединить такие технологии, как фотоэлектрические элементы , батареи и когенерацию, чтобы создать автономные системы распределенной генерации. [55]

Недавние исследования показали, что такие системы имеют низкую нормированную стоимость электроэнергии . [56]

Многие авторы теперь думают, что эти технологии могут привести к массовому отказу от сети, потому что потребители могут производить электроэнергию, используя автономные системы, в основном состоящие из солнечных фотоэлектрических технологий. [57] [58] [59] Например, Институт Скалистых гор предположил, что может иметь место широкомасштабный отказ сети . [60] Это подтверждается исследованиями на Среднем Западе. [61]

Факторы стоимости [ править ]

Когенераторы также дороже на ватт, чем центральные генераторы. [ необходима цитата ] Они пользуются популярностью, потому что большинство зданий уже сжигают топливо, а когенерация может извлечь больше пользы из топлива. Местное производство не имеет потерь при передаче электроэнергии по линиям электропередач на большие расстояния или потерь энергии из-за эффекта Джоуля в трансформаторах, где в целом теряется 8-15% энергии [62] (см. Также стоимость электроэнергии по источникам ).

Некоторые более крупные установки используют генерацию с комбинированным циклом. Обычно это газовая турбина , на выхлопе которой кипит вода для паровой турбины в цикле Ренкина . Конденсатор парового цикла обеспечивает тепло для обогрева помещения или абсорбционного чиллера . Установки комбинированного цикла с когенерацией имеют самый высокий известный тепловой КПД, часто превышающий 85%.

В странах с газораспределением высокого давления можно использовать небольшие турбины для доведения давления газа до внутреннего уровня при одновременном извлечении полезной энергии. Если бы Великобритания внедрила это по всей стране, стали бы доступны дополнительные 2-4 ГВт. (Обратите внимание, что энергия уже генерируется в другом месте, чтобы обеспечить высокое начальное давление газа - этот метод просто распределяет энергию по другому маршруту.)

Microgrid [ править ]

Microgrid является локализован группировкой выработки электроэнергии, хранения энергии и нагрузок , которые обычно работает , подключенную к традиционной централизованной сети ( macrogrid ). Эта единая точка общего соединения с макросетью может быть отключена. Тогда микросеть может работать автономно. [63] Генерация и нагрузка в микросети обычно связаны между собой при низком напряжении, и она может работать от постоянного, переменного тока или их комбинации. С точки зрения оператора сети, подключенной микросетью можно управлять, как если бы она была одним объектом.

Ресурсы генерации микросетей могут включать стационарные батареи, топливные элементы, солнечную, ветровую или другие источники энергии. Множественные рассредоточенные источники генерации и возможность изолировать микросеть от более крупной сети обеспечат высоконадежную электроэнергию. Вырабатываемое тепло от генерирующих источников, таких как микротурбины, можно использовать для местного технологического обогрева или обогрева помещений, что позволяет гибко выбирать между потребностями в тепле и электроэнергии.

Микросети были предложены после отключения электроэнергии в Индии в июле 2012 г . : [64]

  • Небольшие микросети, охватывающие радиус 30–50 км [64]
  • Малые электростанции 5–10 МВт для обслуживания микросетей.
  • Вырабатывайте электроэнергию на месте, чтобы снизить зависимость от линий передачи на большие расстояния и сократить потери при передаче.

По прогнозам GTM Research, к 2018 году мощность микросетей в США превысит 1,8 гигаватт [65].

Микросети были внедрены в ряде сообществ по всему миру. Например, Tesla внедрила солнечную микросеть на острове Тау в Самоа, снабжая весь остров солнечной энергией. [66] Эта локализованная производственная система помогла сэкономить более 380 кубометров (100 000 галлонов США) дизельного топлива. Он также может поддерживать остров в течение трех дней, если солнце вообще не светит в течение этого периода. [67] Это отличный пример того, как микросети могут быть реализованы в сообществах для поощрения использования возобновляемых ресурсов и локализованного производства.

