Пикерлік өсімдіктер дегеніміз не?

Пикерлік қондырғылар электр энергиясына сұраныстың жоғары болған кезеңдерінде ғана жұмыс істейтін электр қуатын өндіру қондырғылары болып табылады, бұл ең жоғары сұраныс ретінде белгілі. Бұл қондырғылар әдетте жылына 2000 сағаттан аз-кейде 250 сағатқа дейін- жұмыс істейді, бұл оларды үздіксіз жұмыс істейтін базалық жүктеме электр станцияларынан түбегейлі ерекшеленеді.

Пикер зауытының механикасы жылдам әрекет ету қабілетіне негізделген. Көптеген заманауи пикерлер реактивті қозғалтқыштар сияқты жұмыс істейтін табиғи газды жағатын қарапайым{1}}циклді газ турбиналарын пайдаланады. Желілік операторлар сұраныстың артқанын анықтаған кезде, бұл турбиналар 5-15 минут ішінде электр энергиясын өндіре бастайды.

Процесс үш кезеңде жұмыс істейді: компрессор қозғалтқышқа ауа сорып, оған қысым жасайды, отын инжекторлары температуралары 2000 градустан асатын жану камераларында табиғи газды осы сығылған ауамен араластырады және нәтижесінде жоғары{2}} қысымды газ ағыны генераторларды электр энергиясын өндіру үшін басқаратын турбиналық қалақтарды айналдырады. Бұл қарапайым{4}}цикл дизайны термодинамикалық тиімділік 60%-ға жететін, бірақ толық өнімділікке жету үшін бірнеше сағатты қажет ететін біріктірілген{8}}циклдік қондырғылармен салыстырғанда, жылдамдық-20%-дан 42%-ға дейінгі термодинамикалық тиімділік үшін тиімділікті жоғалтады.

Тор операторлары пиктерді стратегиялық түрде жібереді. Әдеттегі күндерде ядролық, көмір немесе аралас газ қондырғылары сияқты базалық жүктеме қондырғылары тұрақты қуат береді. Бірақ жаздың аптап ыстығы кезінде кондиционерлер желіні тоздырғанда, қыстың суығында электр жылытқыштары артық жұмыс істегенде немесе адамдар үйге қайтып, құрылғыларды қосқанда кешкі уақытта сұраныс күрт көтерілгенде, пикерлер қолжетімді ұсыныс пен сұраныстың өсуі арасындағы алшақтықты өтейді.

Америка Құрама Штаттары үкімет деректеріне сәйкес 2021 жылға қарай шамамен 999 пикерлік зауытты басқарады. Бұл қондырғылар жылдық электр энергиясын өндірудің 3,1%-ын құрайды, бірақ жобаланған жалпы қуаттың 19%-ын құрайды-олардың үзік-үзік сипатының айқын көрінісі. Көбісі табиғи газды жағады, дегенмен ескі қондырғылар қосалқы отын ретінде дизель, мазут немесе мұнайға негізделген сұйықтықтарды-пайдалануы мүмкін.

Жаһандық қуат нарығы 2024 жылы 124,66 миллиард долларға жетті және 2032 жылға қарай 177,32 миллиард долларға дейін өседі деп болжануда, бұл 4,32% құрама жылдық өсу қарқынын көрсетеді. Бұл өсім жаңартылатын энергия пикерлер қажеттілігін азайтады деген бастапқы болжамдарға қайшы келеді. Керісінше, соңғы бес жылда олардың қолданылуы өсті.

Түсініктеме жаңартылатын генерация үлгілері мен сұраныс циклдері арасындағы сәйкессіздікте жатыр. Көптеген адамдар жұмыс істеген кезде күн энергиясын өндіру ең жоғары деңгейге жетеді, бірақ күн энергиясы азайған кезде тұрғын үйге сұраныс 16:00 мен 21:00 арасында артады. Желдің генерациясы ауа-райына байланысты күтпеген түрде өзгереді. Пикерлер бұл олқылықтарды толтырады, ал болжамдар АҚШ торына келесі онжылдықта қосымша 20 ГВт шыңдық қуат қажет болатынын көрсетеді.

