许多太阳能和风能项目都面临一个问题:如何将能源从生产地输送到需求地。 

假设你想建一个风电场。那么你可以在风力资源丰富的农村地区找一块理想的空地,招募投资者,办理相应的许可,然后准备安装涡轮机。接下来有个麻烦:传输线路怎么办?农村地区没有足够的线路,而线路、需要用电的人和车辆都在城市里。所以你面临一个问题:农村有可以发电的风能,但没办法把所得的绿色能源送到城市

通常只有在发电地点离用电地点较近的情况下才会建立电网。当然也有例外,比如从遥远的大坝将水电输送到城市,但在大多数情况下,煤电厂和天然气发电厂会建造在城镇附近,一个世纪以来都是如此。而现在,风电场大多在山区,太阳能发电厂大多在沙漠,长距离传输变得更加普遍,

但输电设施却没有跟上。普林斯顿大学的研究人员估计,美国的高压输电能力需要在未来10年增长60%,才能满足清洁能源的输送要求。宾夕法尼亚州立大学一位研究电网的经济学家说:“我们现有的电网已经不适用于当前的需求,更不用说用来传输各种可再生能源了。”

可再生能源整合中心(一个倡导绿色能源电网现代化的非营利组织)的联合创始人解释说,在美国的许多地方,风能和太阳能已经是最便宜的能源生产方式了,但在输电方面受到限制。这意味着,在一些地方,因为输电线路不堪重负,风电场的业主经常被勒令在有可用风能的情况下停止发电——这一举动被称为“弃风限电”。

对于尚未建成的发电厂来说,情况甚至更糟,因为电网限制意味着出资人必须先架设新线路并支付费用,然后才能安装涡轮机或太阳能电池板。每年,由于输电线路升级延迟和高昂的升级成本,数百个可再生能源项目在前期规划阶段受阻。

LineVision从另一个角度解决了这个问题:让现有电网输送更多电力。即使新线路获得批准,也不能保证它真的会建成。没有人希望在后院或濒危湿地上铺设巨大的输电线。因此,LineVision设法让备受拥堵问题困扰的线路输送更多电力。

这是有可能实现的,因为电力线路普遍没有得到充分利用。线路的功率承载限制通常是提前设定的,而那是基于几十年前对物理学和工程学的假设。这些限制非常保守,这也是可以理解的,毕竟需要保证输电的可靠性和安全性。但一些专业人士认为,技术的进步使线路运营方能够更密切地监控其系统,并输送更多的电力。这种思路是在出现瓶颈的线路上多输出一点,为更多排队苦等的可再生能源腾出空间。

LineVision专门开发了一种称为动态线路额定值的技术。电力线路面临的一个物理限制在于,电流通过时会产生热量。功率过大会导致电线发热膨胀,于是开始下垂,进而可能产生火花并引发火灾。但实际上没有人会监控每条线路,只是基于避免发生最坏情况的假设才做出这些限制。还有一些其他因素也会影响线路的温度,比如天气。大多数日子里,会有微风吹过电线,虽然这带来的降温只有几度,但理论上足以让线路承载更多的电力。LineVision会安装传感器,利用激光雷达和其他设备监控电力线是否下垂。该公司称,此项技术可以将输电量提高多达40%。

可再生能源的规模取决于风力和太阳照射情况,这会增加线路所需承载电流量的不确定性。电力通过电网的方式很难预测,它会根据供需情况而变化,结果可能是一些线路堵塞而另一些线路闲置。首先需要了解发生了什么:该方法依赖于称为“同步相量”的设备网络,它相当于电子哨兵,可以快速测量通过线路的电流变化。这些监控有助于电网运营商了解哪里存在拥堵,以便向线路施加电压来推动或拉动电流通过这些线路,从而为电流选择更理想的线路。

这项技术以某种形式在英国得到了应用。英国国家电网公司负责英国电力线路的运营,它使用电力潮流设备将能源从英格兰北部可再生资源丰富的地区输送到伦敦周围的电力匮乏地区。

但在大多数情况下,该公用事业公司遵循一个简单的策略来提升传输性能:架设更多的线路,但是这样做也会带来挑战。Hill说:“你需要转变思维方式,不要再搞建设了,而要考虑什么才是对客户最有利的,以及如何更有效地利用你的电网。”

催生这种想法的原因很快就变得靠不住了。电网很复杂。拥有和运营输电线路的一方(包括对投资者负责的私营公用事业公司以及公共实体)通常不去建造需要接入这些线路的可再生能源发电厂。公用事业公司要获取建造新输电线路的许可,这通常是为响应客户需求而为之,同时还需要保证公用事业公司及其股东将收回投资成本并且盈利。当发电机想要接入电网时,会怎样呢?那就另当别论了。周边线路的所有者会提出需要升级哪些设施以及需要多少费用,而新太阳能发电厂或风电场的业主将为此买单。

上述情况都没有为提高现有线路的效率带来太多机会。对新线路的大笔投资意味着铺设它们的公用事业公司可获得更高的回报。换句话说,花大钱更有利可图。虽然公用事业公司可能会看到新技术的潜力,但新技术也会带来风险,包括安全性和可靠性问题,而且在新员工和培训方面的投入可能无法获得回报。

但最急需的其实是更好的电网整体规划。用来增强现有电网的技术属于更大的难题。旧电网的拓扑结构已经失效,需要付出巨大代价才能找到正确的方向。这意味着不仅要在今天需要的地方,还要在未来需要的地方有效地架设新线路,并使用一切现有技术让线路承载更多电力。否则,就算是狂风大作,或者艳阳高照,我们也无法充分利用这些能源。

稿件来源:

https://www.wired.com/story/renewable-energy-great-grid-slow-down/

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