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Un ovvio ostacolo all’utilizzo dell’energia eolica e solare per l’elettricità è la loro natura intermittente: quando il vento non soffia e il sole non splende, sono necessarie altre fonti. Questo problema riceve molta attenzione nei media conservatori, e dovrebbe esserlo.

Tuttavia, uno degli ostacoli meno noti a queste tecnologie rinnovabili è il controllo della frequenza, sebbene diventi un problema critico molto prima.

Dal 1890, le reti elettriche e i dispositivi di tutto il mondo funzionano a corrente alternata, il che significa che il flusso di corrente nel sistema cambia costantemente direzione.

In Australia [und Europa] cambia 50 volte al secondo, cioè con una frequenza di 50 hertz (negli USA è di 60 hertz).

Fornire energia a una frequenza costante è molto importante in quanto i dispositivi e l’elettronica sulla rete sono progettati per una frequenza/tensione specifica. Pertanto, possono essere danneggiati da un’alimentazione errata.

Di norma, gli operatori di rete preferiscono non fornire elettricità a cattiva elettricità. I controlli automatizzati all’interno della rete elettrica interrompono l’alimentazione se la frequenza o la tensione non soddisfano le specifiche.

Un tecnico monitora l’alimentazione nel centro di controllo di Neuenhagen vicino a Berlino davanti a un enorme monitor. Sean Gallup/Getty Images

I sud australiani non dimenticheranno presto quello che è successo in tutta la rete statale nel 2016. Il blackout a livello nazionale è iniziato nel tardo pomeriggio a causa del maltempo e migliaia di persone hanno dovuto lasciare la città senza lampioni o semafori.

Le cause sono state diverse, tra cui raffiche di vento che hanno fatto crollare alcune linee elettriche aeree e un fulmine in una centrale elettrica.

Dopo queste cause fisiche, sono subentrati i sistemi di protezione automatica. Le turbine eoliche si sono disconnesse dalla rete. Ciò ha esaurito la capacità della linea di collegamento con il resto della rete sulla costa orientale, che è stata poi disattivata.

Da quel momento in poi, gli arresti si sono verificati a cascata in tutta la rete. Tutto questo è successo in meno di un secondo.

La possibilità di un arresto a cascata non può mai essere completamente esclusa; i sistemi di protezione automatizzati devono prendere decisioni a una velocità tale da impedire qualsiasi intervento umano.

Tuttavia, la vulnerabilità dell’intero sistema può variare e l’aumento delle energie rinnovabili intermittenti sta contribuendo a ridurre la stabilità del sistema.

Generatori tradizionali vs. rinnovabili

I generatori convenzionali utilizzano turbine: turbine a vapore, turbine a ciclo aperto e turbine idroelettriche. Queste turbine sono chiamate “sincrone” perché la frequenza dell’elettricità che producono è direttamente correlata alla velocità degli alberi delle turbine.

Poiché queste macchine sono grandi e pesanti, ci vogliono tempo ed energia per accelerarle o rallentarle, il che significa che la frequenza di alimentazione non deve cambiare troppo velocemente. Questo si chiama “lentezza”.

Come puoi immaginare, i pannelli solari, che non hanno parti mobili, non hanno inerzia. Si adattano alla frequenza già presente nel sistema; non contribuiscono alla sua stabilizzazione.

Sebbene le turbine eoliche abbiano grandi parti rotanti, cambiano costantemente la loro velocità semplicemente a causa delle condizioni del vento. Pertanto non sono progettati per sincronizzarsi con la rete CA. Quindi non offrono neanche inerzia.

Se un sistema non ha inerzia, invece di rispondere in modo uniforme a una variazione di carico, la frequenza può subire fluttuazioni ad alta velocità come un ciclista (qualsiasi motore può avere lo stesso problema a meno che non abbia un volano abbastanza pesante).

Dopo il blackout del 2016, la sicurezza energetica è stata la massima priorità per poche e gloriose settimane.

Negli anni successivi, il governo del South Australia ha adottato una serie di misure, tra cui l’installazione di una grande batteria (a seguito della promessa di Elon Musk di costruirla entro 100 giorni o di renderla disponibile gratuitamente), la costruzione di una nuova centrale diesel e creazione di incentivi per l’esplorazione e la produzione di gas naturale.

