1 つのデバイスが電力網の変革にどのように役立つか

より多くの再生可能エネルギーが稼働し、化石燃料プラントが廃止されるにつれ、世界中の電力網は安定した稼働を維持するために更新する必要があります。

フアン・ミゲル・セルベラ・メルロ/アラミー ストックフォト

アレクサンドラのジョークより

2023 年 8 月 24 日午前 9 時 11 分

コロラド州からワシントン州、オハイオ州からペンシルベニア州に至るまで、石炭火力発電所が閉鎖されている。 米国は、2026年までに石炭による発電能力の半分を廃止する予定である。これは、石炭のピークだった2011年から驚くほど急速に減少しており、クリーンエネルギーへの移行と気候変動との戦いにおける大きな一歩である。

しかし、大規模で古い発電所を廃止することには驚くべき欠点があります。 これらのプラントは電力網の安定性の維持に役立ちます。 オフラインになるものが増えると、その仕事を行うために他の何かがステップアップする必要があります。

電力網は、原子力発電所や風力タービンなどの電力を生成するシステムと、バッテリーや送電線などの電力を貯蔵および送電するシステムが関与する複雑なネットワークです。 電力網は、送電線に倒れた木やシステムの容量を圧倒する熱波など、さまざまな理由で機能を停止する可能性があります。 米国では、電気は 60 ヘルツの標準周波数で心臓の鼓動のように送電網を通って脈動します。 需要が供給を超えて増加した場合、または大型発電機などシステム内の何かが停止した場合、その周波数は変化する可能性があります。 60 ヘルツの心拍がわずかに中断されただけでも、電力網が回復するのに苦労する波及効果を引き起こす可能性があります。

大規模な発電所は、送電網がこうした波及効果に耐えられるように設計されています。 回転する発電機の慣性により、予期せぬ停電が発生した場合に時間を稼ぎ、送電網の周波数に基づいて電力出力を継続的に調整し、すべてを安定に保ちます。 しかし、風力タービンやソーラーパネルなどの再生可能エネルギーを大量に組み込んだ送電網の仕組みは大きく異なります。 風力発電や太陽光発電の施設によって生成された直流 (DC) 電気を、送電網用の交流 (AC) 電気に変換するインバーターとして知られるデバイスに依存しています。 また、インバーターを含む再生可能エネルギー システムは、従来の発電所のように動作しません。 「私たちはまったく異なる物理システムを扱っています」とカリフォルニア大学サンディエゴ校の電気技師、パトリシア・イダルゴ・ゴンザレスは言う。

米国の電力は現在、再生可能エネルギーから供給されることが増えています。 グリッド形成インバータは、電力網に安全にエネルギーを供給する上で大きな役割を果たすと考えられます。

そのため研究者らは、大規模な発電所が廃止され、米国の発電量に占める再生可能エネルギーの割合が大きくなる中、送電網の安定を維持する方法を模索してきた。 その答えは、グリッド形成インバーターとして知られる特殊なタイプのインバーターにあるかもしれません。 これらの電気機器は、電子レンジより小さいものから輸送用コンテナほどの大きさまであり、風力タービン、ソーラーパネル、バッテリーなど、電力を生成または貯蔵するものと電力を供給するものとの間のインターフェースで動作するように特別にプログラムされています。グリッド。 重要なのは、大規模な発電所の制御を模倣した方法で、送電網への再生可能エネルギーの流れを迅速かつ即応的に制御できることです。

エンジニアは、既存の電力網にグリッド形成インバータを追加することで、大規模プラントの廃止時に失われる機能の代替を支援できます。 グリッド形成インバータには、オフラインになったグリッドを自動的に再起動するなど、他の利点もあります。 これにより、熱波やハリケーンなど、気候変動によって引き起こされる異常気象に伴う停電に対する社会の回復力が高まる可能性があります (SN: 2/15/20、p. 22)。

米国の太陽光発電と風力発電による発電量は、過去 10 年間で劇的に増加しました。

ウィスコンシン大学マディソン校の電気技師、ドミニク・グロス氏は、グリッドを形成するインバーターを、たくさんの子アヒルが後を追う母アヒルのようなものだと考えてほしいと言う。 グリッド形成インバータは、グリッドに電圧を注入し、システムを流れる電力量に応じて周波数を調整します。 送電網に流入する他の電力源であるアヒルの子は、発電所からパルス状の電気の流れと同じように、送電網を形成するインバーターと同期することができます。