بطاريات على نطاق الشبكة في اسكتلندا تستقر على الطاقة

حصلت بطارية على نطاق الشبكة في المرتفعات الاسكتلندية على فرصة لإثبات ربحها في شهر مارس عندما ، بعد 11 يومًا من بدء تشغيله ، أغلقت مولدًا ضخمًا في شمال إنجلترا بشكل غير متوقع. فجأة ، كان 1877 ميجاوات من الإمداد مفقودة ، مما تسبب في تواتر 50-هيرتز للتيار المتناوب للشبكة إلى الحد الأدنى من الحد الأدنى للتشغيل 49.8 هرتز في 8 ثوانٍ فقط.

لكن محطة بطارية 200 ميجاوات الجديدة قفزت إلى العمل داخل ميلي ثانية ، مما أدى إلى إطلاق طاقة إضافية للمساعدة في اعتقال انهيار التردد والحفاظ على تشغيل الشبكة.

ساعدت مولدات الوقود الأحفوري التقليدية تاريخيا في إحباط هذه الأنواع من المشاكل. مع القصور الذاتي لدوارات الغزل الخاصة بهم ، توفر طاقتها الحركية عازلة ضد التقلبات السريعة في التردد والجهد. لكن الاستجابة في المرتفعات كانت واحدة من الأمثلة الأولى في العالم لبطارية على نطاق الشبكة بتكليف من هذا النوع من الوظائف التي تستقر الشبكة.

بدون تحريك الأجزاء ، يحقق موقع تخزين بطارية الليثيوم – الأكبر في أوروبا والموقع Blackhillock ، اسكتلندا – القصور الذاتي باستخدام إلكترونيات الطاقة. وفي تطور مبتكر ، ريمكن لموقع البطارية توفير أيضا تيار الدائرة القصيرة استجابة ل خطأ ، تماما مثل مولدات الطاقة التقليدية.

أربعة من مواقع البطارية هذه قيد الإنشاء في اسكتلندا.

كيف تعمل المحولات التي تشكل الشبكة؟

يمكن للبطاريات تقديم خدمات الاستقرار هذه بفضل محولاتها المتقدمة التي تشكل الشبكة التي تقوم بتحويل التيار المباشر من بطاريات الليثيوم إلى تيار بالتناوب للشبكة ، والعكس بالعكس عندما يتم شحن البطاريات. بدلاً من “اتباع” تواتر الشبكة والجهد بالطريقة التي يفعلها جميع المحولات الأخرى على نطاق الشبكة ، مركبات تشكيل الشبكة يسيرون إلى طبلهم، ويمكن أن تتصرف في بعض الأحيان بشكل أسرع من المولدات التقليدية.

يقول: “هذه العاكسات التي تشكل الشبكات التي نقوم بتثبيتها في اسكتلندا-لا تفعل ذلك”. جوليان ليزلي، كبير المهندسين والتخطيط الاستراتيجي للطاقة دIRECTOR لمشغل نظام الطاقة الوطني (NESO) ، ومقره في وارويك ، إنجلترا. أندي هوكيقول خبير في التكنولوجيا المكونة للشبكات والمهندس الرئيسي في مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي ، إن إضافات اسكتلندا تدفع بالتأكيد المظروف. يقول هوك: “إنها مشاريع مثيرة للغاية”.

هل يمكن أن تعمل المملكة المتحدة بدون مصانع الغاز؟

تعتمد NESO على بطاريات تشكيل الشبكات للمساعدة في تحقيق هدف طموح تم تحديده لعام 2025: لإظهار أن المملكة المتحدة يمكنها العيش بدون نباتاتها التي تعمل بالغاز. أغلقت المملكة المتحدة آخر محطة للطاقة التي تعمل بالفحم العام الماضي ، وبحلول نهاية هذا العام ، تخطط NESO لإثبات أنه يمكن أيضًا العمل بدون مصانع غاز.

“بحلول نهاية العام نحنيقول ليزلي: “ساعتان مع تشغيل تشغيل الكربون ، والتي ستكون مذهلة”.

هذه ليست “الأنا البيئية”. زيادة الاستقرار من إلكترونيات الطاقة يعني أن المزيد من مولدات الطاقة الشمسية والرياح يمكن الاتصال بالشبكة، ويقلل من عدد المرات التي يجب على NESO تقليصها. مقرها لندن زنوبē، ال زقم بتخليص مشغل البطارية خلف ثلاثة من مواقع البطارية الاسكتلندية الجديدة ، ويقدر أن Blackhillock وحده سيوفر للمستهلكين 309 مليون جنيه إسترليني (418 مليون دولار أمريكي) على مدار 15 عامًا.

اسكتلندا هي صفر من أجل تحدي الشبكة في المملكة المتحدة. لقد أغلقت بالفعل ليس فقط مصانع الفحم ، ولكن أيضًا مصانع الغاز الخاصة بها. النبات النووي المتبقي ، عازف ، سيتم إيقاف تشغيله بحلول عام 2030. مع إغلاق Torness ، ستكون المولدات المتزامنة الوحيدة المتبقية في اسكتلندا هي نباتاتها الصغيرة المتبقية المتبقية – المآسي التي حافظت لفترة طويلة على ثبات الشبكة بالسرعة الميكانيكية لدواراتها. منشآت الطاقة والطاقة الشمسية التي تراهنها البلاد على مستقبل الطاقة لها محولات تتبع الشبكة التي تساهم قليلا في استقرار الشبكة.