Sono stati inoltre installati due condensatori sincroni. I condensatori sincroni sono alberi rotanti grandi, pesanti, simili a quelli di una turbina, ma non generano elettricità, si limitano a stabilizzare la frequenza di rete.

Negli anni che seguirono, ciascuna di queste risposte si dimostrò corretta. Il generatore diesel è stato utilizzato in diversi momenti critici. Si è anche scoperto che lo scopo principale della grande batteria era stabilizzare la rete.

Pur immagazzinando relativamente poca energia, la batteria risponde rapidamente ai disturbi che si verificano ovunque sulla rete della costa orientale, anche nel Queensland. Da allora è stato programmato per offrire una “inerzia virtuale”.

La tecnologia per una rete rinnovabile al 100% non esiste ancora

I progressi nella tecnologia e nella gestione della rete hanno fatto sì che l’energia rinnovabile possa fornire una quota crescente della fornitura di elettricità senza destabilizzare in modo inaccettabile la frequenza della rete.

Tuttavia, quasi nessuna rete può permettersi di funzionare con energia rinnovabile al 100% senza avere almeno alcuni generatori rotanti tradizionali sulla rete.

I generatori eolici e solari sono spesso spenti o “strozzati” anche quando alcuni generatori a gas oa carbone sono ancora in funzione. Il gestore di rete non può permettersi di spegnere i generatori sincroni senza perdere il controllo della frequenza.

Nel Territorio del Nord, che ha una propria rete elettrica, sono stati costruiti circa 60 MW di parchi solari ma non sono mai stati alimentati perché il sistema non è in grado di accoglierli.

Sebbene il blackout del 2016 abbia portato a una serie di miglioramenti alla rete del South Australia, la sicurezza energetica è ancora pericolosamente bassa nell’elenco delle priorità dei governi australiani.

Importanti azioni per promuovere la sicurezza energetica, come la costruzione del generatore di picco Kurri-Kurri nel New South Wales [Gasturbinenkraftwerk]incontrano spesso la resistenza dei media e dei politici.

L’Australia si è avvicinata pericolosamente a un altro arresto a cascata in diverse occasioni. Gli incidenti si sono verificati su reti più piccole ma non hanno attirato l’attenzione nazionale, come ad esempio: B. la chiusura di Alice Springs nel 2019, che ha visto la rete dell’Australia centrale bloccarsi per diverse ore semplicemente a causa di una copertura nuvolosa imprevista.

Un recente esempio di quasi collasso si è verificato alla fine di novembre 2022. Durante una violenta tempesta, la principale linea di trasmissione che collega il South Australia al resto della costa orientale è stata interrotta vicino a Tailem Bend.

La rete elettrica del South Australia è diventata un’isola. Per garantire la stabilità del sistema, diversi generatori rotanti dovevano rimanere collegati alla rete. Tuttavia, la quantità di energia solare che lo stato può generare durante il giorno può superare la domanda. L’operatore di rete ha dovuto limitare la generazione di energia solare più di quanta ne potesse controllare direttamente.

In risposta, l’operatore di mercato ha iniziato a chiamare i fornitori di energia solare dietro il contatore e a utilizzare i social media per sollecitare i proprietari di pannelli solari commerciali e residenziali a spegnere i loro pannelli. Quelle chiamate sono riuscite a spegnere circa la metà dell’energia solare del South Australia, prevenendo un altro arresto.

Il sistema era estremamente vulnerabile, ma l’intero evento è apparso a malapena nei telegiornali della sera.

Nonostante la mancanza di risposta alla notizia, i media hanno celebrato a gran voce un traguardo abbastanza insignificante un mese dopo, quando la produzione di energia rinnovabile dello stato ha soddisfatto il 100% del suo fabbisogno per dieci giorni, cosa che non sarebbe stata possibile senza esportare la maggior parte della produzione di energia nelle vicine Stati sarebbero stati possibili.

Sembra che i decisori terranno gli occhi fissi sul miraggio dell’energia rinnovabile, fino a quando le luci non si spegneranno davvero.

Ci sono diversi motivi per cui l’energia rinnovabile non è una semplice panacea per alimentare il mondo:

das Problem der Wetterabhängigkeit,
das Problem der Energiespeicherung,
das Problem des Ersatzes und des Recyclings am Ende der Lebensdauer,
das Problem der Landfläche,
das Problem der Baumaterialien und der Knappheit.

Ora si può aggiungere a questo elenco il problema del controllo della frequenza.



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