當美國準備啟動一項保護國家未來電網的實驗時，發生了一件有趣的事情。
它變成了一項真實的測試。
可再生能源的增加將減少溫室氣體，但工程師們擔心在停電後如何恢復富含風能和太陽能的電網。
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因此，在 8 月，時任能源部長的丹·布魯耶特訪問了該部門位於科羅拉多州戈爾登市的國家可再生能源實驗室 (NREL)，以紀念即將啟動的一項實驗。布魯耶特表示，該實驗將使用未來電網的模型來測試聯邦政府為“降低”國家電力供應風險所做的努力。
測試還有幾個月的時間。該模型正在附近的佔地 300 英畝的 Flatirons 校區組裝，該校區配備了風力渦輪機、太陽能電池陣列和一個大型鋰離子電池。實驗室的研究人員正準備新增一個氫能源儲存系統和電動汽車充電站，以反映未來的“混合”電網。
然後一個變壓器爆炸了。
它使 Flatirons 陷入黑暗，併為更具風險的測試奠定了基礎。
“人們在說，‘嘿，我們必須在這裡安裝一個大型[柴油]發電機，修復變電站需要幾周的時間’，”NREL 的電力系統工程主管本·克羅波斯基解釋說。
“研究人員則說，‘嘿，我們這裡有所有這些可再生能源資產。我們是否可以使用這些資產，而不是僅僅依靠柴油燃料？’”
克羅波斯基是多年來一直在研究這個問題專家之一。當電網以超過 80% 的可再生能源執行時，他們擔心它的行為可能會有所不同。以前沒有人嘗試在停電後重啟如此大型的電力系統，而沒有引入外部電源。
但太陽能和風能價格的下跌，以及公用事業公司透過迅速部署更多太陽能和風能來做出回應的事實，表明未來電網可能會比預期更早到來，克羅波斯基說。
柴油發電機到達了 NREL，但該機構決定看看是否可以在沒有柴油發電機的情況下重啟模型電網。研究人員首先透過恢復模型的一小部分來開始，這種做法稱為“孤島”。
“我們一直在談論孤島，但沒有人要求我們這樣做，”該實驗的首席工程師羅布·沃倫解釋道。
存在未知的安全問題，並且花了一週半的時間才制定出一種方法來最大程度地減少這些問題。“大多數討論當然都集中在最開始，真正確保我們能夠安全地完成所有這些工作，而不會危及任何工作人員，”NREL 的風力發電中心主任丹尼爾·萊爾德解釋說。
他們首先引入較小的電池來為 Flatirons 鋰離子電池充電。這提供了足夠的電力來開啟校園控制室的計算機，這使工程師能夠重啟太陽能電池陣列。
他們也有足夠的電力來啟動風力渦輪機，但萊爾德說，在兩天多的時間裡，風“微不足道”，他是該實驗室的風力專家。
然後，經過長時間的緊張、嘗試和錯誤，Flatirons 的電力在沒有使用發電機的情況下恢復了。
萊爾德解釋說，來自意外實驗的資料仍在分析中。“但我們在這裡所做的事情實際上可以成為網路攻擊、極端天氣、各種裝置故障事件以及您知道的如何快速恢復系統的良好藍圖，”他說。
“以這種規模來做這件事有點令人興奮，”萊爾德補充道。
當然，電網比 Flatirons 組裝的以可再生能源為主的電網大數千倍。“但我們所做的是開發一種基礎控制，如果您以更大的規模部署可再生能源，就可以使用這種控制，”克羅波斯基說。
研究人員表示，關鍵是重新程式設計連線可再生能源與電網的稱為“逆變器”的電子裝置。在今天的停電中，可再生能源通常被關閉，系統由傳統發電機的外部電源重啟。“更智慧”的逆變器使以可再生能源為主的模型電網能夠自行重新供電。
電力陷阱
可再生能源在全國三個電網上的增長速度比許多人想象的要快。根據能源經濟與金融分析研究所的資料，在 2020 年前 10 個月中，來自公用事業規模的太陽能、風能和水力發電的可再生能源產生的電力比煤炭多 131 天。
美國現在擁有 108 吉瓦的已安裝風力發電能力，比一年前增加了 10%。它還擁有超過 40 吉瓦的公用事業規模的太陽能，比 2019 年增加了 25%。
埃裡克·伊拉是電力研究所 (EPRI) 的首席專案經理，該研究所的成員最近批准了一項到 2050 年將電力生產中的溫室氣體排放量減少到零或接近零的目標。EPRI 的公用事業成員約佔美國電力收入的 90%。
伊拉指出，[電網]運營商“可能對[可再生能源]能夠在需要時做出響應缺乏信心”。
他在一份宣告中解釋說，部分問題在於需要更準確的天氣預報來預測風能和太陽能的輸出。
他說：“更好的預測可以改善這一點”，同時還需要為太陽能和風能設施提供更多的經濟激勵，以便在超過其需求時儲存能源。這將有助於它們應對電網其他地方的電力損失，而這通常是由化石燃料發電廠來完成的。
為了準備其 2050 年的目標制定審議，EPRI 於 2019 年 5 月邀請了來自世界各地的 56 位專家來到丹佛。會上出現了一些警惕性的想法。
他們在書面結論中警告說，100% 可再生能源是一個令人欽佩的目標，但目前“很容易以高成本和/或低可靠性實現”。
美國面臨的挑戰之一是努力擴大電力系統，使其有能力為更多建築物供暖，併為預計將由電力驅動的大部分車輛提供燃料。
目前正在進行許多新的實驗。在德克薩斯州奧斯汀，一個名為 Pecan Street Inc. 的組織正在為大學生舉辦全球競賽。將有 2,500 美元的獎金，用於開發一種演算法，該演算法描述社群如何組織居民區的電動汽車車隊，以便在當地電網需要幫助時將電力輸回電網。
為了跟蹤此類實驗，EPRI 成立了一個名為低碳資源倡議的新小組。它將與天然氣技術研究所合作運營，後者是一家與天然氣、沼氣、管道系統和新興氫能行業合作的非營利組織。
低碳資源倡議的發言人傑弗裡·普雷斯說，其工作將是研究新興技術，看看哪些技術可能在 2030 年之前準備就緒，以幫助 EPRI 實現其 2050 年的目標。
他說：“我們將不得不提出大量的清潔電子。”
轉載自 E&E 新聞 ，經 POLITICO, LLC 許可。版權所有 2021 年。 E&E 新聞為能源和環境專業人士提供必要的新聞。