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如何增强电网抵抗飓风的能力

悦智网  · 公众号  ·  · 2020-02-01 15:00

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波多黎各的电网基础设施围绕大型发电厂设计, 发电厂向高压输电线和低压配电线组成的互联网络送电,这是一种全球常见的做法。建造该系统时,大规模储能非常有限,所以当时(现在也是)电网的控制系统必须始终平衡发电量和用电需求,同时在全网范围内维持所需电压和频率。波多黎各约70%的化石燃料电力都产于该岛的南海岸,而约70%的需求集中在北部,所以必须建造纵跨热带山区内部的输电线路。
飓风之下,这种系统的弱点一览无遗。官员们终于承认,这座岛正位于加勒比飓风地带,而且人口密集,让它依赖覆盖全岛的集中式基础设施并不明智,况且这些基础设施是按照20世纪的技术、假设和经济状况建造的。玛莉亚飓风之后,很多电力专家都呼吁波多黎各采用更加分散的电网。
此刻我们喜忧参半,因为这件事我们已经说了十几年。比如,2008年,我们的大学团队就评估了这座岛屿采用可再生能源的可能性。我们考虑了生物质、微型水力发电、海洋发电、光伏发电、太阳能发电、风力发电和燃料电池,最后屋顶光伏发电脱颖而出。我们估计,只要在2/3的民居屋顶上装配光伏设备,就足以满足全岛约3千兆瓦的日间峰值功率需求。
诚然,正如我们在报告中提到的,将这么分散的能量并入电网是一个很大的挑战,但是,在11年的研究期间,光伏技术以及能量储存技术、光伏变流器和控制软件都已经得到了大幅优化,成本也低了很多。现在,分布式太阳能光伏系统是波多黎各正确的选择,其迫切性更胜以往。
可惜在波多黎各,可再生能源并没有得到发展。玛莉亚到来之前,岛上只有少量屋顶光伏系统、几家陆上风电和太阳能发电厂,以及几个小型的老式水力发电厂,可再生能源供电量在全岛仅占2.4%。
这一进程被PREPA拖了后腿。PREPA始建于1941年,由政府所有,职能是将当时相互隔离的电力系统连接起来,并以合理的价格实现全岛供电。20世纪70年代早期,PREPA大获成功。
同时,慷慨的税收激励措施吸引了很多大型公司在波多黎各建立工厂和其他设施。PREPA严重依赖这些大客户,后者及时付款,并帮助PREPA融资完善基础设施。不过,20世纪90年代末,美国税法改革造成PREPA近60%的工业客户撤离。为了弥补收入和营业成本之间的差距,PREPA定期发行市政债券,但也只是杯水车薪。PREPA的经营管理方式无法适应新的现实情况:环保管控更加严格、可再生能源崛起、客户服务要求提高。之后,PREPA的债务累计达到90亿美元,于2017年7月申请破产。
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之后飓风来袭。 清理断壁残垣之后,大家终于意识到,已经有很多供电技术种类可供选择。首先,在波多黎各,屋顶光伏系统和蓄电池等分布式能源资源比电网更划算。过去10年间,该岛民用零售电价在每千瓦时20至27美分之间浮动;相比之下,美国其他地区的平均电价约为13美分/千瓦时。如果算上偿还PREPA债务所需的附加电价,价格甚至会高于30美分/千瓦时。这一价格高于屋顶光伏系统(含蓄电池)的平准化电力成本(LCOE)——24至29美分/千瓦时,具体取决于融资和电池类型。此外,如果大量购买这种太阳能及蓄电系统,平准化电力成本甚至会更低。

现有技术已经能够匹配区域供电量和需求,可以利用储能技术,也可以通过提升使用效率、储存效率和需求响应措施,选择性地降低需求。我们的全新控制和通信系统可以将分散的能源资源并入社区网络,后者则可以满足一个村或一个街区的用电需求。

该系统名为“社区微电网”,它是一个小型电网,可以将电力消费者(比如几十或几百个家庭)连接到一个或多个电力来源,比如太阳能电池板以及换流器、控制电路和一些储能系统。断电时,只需断开开关,小型电网便可以迅速与周围更大的电网或邻近微电网断开(视具体情况而定)。







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