پنل‌هاي خورشيدي چه بلايي سر شبکه برق مي‌آورند؟

به گزارش تابناک، نيروگاه خورشيدي تابع آفتاب است. ظهر که تابش در اوج است، توليد بالا مي‌رود و همزمان ممکن است مصرف شبکه هنوز در سطح بالايي نباشد. چند ساعت بعد، خورشيد در حال غروب است اما مصرف برق، به‌ويژه در روز‌هاي گرم همچنان ادامه دارد. در نتيجه شبکه بايد در فاصله‌اي کوتاه، کاهش توليد خورشيدي را با افزايش توليد نيروگاه‌هاي ديگر جبران کند.

اين همان پديده معروف «Duck Curve» است؛ منحني‌اي که نشان مي‌دهد با افزايش نفوذ خورشيدي، بار خالص شبکه در ميانه روز فرو مي‌ريزد و در ساعات غروب با شيب تندي بالا مي‌رود. بنابراين، نيروگاه خورشيدي هر چقدر بيشتر وارد شبکه شود، نياز به نيروگاه‌ها و منابعي که قابليت مانور سريع دارند نيز بيشتر احساس مي‌شود.

اينورتر‌ها به جاي ژنراتور‌هاي سنگين!

تغيير فقط به منحني مصرف محدود نمي‌شود. با افزايش نيروگاه‌هاي فتوولتائيک، بخشي از توليد برق شبکه از ژنراتور‌هاي سنکرون نيروگاه‌هاي حرارتي به مبدل‌هاي الکترونيک قدرت منتقل مي‌شود؛ تغييري که از منظر پايداري شبکه اهميت زيادي دارد.

ژنراتور‌هاي بزرگ حرارتي به واسطه جرم دوار خود اينرسي طبيعي ايجاد مي‌کنند. اينرسي در لحظه وقوع يک اختلال، مانند يک ضربه‌گير عمل کرده و سرعت تغيير فرکانس را کاهش مي‌دهد. اما نيروگاه خورشيدي ذاتاً چنين جرم دواري در مقياس شبکه ندارد و اتصال آن به شبکه عمدتاً از طريق اينورتر انجام مي‌شود.

در شبکه‌اي با نفوذ بالاي منابع مبتني بر اينورتر، خروج ناگهاني يک واحد توليدي يا وقوع يک خطاي شديد مي‌تواند تغييرات فرکانس را سريع‌تر کند. البته اينجا نبايد به يک برداشت ساده رسيد که «خورشيدي يعني شبکه ناپايدار». اينورتر‌هاي مدرن مي‌توانند با قابليت‌هايي مانند کنترل توان اکتيو و راکتيو، پشتيباني ولتاژ، Fault Ride Through و پاسخ سريع فرکانسي، بخشي از خدماتي را که پيش‌تر از ژنراتور‌هاي سنکرون انتظار مي‌رفت ارائه کنند؛ بنابراين چالش اصلي اين است که آيا مقررات اتصال، تجهيزات کنترلي و معماري شبکه براي اين تغيير آماده شده‌اند يا خير.

شبکه توزيع و يک داستان پيچيده‌تر!

بخش ديگري از ماجرا در جايي رخ مي‌دهد که معمولاً کمتر ديده مي‌شود: شبکه توزيع. در ساختار سنتي، برق از پست‌هاي بالادست به سمت مصرف‌کننده حرکت مي‌کند. اما وقتي تعداد زيادي پنل خورشيدي روي پشت‌بام خانه‌ها، ساختمان‌هاي تجاري يا زمين‌هاي کوچک نصب مي‌شود، ديگر اين مسير يک‌طرفه نيست.

در يک روز آفتابي و کم‌بار، ممکن است يک فيدر توزيع بيش از ميزان مصرف محلي برق توليد کند. در اين شرايط، توان به سمت بالادست برمي‌گردد و همان شبکه‌اي که براي انتقال برق به مصرف‌کننده طراحي شده بود، به مسير انتقال برق از مصرف‌کننده به شبکه تبديل مي‌شود.