Чтобы правильно спланировать и установить Microgrids, необходимо инженерное моделирование. Существует множество инструментов моделирования и оптимизации для моделирования экономических и электрических эффектов микросетей. Широко используемым инструментом экономической оптимизации является Модель принятия потребителями распределенных энергоресурсов (DER-CAM) Национальной лаборатории Лоуренса Беркли . Другой часто используемый инструмент коммерческого экономического моделирования - это Homer Energy , первоначально разработанный Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии . Разработчики Microgrid также используют некоторые инструменты для управления потоком энергии и электрического проектирования. Национальная лаборатория Pacific Northwest разработал общественный доступный инструмент GridLAB-D и электроэнергии научно - исследовательский институт (EPRI)разработан OpenDSS для моделирования системы распределения (для Microgrids). Профессиональная интегрированная версия DER-CAM и OpenDSS доступна через BankableEnergy . Европейский инструмент, который можно использовать для моделирования потребности в электричестве, охлаждении, обогреве и технологическом тепле, - это EnergyPLAN от Университета Ольборга, Дания .

Связь в системах DER [ править ]

  • IEC 61850-7-420 опубликован IEC TC 57: Управление энергосистемами и соответствующий обмен информацией. Это один из стандартов IEC 61850, некоторые из которых являются основными стандартами, необходимыми для реализации интеллектуальных сетей. Он использует услуги связи, привязанные к MMS в соответствии со стандартом IEC 61850-8-1.
  • OPC также используется для связи между различными объектами системы DER.
  • Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике Стандарт контроллера микросетей IEEE 2030.7. Эта концепция опирается на 4 блока: a) управление на уровне устройства (например, управление напряжением и частотой), b) управление локальной областью (например, передача данных), c) диспетчерский (программный) контроллер (например, упреждающая диспетчерская оптимизация ресурсов генерации и нагрузки) и d) Сетевой уровень (например, связь с коммунальным предприятием).
  • Существует большое количество сложных алгоритмов управления, что затрудняет внедрение систем управления и контроля энергопотребления для небольших и частных пользователей распределенных энергетических ресурсов (DER). В частности, модернизация систем связи и информационных систем может сделать это дорогостоящим. Таким образом, некоторые проекты пытаются упростить управление DER с помощью готовых продуктов и сделать его пригодным для массового использования (например, с помощью Raspberry Pi). [68] [69]

Юридические требования для распределенной генерации [ править ]

В 2010 году Колорадо принял закон, требующий, чтобы к 2020 году 3% электроэнергии, производимой в Колорадо, использовалось в том или ином виде распределенной генерации. [70] [71]

11 октября 2017 года губернатор Калифорнии Джерри Браун подписал закон, SB 338, который заставляет коммунальные компании планировать «безуглеродные альтернативы производству газа» для удовлетворения пикового спроса. Закон требует, чтобы коммунальные предприятия оценивали такие вопросы, как хранение энергии, эффективность и распределенные энергоресурсы. [72]

См. Также [ править ]

  • Автономное здание
  • Ответ на спрос
  • Сбор энергии
  • Хранение энергии как услуга (ESaaS)
  • Электранет
  • Передача электроэнергии
  • Производство электроэнергии
  • Рынок электроэнергии
  • Розничная торговля электроэнергией
  • Управление спросом на энергию
  • Энергоэффективность
  • Хранилище энергии
  • Накопитель энергии маховика
  • Будущее развитие энергетики
  • Зеленая энергетическая супермагистраль
  • Электрическая система с привязкой к сети
  • Водородная станция
  • IEEE 1547 ( Стандарт для соединения распределенных
    ресурсов с электроэнергетическими системами)
  • Islanding
  • Микрогенерация
  • Микросеть
  • Чистый учет
  • Пиковое бритье
  • Относительная стоимость электроэнергии, произведенной из разных источников
  • Развитие возобновляемой энергетики
  • Умный счетчик
  • Умная электросеть
  • Солнечный партизан
  • Автономная система питания
  • Устойчивая коммунальная энергетическая система
  • Тригенерация
  • Всемирный альянс за децентрализованную энергетику

