211service.com
Een voorproefje van het National Grid on Renewables
Een nieuwe onderzoeksfaciliteit van $ 135 miljoen moet een puzzel oplossen: hoe kunnen landen zich voorbereiden op een energiesysteem dat sterk afhankelijk is van hernieuwbare energie? Het kan ook manieren testen om de betrouwbaarheid onder stress te verbeteren, bijvoorbeeld wanneer de vraag in de zomer stijgt als de airconditioning het net belast.
In het rooster: NREL senior wetenschapper Kenny Gruchalla onderzoekt het snelheidsveld van een windturbinesimulatie met behulp van een 3D-model in de Energy Systems Integration Facility in Golden, Colorado.
Omdat wind- en zonne-energie met tussenpozen stroom leveren, creëren ze uitdagingen voor netbeheerders. Er komen ook andere nieuwe energietechnologieën online, waaronder elektrische voertuigen, energieopslag, efficiënte gebouwen die het stroomverbruik tijdens piekuren verminderen, en kleinschalige aardgasgeneratoren en brandstofcellen. Het op grote schaal integreren van deze technologieën stelt netbeheerders voor uitdagingen.
De Nationaal laboratorium voor hernieuwbare energie (NREL) in Golden, Colorado, creëerde de Integratiefaciliteit voor energiesystemen (ESIF) om te begrijpen hoe de onderdelen van een meer divers energiesysteem het beste kunnen worden bediend. Gebruikmakend van een supercomputer en stroomapparatuur die een megawatt-schaal minigrid binnen de faciliteit kan creëren, kunnen productingenieurs en nutsbedrijven de impact van nieuwe technologieën simuleren zonder problemen te veroorzaken voor functionerende netwerken.
Regio's met een hoog percentage wind- en zonne-energie zijn nu afhankelijk van dagelijkse voorspellingen en stand-by elektriciteitscentrales op fossiele brandstoffen om een betrouwbare service te behouden. Maar zodra hernieuwbare energie meer dan 20 procent van de capaciteit bedraagt, hebben netplanners meer geavanceerde tools nodig, zegt Benjamin Kroposki , directeur van energiesysteemintegratie bij NREL. We zagen deze grote verschuiving. Als we erin slagen de kostendoelstellingen voor individuele technologieën te halen, wat dan? Je moet beginnen met systeemintegratie, zegt hij.
een NREL analyse vorig jaar gepubliceerd, bleek dat de VS met een flexibeler systeem tegen 2050 80 procent van hun elektriciteit uit bestaande technologieën voor hernieuwbare energie zou kunnen halen (zie De VS zouden tegen 2050 op 80 procent hernieuwbare elektriciteit kunnen draaien). Duitsland en Denemarken hebben al ongeveer 20 procent hernieuwbare elektriciteit en Duitsland is van plan om tegen 2050 ongeveer 80 procent hernieuwbare energie te realiseren, zowel voor elektriciteit als voor transport.
ESIF is uniek omdat het 15 verschillende laboratoria heeft waarmee wetenschappers kunnen testen hoe het elektriciteitsnet integreert met de brandstoffen en verwarmingsinfrastructuur, zegt Kroposki. Het heeft ook een on-site supercomputer om onderzoek te ondersteunen. Men zou een experiment kunnen ontwerpen om te zien hoe effectief een nieuw type brandstofcel zowel elektriciteit als verwarming aan gebouwen zou leveren. Of, in een meer futuristisch scenario, zou overtollige wind- en zonne-energie synthetisch gas kunnen produceren uit waterstof en koolstofdioxide afval - netbeheerders zouden dan de aardgasinfrastructuur gebruiken om die energie op te slaan, zegt hij.
De simulatietools zijn ontworpen om de acceptatie van energietechnologieën te versnellen. Hulpprogramma's zijn op hun hoede voor het inzetten van niet-geteste producten op hun netwerken, een al lang bestaand zakelijk probleem voor start-ups met slimme netwerken die zich richten op klanten van nutsbedrijven. ESIF kan een gedetailleerd model maken van het specifieke netwerk van een hulpprogramma en vervolgens de prestaties van daadwerkelijke hardwareproducten testen aan de hand van die gegevens.
Het gemeentelijke nutsbedrijf in Sacramento, Californië, heeft bijvoorbeeld een woonafdeling waar de meeste huizen zonnepanelen op het dak hebben. Het heeft gedistribueerde opslageenheden om spanningsdips te compenseren wanneer wolken overtrekken. Door een gedetailleerd computermodel van dat circuit te gebruiken, kunnen ingenieurs van ESIF testen of goedkopere omvormers voor zonne-energie het probleem kunnen verhelpen. Je hoeft niet naar buiten te gaan en een replica op ware grootte te bouwen en te integreren met een echt systeem voordat je veel van de bugs hebt ontdekt, zegt Kroposki.
De supercomputer van ESIF gaat complexe analyses doen, zoals het simuleren van de plaatsing van windturbines op duizenden locaties, maar ook geavanceerde visualisaties. De faciliteit heeft een meeslepend scherm waar een wetenschapper in een driedimensionaal beeld kan staan om bijvoorbeeld de chemische bindingen in nieuwe fotovoltaïsche materialen te onderzoeken of de toonhoogte van een reeks windturbines te veranderen om het vastleggen van energie te optimaliseren. Door te kunnen bewegen en communiceren met uw gegevens, kunt u inzichten krijgen die u misschien niet kunt zien op een plat scherm of een eenvoudige grafiek, zegt Steven Hammond , de directeur van het computational science center bij NREL.
De overgang naar een nationaal elektrisch systeem dat voornamelijk wordt aangedreven door hernieuwbare bronnen, zal waarschijnlijk tientallen jaren duren en er zullen grote veranderingen in de regelgeving voor nutsvoorzieningen nodig zijn (zie Zullen nutsbedrijven gedistribueerde energie omarmen?). Op kortere termijn kan een faciliteit als ESIF gedistribueerde netwerkproducten testen op lokale of regionale netwerken. Het zou bijvoorbeeld de impact van een groot aantal elektrische voertuigen en zonnepanelen op het dak in één buurt kunnen testen.
De eerste gebruiker van het lab, gevestigd in Colorado Geavanceerde energie , begon daar in juni met het testen van zijn zonne-omvormer op utiliteitsschaal, en het Amerikaanse ministerie van Defensie heeft ook plannen om systemen te testen om brandstof te verminderen.