Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж и Университета Теннесси в Ноксвилле разработали алгоритм прогнозирования стабильности работы энергосети, который использует сигналы от гидроаккумулирующих электростанций. По данным ORNL, этот метод обеспечивает критическую осведомленность о ситуации, поскольку сеть все чаще переходит на прерывистую возобновляемую энергию.
Метод основан на расчете общей инерции. Инерция — это кинетическая энергия, обеспечиваемая вращающимися частями крупных электростанций, которые поддерживают баланс сети между скачком подачи электроэнергии и снижением спроса на электроэнергию. Источники генерации, такие как солнечная и ветровая энергия, обеспечивают минимальную инерцию, поскольку они подключены к сети с помощью инверторов, которые преобразуют энергию постоянного тока, генерируемую возобновляемыми источниками энергии, в энергию переменного тока, используемую для передачи электроэнергии на большие расстояния.
В результате сети, использующие возобновляемые источники энергии, подключенные к инверторам, менее устойчивы к резким изменениям, таким как ущерб от урагана или необычные пики спроса на электроэнергию .
Гидроэнергетика напрямую подключена к энергосети, обеспечивая инерцию, когда вода вращает турбины. Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции (PSH) потребляют электроэнергию из сети во время низкого спроса на электроэнергию для перекачки воды из нижнего резервуара в верхний и создания банка хранения энергии. В периоды высокого спроса электроэнергия вырабатывается турбинами, поскольку вода возвращается в нижний резервуар.
«Когда насосы отключаются, они почти всегда останавливаются на фиксированном уровне мощности», — сказал Илу Лю, руководитель проекта и председатель губернатора UT-ORNL по электросетям. «Это очень определенный сигнал в сети, который может помочь нам рассчитать общую инерцию», — сказал Лю.
Лю и его коллеги создали алгоритм, который улавливает сигнал PSH и использует его вместе с информацией, полученной от систем недорогих сетевых датчиков, ранее развернутых в США. Эта система датчиков и измерений FNET/GridEye была разработана исследователями ORNL и UTK для мониторинга сети на большой площади. Вместе сигнал PSH и данные датчиков позволяют в реальном времени высокоточно оцениввать инерцию сети.
Исследователи создали интерфейс визуализации, который позволяет операторам сети отслеживать инерцию с помощью алгоритма и лучше готовиться к потенциальной нестабильности сети. Новый метод был проверен с помощью коммунальных предприятий и органов регулирования энергосистем на западе и востоке США, где гидроаккумулирующие гидроэлектростанции наиболее распространены.
«То, что мы предоставляем, будет становиться все более важным для осведомленности о ситуации в сети, поскольку система становится все более зависимой от возобновляемых источников энергии», — сказал Лю. Инструмент визуализации демонстрируется коммунальным предприятиям и органам координации сетей, в т.ч. таким как Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения.
Проект был поддержан Управлением гидроэнергетических технологий и Управлением энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики в рамках инициативы HydroWIRES по использованию гидроэнергетики для повышения надежности и устойчивости энергосистемы. FNET/GridEye был разработан при поддержке Министерства энергетики США.