Peaker Plants

Пиктердің қашан жұмыс істейтінін түсіну олардың шектеулі жұмыс уақытына қарамастан неліктен маңызды болып қала беретінін көрсетеді. Ең жоғары уақыт климат пен маусымға байланысты өзгереді. Қоңыржай аймақтарда кешкі сағаттар ең жоғары сұранысқа ие, өйткені үй шаруашылықтары шамдарды, тұрмыстық техниканы және ойын-сауық жүйелерін бір уақытта пайдаланады. Ыстық климаттың шыңы күннің екінші жартысында, кондиционер жүктемелері белсенді коммерциялық операциялармен -қосылған кезде болады. Суық климаттың шыңы таңертең ғарыштық жылыту мен өнеркәсіптік операциялар бірге басталған кезде болады.

Бұл үлгілер тек болжауға болатын күнделікті циклдар емес. Ауа-райының төтенше жағдайлары сұраныстың қауіпті шарықтауын тудырады. 2021 жылғы Техастағы қысқы дауыл бұл осалдықты кәдімгі қуат көздері істен шыққанда және сұраныс қол жетімді қуаттан асып кеткенде, кең тараған электр сөндірілуіне себеп болған кезде көрсетті. Тор операторлары пикерлерді жылына бірнеше рет қана орын алуы мүмкін, бірақ желі тұрақтылығына экзистенциалды қауіп төндіретін осы маңызды сәттерге арнайы дайындайды.

Экономикалық модель осы шындықты көрсетеді. Пикерлер сирек жұмыс істейтіндіктен, олар өндіретін электр энергиясы -көбінесе ашық циклды газ турбиналары үшін мегаватт сағатына 150-198 доллар-базалық жүктеме қуатының әлдеқайда төмен шығындарымен салыстырғанда жоғары бағаларды құрайды. Peaker операторлары пайдалану кезіндегі энергияны сату арқылы да, төмен пайдалану көрсеткіштеріне қарамастан бизнесті өміршең етіп дайындығын сақтау үшін қуат төлемдері арқылы табыс табады.

Биік өсімдіктердің экологиялық профилі айтарлықтай қиындықтар тудырады. Жұмыс кезінде пикерлер басқа қазбалы отын қондырғыларына қарағанда электр энергиясының бірлігіне көбірек ластаушы заттарды шығарады. EPA деректері көрсеткендей, пикерлердің жалпы жылдық күкірт диоксиді шығарындылары шекті еместермен салыстырғанда 96,8%-ға төмен (жиі жұмыс істеуге байланысты), орташа пикерлік өндірілген электр энергиясының бірлігіне күкірт диоксиді 1,6 есе көп шығарылған.

Бұл шығарындылар жылдамдығының жоғарылауы көптеген пикерлер шығарындыларды бақылаудың тиімді технологиясының жоқтығынан туындайды. Ластаушы заттарды тазарту үшін қажетті жабдық құны мен күрделілігін арттырады, бұл жылына бірнеше жүз сағат жұмыс істейтін зауыттар үшін экономикалық мағынасы жоқ. Нәтижесінде пикерлер азот оксидтері, күкірт диоксиді және тыныс алу жолдарының проблемаларына, жүрек-қантамыр ауруларына және жүйке жүйесінің зақымдалуына байланысты-лас бөлшектердің деңгейіне қатысты шығарылады.

Орналасу үлгілері денсаулық мәселесін қиындатады. Үкіметтің есеп беру кеңсесінің статистикалық талдауы тарихи тұрғыдан қолайсыз қауымдастықтар ең биік өсімдіктерге жақынырақ тұратынын көрсетті. 71% тарихи қолайсыз қауымдастық 40% тарихи қолайсыз қауымдастыққа қарағанда ең жақын шыңға 9% жақынырақ болады деп күтілуде. Бір миллионнан астам адам қоршаған ортаның ластануы қазірдің өзінде жоғары экологиялық ауыртпалықтарды бастан кешіретін осал халықтарға әсер ететін тығыз қалалық аудандарда шоғырланған кейбір ең жоғары нысандардан үш миль қашықтықта тұрады.

Литий батареяларықазба отынына негізгі балама ретінде пайда болып, ең жоғары қуат экономикасын түбегейлі өзгертеді. Батарея қуатын сақтау жүйелері бірнеше артықшылықтарды ұсына отырып, газ турбиналары сияқты бірдей торды теңдестіру функциясын орындай алады: жауап беру уақыты минуттармен емес, миллисекундтармен өлшенеді, -сайттағы нөлдік шығарындылар және жұмыс кезінде отын шығыны болмайды.

