当美国准备启动一项保护国家未来电网的实验时，发生了一件有趣的事情。
它变成了一项真实的测试。
可再生能源的增加将减少温室气体，但工程师们担心在停电后如何恢复富含风能和太阳能的电网。
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因此，在 8 月，时任能源部长的丹·布鲁耶特访问了该部门位于科罗拉多州戈尔登市的国家可再生能源实验室 (NREL)，以纪念即将启动的一项实验。布鲁耶特表示，该实验将使用未来电网的模型来测试联邦政府为“降低”国家电力供应风险所做的努力。
测试还有几个月的时间。该模型正在附近的占地 300 英亩的 Flatirons 校区组装，该校区配备了风力涡轮机、太阳能电池阵列和一个大型锂离子电池。实验室的研究人员正准备添加一个氢能源存储系统和电动汽车充电站，以反映未来的“混合”电网。
然后一个变压器爆炸了。
它使 Flatirons 陷入黑暗，并为更具风险的测试奠定了基础。
“人们在说，‘嘿，我们必须在这里安装一个大型[柴油]发电机，修复变电站需要几周的时间’，”NREL 的电力系统工程主管本·克罗波斯基解释说。
“研究人员则说，‘嘿，我们这里有所有这些可再生能源资产。我们是否可以使用这些资产，而不是仅仅依靠柴油燃料？’”
克罗波斯基是多年来一直在研究这个问题专家之一。当电网以超过 80% 的可再生能源运行时，他们担心它的行为可能会有所不同。以前没有人尝试在停电后重启如此大型的电力系统，而没有引入外部电源。
但太阳能和风能价格的下跌，以及公用事业公司通过迅速部署更多太阳能和风能来做出回应的事实，表明未来电网可能会比预期更早到来，克罗波斯基说。
柴油发电机到达了 NREL，但该机构决定看看是否可以在没有柴油发电机的情况下重启模型电网。研究人员首先通过恢复模型的一小部分来开始，这种做法称为“孤岛”。
“我们一直在谈论孤岛，但没有人要求我们这样做，”该实验的首席工程师罗布·沃伦解释道。
存在未知的安全问题，并且花了一周半的时间才制定出一种方法来最大程度地减少这些问题。“大多数讨论当然都集中在最开始，真正确保我们能够安全地完成所有这些工作，而不会危及任何工作人员，”NREL 的风力发电中心主任丹尼尔·莱尔德解释说。
他们首先引入较小的电池来为 Flatirons 锂离子电池充电。这提供了足够的电力来打开校园控制室的计算机，这使工程师能够重启太阳能电池阵列。
他们也有足够的电力来启动风力涡轮机，但莱尔德说，在两天多的时间里，风“微不足道”，他是该实验室的风力专家。
然后，经过长时间的紧张、尝试和错误，Flatirons 的电力在没有使用发电机的情况下恢复了。
莱尔德解释说，来自意外实验的数据仍在分析中。“但我们在这里所做的事情实际上可以成为网络攻击、极端天气、各种设备故障事件以及您知道的如何快速恢复系统的良好蓝图，”他说。
“以这种规模来做这件事有点令人兴奋，”莱尔德补充道。
当然，电网比 Flatirons 组装的以可再生能源为主的电网大数千倍。“但我们所做的是开发一种基础控制，如果您以更大的规模部署可再生能源，就可以使用这种控制，”克罗波斯基说。
研究人员表示，关键是重新编程连接可再生能源与电网的称为“逆变器”的电子设备。在今天的停电中，可再生能源通常被关闭，系统由传统发电机的外部电源重启。“更智能”的逆变器使以可再生能源为主的模型电网能够自行重新供电。
电力陷阱
可再生能源在全国三个电网上的增长速度比许多人想象的要快。根据能源经济与金融分析研究所的数据，在 2020 年前 10 个月中，来自公用事业规模的太阳能、风能和水力发电的可再生能源产生的电力比煤炭多 131 天。
美国现在拥有 108 吉瓦的已安装风力发电能力，比一年前增加了 10%。它还拥有超过 40 吉瓦的公用事业规模的太阳能，比 2019 年增加了 25%。
埃里克·伊拉是电力研究所 (EPRI) 的首席项目经理，该研究所的成员最近批准了一项到 2050 年将电力生产中的温室气体排放量减少到零或接近零的目标。EPRI 的公用事业成员约占美国电力收入的 90%。
伊拉指出，[电网]运营商“可能对[可再生能源]能够在需要时做出响应缺乏信心”。
他在一份声明中解释说，部分问题在于需要更准确的天气预报来预测风能和太阳能的输出。
他说：“更好的预测可以改善这一点”，同时还需要为太阳能和风能设施提供更多的经济激励，以便在超过其需求时存储能源。这将有助于它们应对电网其他地方的电力损失，而这通常是由化石燃料发电厂来完成的。
为了准备其 2050 年的目标制定审议，EPRI 于 2019 年 5 月邀请了来自世界各地的 56 位专家来到丹佛。会上出现了一些警惕性的想法。
他们在书面结论中警告说，100% 可再生能源是一个令人钦佩的目标，但目前“很容易以高成本和/或低可靠性实现”。
美国面临的挑战之一是努力扩大电力系统，使其有能力为更多建筑物供暖，并为预计将由电力驱动的大部分车辆提供燃料。
目前正在进行许多新的实验。在德克萨斯州奥斯汀，一个名为 Pecan Street Inc. 的组织正在为大学生举办全球竞赛。将有 2,500 美元的奖金，用于开发一种算法，该算法描述社区如何组织居民区的电动汽车车队，以便在当地电网需要帮助时将电力输回电网。
为了跟踪此类实验，EPRI 成立了一个名为低碳资源倡议的新小组。它将与天然气技术研究所合作运营，后者是一家与天然气、沼气、管道系统和新兴氢能行业合作的非营利组织。
低碳资源倡议的发言人杰弗里·普雷斯说，其工作将是研究新兴技术，看看哪些技术可能在 2030 年之前准备就绪，以帮助 EPRI 实现其 2050 年的目标。
他说：“我们将不得不提出大量的清洁电子。”
转载自 E&E 新闻 ，经 POLITICO, LLC 许可。版权所有 2021 年。 E&E 新闻为能源和环境专业人士提供必要的新闻。