211service.com
Gør elektriske net mere effektive
Elektrisk transmission og distribution har længe været en hård nød for teknologisk innovation. Men deregulerede elmarkeder hjælper teknologiudviklere til at omgå notorisk stramme, konservative forsyningsselskaber.
Beacon Powers svinghjul kan absorbere og frigive strøm på mindre end fire sekunder, og balancere udbud og efterspørgsel på elnettet hurtigere, renere og billigere end konventionelle kraftværker. (Kredit: Beacon Power Corp.)
TransÉnergie førte an, ved at bruge jævnstrømsteknologi til at bygge sine egne elektricitetsledninger, der fører strøm til højestbydende, i stedet for blot at betjene de lokale forsyningsselskaber (se TransÉnergie: Playing Two Power Games).
Nu energilagringsudvikler Beacon Power Corp. fra Wilmington, MA, foreslår en lignende slutrunde omkring langsomtkørende forsyningsselskaber. I stedet for at markedsføre sine svinghjulsbaserede energilagringssystemer til forsyningsselskaber, planlægger virksomheden at bygge sine egne handelssvinghjulsanlæg, der flytter strøm til og fra en kraftledning for at stabilisere nettet.
Det er en idé, der tiltrækker opmærksomhed fra de uafhængige systemoperatører (ISO'er), de regionale organisationer, der har til opgave at drive landets elnet. Californiens og New Yorks ISO'er tester allerede Beacon Powers udstyr. Og Matt Lazarewicz, virksomhedens tekniske chef, siger, at en lige så vigtig valgkreds at imponere er Wall Street. Ifølge ham er købmandsmodellen den eneste model, Wall Street vil finansiere. Afkastet er højere på den måde, siger Lazarewicz. Så snart du siger, at et forsyningsselskab vil købe noget eller gøre noget, ruller investorerne med øjnene og går væk.
Beacon Powers energilagringssystemer for svinghjul er designet til at levere frekvensregulering - en service, som ISO'er betalte mere end $600 millioner for sidste år. Netoperatører har brug for hjælp til frekvensregulering, fordi frekvensen af et nets vekselstrøm konstant svinger, efterhånden som elektriske enheder og generatorer tænder og slukker, hvilket forårsager midlertidige ubalancer i elproduktion og efterspørgsel. Uopfyldt efterspørgsel lægger pres på et nets kraftværker, sænker dem og trækker netfrekvensen under sit sætpunkt (60 Hz i Nordamerika, 50 Hz i Europa og det meste af Asien). Overudbud har den modsatte effekt. Og begge forhold kan få forsyningsledninger og kraftværker til automatisk at afbrydes fra nettet, og derved forhindre skader på forsynings- og kundeudstyr, men også øge risikoen for strømafbrydelser.
ISO'er er i øjeblikket afhængige af kraftværker med fossilt brændstof - primært gasturbiner - for at udjævne et nets frekvensvariationer. Forsyningsselskaber byder på at levere denne service og placerer dermed en bestemt andel af deres kraftværkers kapacitet (ca. 1-2 procent af et nets samlede elproduktion) under ISO'ernes direkte kontrol. På signaler fra ISO'er ramper udpegede anlæg op og ned for nogenlunde at balancere udbud og efterspørgsel. Det er en dyr og forurenende proces, fordi kraftværker forbrænder deres brændstof mest effektivt, når de kører stabilt og med fuld kapacitet. At lave regulering med produktion af fossilt brændstof er halen, der logrer med hunden, siger Imre Gyuk, der driver det amerikanske energiministeriums forskningsprogram for energilagring.
Gasfyret frekvensregulering er også stadig dyrere på grund af de stigende omkostninger til naturgas. Dan Mears, præsident for det San Diego-baserede energikonsulentfirma Technology Insights, siger, at højprisgas rammer ISO'erne to gange. Ud over at øge omkostningerne ved gasfyret frekvensregulering fremskynder høje gaspriser installationen af vindmøller, hvis kraftige, hakkende effekt kan øge behovet for frekvensregulering. Det er et problem, der lever af sig selv, siger Mears.