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Генерация на месте: узнайте больше о наших технологиях производства энергии из возобновляемых источников» . E.ON SE . Проверено 17 декабря 2015 года .
  2. ^ «Введение в распределенную генерацию» . Virginia Tech . 2007 . Проверено 23 октября 2017 года .
  3. ^ Мохаммади Фатхабад, Аболхассан; Ченг, Цзяньцян; Пан, Кай; Цю, Фэн (2020). «Планирование на основе данных для возобновляемой распределенной генерации в распределительных системах» . Транзакции IEEE в системах питания : 1. doi : 10.1109 / TPWRS.2020.3001235 . ISSN 1558-0679 . 
  4. ^ Де Карне, Джованни; Бутикки, Джампаоло; Цзоу, Чжисян; Лизер, Марко (июль 2018 г.). «Управление обратным потоком энергии в распределительной сети ST-Fed» . Транзакции IEEE в Smart Grid . 9 (4): 3811–3819. DOI : 10.1109 / TSG.2017.2651147 . ISSN 1949-3061 . S2CID 49354817 .  
  5. ^ Салех, М .; Esa, Y .; Mhandi, Y .; Brandauer, W .; Мохамед А. (октябрь 2016 г.). «Разработка и внедрение испытательного стенда микросетей CCNY DC» . Ежегодное собрание Общества отраслевых приложений IEEE 2016 : 1–7. DOI : 10.1109 / IAS.2016.7731870 . ISBN 978-1-4799-8397-1. S2CID  16464909 .
  6. ^ Салех, MS; Althaibani, A .; Esa, Y .; Mhandi, Y .; Мохамед, AA (октябрь 2015 г.). «Влияние кластерных микросетей на их стабильность и отказоустойчивость при отключениях электроэнергии» . Международная конференция 2015 г. по интеллектуальным сетям и технологиям чистой энергии (ICSGCE) : 195–200. DOI : 10.1109 / ICSGCE.2015.7454295 . ISBN 978-1-4673-8732-3. S2CID  25664994 .
  7. ^ a b ДОЭ; Потенциальные преимущества распределенной генерации и вопросы, связанные с тарифами, которые могут препятствовать их расширению; 2007 г.
  8. ^ Ловинс; Маленькое - это прибыльно: скрытые экономические выгоды от выбора правильного размера электрических ресурсов; Институт Скалистых гор, 2002.
  9. ^ Такахаши и др .; Варианты политики для поддержки распределенных ресурсов; U. of Del., Ctr. для Energy & Env. Политика; 2005 г.
  10. ^ Хирш; 1989; цитируется в DOE, 2007.
  11. ^ Ловинс; Маленькое - это прибыльно: скрытые экономические выгоды от выбора правильного размера электрических ресурсов; Институт Скалистых гор; 2002 г.
  12. ^ Мичиган (цитата ожидается)
  13. ↑ Берке, Джереми (8 мая 2018 г.). «Одна простая диаграмма показывает, почему грядет энергетическая революция - и кто, скорее всего, победит» . Business Insider Сингапур . Проверено 18 декабря 2018 .
  14. ^ «Последний прогноз Bloomberg предсказывает быстрое падение цен на батареи» . Внутри электромобилей . 21 июня 2018 . Проверено 18 декабря 2018 .]
  15. Рианна МакФарланд, Мэтт (25 марта 2014 г.). «Сетевой паритет: почему электроэнергетикам не следует спать по ночам» . www.washingtonpost.com/ . Washingtonpost.com. Архивировано из оригинального 18 августа 2014 года . Проверено 14 сентября 2014 года .
  16. ^ «Использование распределенных энергетических ресурсов» (PDF) . www.nrel.gov . NREL. 2002. с. 1. Архивировано из оригинального (PDF) 8 сентября 2014 года . Проверено 8 сентября 2014 года .
  17. ^ http://www.NREL.gov Распределенные системы взаимосвязи энергоресурсов: обзор технологий и потребности в исследованиях , 2002 г.
  18. ^ a b http://www.smartgrid.gov Lexicon Distributed Energy Resource Архивировано 6 декабря 2017 г. на Wayback Machine
  19. ^ Du, R .; Робертсон, П. (2017). «Экономичный инвертор, подключенный к сети, для микрокомбинированной теплоэнергетической системы» . IEEE Transactions по промышленной электронике . 64 (7): 5360–5367. DOI : 10.1109 / TIE.2017.2677340 . ISSN 0278-0046 . S2CID 1042325 .  
