211service.com
Supergeleiders om een slimmer netwerk te bedraden
Een voorgestelde hub voor het verbinden van de drie onafhankelijke elektriciteitsnetwerken die de continentale Verenigde Staten overspannen, zou het gemakkelijker kunnen maken om de productie van hernieuwbare elektriciteit op te voeren.
Koele kracht : Deze supergeleidende draden vormen de basis van stroomkabels die veel meer stroom vervoeren dan conventionele koperen kabels.
Het project, genaamd Tres Amigas Superstation, zou gebruik maken van supergeleidende pijpleidingen en convertorstations om drie netten met elkaar te verbinden: de Western, Eastern en Texas Interconnections. Verbindingen tussen de netten zijn beperkt omdat de netten niet gesynchroniseerd zijn - de wisselstroom is uit fase. Er zijn speciale stations nodig die wisselstroom omzetten in gelijkstroom en vervolgens weer in wisselstroom in de juiste fase om stroom van het ene net naar het andere te verplaatsen.
Slechts een fractie van 1 procent van de elektriciteit die in de Verenigde Staten wordt opgewekt, kan momenteel worden overgedragen tussen de netten en er is geen directe verbinding tussen Texas en het westerse net. Het Tres Amigas-station, dat voor het eerst alle drie de netten op één plek met elkaar verbindt, zal in eerste instantie meer dan het dubbele vermogen hebben om de stroom tussen hen over te dragen, wat een capaciteit van vijf gigawatt oplevert. Uiteindelijk zal het station naar verwachting maar liefst 30 gigawatt aan vermogen overdragen.
Het station zal een groot aantal problemen met hernieuwbare energie oplossen, zegt Phil Harris, CEO van het bedrijf Tres Amigas, gevestigd in Santa Fe, NM. In de eerste plaats zal het helpen bij het aanpakken van een belangrijk probleem met hernieuwbare energiebronnen: hun intermitterende werking. Omdat wind komt en gaat en wolken de zon van tijd tot tijd blokkeren, kunnen wind- en zonne-energie het elektriciteitsnet destabiliseren.
Een manier om te compenseren is ervoor te zorgen dat geen enkele hernieuwbare bron te veel van de totale energiemix uitmaakt, zodat andere bronnen gemakkelijk kunnen invallen als het vermogen daalt. In Texas zou deze strategie echter snel de omvang van windparken beperken, aangezien het netwerk daar relatief klein is. Door verbinding te maken met de rest van het land, haalt Tres Amigas de limiet op de grootte van deze boerderijen weg.
Intermittency kan ook worden aangepakt door het verzamelen van hernieuwbare energie over een groot gebied. Op die manier kan een daling van de zonne-energie als gevolg van een bewolkte dag in de ene regio worden gecompenseerd door wind of zonne-energie elders. Door de drie netten met elkaar te verbinden, kan worden geput uit een grotere verscheidenheid aan hernieuwbare bronnen, vooral in het zuidwesten, dat wordt gescheiden door de grenzen ertussen. Het station zal ook tussen de 50 en 150 megawatt aan batterijopslag leveren om stroomfluctuaties op het elektriciteitsnet op te vangen en stroomuitval te voorkomen.
Het project kan ook een waardevolle proeftuin zijn voor supergeleidende gelijkstroomtransmissielijnen, die aanzienlijke voordelen kunnen hebben ten opzichte van conventionele hoogspanningslijnen voor het leveren van grote hoeveelheden stroom over lange afstanden, zegt Steven Eckroad, een projectmanager bij het in Palo Alto, CA gevestigde Onderzoeksinstituut voor elektrische energie (EPRI), dat het potentieel van supergeleiders voor langeafstandstransmissie bestudeert. Dergelijke transmissielijnen kunnen windenergie verzamelen uit het Midwesten, waar het overvloedig is, en het naar het zuiden overbrengen, dat minder hernieuwbare bronnen heeft.
Vermogen verschuiven : Stroom komt het Tres Amigas-station binnen vanuit drie elektriciteitsnetten en circuleert in een supergeleiderpijpleiding waaruit alle drie de netten kunnen putten.
