Европскиот систем за напојување Херберт Сауруг - експерт за спречување на затемнување
За многу луѓе, електричната енергија доаѓа природно од штекерот. Основните односи ретко се познати. Зад нашата многу висока безбедност на снабдување не стои само национален, туку европски мрежен систем кој функционира само безбедно како целина. Ова е изградено за лесно пресметливи и контролирани големи централи и досега работеше многу успешно. Во последните две децении, сепак, многу рамковни услови значително се променија. Како што е паркот на електраната. Само во Германија бројот на погони за генерација се зголеми од околу 1.000 на над 1,7 милиони растенија во последните 20 години. Ова не само што ги менува карактеристиките на генерацијата, туку и однесувањето на системот. Бидејќи многуте нови системи исто така треба да бидат вмрежени и интегрирани, што пак ја менува комплексноста на целокупниот систем.
Кревка рамнотежа
Систем за напојување базиран на наизменична струја работи само ако постои постојан баланс помеѓу генерацијата и потрошувачката може да се обезбеди. Во спротивно, системот ќе пропадне. Индикатор за рамнотежа или стабилност на системот е фреквенцијата, што во Европа е 50 херци. Ако се користи помалку електрична енергија отколку што се произведува, фреквенцијата се зголемува. Ако, пак, се потроши повеќе отколку што се произведува, тоа паѓа. За споредба: на исто ниво, велосипедистот е лесно да ја одржи брзината. Но, штом има наклон, тој треба да педалира посилно за да остане подеднакво брз. Од друга страна, ако работите одат надолу, тој мора да закочи за да не станува сè побрз и побрз. Ако фреквенцијата во мрежата падне или се зголеми премногу брзо, важните генератори можат да бидат оштетени.
Кревката европска мрежа
на Ден на темата за затемнување на SRF 2017 година
Зголемување на напорите за одржување на безбедноста на системот
Брзата експанзија на централите за децентрализирана или испарлива генерација е долго време потценета, бидејќи тие веќе долго време се губат во бучавата на системот од големи размери. Во меѓувреме, сепак е постигнато ниво на изведба што е системски релевантно или може да биде и системски опасно. Во овој контекст, испарливото значи дека производството флуктуира поради присуството на ветер или сонце и дека стабилноста на системот мора да се обезбеди преку соодветни компензаторни мерки од други електрани. Контролата на мрежата е повеќе барана и поскапа со години, бидејќи се потребни се повеќе мерки за стабилизирање на мрежата (видете евалуација на повторното испраќање и застојот во текот на денот).
Што е прераспределба?
Видеото од TRANSNET BW многу добро објаснува што точно се случува при управување со повторното испраќање/тесно грло.
Развој на трошоци за управување со метеж (извор на податоци: APG); 2019: Само 1 и 2 четвртина
Брзо менување на рамковните услови
Првично разумните регулаторни мерки, како што е склопот на внесување на обновливи енергии (РЕ), сега сè повеќе водат кон критични „стресни ситуации“ во целокупниот систем. Покрај тоа, недостасуваат или одложуваат мерки за проширување на инфраструктурата (проширување на мрежата) за да може да се донесе електрична енергија таму каде што е потребно. Бидејќи „децентрализираната“ генерација честопати не е толку децентрализирана или локална како што може да се мисли. Особено ветерните турбини се многу концентрирани и, особено во Германија, далеку од најголемите потрошувачки центри. Друга регулаторна мерка, имено дека PV системите треба да се исклучат од мрежата на фреквенција над 50,2 херци, повторно е укината. Реалноста ќе покаже дали мерките се навистина доволни. Сепак, тоа е многу сомнително, бидејќи не е само германски, туку паневропски проблем. Погледнете понатаму: Проблемот со 50,2 херци
Критични елементи на системот центрифугални маси и складирање на енергија
Намалувањето на моменталната резерва („маси на замаецот“) и недостатокот на обемни мерки за складирање на енергија за да може доволно да се компензира исклучувањето на конвенционалните централи стануваат сè поголеми проблеми.
