行業(yè)專家指出，電網(wǎng)的穩(wěn)定性對于防止電力中斷是至關重要的因素，而提供安全可靠的電力是當務之急。英國的電網(wǎng)在大多數(shù)情況下是可靠的。但是，為了防止英國去年發(fā)生的大停電事故并保護電力系統(tǒng)，英國主要的電網(wǎng)運營商National Grid公司現(xiàn)在正在研究采用儲能技術減少類似的事件發(fā)生。
發(fā)生電力中斷的原因有很多，其中最可能的原因之一是電網(wǎng)頻率出現(xiàn)系統(tǒng)性故障，部分原因是“系統(tǒng)慣性”不足。雖然慣性和頻率是理解電網(wǎng)運營的關鍵，也是理解如何使可再生能源成為基本負荷功率的關鍵，但在了解任何電力中斷事件時，慣性和頻率往往成為被忽視和誤解的術語。而了解電網(wǎng)如何工作以決定英國向可再生能源轉(zhuǎn)型時需要采取哪些措施至關重要。
首先，幾乎所有傳統(tǒng)能源發(fā)電設施都遵循相同的原理：燃燒某種燃料(煤、天然氣、石油)使水沸騰并產(chǎn)生蒸汽，然后對其加壓并驅(qū)動渦輪機旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的渦輪機帶動發(fā)電機，發(fā)電機產(chǎn)生電能提供給電網(wǎng)。這就是系統(tǒng)性慣性發(fā)揮作用的地方。慣性是物體抵抗運動和方向變化的一種趨向，例如旋轉(zhuǎn)的渦輪機一旦運轉(zhuǎn)就很難停下來，它具有很高的慣性。電氣慣性的工作原理與其基本相同，它能抵抗由需求變化引起的電網(wǎng)中斷。由于旋轉(zhuǎn)渦輪機很難停止，因此其產(chǎn)生的能量相對穩(wěn)定。
英國電網(wǎng)在2019年8月9日發(fā)生電網(wǎng)頻率下降事故
電網(wǎng)頻率使事情變得更加復雜
電網(wǎng)頻率是交流電每秒改變方向的次數(shù)。穩(wěn)定一致的頻率對電網(wǎng)運營很重要，因為它可以防止對其電力基礎設施造成損害。事實證明，頻率與耦合到電網(wǎng)的旋轉(zhuǎn)渦輪機的速度成正比，這是“同步慣性”術語的來源。所有向電網(wǎng)供電的渦輪機都是同步的或以相同的速度旋轉(zhuǎn)(標準旋轉(zhuǎn)速度為每分鐘3,000轉(zhuǎn))，從而以相同的頻率發(fā)電。
在英國，電網(wǎng)以50赫茲(Hz)的頻率運行，偏差小至1%可能會導致系統(tǒng)性基礎設施損壞。例如，如果兩個發(fā)電廠同時或連續(xù)發(fā)生輸電中斷，則可能導致電網(wǎng)頻率大幅下降。為了防止損壞，則必須減少對電網(wǎng)的能源需求，這意味著斷開其中的一部分電網(wǎng)負載，并導致不可避免的電力中斷。
這就引出了一個重要的問題：如何防止這種情況發(fā)生?這個問題有兩個答案：第一個可能是構(gòu)建可靠基礎設施解決方案，因為無論發(fā)電廠有多可靠，如果沒有可靠的電力基礎設施，電網(wǎng)都可能隨時停電。第二個是增加電網(wǎng)的慣性，因此允許更大的靈活性來保持一致的頻率。
使電網(wǎng)更易于維護
21世紀的電網(wǎng)應該更加更可靠，但事實并非如此，因為可再生能源發(fā)電量的增加對對電網(wǎng)慣性產(chǎn)生了不利影響。據(jù)媒體報道，英國2019年的電力供應40%來自可再生能源，特別是風力發(fā)電場和太陽能發(fā)電場。可再生能源發(fā)電設施以“異步”方式發(fā)電，這意味著沒有與傳統(tǒng)化石燃料發(fā)電設施的現(xiàn)有渦輪發(fā)電機保持同步，因此也就沒有慣性。
回到增加電網(wǎng)慣性的解決方案，從而使電網(wǎng)頻率更易于維護，需要采用可再生能源來使電網(wǎng)具有同步慣性。風力發(fā)電場、太陽能發(fā)電場和鋰離子電池儲能系統(tǒng)需要穩(wěn)定的電力系統(tǒng)才能正常運行。英國National Grid公司對此十分了解，因此在過去的一年中，該公司已投資1.8億英鎊(2.2544億美元)來確保此類技術的安全。
液態(tài)空氣儲能廠商(LAES)Highview Power公司已開發(fā)了一種低溫儲能系統(tǒng)，該系統(tǒng)將同時提高電網(wǎng)的彈性和可再生能源的部署量。 CRYOBatteryTM是一個長時低溫儲能系統(tǒng)，它使可再生能源發(fā)電與電網(wǎng)保持同步，每個儲能系統(tǒng)都可保持長達24小時的電網(wǎng)同步，從而改善了電網(wǎng)的運營狀況和穩(wěn)定性。而采用可再生能源發(fā)電設施和電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)，可以減少威脅電網(wǎng)的頻率振蕩，從而減少停電事件。
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