מעבר למיתוסים: אמינות אנרגיה סולארית ותפקידה המייצב ברשתות חשמל מודרניות

במשך עשרות שנים, החוכמה הקונבנציונלית במגזר האנרגיה קבעה שמקורות מתחדשים-במיוחד אנרגיה סולארית- הינם לסירוגין ולא אמינים מכדי לשמש עמוד שדרה למערכות חשמל מודרניות. תפיסה שגויה מתמשכת היא שפאנלים סולאריים מתכלים במהירות, נכשלים תחת לחץ, וחמור מכך, מכניסים כאוס למחול המאוזן היטב של היצע וביקוש ברשת החשמל. מבקרים טענו לעתים קרובות שאנרגיה סולארית היא לא רק הפכפכה אלא גם איום על יציבות הרשת, המסוגלת לגרום לתנודות מתח ולהפסקות.

עם זאת, השקפה זו מיושנת יותר ויותר. בהסתמך על עשרות שנים של נתונים תפעוליים, התקדמות בתחום האלקטרוניקה הכוחנית וחווית אינטגרציה של רשתות-במציאות, מצטיירת תמונה שונה מאוד: טכנולוגיה סולארית הוכיחה את עצמה כאמינה בצורה יוצאת דופן, וכאשר היא נפרסת מתוך מחשבה, היא משפרת באופן אקטיבי את חוסן ויציבות הרשת. מאמר זה נועד להמחיש את המציאות הטכנית מאחורי אמינות השמש והשפעתה החיובית על מערכות החשמל.

המחשבה הראשונה של אנשים מסוימים על פאנלים סולאריים היא שהם לא אמינים. אבל למעשה, זה מאוד לא המקרה יותר! רוב לוחות ה-PV כיום הם הרבה יותר אמינים, חזקים מאי פעם וצריכים הרבה פחות פעולות תחזוקה ממך מאשר צורות קודמות של הפקת אנרגיה. בניגוד למנועי טורבינת גז ומנועי דיזל (שיש להם מכונות מסתובבות), לפאנלים סולאריים אין חלקים מסתובבים, כלומר אין להם מקום לבלאי, קרע ו/או שימון. המרכיב העיקרי בפאנל סולארי, 'צומת המוליכים למחצה', נעשה באמצעות טכנולוגיית סיליקון מוכחת שנמצאת בשימוש מוצלח באלקטרוניקה כבר יותר מ-50 שנה והוכיחה את עצמה כאמין לחלוטין!

במחקרי הערכת סביבה-ארוכי טווח, כגון אלו שנערכו על ידי המעבדה הלאומית לאנרגיה מתחדשת של ארצות הברית (NREL), מחקרים מצביעים על כך שמודול PV באיכות גבוהה חווים ירידה שנתית בתפוקה המדורגת של פחות מ-0.5% בשנה; מערכות רבות שהותקנו במהלך שנות השמונים והתשעים של המאה הקודמת מייצרות כיום 80% או יותר מהתפוקה המדורגת בהתחלה לאחר יותר מ-30 שנות שירות. רוב יצרני מודולי ה-PV מספקים אחריות למודולי PV לתקופה מינימלית של 25 שנים; עם זאת, סביר להניח שהמודולים יישארו פעילים זמן רב לאחר תאריך זה. בעוד שכשלים מתרחשים בערך כתוצאה מגורמים חיצוניים (כלומר התקנה לא נכונה, תנאי מזג אוויר קיצוניים), שיעור הכשלים המובנה של מודולי PV הוא מתחת ל-0.05% בשנה-שיעור הכשלים של רוב טכנולוגיות ייצור החשמל האחרות, כולל רבים מהרכיבים בתחנת כוח מבוססת דלק מאובנים-שווה או נמוך משיעור הכשלים של מודולי אנרגיה סולארית מהימן, מה שהופך אותו לאופציונלי חומרה.

 

המיתוס השני, הטכני יותר, הוא שאנרגיה סולארית "הורסת" את יציבות הרשת. דאגה זו נוצרה באופן היסטורי מממירים-מוקדמים הקשורים לרשת, שתוכננו פשוט לדחוף כמה שיותר חשמל לרשת ולהתנתק מיד אם התרחשה הפרעה כלשהי. בעוד שהתנהגות פסיבית זו יכולה, בתיאוריה, להפחית את האינרציה של המערכת, היא כבר לא הנורמה.

הרשת-תומכת בממירים-הנקראים לעתים קרובות "ממירים חכמים" או "ממירים-יוצרים רשת"-משנים משחק-. הם משלבים פונקציות בקרה מתקדמות התורמות באופן אקטיבי לבריאות הרשת. תכונות מפתח כוללות:

בקרת מתח ותדר:המהפך החכם יכול לתקן סטיות מתח ותדר כמו רסיבר גנרטורים סינכרוני רגיל על ידי התאמת הספק המוצא האמיתי והתגובתי שלהם באלפיות שניות.