  20. ^ Кунал К. Шах, Айшвария С. Мундада, Джошуа М. Пирс. Характеристики гибридных распределенных энергетических систем США: солнечные фотоэлектрические, аккумуляторные и комбинированные теплоэнергетические. Преобразование энергии и управление 105 , стр. 71–80 (2015).
  21. ^ Когенерация на газовых двигателях , http://www.clarke-energy.com , дата обращения 9.12.2013
  22. ^ "Heiß auf kalt" . Дата обращения 15 мая 2015 .
  23. ^ Тригенерация с газовыми двигателями , http://www.clarke-energy.com , дата обращения 9.12.2013.
  24. ^ Приложение газа двигатель , [1] , получено 9 декабря 2013
  25. ^ Обзор отрасли топливных элементов, 2013 г.
  26. ^ a b «Последние изменения в схеме Ene-Farm» . Дата обращения 15 мая 2015 .
  27. ^ «Выпуск нового продукта домашних топливных элементов 'Ene-Farm', более доступного и простого в установке - Новости штаб-квартиры - Panasonic Newsroom Global» . Дата обращения 15 мая 2015 .
  28. ^ «Отчет по фотоэлектрической энергии» (PDF) . Фраунгофера ISE. 28 июля 2014 г. Архивировано 9 августа 2014 г. (PDF) из оригинала . Проверено 31 августа 2014 года .
  29. ↑ Паркинсон, Джайлз (7 января 2014 г.). «Deutsche Bank прогнозирует второй солнечным„золотую лихорадку “ » . REnewEconomy . Архивировано из оригинального 28 июня 2014 года . Проверено 14 сентября 2014 года .
  30. ^ https://www.academia.edu , Джанет Марсдон Системы распределенной генерации: новая парадигма устойчивой энергетики
  31. ^ «NREL: Энергетический анализ - Капитальные затраты на технологию распределенного производства энергии» . www.nrel.gov . Проверено 31 октября 2015 года .
  32. ^ https://www.academia.edu , Джанет Марсдон Системы распределенной генерации: новая парадигма устойчивой энергетики , стр. 8, 9
  33. ^ a b http://www.NREL.gov - Роль хранения энергии при производстве возобновляемой электроэнергии
  34. ^ а б Йоерн Хоппманн; Йонас Волланд; Тобиас С. Шмидт; Фолькер Х. Хоффманн (июль 2014 г.). "Экономическая жизнеспособность аккумуляторных аккумуляторов для жилых солнечных фотоэлектрических систем - обзор и имитационная модель" . ETH Zürich, Гарвардский университет . Проверено июнь 2015 . Проверить значения даты в: |access-date=( помощь )
  35. ^ «Блог Energy VPN» . Архивировано из оригинального 12 апреля 2012 года . Дата обращения 15 мая 2015 .
  36. Перейти ↑ Castelvecchi, Davide (19 мая 2007 г.). «Обретение контроля: высокотехнологичные реинкарнации древнего способа хранения энергии» . Новости науки . 171 (20): 312–313. DOI : 10.1002 / scin.2007.5591712010 .
  37. ↑ Уиллис, Бен (23 июля 2014 г.). «Первая в Канаде сеточная система хранения данных запускается в Онтарио» . storage.pv-tech.org/ . pv-tech.org. Архивировано из оригинального 31 августа 2014 года . Проверено 12 сентября 2014 года .
  38. ^ «Вклад в массовое управление и стабильность системы с помощью распределенных энергоресурсов, подключенных к распределительной сети» . Технический отчет IEEE PES. 15 января 2017.
  39. ^ Tomoiagă, B .; Chindriş, M .; Sumper, A .; Sudria-Andreu, A .; Виллафила-Роблес, Р. Парето Оптимальная реконфигурация систем распределения энергии с использованием генетического алгоритма, основанного на NSGA-II. Энергия 2013, 6, 1439-1455.
  40. ^ П. Мазиди, Г. Н. Шринивас; Оценка надежности системы распределительных сетей распределенной генерации ; Международный журнал эксплуатации энергосистем и управления энергопотреблением (IJPSOEM), ноябрь 2011 г.
  41. ^ Математика Х. Боллен, Fainan Hassan Integration of Distributed Generation in Power System , John Wiley & Sons, 2011 ISBN 1-118-02901-1 , страницы vx 
