Voorbij de mythen: de betrouwbaarheid van zonne-energie en de stabiliserende rol ervan in moderne elektriciteitsnetten

Tientallen jaren lang was de conventionele wijsheid in de energiesector van mening dat hernieuwbare bronnen, -met name zonne-energie-, te intermitterend en onbetrouwbaar waren om als ruggengraat voor moderne elektriciteitssystemen te kunnen dienen. Een hardnekkige misvatting is dat zonnepanelen snel kapot gaan, onder stress bezwijken en, erger nog, chaos veroorzaken in de uitgebalanceerde dans van vraag en aanbod op het elektriciteitsnet. Critici hebben vaak betoogd dat zonne-energie niet alleen wispelturig is, maar ook een bedreiging vormt voor de stabiliteit van het elektriciteitsnet, en spanningsschommelingen en stroomuitval kan veroorzaken.

Deze opvatting is echter steeds meer achterhaald. Op basis van tientallen jaren aan operationele gegevens, vooruitgang op het gebied van vermogenselektronica en ervaringen uit de praktijk- op het gebied van netintegratie, ontstaat er een heel ander beeld: zonnetechnologie is uitzonderlijk betrouwbaar gebleken en als ze doordacht wordt toegepast, verbetert ze actief de veerkracht en stabiliteit van het net. Dit artikel heeft tot doel de technische realiteit achter de betrouwbaarheid van zonne-energie en de positieve invloed ervan op energiesystemen te demystificeren.

De eerste gedachte van sommige mensen over zonnepanelen is dat ze onbetrouwbaar zijn. Maar eigenlijk is dit helemaal niet meer het geval! De meeste PV-panelen zijn tegenwoordig veel betrouwbaarder, sterker dan ooit tevoren en vergen veel minder onderhoudswerkzaamheden van u dan eerdere vormen van energieopwekking. In tegenstelling tot gasturbinemotoren en dieselmotoren (die roterende machines hebben), hebben zonnepanelen geen roterende delen, wat betekent dat er geen ruimte is voor slijtage en/of smering. Het hoofdbestanddeel van een zonnepaneel, de ‘semiconductor junctie’, is gemaakt met behulp van beproefde siliciumtechnologie die al meer dan 50 jaar met succes wordt toegepast in de elektronica en die zich absoluut betrouwbaar heeft bewezen!

Uit langetermijnonderzoeken naar milieubeoordelingen, zoals die uitgevoerd door het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van de Verenigde Staten, blijkt dat PV-modules van hoge kwaliteit een jaarlijkse achteruitgang in nominale output ervaren van minder dan 0,5% per jaar; Veel systemen die in de jaren tachtig en negentig zijn geïnstalleerd, produceren momenteel na meer dan dertig jaar dienst 80% of meer van hun aanvankelijke nominale vermogen. De meeste fabrikanten van PV-modules bieden garanties voor PV-modules voor een periode van minimaal 25 jaar; de modules zullen echter waarschijnlijk nog lang na deze datum operationeel blijven. Hoewel storingen ongeveer het gevolg zijn van externe factoren (bijvoorbeeld onjuiste installatie, extreme weersomstandigheden), ligt het inherente uitvalpercentage van PV-modules onder de 0,05% per jaar.-Het uitvalpercentage van de meeste andere energieopwekkingstechnologieën, waaronder veel van de componenten in een elektriciteitscentrale op fossiele brandstoffen-is gelijk aan of lager dan het uitvalpercentage van PV-modules, waardoor zonne-energie een redelijk betrouwbare hardwareoptie is.

 

De tweede, meer technische mythe is dat zonne-energie de stabiliteit van het elektriciteitsnet ‘vernietigt’. Deze zorg kwam historisch gezien voort uit vroege net-gekoppelde omvormers, die waren ontworpen om eenvoudigweg zoveel mogelijk stroom in het net te duwen en onmiddellijk te ontkoppelen als er zich een storing voordeed. Hoewel dit passieve gedrag in theorie de traagheid van het systeem zou kunnen verminderen, is het niet langer de norm.

Het huidige elektriciteitsnet-dat omvormers ondersteunt-vaak 'slimme omvormers' of 'net-die omvormers vormt'-wordt genoemd, is een gamechanger-. Ze bevatten geavanceerde besturingsfuncties die actief bijdragen aan de gezondheid van het elektriciteitsnet. De belangrijkste kenmerken zijn onder meer:

Spannings- en frequentieregeling:De slimme omvormer kan spannings- en frequentieafwijkingen corrigeren zoals een normale synchrone generator AVR door hun reële en reactieve uitgangsvermogen in milliseconden aan te passen.

