不久前，100% 可再生能源是為偏遠(yuǎn)社區(qū)保留的，可避免昂貴的能源進(jìn)口。但是現(xiàn)在，美國的一些州正在達(dá)到非常高的可再生能源水平，地球上最大的城市地區(qū)正在瞄準(zhǔn) 100% 的可再生能源運(yùn)營，將他們的未來基于與儲(chǔ)能相關(guān)的風(fēng)能和太陽能的可變電力能源

在自己的校園內(nèi)，國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室 (NREL) 也展示了 100% 可再生能源運(yùn)營，它從經(jīng)驗(yàn)中得到的信息是，過渡到可再生能源是可以實(shí)現(xiàn)的。事實(shí)上，NREL 已經(jīng)表明，相對簡單的控制可以使電網(wǎng)以 100% 的風(fēng)能、太陽能和儲(chǔ)能運(yùn)行，而無需專用的設(shè)備端到設(shè)備端的通信

“當(dāng)校園斷電時(shí)，我們沒有能黑啟動(dòng)和管理所有微電網(wǎng)資產(chǎn)的微電網(wǎng)控制器，而且在這么短的時(shí)間內(nèi)從頭開始構(gòu)建控制器是不切實(shí)際的，”NREL 研究員 Przemyslaw Koralewicz 說，他在 2020 年的一次停電期間幫助恢復(fù)了校園供電，“相反，我們開發(fā)了一種無通信方案，該方案利用了可再生資產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)頻率控制，并且可以在沒有重大監(jiān)督或定制的情況下方便地進(jìn)行編程”

Koralewicz 和 Flatirons Campus的其他幾位研究人員最初使用儲(chǔ)能電池和太陽能陣列黑啟動(dòng)該站點(diǎn)，不久之后連接了風(fēng)能，總發(fā)電量約為 2 MW，他們的控制方法因其簡單性和可擴(kuò)展性而獨(dú)一無二：不是讓中央控制器向太陽能和風(fēng)能資產(chǎn)發(fā)出命令，而是對每個(gè)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立編程以產(chǎn)生一種自組織穩(wěn)定性， 實(shí)際結(jié)果如下圖所示

通過允許頻率在 59.5 和 60.5 Hz 之間漂移，而不是像在典型電網(wǎng)中那樣試圖達(dá)到固定的 60 Hz，并通過調(diào)整設(shè)備的通用控制來實(shí)現(xiàn)基于電網(wǎng)頻率的有功功率變化(稱為下垂控制)， NREL 團(tuán)隊(duì)將微電網(wǎng)配置為自動(dòng)響應(yīng)任何變化，例如在動(dòng)蕩的天氣條件下風(fēng)能或太陽能發(fā)電量的巨大變化，或添加到系統(tǒng)中的新資產(chǎn)，如柴油發(fā)電機(jī)

“運(yùn)行像這樣的無通信系統(tǒng)有很多優(yōu)勢，”Koralewicz 解釋說。“一方面，針對分布式資源的網(wǎng)絡(luò)安全威脅實(shí)際上為零，因?yàn)樵O(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換是不必要的。此外，該方法對設(shè)備來說是即插即用的，因此可以或多或少地?zé)o縫添加或刪除可再生能源資產(chǎn)”

Flatirons Campus 電力系統(tǒng)得到修復(fù)，NREL 團(tuán)隊(duì)繼續(xù)推進(jìn)他們新發(fā)現(xiàn)的解決方案，他們詢問該方法是否真的適用于更大的能源系統(tǒng)，具有多個(gè)電池存儲(chǔ)系統(tǒng)和發(fā)電資源，以 100% 或接近 100% 的可再生能源運(yùn)行，該團(tuán)隊(duì)在模擬系統(tǒng)上進(jìn)行了演示，他們的方法在從 20% 到 300% 的可再生能源水平以及不同的電池容量操作場景中保持有效并保持穩(wěn)定性

從某種意義上說，這種方法釋放了電氣系統(tǒng)中頻率的靈活性，盡管傳統(tǒng)發(fā)電將頻率鎖定在 60 Hz 左右的一個(gè)非常嚴(yán)格的窗口，但即將提出的電網(wǎng)提議建議使用稍微更寬的頻率范圍，這是由基于現(xiàn)代逆變器資源的能力提供的，美國能源部發(fā)起了一個(gè)名為“電網(wǎng)逆變器通用互操作性”(UNIFI) 的聯(lián)盟，以推進(jìn)此類戰(zhàn)略，并開發(fā)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)以支持高度可再生能源系統(tǒng)

除了控制方法的成功外，NREL 還表明，即使是簡單的臨時(shí)方法也可以在彈性事件期間提供可靠的可再生能源，對于致力于創(chuàng)紀(jì)錄水平的可再生能源的社區(qū)來說，這是一個(gè)很好的跡象，表明過渡期間的某些方面不必太復(fù)雜，NREL 有能力幫助合作伙伴證明未來能源系統(tǒng)的解決方案

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