首页 > 新闻 > 消费电子

英国运营零碳电网的工程挑战

Lianne Frith 2019-05-06

国家电网电力运营商(ESO)报告称,到2025年,它将能够在零碳系统上全面运营英国的电力。这一公告是在英国电力结构发生重大变化的时候做出的。在过去十年中,英国一直在减少碳排放方面处于领先地位。在某些日子里,风能和太阳能已经产生足够的电力来消除使用天然气的需要。然而,需要进行更重大的变革,以将更高水平和更多种类的可再生和可持续能源纳入英国的能源结构。电力系统的转型既雄心勃勃又具有挑战性,并且需要电气工程师在行业内外协同工作。6AP电子头条

 6AP电子头条

国家电网系统的演变6AP电子头条

 6AP电子头条

英国的国家电网系统围绕着使用几个大型集中式发电站的想法而建立。目前,英国的大部分电力仍由大型火力发电厂产生,这些火力发电厂连接到高压输电网,然后通过区域低压配电网络分散。该系统在实现规模经济的同时,目前严重依赖化石燃料,并且建于20世纪50年代,已接近其设计寿命的终点。化石燃料提供了低成本的能量储存和灵活的输出; 这与使用可再生能源有很大不同,可再生能源要求电压,惯性和频率控制安全可靠地运行。该系统不仅需要更新和重新配置以实现ESO的目标,而且该国需要最终改变其计划,分析和操作整个系统的方式。6AP电子头条

 6AP电子头条

替代能源的兴起6AP电子头条

 6AP电子头条

过去五年来,英国的碳排放量已大幅减少。2018年,可再生能源占能源的27.5%,另外22.1%来自核电。随着替代能源供应量的大幅增加,当然还有化石燃料使用对环境的重大影响,国家电网正在为重大变革做好准备应该不足为奇。正是各种能源的整合带来了主要挑战。太阳能电池板,风力涡轮机,电动汽车等都需要纳入遗留系统。然而,ESO已经取得了成功。2018年,风力发电量首次超过15GW,系统连续72小时不使用煤炭。然而,要做到这一点,需要采用完全不同的操作方法,包括创新的系统,服务和产品。6AP电子头条

 6AP电子头条

1.jpg 6AP电子头条

图片由Pexels提供。6AP电子头条

 6AP电子头条

所需的根本性变革:新技术6AP电子头条

 6AP电子头条

新电力和新兴技术需要整合到电力系统中,以便ESO实现其目标。ESO还需要确定系统,服务,产品的正确组合,并创建一个竞争激烈的市场,以确保成本保持稳定。核电,海上风电,捕获准备煤和天然气等大规模技术,以及更多本地化,分散化的选择,如太阳能光伏(PV)阵列,陆上风电和热泵都需要在ESO的系统中占了一席之地。这些技术往往是不灵活的,如核,或间歇性的,如可再生能源,而且它是管理成本最高的灵活性部分。电池存储仍然比在发电厂存储煤贵几个数量级。6AP电子头条

 6AP电子头条

到目前为止,与英国的初步估计相比,新核电站设施的部署已大大延迟。Hinkley Point C(HPC)项目是20多年来在英国建造的第一个新站,面临严重延误,可能要到2027年才能运行。考虑到这一点,将需要碳捕获和存储(CCS)来实现经济高效的过渡。可再生能源的扩散需要在电网周边发生,以使本地发电能够与灵活的需求相协调。网格需要具有智能外围,包括协调策略和数学模型。智能系统将需要设备中的传感器和致动器,以及电动车辆和算法架构,以管理大量信息并且实时地协调能量分配。6AP电子头条

 6AP电子头条

在不使用化石燃料的情况下,系统能够解决网络波动并限制崩溃和停电至关重要。如果ESO要到2025年可持续地实现其目标,电气工程师将需要将新技术(例如以下内容)纳入系统:6AP电子头条

 6AP电子头条

飞轮6AP电子头条

 6AP电子头条

圆柱形结构封闭在磁场中操作的真空中,当剩余可用时从电网吸取电力。电力驱动电动机使飞轮转子高速旋转,有效地将能量作为旋转能量存储直至需要。飞轮不会随着时间的推移而降级,从而实现更高效的存储解决方案。6AP电子头条

 6AP电子头条

增压电容器6AP电子头条

 6AP电子头条

将电能存储在电场而不是化学形式中,增压电容器能够比以前的电容器存储更多的能量,提供更快的充电时间,并且比电池更耐用。6AP电子头条

 6AP电子头条

智能数字系统6AP电子头条

 6AP电子头条

这些需要在家庭内的用户层面结合,以允许居民控制和预算电力消耗,并在国家层面管理供需。Reactive Technologies(RT)的新系统已经过测试,允许数据通过国家电网传输。这是迈向虚拟发电站的第一步,实现了全国范围内智能电力的综合利用。6AP电子头条

 6AP电子头条

 6AP电子头条

图片由维基百科2.jpg提供。6AP电子头条

 6AP电子头条

需要解决的主要挑战6AP电子头条

 6AP电子头条

它结合了新技术以及英国如何计划,分析和运营符合其零碳目标的电力系统的变化。但是,为了实现这一目标,需要解决以下主要挑战。6AP电子头条

 6AP电子头条

频率管理6AP电子头条

 6AP电子头条

替代能源的频率不太可靠,管理将变得更加不稳定。需要实施新的服务和存储技术,以确保有足够的可再生能源储备并提供快速的频率响应。6AP电子头条

 6AP电子头条

惯性和短路馈电6AP电子头条

 6AP电子头条

需要定义和安装新的附加服务和技术,这些服务和技术目前在英国的电网中不存在,以确保其保持稳定。6AP电子头条

 6AP电子头条

电压管理6AP电子头条

 6AP电子头条

为了将电压保持在操作限制范围内,需要使用传统设备或新技术来提供静态和动态电压支持。6AP电子头条

 6AP电子头条

对情况的意识6AP电子头条

 6AP电子头条

数据需要由控制室管理和处理。这将需要熟练的电气工程师具备实施正确数据管理技术所需的技能,并使用实时规划工具来管理概率情景。6AP电子头条

 6AP电子头条

最后的想法6AP电子头条

 6AP电子头条

尽管面临诸多挑战,国家电网仍坚称其能够在2025年之前提供零碳电网。如果它能够实现其承诺,它将实现新技术并消除使用可再生能源的许多障碍。然而,改变的道路并非易事,不仅需要纳入新技术和适应系统,还需要社会内部的行为改变。电力是一项核心服务,如果要取得成功,ESO将需要满足电动汽车日益增长的需求以及热量的电气化和现有需求。6AP电子头条