  42. ^ Инструмент принятия решений для виртуальных электростанций с учетом среднесрочных двусторонних контрактов
  43. ^ Разработка инструмента хеджирования рисков для виртуальных электростанций с помощью надежного подхода к оптимизации
  44. ^ Модель формирования среднесрочной коалиции гетерогенных DER для коммерческой виртуальной электростанции
  45. ^ Bandyk, Мэтью (18 августа 2020). «Продвижение перехода: битва за контроль над виртуальными электростанциями только начинается» . Utility Dive . Архивировано 19 августа 2020 года.
  46. ^ Agalgaonkar, YP; и другие. (16 сентября 2013 г.). «Контроль напряжения в распределительной сети с учетом влияния фотоэлектрической генерации на переключатели ответвлений и автономные регуляторы». IEEE Transactions on Power Systems . 29 (1): 182–192. DOI : 10.1109 / TPWRS.2013.2279721 . ЛВП : 10044/1/12201 . S2CID 16686085 . 
  47. ^ «Что нам говорит кривая утки об управлении зеленой сеткой» (PDF) . caiso.com . Калифорния ISO . Проверено 29 апреля 2015 года .
  48. ^ Лазаревич, Мэтью; Рохас, Алекс (10 июня 2004 г.). «Регулирование частоты сети за счет повторного использования электрической энергии в маховиках». Общее собрание Энергетического общества . 2 : 2038–2042. DOI : 10.1109 / PES.2004.1373235 . ISBN 0-7803-8465-2. S2CID  20032334 .
  49. ^ "Маховики" . Ассоциация накопителей энергии . Проверено апрель 2019 . Проверить значения даты в: |access-date=( помощь )
  50. ↑ Лазар, Джим. «Учим« утку »летать» (PDF) . РАП . Проверено 29 апреля 2015 года .
  51. ^ «Интеллектуальная сеть, интеллектуальные инверторы для интеллектуального энергетического будущего» . Национальная лаборатория возобновляемой энергии . Проверено апрель 2019 . Проверить значения даты в: |access-date=( помощь )
  52. ^ Производительность распределенной энергии и ресурсов во время и после сбоя системы (отчет). Декабрь 2013.
  53. ^ Передовые технологии управления напряжением и стабильностью распределительной сети с электромобилями и распределенной генерацией (Отчет). Март 2015. С. 48–50.
  54. ^ Оптимальная схема управления напряжением РПН для высоких солнечных проникновений (Отчет). Апрель 2018. С. 7–9.
  55. ^ Шах, Кунал К .; Mundada, Aishwarya S .; Пирс, Джошуа М. (2015). «Характеристики гибридных распределенных энергетических систем США: солнечная фотоэлектрическая, аккумуляторная и комбинированная теплоэнергетика» . Преобразование энергии и управление . 105 : 71–80. DOI : 10.1016 / j.enconman.2015.07.048 .
  56. ^ Мундада, Айшвария; Шах, Кунал; Пирс, Джошуа М. (2016). «Сниженная стоимость электроэнергии для солнечных фотоэлектрических, аккумуляторных и гибридных систем когенерации» . Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 57 : 692–703. DOI : 10.1016 / j.rser.2015.12.084 .
  57. ^ Кумагай, J., 2014. Повышение личной электростанции. IEEE Spectrum, 51 (6), стр. 54-59.
  58. ^ Abhilash Kantamneni, Richelle Winkler, Люсия Gauchia, Джошуа М. Пирс, свободный открытый доступ Возникающего экономической жизнеспособности сетки дезертирства в северном климате с использованием солнечных гибридных систем . Энергетическая политика 95 , 378–389 (2016). DOI: 10.1016 / j.enpol.2016.05.013
  59. ^ Халилпур, Р. и Вассалло, А., 2015. Выход из сетки: амбиции или реальный выбор ?. Энергетическая политика, 82, стр. 207-221.
  60. ^ Экономика дефекта сети - Институт Роки-Маунтин http://www.rmi.org/electricity_grid_defection. Архивировано 12 августа 2016 года в Wayback Machine.