Особено центрифугалните маси се од централно значење за да можат инхерентно да ја одржуваат стабилноста и безбедноста на системот без да мора да интервенираат во контролата. Во моментов недостасува заменски решенија или „овие не се исплатат“.
Важните елементи на системот може да се отстранат од системот само кога е достапна соодветна замена. Во моментов, сепак, се прави вториот чекор пред првиот, што нема да оди добро во догледно време.
Покрај тоа, постои важен наод од истражувањето на комплексноста, што тешко се разгледува во „паметните решенија“:
Палмер и неговите колеги од институтот Санта Фе во Санта Фе, Ново Мексико развија виртуелна берза населена со виртуелни агенти. Секој од агентите со текот на времето може да ги промени своите правила за инвестирање. Откриле дека кога агентите можат само да ги ажурираат своите правила за инвестиции полека, тогаш пазарот се приближува до хипотезата за рационални очекувања затоа што лошите правила биле одлеани со текот на времето, Меѓутоа, ако агентите можат брзо да ги ажурираат своите правила за инвестиции, тогаш виртуелната берза изложува меурчиња и падови исто како и реалната берза, бидејќи лошите правила може да се хранат едни со други.
Дури и на пазарот со меурчиња, фактот дека пазарот е во меур може да биде широко признат. Сепак, ова не предизвикува непосреден пад. Зошто? Временската скала е важна.
После затемнување („затемнување“): повторно воспоставување мрежа
Затемнувањето во техничкиот свет се нарекува голема грешка или удар. Не само што линиите, туку и електричните централи се без електрична енергија. Овие се исклучуваат од одредено отстапување на фреквенцијата за да се заштитат од уништување. Електрична централа „црна способна за старт“ што не е специјално подготвена за овој случај повеќе не може да се стартува сама по себе, но наместо тоа е потребна фреквенција од 50 херци од електричната мрежа за да започне повторно. Таквата електрана, исто така, мора да биде дизајнирана за изолирана работа и да може да се справи со приклучоците на товарот во доволно големи скокови.
Во Австрија има официјално две (1,5 GW), во Швајцарија четири и во Германија 120 (9,7 GW) моќни централи со црн старт. Во Австрија, сепак, има уште неколку децентрализирани, помали електрични централи со можност за црно стартување од минатото, обично вода или централи за складирање. Особено пумпаните електрани за складирање имаат многу висока ефикасност, што исто така објаснува зошто има само 2 електрани во Австрија и 120 во Германија, додека има само 6,4 пати поголема разлика во излезот.
Црниот почеток не е чисто технички предизвик. Наместо тоа, организациските и кадровските барања се исто така одлучувачки за успехот. Затоа, координиран црн почеток со 120 централи е многу посложен и склон кон грешки отколку, на пример, со 2 електрани. Грешки може да се појават кога под-мрежите се меѓусебно поврзани, што може да доведе до нов пад на мрежната област што веќе функционира и повторно е поврзана. Видете исто така колапс на струјата во екстремна зима:
Колапс на моќта во зимата 1978/79 година
на www.mdr.de
Дневната работа на електричната мрежа и црниот почеток може да се споредат со летање. Секојдневното работење е како лет. Понекогаш има турбуленции, тогаш пилотот мора да интервенира. Инаку, автопилотот исто така може да лета. Сепак, полетувањето на авион бара посебно внимание и вештини. Ова е случај и со црн почеток. Сепак, ова може да се обучи само на симулаторот. Од друга страна, не само двајца пилоти се на воланот неколку минути, туку многу и тоа во текот на многу часови или дури денови. Така, нема да биде прошетка во парк, дури и ако мрежните оператори внимателно се подготват за X-денот.
