Durante un'interruzione di corrente o dopo un disastro, è difficile battere la semplicità di un generatore diesel. Basta fornire carburante e avviarlo, così facile che chiunque potrebbe farlo. Le microgrid rinnovabili, d'altra parte, non sono così semplici, con la loro suite di controlli, software e coordinamento delle risorse. Ma il bello delle energie rinnovabili è che il carburante è gratuito e già disponibile in loco, anche in aree remote disastrate.

Il National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha ora pubblicato una descrizione dei controlli improvvisati che hanno salvato NREL durante la sua stessa interruzione, il che potrebbe rendere le microgrid facili ea basso costo dove sono più necessarie.

La pubblicazione, intitolata "Unleashing the Frequency:Multi-Megawatt Demonstration of 100% Renewable Power Systems with Decentralized Communication-less Control Scheme", descrive un approccio a microgrid che aggira il controller centrale, un componente costoso e complicato, e la sua dipendenza dalle comunicazioni, utilizzando invece i controlli nativi della batteria, del solare e dei sistemi eolici.

"L'approccio di NREL consente di assemblare dispositivi in ​​una microgrid senza una configurazione ardua, basandosi solo su energia rinnovabile e esperienza elettrica amatoriale, perfetta per i recuperi in caso di necessità", ha affermato Przemyslaw Koralewicz, ingegnere NREL e co-sviluppatore del metodo senza comunicazione .

Una risorsa di recupero a basso costo

Quando NREL ha subito un'interruzione di corrente a sorpresa, il laboratorio ha avuto poche opzioni per il ripristino:nessun controller microgrid e nessuna configurazione preconfigurata. Solo una grande batteria, pannelli solari e turbine eoliche. Altri campus, o distretti, quartieri e case, potrebbero trovarsi in circostanze simili e durante un'interruzione non è il momento di armeggiare con configurazioni complicate. Come NREL, le comunità possono ora implementare una microgrid resiliente a braccio, utilizzando controlli che esistono essenzialmente su qualsiasi risorsa energetica.

Mentre le microgrid sono un'apparente risposta per il recupero e la resilienza, i costi di un controller rappresentano una barriera per le comunità. Nel 2019, NREL ha scoperto che i controller di microgrid hanno un costo medio di $ 155.000/megawatt, mettendo potenzialmente le microgrid resilienti fuori dalla portata delle aree vulnerabili.

Oltre ai costi, i controller introducono un groviglio di comunicazioni e impostazioni di sistema, spesso poco trasparenti, proprietarie e progettate per adattarsi a scenari particolari. Queste funzionalità possono essere utili per ridurre al minimo il consumo di energia e i costi, ma i recuperi spesso richiedono un'opzione rapida e pronta. Il metodo di NREL dà la priorità all'avvio fail-safe, rinunciando a programmi e comunicazioni elaborati a favore di controlli estremamente basilari, pur consentendo la creazione di progetti più avanzati.

Come funziona?

Lo schema di NREL è decentralizzato:i dispositivi non scambiano dati né emettono comandi (cioè sono "senza comunicazione"). Al contrario, i dispositivi si autoregolano utilizzando la frequenza del sistema come linguaggio comune. In breve, una batteria o un'altra fonte di alimentazione forma la rete fornendo energia a una frequenza impostata. Altri generatori come i pannelli solari e le turbine eoliche seguono la rete osservando la frequenza e modificando di conseguenza la loro potenza.

Il metodo non è niente di troppo nuovo:i cosiddetti controlli "droop" sono familiari nei generatori di combustibili fossili standard, il che fa parte dell'appello. I ricercatori NREL hanno dimostrato che il metodo funziona con il 100% di energia rinnovabile, può essere scalato ed è fattibile con quasi tutti i dispositivi energetici.

Ciò che è innovativo è che il metodo di NREL libera la frequenza della griglia da soli 60 hertz (Hz). Non vincolata dalla rotazione meccanica, la frequenza della microgriglia può assumere un intervallo più ampio. In effetti, tale intervallo è esattamente il modo in cui i dispositivi si coordinano senza comunicare:quando la frequenza supera i 60 Hz, i generatori riducono la potenza. A frequenze ancora più alte, i generatori riducono ulteriormente la loro potenza, riequilibrando la frequenza intorno ai 60 Hz. Il sistema si autostabilizza, senza mai sovraccaricare le batterie o sottoservire i carichi.

Se questo suona più difficile di un generatore diesel, potrebbe esserlo. Richiede ancora alcune programmazioni del dispositivo e impostazioni dei parametri, che sono dettagliate nel rapporto.

"Il metodo di NREL è il primo passo in un progetto che potrebbe diventare lo standard per le microgrid fail-safe", ha affermato Koralewicz. "Il nostro metodo senza comunicazione potrebbe essere configurato in modo nativo nei dispositivi futuri o eventualmente certificato per un facile accesso da parte degli operatori. Con l'adozione standardizzata, microgrid di qualsiasi tipo - basi militari, backup ospedalieri, persino distretti in rete - potrebbero contare su una base infallibile per i loro giorni -operazioni quotidiane."

La frontiera dei sistemi di energia rinnovabile

Alla frontiera dei sistemi di alimentazione, gli ingegneri stanno affrontando le questioni tecniche del funzionamento della rete principalmente con fonti rinnovabili. Le domande in sospeso riguardano gli inverter, che sono i dispositivi elettronici di potenza che interfacciano l'energia rinnovabile alla rete, e in particolare, come gli inverter possono formare la rete nei modi che tradizionalmente hanno le risorse a base fossile. Il consorzio UNIFI sta affrontando la sfida degli inverter con lo sforzo combinato di dozzine di istituti di ricerca, guidati da NREL.

Il metodo senza comunicazione di NREL è un esempio di una strategia di formazione della rete, del tipo che sarà necessario quando i sistemi spingono verso livelli più elevati di energie rinnovabili. Nel proporre il metodo, NREL sta aprendo la strada ad alcuni degli argomenti più complicati che devono affrontare UNIFI e sistemi di alimentazione ovunque, come come gestire la protezione della rete e quali controlli dovrebbero essere essenziali sui dispositivi di formazione della rete. Gli autori affrontano queste domande nel rapporto, offrendo una direzione che i futuri sistemi energetici possono prendere sulla strada della decarbonizzazione. + Esplora ulteriormente

Video:come avere una capacità di energia rinnovabile più che sufficiente può rendere la rete più flessibile