I ricercatori del National Renewable Energy Laboratory (NREL) hanno imparato molto su come integrare in modo affidabile grandi quantità di energia eolica e solare nella rete, ma ci sono alcune sfide in sospeso.

Una di queste sfide è assicurarsi che la rete sia protetta in caso di guasto, come un cortocircuito. In una nuova guida e video esplicativo, NREL spiega come risolvere questa sfida e mantenere la protezione dei sistemi energetici con livelli più elevati di energie rinnovabili nella rete futura.

La prossima sfida da affrontare dopo l'inerzia

Nel settore dell'energia elettrica, sono stati compiuti notevoli sforzi per comprendere come la pianificazione e il funzionamento della rete potrebbero cambiare con l'impiego su larga scala di risorse come l'eolico e il solare fotovoltaico (FV), che utilizzano gli inverter al posto dei generatori sincroni nelle centrali elettriche convenzionali.

Si pensava che il relativo declino dell'inerzia del sistema di alimentazione rappresentasse una sfida importante per il mantenimento di un futuro sistema di alimentazione affidabile. Nel 2020, NREL ha contrastato questo problema pubblicando un video e una guida che spiegano il ruolo dell'inerzia del sistema di alimentazione nel mantenere le luci accese.

Questi pezzi descrivono come, sebbene la crescita delle risorse basate su inverter ridurrà la quantità di inerzia sulla rete, esistono molteplici soluzioni esistenti o possibili per mantenere o addirittura migliorare l'affidabilità del sistema, quindi i pianificatori e gli operatori della rete non devono farsi prendere dal panico.

Tuttavia, l'inerzia è solo una delle numerose sfide che devono essere affrontate man mano che la rete si evolve.

"Anche se non è stato discusso così ampiamente come l'inerzia, la protezione dai guasti è un altro problema da capire poiché la generazione basata su inverter continua a crescere", ha affermato Paul Denholm, analista energetico principale di NREL e autore principale di entrambe le guide. "E abbiamo idee su come affrontarlo."

Cos'è la protezione dai guasti e perché è importante?

Il tipo più tipico di guasto è un cortocircuito. Sulla rete elettrica possono verificarsi cortocircuiti, ad esempio quando due fili si toccano o quando un albero tocca un filo. Ciò fa sì che i generatori producano un grande aumento di corrente elettrica. Questa è chiamata corrente di guasto e può causare incendi e danneggiare le apparecchiature se non viene corretta.

Nel sistema elettrico odierno, la corrente di guasto è principalmente prodotta da generatori sincroni negli impianti fossili, nucleari e idroelettrici, che possono intrinsecamente produrre grandi quantità di corrente. Tuttavia, la tecnologia inverter non è in genere progettata per produrre grandi quantità di corrente di guasto, quindi in una rete futura con livelli elevati di solare fotovoltaico ed eolico, il sistema elettrico potrebbe dover trovare nuovi modi per fornire protezione dai guasti.

Il rapporto fornisce la storia completa

Per educare i responsabili politici e altre parti interessate, i ricercatori di NREL hanno pubblicato Understanding Power Systems Protection in the Clean Energy Future, che fornisce una breve panoramica della protezione del sistema e della corrente di guasto nel mantenimento di un sistema elettrico sicuro. Descrive perché potrebbero essere necessari approcci alternativi con la crescente diffusione della generazione eolica e solare e affronta vari approcci per mantenere la protezione del sistema nella rete in evoluzione.

"Esistono una gamma di opzioni in grado di mantenere la protezione del sistema, comprese alcune che sono molto ben comprese e hanno un alto grado di certezza, come i condensatori sincroni", ha affermato Ben Kroposki, direttore del Power Systems Engineering Center di NREL e coautore del guida. "Altre opzioni potrebbero includere schemi di protezione completamente nuovi che non si basano su una grande corrente di guasto. Questi sono nelle prime fasi di sviluppo, quindi sono meno sicuri, ma alla fine potrebbero fornire gli stessi livelli di protezione o addirittura superiori a un costo inferiore. "

Pertanto, sebbene non vi siano dubbi sul fatto che i futuri sistemi di alimentazione possano mantenere un'adeguata protezione dai guasti con una maggiore diffusione delle energie rinnovabili, permane una notevole incertezza su quale sarà l'approccio migliore.

"La sfida più grande per determinare il mix di risorse ottimale in termini di costi potrebbe essere comprendere sia la necessità che il costo delle varie opzioni, che probabilmente varieranno in modo significativo in base alla posizione e al mix di risorse esistenti e future", ha affermato Denholm.

Alla NREL, il nostro lavoro continua, mentre i ricercatori cercano risposte a una sfida alla volta sulla strada verso una rete più pulita, più conveniente e più resiliente.