Енергетска политика на ЕУ
На ниво на ЕУ, се спроведува заеднички пазар на електрична енергија со голема живост, каде истите услови на пазарот треба да преовладуваат насекаде, но тоа нема многу врска со инфраструктурните барања кои никогаш не биле дизајнирани за тоа. Затоа, се разделува и пазарот на електрична енергија и електричната мрежа во размислувањето („пазар само за енергија“). Но, физиката не може да се понесе со пазарните правила. Но, напротив.
Од друга страна, секоја земја има своја енергетска политика и енергетска транзиција. Во различни насоки. Додека некои се држат до политиката на нуклеарна енергија или електрична енергија на јаглен, па дури сакаат да ги прошират, други сакаат што побрзо да се префрлат на обновливи енергии. Како резултат, се судираат светови на мислата, но и догматски преобразени приоди. Од 1 октомври 2018 година ќе има и европски пазар кој користи сложени алгоритми.
Општата мантра е дека пазарот ќе го среди тоа. Само слободен пазар значи дека учесниците треба да бидат во можност да не успеат, што може да биде опасно во системот за напојување. Инфраструктурните проекти често бараат долго време и често се дизајнирани да траат со децении. Тоа е во спротивност со пазарното ориентирање на краткорочно остварување профит. Тековните размислувања, кои се генерално добредојдени, да ги затворат централите со јаглен. Честопати го занемаруваат фактот дека тие исто така обезбедуваат неопходни системски услуги во форма на моментални резерви со ротирачките маси. Тука се појавуваат вкупно неколку темни облаци.
Електрична мрежа на иднината: систем на енергетски ќелии
Така што прекинувачот кон целосно снабдување со обновливи енергии може да работи, потребен е и нов дизајн на системот: систем на енергетски ќелии, т.е. децентрализирани, автономни функционални единици. Сè уште сме далеку од тоа.
Видеото од германскиот истражувачки проект „KombiKraftwerk2“ многу јасно ги опишува врските и предизвиците. Проектот, меѓу другото, заклучува:
Треба да се направат некои политички, економски и технички напори во следните неколку години и децении за да се постигне целта на енергетската транзиција. Предизвиците за одржување на стабилноста на мрежата, предизвикани од промената во напојувањето, помалку можат да се најдат во обновливите извори на енергија, бидејќи тие во основа ги исполнуваат техничките барања за стабилизација на мрежата. Наместо тоа, новата структура на идното производство и дистрибуција на електрична енергија бара преиспитување во организацијата на системот. Ова вклучува трансформација на системот што се фокусира на флуктуирачкиот влезен ветер и PV системи како носач на напојувањето. Флексибилните системи за биомаса (биогас и цврста биомаса) и системите за биометан, како и складирањето се суштински дел од енергетскиот систем и придонесуваат за сигурни перформанси. Без соодветно прилагодено ширење на мрежата со сите нејзини компоненти, адаптација на регулативата и пазарите, промената во напојувањето нема да успее. Наградата за овие напори е модерно, чисто и стабилно напојување.
Критичко и системско разгледување
Кога се гледа системот од системска гледна точка, брзо станува очигледно дека „енергетската транзиција“, како што се спроведува во моментот, јасно ги занемарува системските аспекти. Бидејќи системот е повеќе од збирот на неговите индивидуални елементи. „Невидливите нишки“ помеѓу елементите на системот се одлучувачки. На пример, линиите помеѓу постројките за производство и корисниците на енергија („потрошувачи“), системите за складирање и тампон (складирање на енергија) за да може да се компензира нестабилноста на испарливото производство. Мрежната контрола, која мора да изгледа различно во комплексен, децентрализиран систем отколку во претходно централизираниот хиерархиски систем. Покрај тоа, мора да се земат предвид големи временски хоризонти, од милисекунди (заштита), до секунди/минути (контрола на мрежата или замена на ротирачките маси), енергетски биланс (часови/денови/недели) до одржливост (години/децении). Сето ова тешко се зема предвид во сегашниот фокус на пазарот и цената. Слушнете извадок од Денот на темата за затемнување на SRF: Ден 6: Нема нормалност на повидок - трговец со електрична енергија и мрежен оператор:
Кој е виновен?