Шығындардың бәсекеге қабілеттілігі шарықтау шегіне жетті. Австралияның Таза Энергия Кеңесі 2021 жылы аккумуляторды сақтау жаңа газ пиктері қондырғыларына қарағанда 30% арзан болуы мүмкін екенін анықтады. Деңгейленген шығындарды салыстыру талдауы төрт сағаттық батарея жүйесін бір киловаттқа-жылына шамамен $156 шамасында-ашық циклды газ турбинасы үшін 234 долларға қарсы{8}} көрсетеді. BloombergNEF зерттеуі литий-иондық аккумуляторлар қазір әлемнің көп бөлігіндегі газды жоғарылататын қондырғылардан арзанырақ екенін көрсетті, оның жаһандық эталоны төрт сағаттық пайдалы батареялар үшін 132 доллар/МВт-мен салыстырғанда, газды жоғарылатқыштар үшін $173/МВт сағ.

Нақты{0}}әлемдік қолданулар бұл өзгерісті көрсетеді. Нью-Йорктің энергетикалық басқармасы газ шыңдарын аккумулятор қоймасымен белсенді түрде алмастыруда. Калифорния штатының Вентура округінде 100 МВт қуат беретін 142 Tesla Megapacks газ шыңы қондырғысын ауыстырды. Бельгия турбореактивті генераторды ауыстыру үшін 40 Tesla Megapacks (50 МВт) орналастырды. Pacific Gas & Electric компаниясы АҚШ-тағы қазбалы отын өндірісін алмастыратын батареяларды{10}}қазіргі таңдағы ең маңызды мысал ретінде үш табиғи газды жоғары көтеретін қондырғыларды ауыстыру үшін 300 МВт қуат сақтауға рұқсат алды.

Технология әсіресе ауыр күн электр желілеріндегі -үйрек қисығы» мәселесін шешуде тиімді. Батареялар күн энергиясы күндізгі уақытта сұраныстан асып кеткен кезде зарядталады, содан кейін күн қуаты азайған, бірақ сұраныс артқан кезде кешкі ең жоғары сағаттарда зарядсызданады. Бұл үлгі кешке үш-төрт сағатты құрайтын әдеттегі пикерлік жұмыс кестелеріне тамаша сәйкес келеді.

Батареяны сақтау жүйелері ұзақтық шектеулеріне тап болады, олар газды жоғарылататын құрылғыларда жоқ. Жанармаймен қамтамасыз етілген газ турбинасы шексіз жұмыс істей алады, ал батареялар жобаланған зарядсыздандыру мерзімінен кейін -әдетте ағымдағы коммуналдық-қондырғылар үшін екі-төрт сағат таусылады. Бұл шектеу ұзаққа созылған шарықтау оқиғалары немесе -күндік ауа райының төтенше жағдайлары кезінде маңызды.

Дегенмен, нарық ережелері ұзағырақ сақтау -ұзақтығына қолайлы болу үшін дамып келеді. ISO New England стандартты қуат жүйесінен (бұл екі сағаттық ұзақтықты талап етеді) тиімдірек-ұзақтық ресурстарды бағалайтын-жүк көтере алатын жүйеге ауысуды қарастыруда. Бұл тәсілге сәйкес төрт сағаттық аккумуляторлық жүйелер -екі сағаттық жүйелерге қарағанда үнемді және жаңа газ пикерлеріне қарағанда экологиялық және әлеуметтік шығындарды қосқанда үнемді болады.

Батареяны сақтауға арналған кіріс үлгісі дәстүрлі пикерлерден ерекшеленеді. Батареялар бірнеше желі қызметтері арқылы табыс таба алады: жиілікті реттеу (басты кіріс көзі), энергия арбитраж (арзан кезде электр энергиясын сатып алу, қымбат болғанда сату) және қуаттылық төлемдері. Зерттеулер көрсеткендей, жиілікті реттеу экономикалық кірістің көп бөлігін қамтамасыз етеді, дегенмен бұл артықшылық нарыққа көбірек жадтың енуіне және осы қызметтерге бәсекелестіктің күшеюіне байланысты төмендеуі мүмкін.