יכולת נסיעה-דרך:לממירים חדשים יש יכולת נסיעה-באמצעות כדי לאפשר להם להמשיך לתמוך ברשת במהלך תקלות בזמן קצר (לדוגמה, אם אירעה פגיעת ברק או איבר עץ נפל על קו חשמל) ולהזרים- חשמל בחזרה לרשת ברגע שהתקלה נפתרה.

אינרציה סינתטית:לסולאר אין את המסה הפיזית המסתובבת של טורבינת קיטור, אך לממירים מתקדמים יש את היכולת למשוך ולהזריק כוח בקצב גבוה של מהירות כדי לדמות אינרציה כאשר התדר משתנה. אינרציה סינתטית זו מעניקה לגנראטורים קונבנציונליים אלפיות שנייה יקרות להגביר את התפוקה המקסימלית.

רחוק מלערער את היציבות של הרשת, תכונות אלו מאפשרות לאזורי שמש עם חדירה גבוהה- לפעול בחוסן רב יותר. לדוגמה, בדרום אוסטרליה-אזור עם יותר מ-60% מתחדשים מיידיים-רשת-מהפכים השחירו- בהצלחה רשתות מקומיות לאחר הפרדת מערכת גדולה, דבר שהיה אפשרי בעבר רק עם מפעלי הידרו או גז.

ייצור אנרגיה סולארית מבוזרת מפחית את הלחץ על קווי תמסורת קיימים, הודות לכך שהוא מיוצר קרוב יותר לנקודת השימוש מאשר חשמל מבוסס רשת- מסורתית. ייצור חשמל מסורתי מסתמך על תחנות ייצור גדולות המייצרות חשמל, אשר מועבר לאחר מכן מאות קילומטרים באמצעות קווי הולכה במתח גבוה, כדי שישמשו בסופו של דבר היכן שהוא נחוץ. מודל זה (רכז-ו-דיבור) מאפשר אובדן של בין 8 - 10% מהייצור המקורי של הכוח, ויוצר נקודת כשל בודדת. לדוגמה, כאשר עמוד שידור, או מגדל, נופל, ניתן ליצור הפסקה מסיבית כתוצאה מהעיצוב הטיפוסי של רכזת-ו-רשת חישור.

על ידי יצירת חשמל מאוחסן או מופק, באמצעות שימוש בסולארי מבוזר בסמוך לנקודת הצריכה, מצטמצמת כמות החשמל המועברת מתחנת המשנה לנקודת צריכה. המשמעות היא שהביקוש של הצרכן לאנרגיה חשמלית ירד ממה שמוצג כיום באמצעות רשת מסורתית. צמצום זה בביקוש יעכב או אולי אפילו יבטל את הצורך בשדרוגים יקרים למערכות ההולכה והחלוקה. בנוסף, במהלך שריפות, הוריקנים ו/או מתקפות סייבר, יהיו מספר מתקני אחסון סולאריים מפוזרים, שיוכלו ליצור רשתות מיקרו כדי, לפחות בחלקן, להמשיך להפעיל את מתקני המפתח (כמו טיפול במים ובתי חולים), בעוד שרשת החשמל המרכזית כוללת מאמצים לשקם את עצמה. זה מה שאנו מכנים חוסן רשת.

לפני זמן רב אנשים חשבו שהטכנולוגיה הסולארית אינה אמינה ושהיא יכולה להרוס את הרשת. יש כיום עשרות שנים של היסטוריית פעולה המראה כי מודולים פוטו-וולטאיים (PV) הם רכיב אמין ועמיד, ולכן, מעט מאוד תחזוקה ואמינות שנים רבות. טכנולוגיית המהפך התפתחה במהירות והמירה את השמש ממקור אנרגיה פסיבי, לעיתים בעייתי, להיות משתתף פעיל ביציבות הרשת על ידי מתן תמיכת מתח, ויסות תדר ואינרציה סינתטית. על ידי ניצול סולארי ביישום מבוזר, עוזר להקל על גודש ההולכה ולהגביר את חוסנה של רשת החשמל נגד שיבושים גדולים.

ככל שאנו מאיצים את מעבר האנרגיה שלנו, חשוב שכל המהנדסים, קובעי המדיניות והציבור ישתמשו בטכנולוגיה העדכנית ביותר הזמינה עבורם, במקום להשתמש בפחדי העבר לגבי הטכנולוגיה עצמה. לכן, השמש הופכת מהיותה אחת החוליה החלשה לאחד המרכיבים המשמעותיים והמייצבים ביותר של רשת החשמל במאה ה-21.