  61. ^ Энди Баласковиц Изменения в измерениях в сети могут вывести людей из строя, говорят исследователи из Мичигана - MidWest Energy News
  62. ^ "Насколько велики потери в ЛЭП?" . Блог Schneider Electric . 25 марта 2013 . Дата обращения 15 мая 2015 .
  63. ^ Стэн Марк Каплан, Фред Сиссин, (ред.) Интеллектуальная сеть: модернизация передачи и распределения электроэнергии ... The Capitol Net Inc, 2009, ISBN 1-58733-162-4 , стр. 217 
  64. ^ a b «Энергетический кризис и коллапс энергосистемы: пора ли подумать» . Дата обращения 15 мая 2015 .
  65. ^ «Емкость микросети США превысит 1,8 ГВт к 2018 году» . 26 июня 2014 . Дата обращения 15 мая 2015 .
  66. ^ «Тесла питает весь остров солнечной энергией, чтобы продемонстрировать свои энергетические отбросы» . Грань . Проверено 9 марта 2018 .
  67. ^ "Как остров в Тихом океане перешел с дизельного топлива на 100% солнечную энергию" . 23 февраля 2017 . Проверено 9 марта 2018 .
  68. ^ Фюрст, Джонатан; Гавиновски, Ник; Бютрих, Себастьян; Бонне, Филипп (25 сентября 2013 г.). «COSMGrid: настраиваемая готовая микросеть» . Материалы 3-й Глобальной конференции по гуманитарным технологиям IEEE, GHTC 2013 : 96–101. DOI : 10,1109 / GHTC.2013.6713662 . ISBN 978-1-4799-2402-8. S2CID  19202084 .
  69. ^ Стадлер, Майкл (2018). «Гибкая недорогая концепция контроллера микросети PV / EV на основе Raspberry Pi» (PDF) . Центр энергетики и инновационных технологий .
  70. ^ «Going Solar сложнее , чем кажется, долина находит» статью Кирк Джонсон в The New York Times 3 июня 2010
  71. ^ «Колорадо увеличивает требования к возобновляемым источникам энергии», блог Кейт Гэлбрейт на NYTimes.Com 22 марта 2010 г.
  72. ↑ Бэйд, Гэвин (12 октября 2017 г.). «Губернатор Калифорнии Браун подписывает законопроект, предписывающий коммунальным предприятиям планировать хранение, а распределительные сети - на пиковый спрос» . Utility Dive . Проверено 18 октября 2017 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Латунь, JN; Карли, S .; Маклин, Л. М.; Болдуин, Э. (2012). «Власть для развития: обзор проектов распределенной генерации в развивающемся мире» . Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов . 37 : 107–136. DOI : 10.1146 / annurev-environment-051112-111930 .
  • Гис, Эрика. Как сделать потребителя активным участником энергосистемы , The New York Times , 29 ноября 2010 г. Обсуждается распределенная генерация и Федеральная комиссия по регулированию энергетики США .
  • Пал, Грег (2012). Власть от народа: как организовывать, финансировать и запускать местные энергетические проекты . Санта-Роза, Калифорния: Пост-углеродный институт. ISBN 9781603584098.

Внешние ссылки [ править ]

  • MIGRIDS - Всемирный каталог бизнес-сетей и маркетинга по микросетям
  • Ассоциация районной энергетики Великобритании - выступает за строительство локально распределенных энергетических сетей
  • Децентрализованная власть как часть местных и региональных планов
  • Проект стандарта IEEE P1547 для соединения распределенных ресурсов с электроэнергетическими системами
  • Всемирный альянс за децентрализованную энергетику
  • Проект iDEaS Саутгемптонского университета по децентрализованной энергии
  • Биотопливо и рекуперация энергии давления газа
  • Проекты Microgrids и модель оптимизации DER в лаборатории Беркли
  • DERlab
  • Центр энергетики и инновационных технологий
  • Децентрализованная энергосистема (DPS) в Пакистане
  • Распределенное поколение - образовательный модуль, Технологический институт Вирджинии
  • Что такое распределенные энергоресурсы (РЭР) и как они работают? , Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии ( ARENA ).