اين تغيير مي‌تواند مسئله کنترل ولتاژ را جدي‌تر کند. افزايش ولتاژ در انتهاي فيدر، تغييرات سريع ناشي از عبور ابر و نوسان توليد، همگي نيازمند کنترل دقيق‌تر هستند. اينجاست که تجهيزاتي مانند اينورتر‌هاي داراي قابليت Volt/VAR Control، ترانسفورماتور‌هاي داراي تپ‌چنجر، تجهيزات جبران‌ساز و سامانه‌هاي پايش لحظه‌اي اهميت پيدا مي‌کنند. در واقع، توسعه خورشيدي فقط به نصب پنل ختم نمي‌شود؛ هر پنل جديد، بخشي از معماري شبکه را نيز تحت تأثير قرار مي‌دهد.

خورشيد و يک مشکل عجيب براي شبکه!

خورشيد يک مشکل عجيب براي شبکه ايجاد مي‌کند: زماني که بيشترين توان را توليد مي‌کند، لزوماً همان زماني نيست که شبکه بيشترين نياز را دارد. راه‌حل روشن است؛ برق توليدشده در ميانه روز را براي ساعاتي که خورشيد ديگر در دسترس نيست نگه داريم. اينجاست که ذخيره‌ساز‌ها وارد معادله مي‌شوند.

باتري‌ها مي‌توانند بخشي از توليد ظهر را ذخيره و در ساعات اوج مصرف يا هنگام افت ناگهاني توليد خورشيدي به شبکه بازگردانند. علاوه بر جابه‌جايي زماني انرژي، ذخيره‌ساز‌ها مي‌توانند در کنترل نرخ تغييرات توان، تنظيم فرکانس و ارائه خدمات جانبي نيز نقش داشته باشند.

باتري نسخه‌ رايگان مشکلات نيست

باتري نسخه‌اي رايگان براي حل مشکلات شبکه نيست. قيمت سرمايه‌گذاري، طول عمر، تعداد چرخه‌هاي شارژ و دشارژ، راندمان رفت‌وبرگشت و حتي نحوه پرداخت بابت خدماتي که باتري به شبکه ارائه مي‌دهد، تعيين مي‌کند که اين فناوري در چه مقياسي اقتصادي باشد. به همين دليل، توسعه ذخيره‌ساز‌ها بايد همزمان با طراحي بازار برق و مقررات خدمات جانبي پيش برود. باتري زماني ارزش واقعي خود را نشان مي‌دهد که شبکه بتواند براي «انعطاف‌پذيري» آن نيز مانند انرژي توليدشده ارزش‌گذاري کند.

مسير آينده صنعت برق

شبکه برق تا چه اندازه مي‌تواند توليد متغير برق را جذب و مديريت کند؟ هر چه ظرفيت خورشيدي افزايش يابد، اهميت پيش‌بيني توليد، توسعه خطوط انتقال و شبکه توزيع، ذخيره‌سازي انرژي، مديريت بار و نيروگاه‌هاي انعطاف‌پذير نيز بيشتر خواهد شد. در چنين شرايطي، نيروگاه‌هاي حرارتي هم از نقش سنتي خود فاصله مي‌گيرند. آنها بايد بتوانند سريع‌تر وارد مدار شوند، توان خود را تغيير دهند و در ساعات افت توليد خورشيدي، شکاف ايجادشده را پر کنند.

در طرف ديگر، مصرف‌کننده نيز ديگر فقط دريافت‌کننده برق نخواهد بود؛ کنتور‌هاي هوشمند و برنامه‌هاي پاسخگويي بار مي‌توانند بخشي از مصرف را به ساعات توليد بالاي خورشيدي منتقل کنند. بنابراين، توسعه انرژي خورشيدي بدون توسعه همزمان «انعطاف‌پذيري» مي‌تواند بخشي از ظرفيت ايجاد شده را با محدوديت بهره‌برداري مواجه کند.

اگر شبکه، ذخيره‌ساز، توليد متعارف، مديريت مصرف و زيرساخت‌هاي کنترلي همزمان توسعه پيدا کنند، افزايش سهم خورشيد نه تهديدي براي شبکه، بلکه فرصتي براي بازطراحي هوشمندانه آن خواهد بود. مسير آينده صنعت برق ساخت شبکه‌اي است که بتواند با تغييرات بيشتر، سريع‌تر و هوشمندانه‌تر کنار بيايد.