на Ден на темата за затемнување на SRF 2017 година
Со зголемениот број на елементи на системот, интеракциите во овој систем исто така се зголемуваат. И експоненцијално. Настани со кои можеме да докажеме дека не можеме добро да се справиме. Контролираноста на системот се намалува. Механизмите што ги користевме до денес стануваат сè посиромашни и се зголемува ризикот од пад на системот. Ова може да се спротивстави само со соодветен дизајн на одржлив систем (систем на енергетски ќелии), кој во голема мера недостасува или само што почнува да се случува.
Големата надеж лежи во „паметните“ технологии, иако претходните пристапи имаат тенденција да доведат до ќорсокак отколку да придонесуваат за решението (видете на пример: Паметната мрежа во ерата на сајберворот. Нерефлектираните мрежи во ИТ областа досега доведе до се повеќе нерешени и потешко контролирани проблеми. Дури и ако претходните проблеми главно се случуваат во виртуелниот простор, веќе има огромна финансиска последица од штета во реалниот свет. Невозможно е да се замисли што би се случило доколку овие случувања се префрлат на секторот инфраструктура и доведат до неуспеси во достапноста на мрежните инфраструктурни системи, како и во Украина во 2015 година. Интелигентните технологии сигурно ќе треба да дадат придонес во енергетската транзиција. Сепак, од системска гледна точка, сегашните концепти треба да се доведат во прашање повеќе критички, бидејќи вмрежувањето ја зголемува комплексноста, што доведува до промена и не во нашата претходна n што значи контролирано однесување на системот.
Информации за позадина
Во европската мрежа, околу 530 милиони луѓе во над 30 земји се снабдуваат со електрична енергија. Континенталната европска мрежа е „најголемата машина“ во Европа, ако не и во светот.
Реактивна моќност
За да работи преносот на електричната енергија во мрежата, потребна е реактивна моќност за да се собере напонот. Реактивната моќност секогаш треба да биде во правилен сооднос со реалната моќност што реално пристигнува кај потрошувачот за да не се наруши транспортот на електрична енергија. Ова значи дека електричната енергија не може да се пренесува без реактивна моќност, но премногу реактивна моќност во мрежата ја намалува активната моќност и може да има соодветно негативен ефект врз преносот на електрична енергија. Сè зависи од точната количина.
Едноставно кажано, реактивната моќност е глава на пиво, а самото пиво е активна моќност. Ако пиво се истури погрешно, може да се формира премногу пена. Ако пивото стои предолго, пената станува нестабилна, се намалува и квалитетот на пивото страда. Главата на пената секогаш треба да биде во правилна пропорција со пивото. Во стариот енергетски свет, нуклеарните централи и другите големи производители, за да останат на сликата, пиварниците, кои гарантираа дека главата на пена, т.е. реактивната моќност, се снабдува во правилна пропорција со преостанатото пиво, т.е. активната моќност. Бидејќи сите нуклеарни централи ќе бидат извадени од мрежата до 2022 година, операторите на системот за пренос (ТСС) сега ќе станат главни пиварници за реактивна моќност со цел да можат да го исполнат својот законски мандат да работат со безбедна мрежа деноноќно и во иднина.
За да може да се регулира реактивната моќност и да се направи достапен во доволни количини за целата мрежа, TenneT, на пример, веќе има инсталирано калеми за компензација и системи MSCDN во многу од своите 129 трафостаници, што придонесува за статичко обезбедување на реактивна моќност. Инсталирани се и ротациони фазни смени. Овој систем дава придонес во моќноста на куса врска на овој мрежен јазол - задача што претходно ја имаше извршено генераторот во нуклеарната централа Графенрајфелд, на пример. Покрај тоа, се истражува дали, на пример, енергијата на ветерот и фотоволтаичните системи можат да придонесат за системот и безбедноста на снабдувањето преку обезбедување реактивна моќност.