Om alle drie de rasters met elkaar te verbinden, was een plaats nodig waar ze geografisch dicht bij elkaar waren - in het geval van Tres Amigas, een strook van 60 vierkante kilometer in de buurt van Clovis, NM. Net als bij conventionele verbindingen tussen de netten, zet het systeem AC om naar DC. Maar in tegenstelling tot conventionele tweerichtingsverbindingen, zal die gelijkstroom bij Tres Amigas dan circuleren in supergeleidende kabels die een driehoekige elektrische pijpleiding vormen. Elk van de drie netten kan hier naar behoefte stroom uit halen.
Het leveren van vijf gigawatt en uiteindelijk 30 gigawatt aan overdrachtscapaciteit tussen alle drie de netten vereiste het gebruik van supergeleidende DC-lijnen, waardoor het aantal kabels dat nodig was om de stroom te transporteren aanzienlijk werd verminderd - een enkele supergeleidende kabel kan hetzelfde vermogen dragen als negen of tien sets van conventionele koperen kabels. Als de conventionele kabels boven het hoofd waren opgehangen, zouden ze, samen met de inkomende en uitgaande transmissielijnen, een rattennest hebben gecreëerd dat kwetsbaar is voor weer en sabotage, zegt Jack McCall, directeur bedrijfsontwikkeling bij Devens, MA-gebaseerde American Superconductor, die levert de supergeleidende kabels.
Het begraven van conventionele kabels zou de complexiteit en omvang van het project vergroten, aangezien de kabels enkele meters uit elkaar zouden moeten worden gehouden om oververhitting te voorkomen. In eerste instantie zou er slechts één supergeleidende kabel nodig zijn, wat het systeem aanzienlijk vereenvoudigt in vergelijking met het gebruik van conventionele kabels. Naarmate Tres Amigas wordt uitgebreid, zijn er meer kabels nodig, maar deze kunnen dicht bij elkaar worden begraven.
Naast het verbinden van de drie netten zal Tres Amigas dienen als demonstratie van het type DC-supergeleidende lijnen en AC-naar-DC-converters die nodig zijn voor hoogvermogen, langeafstandstransmissielijnen - de supergeleiderpijpleiding die EPRI heeft bestudeerd. Een dergelijk systeem zou gemakkelijker te plaatsen zijn dan conventionele bovengrondse hoogvermogenstransmissielijnen: de supergeleidende kabels kunnen worden begraven langs bestaande doorgangsrechten, zoals langs snelwegen. Het overtuigen van landeigenaren om grote bovengrondse zendmasten toe te staan, is een van de grootste obstakels voor het installeren van conventionele transmissielijnen, en het zou de inspanningen om een systeem te ontwikkelen voor de distributie van windenergie uit het Midwesten in de weg kunnen staan. Supergeleidende transmissielijnen kunnen ook gemakkelijker te integreren zijn met het bestaande net, omdat de hoeveelheid stroom die wordt omgezet van gelijkstroom naar wisselstroom op stations langs de lijn nauwkeurig kan worden gecontroleerd.
Volgens de EPRI-analyse zou een supergeleiderpijpleiding ongeveer net zoveel kosten als een conventionele transmissielijn, als het supergeleidersysteem was ontworpen om grote hoeveelheden stroom (meer dan vijf gigawatt) over lange afstanden (ongeveer 1.000 mijl) te transporteren. Dit komt gedeeltelijk omdat de kosten voor het koelen van supergeleidende lijnen (die nodig zijn om hun supergeleidende eigenschappen te behouden) een klein deel van de totale systeemkosten worden. Op lange afstanden is ook het hogere rendement van supergeleidende systemen belangrijk: er wordt ongeveer de helft minder energie verspild dan bij conventionele hoogvermogenslijnen voor lange afstanden.
Maar het is een technologie waar bedrijven niet bekend mee zijn, en daarom zijn ze misschien terughoudend om het uit te rollen op de schaal die nodig is om kostenconcurrerend te zijn, zegt Eckroad. Het Tres Amigas-project kan belangrijk zijn om aan te tonen dat de technologie werkt, zegt hij.
McCall zegt dat Tres Amigas van plan is om in de komende weken een aanvraag in te dienen bij de Federal Energy Regulatory Commission - het wegnemen van die regelgevende hindernis is de volgende stap voor het bedrijf. Als dat goed gaat, kan het eerste systeem van vijf gigawatt eind 2014 klaar zijn.