För att utnyttja innovation inom förnybar energi, gör nätet mer flexibelt

Sista dagen i april i år var en typisk vårdag i Kalifornien. Solen sken, vinden blåste och vårsmältvatten flödade. Med förhållanden som är idealiska för sol-, vind- och vattenkraft uppnådde staten en anmärkningsvärd förstagång inom energi: Under ungefär en timme tillhandahöll förnybar energi 100 % av Kaliforniens el och en lockande glimt av en nettonoll framtid.

Lika betydelsefull som den milstolpen var, har staten fortfarande en lång väg kvar att gå innan den har tillräckligt med kapacitet för att driva sitt elnät kontinuerligt utan kol. Nya källor till förnybar kraft dyker upp hela tiden, från bältros till sol gårdar, och så småningom kanske till och med solvägar. För att dessa solcellsinnovationer ska ha störst effekt – att omvandla ljus till utsläppsfri elektricitet – måste vi bygga ett nät som kan säkerställa pålitlig, konsekvent kraft eftersom den innehåller dessa tekniker.

"Vi behöver nya källor för förnybar energi för att ständigt dyka upp, men att säkerställa nättillförlitlighet är avgörande för att utnyttja deras löfte. Denna spänning mellan innovation och tillförlitlighet är den grundläggande utmaningen för koldioxidomställningen." – Takajiro Ishikawa, VD och koncernchef för Mitsubishi Heavy Industries America

Ett mer flexibelt rutnät

Att lägga till mer vind- och solenergiproduktion till elnätet är avgörande för övergången från kol. Men eftersom dessa källor inte är konstanta - sol och vind är av naturen intermittenta - kommer det oundvikligen att finnas tillfällen då sol- och vindproduktionen inte uppfyller efterfrågan. Denna variation komplicerar kraftleveransen på ett nät som måste balansera den producerade energin med den energi som förbrukas sekund för sekund utan avbrott.

Som Takajiro Ishikawa, VD och koncernchef för Mitsubishi Heavy Industries America, konstaterar: "Vi behöver nya källor till förnybar energi för att ständigt uppstå, men att säkerställa nättillförlitlighet är avgörande för att kunna utnyttja deras löfte. Denna spänning mellan innovation och tillförlitlighet är den grundläggande utmaningen för koldioxidomställningen."

När efterfrågan på el ökar behöver kraftbolagen möjligheten att öka utbudet utan dröjsmål; alternativet är brownouts och blackouts. I praktiken måste elleverantörer upprätthålla kapacitet att producera mer el än vad som används vid ett givet tillfälle. Ändå måste de sätta igång den kapaciteten strategiskt och flexibelt, för när produktionen överstiger efterfrågan måste kraftbolagen avskaffa överbelastningen för att hålla nätet stabilt. Till exempel, dagen i april då Kalifornien tillhandahöll 100 % av den energi som behövdes genom att använda förnybara källor, slutade staten med att sälja överflödiga elektroner till andra elleverantörer.

Ju mer förnybar energi introduceras i nätet, desto större blir risken för intermittens och desto mer angeläget är behovet av att balansera laster snabbt och sömlöst. Denna utveckling av nätet skapar en utmaning för producenterna. Mycket av befintlig kraftgenereringsinfrastruktur kräver för lång uppstartstid för att kunna skickas snabbt.

"Att balansera minskade utsläpp och tillförlitlighet är nyckeln till att främja välstånd och samtidigt återuppfinna nätet för en framtid med ren energi." – Raul Pereda, VD och koncernchef för Mitsubishi Power Aero

En lösning är gasturbiner från flygplan. De kan producera kraft på efterfrågan med kort starttid och flexibiliteten att sedan skala upp och ner snabbt, vilket hjälper till att kontinuerligt matcha utbudet med efterfrågan. Detta gör det möjligt för nätoperatörer att lägga till mer förnybar energi till sina nät utan att ge avkall på tillförlitligheten. Dessa toppanläggningar är redo när det behövs för att starta snabbt och fylla luckor mellan efterfrågan och produktion från andra källor. Dessutom kan dessa turbiner drivas på ett växande utbud av bränslen, såsom naturgas, LNG, propan och snart en väte-naturgasblandning, vilket gör det möjligt för dem att utvecklas mot lösningar med låga och inga koldioxidutsläpp.

"Balansering av minskade utsläpp och tillförlitlighet är nyckeln till att främja välstånd och samtidigt återuppfinna nätet för en ren energiframtid", säger Raul Pereda, VD och koncernchef för Mitsubishi Power Aero, en ledande leverantör av globala kraftlösningar som drivs av gasturbiner från flygplan.

Letar efter win-wins

Ett allt mer flexibelt nät kommer att öppna möjligheter att dra nytta av dagens rikedom av innovation inom förnybar energi. Till exempel, Projekt Nexus, som bryter mark i höst, kommer att ge proof of concept för att driva solpaneler över kanalerna som flyttar vatten i hela Kalifornien.

Det är det första projektet i sitt slag i USA, men konceptet har tagit fart i det varma, torra klimatet på landsbygden i Indien. En nyligen studera fann att installation av solpaneler över Kaliforniens 4,000 63 miles av kanaler kan förhindra 13 miljarder liter vatten från att avdunsta varje år samtidigt som den levererar XNUMX gigawatt el – ungefär hälften av vad staten behöver för att uppfylla sina mål för förnybar energi.

Agrivoltaiska lösningar, som placerar solenergianläggningar på jordbruksmark, erbjuder liknande win-win-scenarier. Panelerna ger bra mikroklimat för skuggälskande grödor samt foder för får, som i sin tur håller gräset och ogräset trimmat utan att fossila bränslen behöver förbrännas.

Energiomställningen kräver många sådana lösningar. I vår allt mer elektrifierade värld måste de arbeta tillsammans för att leverera ren och pålitlig el dygnet runt. För att göra Kaliforniens 30 april^th milstolpe en vardaglig verklighet måste vi agera med kreativitet, brådska och framförhållning för att möta dagens energibehov samtidigt som vi bygger morgondagens flexibla, motståndskraftiga energisystem.

RELATERAT INNEHÅLL

Möt Generation Green, ingenjörer som hjälper till att minska koldioxidutsläppen från energi och industri [Video]

Råd till unga ingenjörer: Använd din fantasi

Den starka skillnaden mellan global uppvärmning på 1.5°C och 2.0°C