Beacon Powers svinghjulsopbevaringssystemer er programmeret til at nulstille frekvensudsving ved at genbruge energi: en elektrisk motor bruger overskydende neteffekt til at accelerere magnetisk svævende kulstof- og glasfibersvinghjul til så højt som 22.500 omdr./min., hvorefter den lagrede kinetiske energi aflades ved at regenerere elektriciteten, når gitterfrekvensfald. I modsætning til batterier - den førende konkurrent inden for energilagring - kan Beacons svinghjul modstå kontinuerlig dyb cykling uden at miste kapacitet.
Den seneste test af teknologien, et fire måneders forsøg påbegyndt i sidste uge ved Pacific Gas and Electrics forskningscenter i San Ramon, beskæftiger syv 6-kilowatt-timers svinghjul, hver på størrelse med et lille køleskab, samlet for at danne et system, der kan absorbere eller afgive 100 kilowatt strøm i 15 minutter. Til kommercielle systemer bygger Beacon Power 25-kilowatt svinghjul på størrelse med høje køleskabe, som ville blive kombineret i klynger for at levere 1 til 20 megawatt.
Svinghjulenes hurtige reaktion burde også få hver megawatt til at gå længere end det tilsvarende output fra et gasfyret kraftværk, siger embedsmænd ved Californiens energikommission i Sacramento, som samfinansierer demonstrationen i Californien med det amerikanske energiministerium (DOE). Mike Gravely, California Energy Commissions projektleder, der passer San Ramon-testene, siger, at gasfyrede generatorer kan tage fem minutter eller mere at reagere på Californiens ISO's frekvenskontrolsignaler (udgivet hvert fjerde sekund). På det tidspunkt har systemet ofte bevæget sig tilbage mod ligevægt af sig selv. I modsætning hertil er Beacons svinghjul i stand til at skifte fra fuld kraftabsorbering til fuld kraftafladning hurtigere, end Cal-ISO kan sende sine kommandoer. Der er en mulighed for, at hvis du kan reagere på behovene hurtigere, har du måske ikke brug for så meget energi - du kan gøre mere med mindre, siger Gravely.
Gyuk ved DOE forudsiger, at kun 100 megawatt svinghjulsreserve - halvdelen af, hvad Californien køber fra konventionelle generatorer i dag - kan håndtere 90 procent af statens frekvensproblemer. Og hvis omkostningerne kommer ind, som Beacon Power forudsiger, kan de resulterende besparelser blive betydelige. Lazarewicz siger, at et anlæg på én megawatt vil koste omkring 1,5 millioner dollars at bygge og kan forvente at tjene omkring 400.000 dollars om året fra ISO'erne for sine tjenester. Som et resultat siger Lazarewicz, at anlægget burde betale sig tilbage på fire år, selv efter at have dækket omkostningerne til den strøm, der går tabt ved driften af systemerne (ca. 15 procent af den samlede håndterede energi).
Mears siger, at svinghjulets hurtige reaktion også kan have en kærkommen sidegevinst: at forbedre nettets pålidelighed. Svinghjulsanlæg kunne frigøre gasfyrede anlæg for at give ekstra spidseffekt på kvælende sommerdage, hvor klimaanlæggene er på fuld udblæsning og mellemstatslige elledninger er fyldte. Ydermere kunne svinghjulets hurtige reaktion holde et strammere greb om nettets frekvens, squelching effektafvigelser, der starter småt, men, når systemet er overbelastet, kan initiere en kaskadefejl. At holde nettet stabilt er hele ideen bag frekvensregulering, er enig Lazarewicz. Dette er simpelthen en måde, hvorpå vi kan gøre det bedre og billigere.