Испытания энергосетей: новые решения для масштабируемых инноваций

Лаборатория Oak Ridge National Laboratory (ORNL) Министерства энергетики США трансформирует свое историческое наследие в передовые технологии для электрических сетей. Безопасная энергетическая инфраструктура, созданная во времена Манхэттенского проекта, сегодня стала идеальной площадкой для модернизации национальной энергосистемы.

Центр исследований, инноваций и развития энергосетей (GRID-C) при ORNL использует собственную электрическую сеть лаборатории для проверки новых решений перед их передачей промышленным партнерам, минимизируя риски. ORNL выступает в роли собственного поставщика электроэнергии, получая энергию от Tennessee Valley Authority и обеспечивая питанием территорию площадью в тысячи акров, включая два мощных нейтронных исследовательских объекта. Эта инфраструктура представляет собой реалистичную среду для интеграции достижений в области распределения электроэнергии.

Исследования начинаются в центре разработки технологий GRID-C на кампусе Hardin Valley. Здесь расположены лаборатории для крупномасштабного моделирования сетей и разработки технологий, которые затем тестируются на реальном оборудовании под напряжением до 13 800 вольт. Добавление полевых испытаний на участке сети кампуса ORNL позволяет интегрировать инновации в системы с реальными нагрузками, датчиками, источниками энергии и системами накопления энергии.

«Таким образом мы переносим технологии в промышленные электросети, одновременно создавая среду для поддержки независимости американской цепочки поставок и надежности инфраструктуры», — отметил Мадху Чинтавали, руководитель программы интеграции электротехнических систем ORNL.

Полевые испытания подтверждают платформу управления сетью и технологии на краю сети

Одной из первых технологий, проходящих проверку на этом объекте, является платформа управления сетью, построенная на основе скоординированных «хабов» ресурсов. Эти кластеры ресурсов работают сообща для удовлетворения потребностей энергосистемы. Платформа, разработанная в GRID-C и развиваемая последние четыре года, оптимизирует управление энергетическими ресурсами, связь и контроль оборудования.

По мере роста потребления, управление пятью хабами вместо 50 отдельных ресурсов значительно снижает вычислительную мощность, необходимую для работы системы. Это сокращает затраты и обеспечивает более быстрое локальное управление. Многоуровневая автоматизированная система управления повышает операционную эффективность и стабилизирует сеть, решая проблемы качества электроэнергии у источника до их распространения.

Энергетическая компания или промышленное предприятие может адаптировать платформу хабов для достижения конкретных целей, таких как снижение затрат на электроэнергию или обеспечение стабильного потока энергии. Технология способствует слаженной работе всех компонентов системы доставки энергии. Это упрощает для бытовых потребителей предварительное программирование использования и генерации энергии в домашних условиях, помогая им экономить средства при колебаниях цен на электроэнергию в течение дня.

«Это большой шаг в использовании нашей собственной энергетической инфраструктуры и демонстрации реального применения этой технологии, — подчеркнул Чинтавали. — Этот хаб будет использоваться для изучения сценариев на краю сети и предоставления управляющих ответов для повышения надежности будущих сетей».

Сеть полевых испытаний GRID-C работает на периферии сети ORNL, подключенная одним кабелем. Это позволяет изолировать ее от основной сети кампуса и функционировать как автономный микрогрид. Колебания напряжения и качества электроэнергии, более распространенные на краю сети, где потребители часто зависят от одного источника питания, трудно предсказать и смоделировать в лаборатории. Реальные испытания гарантируют, что инновации принесут пользу потребителям с наименее надежным электроснабжением.

Испытательный полигон поддерживает внедрение инноваций в «живую» сеть

Промышленные партнеры могут использовать возможности полевых испытаний ORNL для оценки влияния новых технологий, таких как силовая электроника, разработанная в ORNL. Они также могут тестировать собственные инновации, набирая уверенность перед запуском продуктов или методов для широкого рынка.

Например, архитектура сети и платформа управления ORNL, проходящие испытания, являются частью сотрудничества с крупной энергетической компанией, которая планирует развернуть их в собственном испытательном центре в следующем году.

«Хотя в лаборатории можно имитировать работу ресурсов, всегда есть вероятность упустить что-то или обнаружить неожиданную характеристику системы, — пояснил Стивен Кэмпбелл, технический руководитель проекта расширения полевых испытаний GRID-C. — Подключаясь к реальным системам накопления энергии, локальной генерации и сети, можно решить эти проблемы перед переносом технологии в коммерческую эксплуатацию».

К другим исследователям ORNL, внесшим вклад в создание основной сети полевых испытаний кампуса или проекта хабов, относятся Майкл Старке, Бен Дин, Прасад Кандула, Намвон Ким, Масио Магри Кимпара, Рахул Мишра, Итан Крисп, Джонатан Хартер, Рафал Войда и Джон Смит.

*Признаны экстремистскими организациями и запрещены на территории РФ.