Изменение климата может повлиять на будущую стабильность подключенных к сети солнечных энергетических систем – то, что необходимо учитывать при планировании перехода Австралии к возобновляемым источникам энергии.
Моделирование, проведенное исследователями из UNSW Sydney, показывает, что величина, частота и продолжительность разрушительных событий солнечной генерации, называемых скачками, значительно изменятся в течение следующего столетия. Результаты, опубликованные в Scientific Reports, могли бы помочь в разработке будущей инфраструктуры солнечной энергетики в Австралии.
Подключенные к сети солнечные энергетические системы, которые иногда называют крупномасштабными фотоэлектрическими установками (PV), являются самой быстрорастущей технологией возобновляемой энергетики в Австралии.
Поскольку солнечная энергия основана на прямом преобразовании солнечного света в электричество, выработке электроэнергии присуща изменчивость из-за таких факторов, как облачный покров, время суток, сезонные циклы и местоположение. Внезапные колебания могут привести к несоответствиям между предложением электроэнергии и спросом на нее, которые, если их не контролировать, могут привести к перебоям в подаче электроэнергии или полному отказу электросети.
“На солнечную фотоэлектрическую генерацию влияют климатические факторы, что делает ее восприимчивой к изменению климата”, – говорит Шукла Поддар, ведущий автор исследования и кандидат наук в Школе фотоэлектрики и инженерии возобновляемых источников энергии. “Например, изменения в том, как облака проходят над солнечными панелями, могут привести к внезапному снижению (спаду) или увеличению (подъему), что может вызвать колебания напряжения и отключения электроэнергии”.
В 2022 году 35,9% от общего объема электроэнергии, вырабатываемой в Австралии, приходилось на возобновляемые источники энергии, причем солнечная энергия была самым крупным источником возобновляемой энергии в энергосистеме. Учитывая планируемое крупномасштабное внедрение фотоэлектрических систем, включая крупнейшую в мире солнечную ферму в Пауэлл-Крик, Австралия, моделирование будущих рамп имеет решающее значение для обеспечения стабильной выработки электроэнергии, поскольку Австралия все больше полагается на крупномасштабную солнечную энергию.
“Использование более изменчивых возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, может повлиять на стабильность электросети, поскольку они могут обеспечивать электроэнергию с перебоями при прохождении облаков”, – говорит доцент Мерлинд Кей, соавтор исследования и преподаватель Школы фотоэлектрической инженерии и возобновляемых источников энергии. “Таким образом, эта работа необходима сетевым операторам, которые отвечают за управление и поддержание надежной электросети, чтобы понять, как эти масштабные мероприятия изменятся с изменением климата, чтобы они могли соответствующим образом спланировать это внедрение”.
Управление пандусами солнечной энергетики
В ходе исследования команда использовала региональные климатические прогнозы для моделирования скачков солнечной активности по всей Австралии до 2100 года по сценарию со средним и высоким уровнем выбросов. Они обнаружили, что массовые явления, вероятно, станут более продолжительными и частыми на восточном побережье и в некоторых частях Северной Австралии, хотя их масштабы, вероятно, уменьшатся. Изменения более значительны при высоких выбросах — сценарии, к которому в настоящее время движется Австралия.
“В целом, это означает, что мы должны ожидать, что солнечные пандусы станут более распространенными в течение следующего столетия в связи с изменением климата, хотя это действительно зависит от местоположения и будущих выбросов”, – говорит Поддар. “Для операторов электросетей это означает, что они должны быть готовы к использованию надлежащих технологий и стратегий для решения более регулярных проблем с перебоями в работе”.
Управлять колебаниями, вызванными скачками солнечной энергии, можно с помощью технологии массового хранения и диверсификации структуры возобновляемых источников энергии в энергосистеме.
“Во время массовых мероприятий большие батареи могут накапливать избыток солнечной энергии, что помогает снизить нагрузку на электросеть”, – говорит Кей. “В случае сбоя накопленная энергия может быть подана обратно в сеть, чтобы помочь компенсировать потери солнечной энергии и поддерживать стабильность сети.
“Сочетание этого с технологиями использования возобновляемых источников энергии, такими как ветер, который может работать ночью, также важно, и он уже довольно хорошо работает в таких местах, как Южная Австралия, в Hornsdale Power Reserve с аккумулятором Tesla powerpack”.
Строительство солнечных ферм в оптимальных местах – еще одна стратегия защиты от скачков напряжения. Исследователи надеются, что результаты их исследования помогут в разработке будущих солнечных ферм по всему миру, что они постараются выявить в ходе дальнейших исследований.
“Структура, которую мы разработали здесь для пространственно-временного изучения будущих аварийных событий с использованием климатического моделирования, может быть применена в различных местах по всему миру для обеспечения оптимальной работы энергосистемы в будущем по мере изменения климата”, – говорит Поддар.
