Акумулятори та відключення енергопостачання: як зберігання енергії врятувало енергосистему Великобританії

О 16:52 у п'ятницю, 9 серпня 2019 року, у Великобританії відбулося перше широкомасштабне відключення електроенергії за більш ніж десятиліття. Більше 1,1 мільйона споживачів опинилися у темряві, залізничні лінії зупинилися, світлофори вийшли з ладу і навіть аеропорти повідомили про проблеми. У статті на Energy Storage Ліам Стокер розглядає основні причини події і як акумуляторна батарея все врятувала.

16: 52: 33,490. Ці дев'ять послідовних цифр не означатимуть багато за межами енергетичного сектору Великобританії, але, ймовірно, будуть вписані у фольклор. Це точний час, коли 9 серпня 2019 року один удар блискавки спричинив каскад подій і привів до першого великого відключення електроенергії у Великобританії за більш ніж десятиліття.

Більше мільйона людей зіткнулися з перебоями в електропостачанні. Цей інцидент потрапив у заголовки національних газет на наступні кілька днів, після появи численних теорій і чуток.

Кібератака? Ні, спростував британський оператор системи передачі National Grid. Чи була проблема у відновлюваних джерелах енергії? Адже раніше в той день за допомогою вітру було вироблено більше половини енергії країни. Лише через декілька годин світло згасло.

Але такі теорії були також спростовані National Grid. Хоча в той день дійсно було трохи менше інерції в мережі, завдяки менш синхронній генерації, це не було справжньою причиною відключення електроенергії.

Справжня причина, за попереднім розслідуванням National Grid, опублікованим 19 серпня, можливо, була одночасно і більш простою, і більш складною.

Грім та блискавки

Тимчасова шкала подій National Grid об'єднує послідовність подій, які, окремо можна було вирішити, але всі разом привели до падіння частоти, досить великої, щоб спровокувати відключення електроенергії. Блискавка вдарила по лінії електропередачі близько Ітона Сокона, міста недалеко від Сент-Неотс у Кембриджширі.

Удар блискавки, як і десятки інших, які вразили мережеву інфраструктуру, був, як завжди блокований системою захисту. Проте, він спровокував протокол відключення малої мережі електрогенерації від єдиної енергосистеми - яка споживала близько 500 МВт вбудованої генерації - побутових сонячних батарей, акумуляторів і тому подібного. Ця втрата генерації виявиться вирішальною.

Кілька секунд потому, в декількох милях від удару блискавки, електростанція CCGT, названа Little Barford і яка належала європейському енергетичному гіганту RWE, вийшла з ладу, забравши з собою близько 700 МВт електроенергії. Через кілька секунд після цього офшорна вітряна електростанція Хорнсі також відключилася, що призвело до події, яка National Grid описують як «рідкісне і незвичайне».

Причини одночасного відключення двох великих генераторів є предметом тривалих розслідувань. National Grid заявила, що хотіла б співпрацювати з RWE і Orsted, щоб краще зрозуміти механізми відключення відповідних електростанцій. Обидва оператора досі залишаються небагатослівними.

В цілому близько 1378 МВт генерації втратила британська система передачі протягом декількох секунд, знизивши частоту енергомережі до вихідного мінімуму 49,1 Гц, після чого послідувало вторинне зниження напруги, яке досягла частоти 48,8 Гц, що виходить за межі безпечного робочого ліміту. Спроби використовувати резервну потужність для відновлення частоти зазнали невдачі, а це означає, що National Grid була змушена звернутися до операторів районної розподільної мережі Великобританії з проханням почати автоматичне частотне розвантаження (LFDD); а саме - відключення живлення споживачів.

Клієнти залишилися в невіданні, але оператори акумуляторних батарей - потужністю 475 МВт, згідно з даними National Grid, - включилися в роботу.

Тимчасова шкала відключення

16: 52: 33.490 - National Grid Electricity Transmission (NGET) повідомляє про замиканні між ланцюгами Ітон Сокон-Уімондлі, викликаному ударом блискавки.

16: 52: 33.728 - Морська вітрова електростанція Хорнсі починає розвантаження своїх генеруючих потужностей, раніше генеруючи 799 МВт.

16:52:34 - Парова турбіна на тепловій станції Літл Барфорд зупиняється, позбавляючи систему 244 МВт.

16:52:34 - Національний оператор енергосистеми (ESO) ініціює автоматичне частотне розвантаження у спробі стабілізувати частоту мережі, побачивши, що вона впала до 49,1 Гц.

16:53:18 - ESO повідомляє, що частотна характеристика відновлюється до 49,2 Гц, стримуючи спадну криву.

16:53:31 - Тим часом в Літл Барфорд відключаються блоки, а National Grid намагаються відновити частоту.