Rijd-capaciteiten:Nieuwe omvormers hebben een 'ride-through'-mogelijkheid waarmee ze het elektriciteitsnet kunnen blijven ondersteunen tijdens kortetermijnstoringen (bijvoorbeeld als er een blikseminslag heeft plaatsgevonden of een boomtak op een hoogspanningslijn is gevallen) en opnieuw-stroom weer in het elektriciteitsnet kunnen injecteren zodra de storing is verholpen.

Synthetische traagheid:Zonne-energie heeft niet de fysieke roterende massa van een stoomturbine, maar geavanceerde omvormers hebben het vermogen om met hoge snelheid stroom te trekken en te injecteren om traagheid te simuleren wanneer de frequentie verandert. Deze synthetische traagheid geeft conventionele generatoren kostbare milliseconden om het maximale vermogen te bereiken.

In plaats van het elektriciteitsnet te destabiliseren, zorgen deze kenmerken ervoor dat zonnezones met een hoge- penetratie met grotere veerkracht kunnen functioneren. In Zuid-Australië-een regio met meer dan 60% onmiddellijke hernieuwbare energie-net-het vormen van omvormers zijn bijvoorbeeld met succes lokale netwerken-opgericht na een grote systeemscheiding, iets wat voorheen alleen mogelijk was met waterkracht- of gascentrales.

Gedistribueerde opwekking van zonne-energie vermindert de druk op bestaande transmissielijnen, omdat deze dichter bij het gebruikspunt wordt geproduceerd dan traditionele elektriciteit op het elektriciteitsnet-. Traditionele elektriciteitsopwekking is afhankelijk van grote elektriciteitscentrales die elektriciteit produceren, die vervolgens honderden kilometers wordt getransporteerd via hoogspanningstransmissielijnen, om uiteindelijk te worden gebruikt waar deze nodig is. Dit model (hub-en-spaak) maakt een verlies van tussen 8 - 10% van de oorspronkelijke energieproductie mogelijk en creëert een single point of Failure. Wanneer bijvoorbeeld een transmissiemast of toren valt, kan er een enorme stroomuitval ontstaan ​​als gevolg van het typische ontwerp van een hub-en-spaakrooster.

Door opgeslagen of opgewekte elektriciteit te creëren, door het gebruik van gedistribueerde zonne-energie dichtbij het verbruikspunt, wordt de hoeveelheid elektriciteit die van het onderstation naar een consumentenpunt wordt getransporteerd, verminderd. Dit betekent dat de vraag van de consument naar elektrische energie is afgenomen ten opzichte van wat momenteel wordt getoond bij gebruik van een traditioneel elektriciteitsnet. Deze vermindering van de vraag zal de noodzaak van kostbare upgrades van transmissie- en distributiesystemen vertragen of misschien zelfs elimineren. Bovendien zullen er tijdens bosbranden, orkanen en/of cyberaanvallen een aantal verspreide zonne-energie- en opslagfaciliteiten zijn, die in staat zullen zijn microgrids te creëren om, althans gedeeltelijk, de belangrijkste voorzieningen (zoals waterzuivering en ziekenhuizen) van stroom te voorzien, terwijl het algemene centrale elektriciteitsnet zichzelf probeert te herstellen. Dit noemen we netveerkracht.

Lang geleden dachten mensen dat zonnetechnologie niet betrouwbaar was en dat het het elektriciteitsnet zou kunnen vernietigen. Er is inmiddels tientallen jaren gebruiksgeschiedenis waaruit blijkt dat fotovoltaïsche (PV) modules een betrouwbaar en duurzaam onderdeel zijn, daarom zeer weinig onderhoud en vele jaren betrouwbaarheid. De invertertechnologie heeft zich snel ontwikkeld en heeft zonne-energie omgezet van een passieve, soms problematische energiebron tot een actieve deelnemer aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet door het bieden van spanningsondersteuning, frequentieregeling en synthetische traagheid. Door zonne-energie in een gedistribueerde toepassing te gebruiken, wordt de transmissiecongestie verminderd en wordt de veerkracht van het elektriciteitsnet bij grote verstoringen vergroot.

Terwijl we onze energietransitie versnellen, is het belangrijk dat alle ingenieurs, beleidsmakers en het publiek gebruik maken van de meest actuele technologie die voor hen beschikbaar is, in plaats van gebruik te maken van de angsten uit het verleden over de technologie zelf. Daarom transformeert zonne-energie van een van de zwakste schakels naar een van de belangrijkste en meest stabiliserende componenten van het elektriciteitsnet in de 21e eeuw.