Батареяның тозуы нақты операциялық алаңдаушылықты білдіреді. Литий{1}}иондық жасушалар зарядтау-циклдері арқылы өшеді, бұл 10-15 жылдан астам қызмет ету мерзімін сақтау үшін орнату кезінде шамадан тыс өлшемді қажет етеді. Калифорниялық пиктерді ауыстыру жобаларының талдауы нысандарға жылына 8 және 62 толық зарядтау циклі--эквивалентінің арасында, жылына орта есеппен 27 цикл қажет екені анықталды. Бұл салыстырмалы түрде төмен айналу жылдамдығы литий-ионды технологияға жақсы сәйкес келеді, өйткені батареялар айтарлықтай тозғанға дейін әдетте 5,{13}} циклды орындайды.

Дәстүрлі пикер тұжырымдамасы дамып келеді. Тарихи тұрғыдан алғанда, бұл зауыттар мүмкіндігінше тезірек 100% жүктемеге дейін көтерілді, ең жоғары кезеңде жұмыс істеді, содан кейін жабылды. Жаңартылатын энергияның өсуі жаңа категорияны тудырды: жүктеме-электр станциясынан кейінгі.

Жүктеме{0}}келесі қондырғылар жаңартылатын үзілістерді теңестіру үшін өнімді үздіксіз реттей отырып, ұзақ уақыт бойы әртүрлі ішінара жүктемелерде жұмыс істейді. Күнделікті сұраныстың болжамды шыңдарына жауап берудің орнына олар жел мен күн энергиясының -минутқа-минутқа дейінгі ауытқуларының орнын толтырады. Бұл рөл жылдамырақ жауап беру уақытын, үлкен икемділікті және жиі нөлдік-минуттан бастау мүмкіндігін қажет етеді. Кейбір қондырғылар енді газ турбиналарын аккумуляторлық батареялармен біріктіреді-турбиналар іске қосылған кезде дереу жауап береді, содан кейін турбина ұзағырақ-қажеттіліктерді қабылдайды.

Бұл эволюция шыңға жету және келесі функциялар-жүктемесі арасындағы сызықты бұлдыратады. Заманауи қондырғылар екі рөлді де орындауы керек, әртүрлі жүктемелерде жұмыс істейді және сұраныстың өзгеруіне емес, жеткізілім өзгерістеріне жауап береді. Пикер мен аралық зауыт арасындағы айырмашылық жаңартылатын энергияның енуі жоғары желілерде мағынасыз болады.

Peaker Plants

Таза пик сыйымдылығы үшін бірнеше жолдар пайда болады. Сутегіге қабілетті газ турбиналары{1}}бір тәсілді білдіреді. Mitsubishi Power бүгінде 30% сутегі қос{-жануы мүмкін, болашақта толық сутегі түрлендіруі мүмкін болатын-ауыр турбиналар жасады. Бұл турбиналар СО2 шығарындыларын дәстүрлі көмір зауыттарымен салыстырғанда 65%-ға азайта алады, сонымен бірге ең жоғары операциялар үшін қажетті жылдам әрекет ету мүмкіндігін сақтайды. Осы турбиналарды ең жоғары қолданбаларда қолданатын Солтүстік Американың екі жобасы алдағы екі-төрт жыл ішінде коммерциялық пайдалануға беріледі.

Жаңартылатын көздерді сақтаумен біріктіретін гибридті жүйелер басқа шешімді ұсынады. Аризона мемлекеттік қызметі 50 МВт, 135 МВт/сағ литий{4}}ионды батареялар банкімен жұптастырылған 65 МВт күн энергиясына келісім-шарт жасады, ол ең жоғары сұраныс кезінде сағат 15:00-ден 20:00-ге дейін қуат береді. Флориданың жоспарланған 409 мегаваттық Manatee жүйесі екі ескірген газ қондырғысын ауыстыратын көрші күн станциясымен зарядталады.

