211service.com
Superledere til at forbinde et smartere net
Et foreslået knudepunkt til at forbinde de tre uafhængige elnet, der spænder over det kontinentale USA, kunne gøre det lettere at øge produktionen af vedvarende elektricitet.
Kølig kraft : Disse superledende ledninger danner grundlaget for strømkabler, der bærer langt mere strøm end konventionelle kobberkabler.
Projektet, kaldet Tres Amigas Superstation, ville bruge superledende rørledninger og konverterstationer til at forbinde tre net: Western, Eastern og Texas Interconnections. Forbindelser mellem nettene har været begrænsede, fordi nettene ikke er synkroniserede - AC-strømmen er ude af fase. Specielle stationer, der konverterer vekselstrøm til jævnstrøm og derefter tilbage til vekselstrøm i den korrekte fase, er nødvendige for at flytte strøm fra et net til et andet.
Kun en brøkdel af 1 procent af den elektricitet, der produceres i USA, kan i øjeblikket overføres mellem nettene, og der er ingen direkte forbindelse mellem Texas og det vestlige net. Tres Amigas-stationen, som vil forbinde alle tre net sammen på ét sted for første gang, vil i første omgang mere end fordoble evnen til at overføre strøm mellem dem, hvilket giver fem gigawatts kapacitet. På sigt forventes stationen at overføre så meget som 30 gigawatt strøm.
Stationen vil løse et væld af problemer relateret til vedvarende energi, siger Phil Harris, administrerende direktør for Tres Amigas-virksomheden med base i Santa Fe, NM. Primært vil det hjælpe med at løse et nøgleproblem med vedvarende energikilder - deres uregelmæssighed. Fordi vind kommer og går, og skyer blokerer for solen fra tid til anden, kan vind- og solenergi destabilisere elnettet.
En måde at kompensere på er at sikre sig, at ingen vedvarende kilder tegner sig for for meget af det samlede strømmix – så andre kilder nemt kan udfylde, når der er et fald i strøm. I Texas ville denne strategi dog hurtigt begrænse størrelsen af vindmølleparker, da nettet der er relativt lille. Ved at forbinde sig til resten af landet fjerner Tres Amigas grænsen for størrelsen af disse bedrifter.
Intermittens kan også løses ved at samle vedvarende energi over et bredt område. På den måde kan et fald i solenergi på grund af en overskyet dag i én region blive opvejet af vind eller sol andre steder. At forbinde de tre net gør det muligt at trække på en bredere vifte af vedvarende energikilder, især i det sydvestlige, som er opdelt af grænserne mellem dem. Stationen vil også levere mellem 50 og 150 megawatt batterilagring for at udjævne strømudsving på nettet for at hjælpe med at forhindre udfald.
Projektet kan også være en værdifuld testplads for jævnstrøms superledende transmissionsledninger, som kan have betydelige fordele i forhold til konventionelle elledninger til at levere store mængder strøm over lange afstande, siger Steven Eckroad, en projektleder hos Palo Alto, CA-baseret Electric Power Research Institute (EPRI), som studerer superlederes potentiale til langdistancetransmission. Sådanne transmissionslinjer kunne indsamle vindkraft fra Midtvesten, hvor den er rigelig, og overføre den til syd, som har færre vedvarende ressourcer.
Kraftskifte : Strøm kommer ind i Tres Amigas-stationen fra tre elnet og cirkulerer inde i en superlederrørledning, som alle tre net kan trække fra.
For at forbinde alle tre net krævede det et sted, hvor de var geografisk tæt på hinanden - i tilfældet med Tres Amigas, et 60 kvadratkilometer stort område nær Clovis, NM. Som med konventionelle forbindelser mellem nettene, konverterer systemet AC til DC. Men i modsætning til konventionelle tovejsforbindelser vil den jævnstrøm hos Tres Amigas så cirkulere i superledende kabler, der danner en trekantet elektrisk rørledning. Ethvert af de tre net kan trække strøm fra dette efter behov.
At levere fem gigawatt og til sidst 30 gigawatt af overførselskapacitet mellem alle tre net krævede brugen af superledende jævnstrømsledninger, hvilket i høj grad reducerede antallet af kabler, der var nødvendige for at bære strømmen - et enkelt superledende kabel kan bære den samme effekt som ni eller 10 sæt af konventionelle kobberkabler. Hvis de konventionelle kabler var suspenderet over hovedet, ville de sammen med de indgående og udgående transmissionsledninger have skabt en rottered, der var sårbar over for vejr og sabotage, siger Jack McCall, direktør for forretningsudvikling hos Devens, MA-baserede amerikanske Superconductor, som leverer de superledende kabler.
Nedgravning af konventionelle kabler vil øge projektets kompleksitet og størrelse, da kablerne skal holdes adskillige meter fra hinanden for at undgå overophedning. Til at begynde med ville der kun være behov for ét superledende kabel - hvilket i høj grad forenkler systemet sammenlignet med at bruge konventionelle kabler. Efterhånden som Tres Amigas udbygges, vil der være behov for flere kabler, men disse kan graves ned tæt på hinanden.
Ud over at forbinde de tre net vil Tres Amigas tjene som en demonstration af den type DC-superledende linjer og AC-til-DC-konvertere, der ville være nødvendige for højeffekt-, langdistancetransmissionslinjer – superlederrørledningen EPRI har undersøgt. Et sådant system kunne være lettere at placere end konventionelle overhead-højeffekttransmissionsledninger: de superledende kabler kan begraves langs eksisterende vejrettigheder, såsom langs mellemstatslige motorveje. At overbevise jordejere om at tillade store overliggende transmissionstårne er en af de største forhindringer for at installere konventionelle transmissionsledninger, og det kan hindre bestræbelserne på at udvikle et system til distribution af vindkraft fra Midtvesten. Superledende transmissionsledninger kunne også være nemmere at integrere med det eksisterende net, da mængden af strøm konverteret fra jævnstrøm til vekselstrøm på stationer langs linjen kunne styres præcist.
Ifølge EPRI-analysen ville en superlederrørledning koste omtrent lige så meget som en konventionel transmissionsledning, hvis superledersystemet var designet til at transmittere store mængder strøm (større end fem gigawatt) over lange afstande (omkring 1.000 miles). Dette skyldes til dels, at omkostningerne til at køle superledende ledninger (kræves for at bevare deres superledende egenskaber) bliver en lille andel af de samlede systemomkostninger. Også på lange afstande er den højere effektivitet af superledende systemer vigtig - omkring halvt så meget energi spildes som med konventionelle høj-effekt, langdistance elledninger.
Men det er en teknologi, som virksomheder ikke er bekendt med, og derfor kan de være tilbageholdende med at udrulle den i den skala, der kræves for, at den er omkostningskonkurrencedygtig, siger Eckroad. Tres Amigas-projektet kunne være vigtigt for at demonstrere, at teknologien virker, siger han.
McCall siger, at Tres Amigas planlægger at indgive en ansøgning til Federal Energy Regulatory Commission i de kommende uger - for at afklare, at regulatorisk hindring er det næste skridt for virksomheden. Hvis det går godt, kan det første fem-gigawatt-system være færdigt ved udgangen af 2014.