لذلك هناك حاجة إلى حلول. يعزز المشغلون في جميع أنحاء العالم شبكاتهم من خلال التثبيت المكثفات المتزامنة – المولدات المتزامنة في وعشدة يتم إبقاء دواراتها تدور باستخدام طاقة الشبكة. ثم تتوفر الطاقة الحركية المخزنة عندما تتعثر الشبكة ، مثل محطة توليد الطاقة التقليدية. ال طلبت دول البلطيق مجموعة من هذه المثبتات المخصصة قبل تحولهم الأخير من المزامنة مع شبكة روسيا إلى أوروبا.

ومع ذلك ، فإن NESO تأخذ لعبة مختلفة في تحضيرها لعملية الكربون الصفرية. بدلاً من مجرد تحديد المكثفات المتزامنة ، حددت NESO حيث تحتاج إلى مزيد من الاستقرار ودعوت المطورين إلى حلول التقنية. سجلت بطاريات تشكيل الشبكة كبيرة في مناقصة NESO 2022. 323 مليون جنيه إسترليني (427 مليون دولار) حزمة من العطاءات الفائزة وشملت اسكتلندابطاريات على نطاق الشبكة المتقدمة جنبا إلى جنب مع خمس مكثفات متزامنة.

الابتكار الحالي لدائرة الدائرة

ما هو أكثر ابتكارا حول بطاريات تشكيل الشبكة هو أن NESO قد تم تكليفها بأنها توفر تيار الدائرة القصيرة ، تمامًا كما تفعل المولدات المتزامنة. عندما تربط الأشجار المتساقطة وغيرها من الحوادث خط نقل بالأرض ، قم بتدوين الشبكة ، المولدات المتزامنة لمحطات الطاقة حرر طفرة التيار تساعد على دعم الجهد. يعد انفجار التيار أيضًا إشارة مهمة تؤدي إلى تحريك الشبكات لفتح وعزل قطاع الإرسال المعرض للخطأ في جزء من الثانية.

محاكاة هذا السلوك أمر صعب على إلكترونيات الطاقة. يحافظ العاكس المكون للشبكة على جهده وتردده من خلال تقديم أي تيار مطلوب. عندما ينخفض الجهد ، يسمح وحدة التحكم على الفور بمزيد من التيار من خلال الترانزستورات العاكس. حتى الان جيدة جدا. لكن العاكسات يمكن أن تضرب الجدار بسرعة. التيارات العالية تشبه الكريبتونيت لإلكترونيات الطاقة ، مما ينتج عن الحرارة التي يمكن أن تقلى الترانزستورات بسرعة. نتيجة لذلك ، يعمل العاكس عادةً بنسبة 10 إلى 20 في المائة فقط فوق تصنيفهم الحالي، في حين أن التيارات من مولد متزامن يمكن أن تزيد بنسبة 700 في المائة خلال الخطأ.

أبسط طريقة لزيادة السعة الحالية هي إضافة المزيد من الترانزستورات، لكن هذا باهظ الثمن ثنائي القطب المعزولفدية المستخدمة في محولات مستوى الإرسال. منتج العاكس الألماني SMA تكنولوجيا الطاقة الشمسية، الذي زود العاكس بلاكهيلوك ، وجد طريقة أرخص لتلبية الحاجة ، مع الاستفادة من إيجاز تيار الدائرة القصيرة.

قاموا برمجة Blackhillockالعاكس ليصل إلى 250 في المئة أعلى من التيار الاسمي لتقديم نبض 140 ميلي ثانية الذي يتطلبه NESO ، يقول ، آرون جيردمان، مدير تطوير الأعمال لـ SMA. بعد ذلك ، سوف يتراجع الجهاز ، مما يسمح للدوائر بالتبريد.

هل يمكن لاستقرار إلكترونيات الطاقة الشبكة؟

زنوبالمدير العالمي لشبكة الشبكة الأولىالبنية nfratecture ، Semih Oztreves، يتوقع أن البطاريات التي تشكل الشبكة ستركيز في نهاية المطاف سوق الاستقرار بفضل الوظائف المتعددة المتأصلة. بينما يجلس المكثفات المتزامن في الغالب في وضع الخمول ، في انتظار خطأ شبكي نادر ، Zenobتكسب البطاريات المتقدمة إيرادات يومية من خلال القيام بما تفعله معظم مواقع التخزين الأخرى. على سبيل المثال ، فهي تحكيم الطاقة ، وتمتص الطاقة عندما تكون رخيصة وبيع عندما تصبح الإمدادات ضيقة.

لكن القطع القصيرة للبطاريات التي تشكل الشبكة لم تواجه بعد اختبارًا حقيقيًا. حتى ذلك الحين ، تظل الشكوك حول ما إذا كانت مرحلات الإرسال ستستجيب بشكل مناسب للارتداد المحدد رقميًا للتيار. في تقرير العام الماضي لمشغل الشبكة الأسترالية transgrid، نصح أحد الخبراء بعدم الاعتماد المفرط على المحولات التي تشكل الشبكة لتيار القصر ، قائلاً إنه سيحمل “مرتفعة إلى عالية للغاية”. أعلنت الأداة في وقت لاحق عن 10 مكثفات متزامنة و 5 بطاريات تشكيل الشبكة لتعزيز شبكتها.

حتى الآن ، مع وجود المخاطر عالية ، مع الحفاظ على عدد قليل من المكثفات المتزامنة ، ربما يكون من المنطقي ، كما يقول هوك. يقول: “قد لا يكون هذا هو الحل الأمثل للتكلفة ، ولكنه قد يكون الحل الحكيم”.