Falowniki PV pomogą stabilizować sieć i oszczędzać miliony
Amerykańscy naukowcy w swoich badaniach wykazali, że falowniki fotowoltaiczne stosowane na skalę przemysłową mogą pomóc w stabilizacji parametrów sieciowych, zastępując drogie kompensatory napięcia, których cena za pojedynczą sztukę sięga nawet 100 mln dolarów.
Główną rolą falowników fotowoltaicznych jest konwersja prądu stałego wytwarzanego przez panele fotowoltaiczne na prąd przemienny, który jest następnie wprowadzany do sieci i wykorzystywany do zasilania odbiorników. Inną funkcją jest stabilizacja parametrów sieciowych poprzez wprowadzenie mocy biernej do sieci (jeżeli falownik ma odpowiednią energoelektronikę).
W związku z tym, że falowniki pracują, gdy świeci słońce, zakłada się, że przez około 50 proc. swojego życia pozostają bezczynne. Zdaniem amerykańskich naukowców z Carnegie Mellon University w Stanach Zjednoczonych falowniki montowane w komercyjnych instalacjach fotowoltaicznych mogłyby dawać większą wartość, gdyby były wykorzystywane – oprócz standardowego przeznaczenia – w celu zastąpienia drogich kompensatorów napięcia, odpowiadających za utrzymanie parametrów sieciowych m.in. w nocy.
Drogie tradycyjne rozwiązania
Systemy przesyłowe mogą być podatne na skoki napięcia ze względu na swoją niezdolność do zaspokojenia własnego zapotrzebowania na moc bierną.
Moc bierna – oprócz tego, że jest potrzebna do zasilania generatorów i transformatorów – jest także wykorzystywana do kompensacji strat mocy biernej w liniach przesyłowych.
Zazwyczaj, aby tę kompensację wywołać, instaluje się drogie kompensatory napięcia, np. statyczne kompensatory synchroniczne (STATCOM) lub elastyczne systemy przesyłu prądu przemiennego (FACTS), które przez 24 godziny na dobę czuwają nad utrzymaniem parametrów sieciowych na określonym poziomie. Koszt zakupu pojedynczego FACTS lub STATCOM waha się w przedziale 30–100 mln dolarów w zależności od lokalizacji i wielkości systemu elektroenergetycznego.
Sugerowane rozwiązanie
Zdaniem amerykańskich naukowców z Carnegie Mellon University zastosowanie obecnych w każdej komercyjnej instalacji fotowoltaicznej falowników mogłoby stanowić znaczące wsparcie w zakresie konieczności bieżącej stabilizacji parametrów sieciowych, zwłaszcza tych odnoszących się do mocy biernej. Obecnie wykorzystywane falowniki zapewniają wsparcie w regulacji napięcia tylko w ciągu dnia, na rynku jednak dostępne są rozszerzone regulatory napięcia, które wbudowane w falowniki mogą uczynić z nich urządzenia regulujące napięcie także w nocy.
Wyniki testów udowodniły, że falowniki PV były w stanie dostarczać moc bierną do sieci, tym samym utrzymując jej parametry w normie, a sumaryczny koszt takiej operacji w porównaniu z zastosowaniem STATCOM był od 4 do 15 razy mniejszy, czyli pozwalał zaoszczędzić miliony dolarów. Zauważono, że inwertery fotowoltaiczne generowały średni koszt na poziomie 20,20 dolarów za kVAR (kilowolt amper reaktancyjny – jednostka odnosząca się do mocy biernej), co według badaczy stanowi o 56–269 dolarów/kVAR niższy koszt w porównaniu ze STATCOM (w zależności od rodzaju systemu).
Jednocześnie badacze sugerują, że można stworzyć efektywny mechanizm, który nagradzałby operatorów komercyjnych instalacji PV za udostępnienie i modyfikację swoich falowników w celu kompensacji mocy biernej. Odpowiednie wynagrodzenie miałoby pokryć chociażby koszt poniesiony na modyfikację urządzeń, a w przyszłości pozwolić na wymianę urządzeń na nowe.
Wąskie gardła
Naukowcy pokazują także wady pomysłu. Wśród nich wymieniają fakt, że dodatkowy przepływ mocy przez falownik będzie powodować dodatkowe obciążenie termiczne elementów elektronicznych falownika, co może doprowadzić do jego krótszej żywotności. Jak czytamy w pracy naukowej, obecnie stosowane regulatory napięcia już teraz skracają żywotność urządzeń o mniej więcej rok. Zastosowanie dodatkowych urządzeń, które spowodują, że falownik będzie dostarczał dodatkową moc bierną, może skrócić jego żywotność o kolejny rok.
Ponadto doposażenie falownika w dedykowany regulator napięcia wygeneruje dodatkowe koszty. Ponieważ jednak koszt inwertera to zazwyczaj 2–4 proc. całkowych kosztów elektrowni fotowoltaicznej, przedsięwzięcie wydaje się opłacalne.
Więcej na temat badań można przeczytać w artykule pod tym linkiem.
Radosław Błoński
redakcja@gramwzielone.pl
© Materiał chroniony prawem autorskim. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu tylko za zgodą wydawcy Gramwzielone.pl Sp. z o.o.
