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分布式太阳能对电网弹性的重要意义

2018-3-1

光伏逆变器】当飓风哈维和伊玛席卷美国南部时,造成的断电事故影响了数百万人。在这类自然灾害发生时,保持供电将比平时更加关键。电力供应为医院运行医疗设备提供动力,人们能够使用手机或电脑与外界保持联系,并为体弱的老人驱动必要的空调设备。据国土安全部估计,仅伊玛一次飓风,22个美国人当中就有1个受到了断电影响。

许多遭受飓风哈维和伊玛袭击的城市都面临着严峻的电力基础设施重建工作。根据杜克能源预计,要完成佛罗里达州的全部电力设施修复工作,需要重建近3千根电线杆,并搭设长达950英里的电缆线路。

在城市和电力公司的重建过程中,我们可以考虑更具有前瞻性的解决方案使得电网更具弹性,如使用分布式能源,尤其是通过在配电网配置太阳能发电和电池储能设施等方法。事实上,越来越多的证据表明,无论是一个州还是一个国家,都能够利用可再生能源、能效、需求响应和其他分布式能源资源替代老旧的、高成本的化石燃料热电厂,以更低的成本为电网服务带来更高的可靠性与弹性。

通过分布式能源资源提高电网弹性

全美各地的许多城市和大学都认识到了这一点。马萨诸塞州斯特林镇的斯特林政务照明部门在该镇修建了一套太阳能发电加储能设施的微电网。这套3兆瓦太阳能发电和2兆瓦/3.9兆瓦时电池储能设施能够在该地区断电情况下保证镇警察局和医院急诊调度中心运行至少2周的时间。美国西海岸也有这样的案例,在加利福尼亚州博里戈斯普林斯的输电线被闪电击坏后,圣地亚哥电气公司利用博里戈斯普林斯26兆瓦太阳能微电网为整个社区的2,800名居民供应了电力——避免了一次长达10小时的断电事故。

类似的故事也发生在了北卡罗来纳州。今年夏天,一家建筑公司因意外切断了为哈特勒斯与奥克拉科克岛供电的电缆造成了奥克拉科克岛的停电事故。幸运的是,为该州大部分电力公司供应电力的北卡罗来纳电力会员公司(NCEMC)在当地投资兴建了由15千瓦太阳能发电、500千瓦/1兆瓦时电池储能设备和3兆瓦柴油发电机组成的微电网系统。虽然输电线路在七天后才得以修复,但当地微电网系统在这段时间里为该岛居民保障了电力供应。

奥克拉科克岛的电力公司TidelandEMC利用控制热水装置和智能恒温器的方式限制了岛上的用电负荷。屋顶太阳能和备用柴油发电机为地方水处理厂等关键设施提供动力,而机动式紧急备用发电机则为该岛的配电网提供了动力。

NCEMC高级副总裁LeeRagsdale指出,仅靠太阳能和电池储能设施还不能保证持续的能源供应。他认为:“在大型风暴来袭时,输电线路和基础设施都可能遭到破坏。如果这类事件发生,太阳能发电和电池储能设备也只能为部分设施供电。微电网提供了备用电量与弹性,但它们并不能解决所有问题。它们只是完整解决方案的一部分。”

这些例子说明,太阳能、储能、灵活电力需求和小型备用发电机的组合能够提高电力服务弹性。这些分布式能源资源的最理想组合方式取决于地方的特定需求以及不同技术的成本与价值。随着太阳能、储能和需求控制技术成本的不断下降,我们可以以低碳的方式进一步提高电力服务弹性。

德克萨斯州利用可再生能源降低能源使用成本

好消息是,要提高电力服务弹性并不需要付出高成本的代价。事实上,根据德克萨斯州班德拉电力公司(BEC)的经验,分布式发电资源可以比其他资源更加经济有效。班德拉州立公园坐落于圣安东尼奥市郊的班德拉市,每年夏天,这里的麦地那河都是游客避暑的热门选择。每到7月4日的美国国庆长周末假期,这一地区都会迎来大批游客。平时,这里供电的变压器负荷系数通常维持在70%左右,但在国庆假期期间,该平均负荷系数会激增一倍,达到140%。BEC公司CEOBillHetherington表示:“在99%的时间里,我们的变压器都表现完美,但我担心这一个周末会烧毁我们的设备。”

如更换更大的变压器,电力公司需要花费数十万美元的成本。Hetherington补充道:“现实是,更换更大的变压器意味着我们在为了峰值负荷建设冗余设施。也就是说,我们花费的高昂成本仅仅是为了一年中几个小时的用电负荷。”该电力公司最终并没有采取这种解决方案,而是选择通过购电协议的形式安装了一座1.9兆瓦装机太阳能发电厂。BEC将其中100千瓦时的太阳能电力出售给了想要支持太阳能发展但又无法在自家屋顶安装太阳能发电设备的用户。

该地峰值负荷刚好发生在一天中阳光资源最丰富的时段,这给太阳能发电项目提供了完美的条件。BEC可再生能源部门经理MiguelRivera表示:“这其实就是能源抵消,或称为峰值负荷转移。我们想要降低系统负荷,而这刚好与太阳能为我们提供的服务相吻合。”

这一系统为电力公司提供了很好的经济回报,因此他们正计划在项目的下一阶段投资储能系统。

增强电网弹性与节约系统成本外的更多收益

分布式发电技术并不仅仅能够提高电网弹性,降低系统运行成本。班德拉的太阳能系统为当地社区创造了就业,并提高了民众对可再生能源的认识,许多学校经常组织学生参观太阳能发电厂。在北卡罗来纳州,奥克拉科克岛的微电网为电力公司提供了现成的实验室来测试这些新兴技术的互通操作性。Ragsdale认为:“我们从全美各地其他电力公司学到的经验吸引了来自多方的兴趣。我们正在研究如何利用太阳能、储能和微电网技术为北卡罗来纳州各电力公司成员带来更多的效益。”

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