16: 53: 49.398 - Частота мережі знову падає, порушуючи безпечну межу в 48,8 Гц. Оператори розподільчих мереж запускають протоколи LFDD і відключають 931 МВт навантаження від системи.

16:53:58 - Ще один блок в Літл Барфорд, який ще більше ускладнює ситуацію, відключається. Сукупні втрати становлять 1878МВт, що в сумі - 1378 МВт генерації, підключеної до системи передачі, і 500 МВт вбудованої генерації.

16:57:15 - Частота повертається до 50 Гц після 1 ГВт зняття навантаження операторами розподільних мереж і 1240 МВт завдяки діям вжитим ESO.

17:06 - Оператори розподільчих мереж говорять, що можуть почати відновлювати електропостачання споживачів.

17:37 - Всі оператори розподільчих мереж підтверджують, що відновлення електропостачання завершено.

Акумулятори і скачки

Мілісекунди після того, як Літл Барфорд вийшов з ладу, National Grid повідомила про свої резервні потужності, щоб допомогти компенсувати колапс. Акумулятори почали розряджатися, включилися інші генератори, і на мить здалося, що найгірше було попереджено. Однак відключення Хорнсі призвело до того, що частота знову впала, а резерв National Grid був недостатнім.

Тоді National Grid ще раз уточнила, що її резерви потужності становлять близько 1 ГВт - мінімальна потужність, затверджена відповідно до стандартів безпеки і якості поставок. Ця цифра розрахована на те, щоб компенсувати колапс єдиного найбільшого генератора енергії, в даний час ядерного реактора Sizewell B потужністю 1,2 ГВт.

Втрата около1,4 ГВт за секунди - це подія, або, скоріше, набір окремих подій, які, очевидно, були чимось, до чого National Grid не була підготовлена. Чи повинен системний оператор мати більш значний резерв, який можна використовувати, особливо коли в систему надходить велика кількість несинхронних, відновлюваних джерел енергії - це питання, яке, ймовірно, стане центральним елементом майбутніх дебатів.

Проте, акумуляторні батареї розряджалися. Інші генератори теж продовжували скорочувати дефіцит енергосистеми. У міру того, як оператори розподільчих мереж почали споживати до 1 ГВт попиту в системі, частота енергосистеми почала повертатися до норми.

Знадобилося лише 2 хвилини 22 секунди для цієї комбінації аварійного розвантаження і частотного відгуку - чималої кількості потужності, що забезпечується акумуляторами - щоб відновити частоту до безпечного рівня, в чотири рази швидше, ніж в останній раз, коли такий інцидент стався у 2008 році. За чотири хвилини - точніше 3:47 - частота мережі була відновлена ​​до звичайних робочих меж, значно швидше, ніж за 11 хвилин, які потрібні були десять років тому.

Інцидент став ще більш цікавим з оперативної точки зору, коли вступили в силу протоколи LFDD. Як тільки оператори розподільчих мереж почали знижувати навантаження, National Grid швидко відчула стрибок в частоті.

 «Коли National Grid відключила живлення, частота швидко відновилася, це означало, що наші акумуляторні станції збалансували мережу при відключенні навантаження розподільних мереж», - сказав директор з управління активами Anesco Майк Райан.

Протягом чотирьох хвилин система електропостачання Великобританії, яка вважається однією з найбезпечніших в світі, була відключена і відновлена ​​до безпечних експлуатаційних меж. Акумулятори зіграли ключову роль, але той факт, що система відключилася, був досить спірним, щоб ініціювати два окремих офіційних розслідування.

Що чекає нас у майбутньому

Виконавчий директор Limejump Ерік Найгард закликав до значного збільшення високочастотної відповіді (FFR), які можуть забезпечити швидкий відгук, необхідний для компенсації таких різких падінь частоти мережі.

Сховище акумуляторів National Grid з розширеною частотною відповіддю (EFR), розраховане на 200 МВт, яке реагує на частотні події за 0,5 секунди, дійсно допомогло оператору системи швидко реагувати на різке падіння частоти в мережі.

Найгард каже, що National Grid може ефективно подвоїти свій парк FFR, що обійдеться приблизно в 100 мільйонів фунтів стерлінгів на рік. З огляду на, що витрати будуть ефективно передаватися споживачам через тарифи, що еквівалентні приблизно декільком фунтам додатково на рік, то це може бути невеликою ціною за енергетичну безпеку.

 

 

Теги: контракти, відновлювальні джерела енергії, АЕС, тарифи, сонячна енергетика, вітрова енергетика, законодавство, електроенергія, Євросоюз, енергоринок, ЛЕП, ринок електроенергії, ВДЕ, energy storage

Читайте також

Другий блок БілАЕС буде зданий в середині 2022 року
«Центренерго» позивається до «Енергоринку»
Україна готова збільшувати експорт електроенергії в Молдову - Кулеба