德克萨斯州的电网中断引发了关于可再生能源整合挑战的讨论

通过口号，“德克萨斯州的一切更大，”人们认为该州的电力电网将充分配备，以处理与极端天气相关的高功率需求。然而，德克萨斯州目前处于紧急状态，因为全宽的电网无法满足冬季风暴URI期间的当前电力和热需求。

传统配电系统的图，其中如果“网格”失败，则不会有客户没有动力。图片使用的礼貌电力研究所

德克萨斯州德克萨斯州的电力可靠性委员会（ERCOT）是国家立法机构控制的非营利组织，负责德克萨斯州的电力负荷，而且它声称这场灾难无法避免 - 它的基础设施本质上。为了保护电网，ERCOT削减了近11000兆瓦的电力负荷导致数百万人在严寒中断电。

这一事件引发了关于可再生能源在电网系统中的作用的更多讨论。虽然一些评论家f在冰冻风力涡轮机上的德克萨斯州的停电，其他人已经假定了埃尔科本可以通过备份发电来缓冲中断的程度。

目前，德克萨斯州依靠煤炭，天然气和核电站提供电力（除了一些风力涡轮机除外）。然而，一般而言，可再生能源（RE）来源在国家总权力基础设施中没有发挥重要作用。

可再生能源网格集成的五个障碍

在2016年,风力涡轮机产生了477gw的电力，太阳能产生了330gw的电力。可再生能源(RE)系统的支持者声称，这些形式的发电不仅是为了应对气候变化;它们还为传统的低压和高压电网提供支持。

PV系统的图解。图片由Varun Kumar等人

那么，为什么RE系统很难整合到目前挣扎中的网络中，比如德克萨斯州的网络?

RE系统是双向的

将新的RE系统实施到传统的高到低功耗分配系统中引入了许多挑战。电网依靠频率和电压参数来保证电力流向是单向的。RE集成并不遵循同样的规则。由于RE系统是双向的，将这些能源整合到传统电网中可能会导致不熟悉的电压和频率变化。

可再生能源系统的电网集成通常发生在分配层面(与大型系统的传输层面相反)。图片由维德扬南丹博士和巴尔克里什·卡马斯

RE发电机的挑战

在分配层面，可引入再生发电机，以帮助支持新系统的所有层次。传统上，一个子系统将在一个电压下运行，然后降低到更低的电压或升高到更高的电压，但当两者都在同一位置时就不是这样了。使用RE发电机需要监控和保护每个变电站的电压水平。

如果太阳能光伏(PV)源是在单相源实施，它可能会造成系统的不平衡。在不平衡系统下，相互连接的三相系统也会随之发生，留下RE发电机过热和关闭。

故障检测变得复杂

将RE引入传统电网的另一个障碍是潜在的盲目保护。配电系统与继电器、保险丝和变压器等设备进行平衡，这些设备有助于保护网络免受任何异常电压、电流或频率输入造成的故障。

基于分布式发电互联的故障电流波动。图片由维德扬南丹博士和巴尔克里什·卡马斯

通过整合新的稀土资源，电网将经历故障电流的减少。减少应该是件好事，但在这种情况下，它实际上可能允许短路故障在雷达之下。这可能会导致未保护的设备故障和过热。

更高的组件数量

与固定速度技术相比，变速风力涡轮机等稀土资源的电网整合产生的能源更多。这些变速稀土源引起更少的机械应力和更少的功率波动，允许更多的动能存储。这些涡轮机的问题是，它们需要电力转换器，增加组件数量，使控制更复杂。

变速风力发电机组的谐波失真较大，需要大功率逆变器来消除谐波。此外，RE发电机需要自适应滤波器来处理频率和电压调节。然而，这也增加了每个RE发电机的附加组件的成本，这可能延伸到一个主要城市的数百个。

电路层面的问题

将风能和太阳能引入电网也给电路层面带来了挑战。RE集成对电压调节、谐波失真、电能质量和系统稳定性有显著影响。这些问题可能表现为反向潮流、波动的短路水平、电网拥塞和无法检测的设备问题。

由于双向电流可能难以分析，因此开发人员可能需要改进电压调节电路。一些研究人员正在使用模糊逻辑控制器引入网格接口架构，以提高电压质量。这将有助于控制和组织双向功率流。

可再生能源发展的不确定性

虽然美国的电力部署布局与德国类似，但德国自2003年以来一直在增加将太阳能光伏和风能纳入其传统电网。

RE网格现代化是一个有价值的目标，但它并非没有挑战正如我们所概述的那样。这种集成将需要开发人员来指导当前电力基础架构，以合并智能技术，如传感器，通信，发电机和能量存储。介绍可以用双向电源运行的智能逆变器可以使RE系统更具吸引力。

与德国相比，PV容量统计量为总能量容量的百分比。图片使用的礼貌电力研究所

尽管存在这些挑战，一个综合的电网分配平衡的能量，可以帮助在停电期间，并在威胁电路故障的情况下最小化停机时间。虽然与将RE系统集成到传统电网相关的基础设施甚至电路问题值得考虑，但缓慢地集成太阳能和风力发电机至少可以改善未来灾难性的停电。

精选图片由David J. Phillip提供美联社