Виртуалды электр станциялары (VPP) бөлінген энергия ресурстарын-төбедегі күн батареясын, аккумулятор қоймасын, смарт термостаттарды, электр көлік зарядтағыштарын-біріктіреді және оларды бірлесіп басқарады. Браттл тобының зерттеулері VPP-тер ең төменгі шығындар мен шығарындылармен бірдей қуаттылықты ұсына алады деп болжайды. Сұранысқа жауап беру бағдарламалары, мұнда пайдаланушылар өтемақыға айырбас ретінде ең жоғары кезеңдерде тұтынуды азайтады, -жеткізу жағының ең жоғары сыйымдылығына басқа балама ұсынады.

Батареяны сақтау агрессивті таза энергия саясаты бар штаттардағы жаңа қуаттылық үшін бәсекеде жеңіске жетеді. Калифорнияның 2050 көміртегі{2}}нейтралды желілік мандаты жаңа газ шыңдары қондырғыларын реттеуші органдардың мақұлдауынан тиімді түрде алып тастады. Массачусетс, Нью-Йорк және бірнеше басқа штаттар 2025-2030 жылдарға дейін гигаватт диапазонында энергияны сақтау мақсаттарын белгіледі, бұл сақтауды пиктерді ауыстыру стратегиясы ретінде нақты белгіледі.

Өңірлерде ауысу әртүрлі жылдамдықпен жүреді. Арзан табиғи газы мол және агрессивті климаттық саясаты бар мемлекеттер газды жоғарылатуға қолдау көрсетуді жалғастыруда. Флориданың біріктірілген ресурстық жоспарлары әлі де электр желісін теңгерімдеу құралы ретінде-жанатын жаңа газды{3}} қамтиды. Дегенмен, саясаттың қысымы болмаса да, литий{5}}иондарының құнының төмендеуі батареяларды көптеген нарықтарда таза экономикада бәсекеге қабілетті етеді.

АҚШ-тағы қазба отынының электр станцияларының көпшілігі 2035 жылға қарай жұмыс істеу мерзімін аяқтайды. Қартаюда ең жоғары адамдар зейнеткерлікке шыққан сайын, жаңа газ турбиналарымен ауыстыру немесе аккумуляторды сақтау арасындағы таңдау батареяларға қарай көбірек болады. Тоғыз штаттағы талдау жасына, шығарындыларының жылдамдығына және қолайсыз қауымдастықтардағы орналасуына негізделген негізгі ауыстыру үміткерлері болып табылатын пикерлік зауыттарды анықтады. Көбісі 30 жастан асқан ластаушы заттардың шығарылымы жоғары және төмен сыйымдылық факторлары-дәл батареяны сақтау экономикалық тұрғыдан ең тартымды болып табылатын профиль.

Жылдам зейнетке шығуды сынаушылар төтенше оқиғалар кезінде тордың сенімділігіне алаңдайды. Аргумент дәлелденген технологияға және жаңа шешімдерге негізделген: газ турбиналарының ондаған жылдар бойы жұмыс істеу тарихы бар, ал утилиталық -батареяларды сақтау салыстырмалы түрде жаңа. Оған қоса, қатал ауа-райы сұраныс пен ұсынысқа бір уақытта әсер етуі мүмкін-мұздату температура батареяның өнімділігін төмендетіп, қыздыру жүктемесін арттыруы мүмкін.

Қолдаушылар батареялардың сенімділік артықшылықтарын газ қондырғыларымен салыстыруға келмейтініне қарсы. Секундтың бөліктерімен өлшенетін жауап беру уақыты батареяларға баяу жабдық әрекет етпес бұрын желі жиілігін тұрақтандыруға мүмкіндік береді, бұл үзілістер кезінде каскадты ақаулардың алдын алады. Көптеген кішірек батарея қондырғыларының географиялық таралуы орталықтандырылған пикерлік қондырғылармен салыстырғанда артықшылықты тудырады. Ал микро торларға біріктірілген аккумуляторлар жергілікті тұрақтылықты арттыра отырып, желі үзілістері кезінде қуат бере алады.

Шындық портфолио әдісін қажет етеді. Зерттеулер күнделікті ең жоғары қырыну үшін төрт сағаттық батареяларды, көп күндік оқиғаларға арналған ұзақ уақыт сақтау технологияларын, төтенше төтенше жағдайларға арналған газ сыйымдылығын сақтауды, ресурстарды аймақтар бойынша бөлісу үшін тасымалдауды кеңейтуді және сұраныстың икемділік бағдарламаларының барлығы қазба отынына ең аз тәуелділікпен сенімді желілерге ықпал етеді деп болжайды.

Базалық жүктеме зауыттары ең аз тұрақты сұранысты қанағаттандыру үшін үздіксіз жұмыс істейді, ал жоғары деңгейлі қондырғылар тек жоғары-сұраныс кезеңдерінде белсендіріледі. Тәулік бойы қуат өндіретіндіктен, базалық жүктеме қондырғылары тиімділік пен төмен пайдалану шығындарына басымдық береді. Пикерлер жылдам іске қосу мен икемділікке басымдық береді, бірақ олар электр қуатының бірлігіне жұмыс істеу үшін қымбатқа түседі, өйткені олар жылына бірнеше жүз сағат жұмыс істейді.

Қазіргі заманғы газ турбиналық пикерлер іске қосылып, 5-15 минут ішінде толық өнімділікке жетеді. Бұл жылдам жауап беру уақыты олардың маңызды сипаттамасы болып табылады. Салыстыру үшін, көмір станцияларының іске қосылуы бірнеше сағатқа созылуы мүмкін, ал атом станциялары үздіксіз жұмыс істейді, өйткені олар өнімді тез реттей алмайды. Батарея жады одан да жылдамырақ жауап береді, миллисекундтарда толық шығысқа жетеді.

Иә, көптеген базарларда. Төрт{1}}сағаттық литий-батареялық жүйелер қазір әлемнің көп бөлігінде теңестірілген негізде жаңа газ пикерлерінен арзанырақ. Арнайы экономика жергілікті электр энергиясының бағасына, қуат нарығының ережелеріне, табиғи газ шығындарына және саясатты ынталандыруға байланысты. Батареялардың құнының артықшылығы жаңартылатын энергияның енуі жоғары және бағаның құбылмалылығы жоғары аймақтарда күшті.

Ауа-райының ұзартылған оқиғалары пикерлер батареяларын ауыстыру үшін ең үлкен қиындық тудырады. While batteries excel at three-to-four-hour daily peaks, they struggle with sustained multi-day demand. Жанармай беру жалғасуда, газ пиктері үздіксіз жұмыс істей алады. Бұл шектеу газ сыйымдылығын толық ауыстыру үшін ұзақ уақыт сақтау технологияларын-немесе сирек кездесетін төтенше жағдайлар үшін кейбір газ сыйымдылығын сақтауды талап етеді.

Peaker Plants

Пикерлік қондырғылар декарбонизацияға қарай жүретін электр желілеріндегі өтпелі технологияны білдіреді. Олардың жылдам әрекет ету қабілеті желі тұрақтылығы үшін маңызды болып қала береді, бірақ бұл мүмкіндікті қазбалы отынды жағу арқылы қамтамасыз етудің тарихи әдісі жылдам әрекет етуді, нөлдік шығарындыларды және бәсекеге қабілетті экономиканы ұсынатын аккумуляторлық энергияны сақтау жүйелерімен сынға түседі.

Трансформация біркелкі немесе бір түнде болмайды. Агрессивті климаттық саясаты бар және жаңартылатын энергияның жоғары енуі бар нарықтар қазірдің өзінде инвестицияны газдан батареяларға ауыстырып жатыр. Қазба отындары арзанырақ және саясат қысымы аз аймақтар әдеттегі пикерлер құруды жалғастыруда. Маңызды мәселе аккумуляторлар ең жоғары сыйымдылықты ауыстыра ма, жоқ па, уақыт шкаласы және ауысу кезінде сенімділік қажеттіліктерін қалай қанағаттандыратыны туралы.

Желілік операторлар, коммуналдық қызметтер және энергетика саласындағы саясаткерлер үшін қуаттылықтың шыңына жету эволюциясы бәсекелес басымдықтарды теңестіруді талап етеді: шығарындыларды азайта отырып, сенімділікті сақтау, инфрақұрылымды жаңарту кезінде шығындарды басқару және генерация кешенін түрлендіру кезінде энергия теңдігін қамтамасыз ету. Технология шыңы сыйымдылықты декарбонизациялау үшін бар. Іске асыру саясат негіздеріне, нарықтық дизайнға және бүгінгі таңда қабылданатын инвестициялық шешімдерге байланысты, олар алдағы онжылдықтарда электр жүйелерін қалыптастырады.