W przerywany źródła energii są źródła produkcji energii odnawialnej odpowiadające przepływów fizycznych, które nie zawsze są dostępne i dostępność która znacznie się różni, bez możliwości kontroli. Niektóre z tych źródeł energii mają regularne zmiany, takie jak energia pływów i (częściowo) energia słoneczna , inne są mniej regularne, jak energia wiatru .
Zalety nieciągłych źródeł energii tkwią w ich odnawialnej i niewyczerpanej na skalę ludzką; mają znikomy koszt krańcowy i emitują niewiele zanieczyszczeń . Z drugiej strony, koszty inwestycyjne umożliwiające wykorzystanie tych odnawialnych źródeł energii są stosunkowo wysokie w porównaniu z konwencjonalnymi źródłami energii, pomimo spadku w ciągu dekady 2010 r. Te źródła energii są wykorzystywane głównie do produkcji energii elektrycznej .
Udział energii elektrycznej wytwarzanej przez źródła przerywane w sieciach energetycznych dramatycznie wzrósł w ciągu ostatnich dwóch dekad . Integracja ta jest podyktowana obawami regulacyjnymi dotyczącymi zrównoważonego rozwoju i wpływu produkcji energii na środowisko, a także postępem technologicznym, który obniżył koszt kapitału wymaganego do eksploatacji tych zasobów. Wiele systemów w Stanach Zjednoczonych ( Kalifornia , Teksas ) i Europie ( Dania , Hiszpania , Niemcy ) wytwarza ponad 10% rocznego zużycia energii z nieciągłych źródeł energii .
Do elektrycznej sieci operatorom zoptymalizować produkcję elektrowni dni i godzin wcześniej. Nieprzewidywalność energii odnawialnej może powodować nierównowagę, która prowadzi do kosztownych zmian w oczekiwanej produkcji i może wpływać na stabilność sieci elektroenergetycznych . Rozruch konwencjonalnych generatorów w celu skompensowania spadku produkcji odnawialnej może zająć kilka godzin, prowadzić do większego zanieczyszczenia powietrza, skłonić do częstszej konserwacji elektrowni i zakłócić planowanie innych konwencjonalnych generatorów z powodu różnic w produkcji ze źródeł przerywanych, które są umieścić w Internecie. Podobne problemy stwarza wyłączenie konwencjonalnych jednostek, czasami konieczne do zbilansowania nieoczekiwanego wzrostu produkcji odnawialnej.
Krótkoterminowa zmienność zasobów odnawialnych (minuta po minucie) może również powodować nierównowagę w sieci elektroenergetycznej . Ta zmienność wymaga podstawowej kontroli generatorów, aby móc szybko skorygować nierównowagę. Dodatkowo konieczna jest regulacja wtórna (generatory, które mogą zastąpić regulację pierwotną po wystąpieniu odchylenia od prognozy produkcji odnawialnej). Ponieważ produkcja odnawialna może się zmieniać szybko i na dużą skalę, kontrola pierwotna musi być w stanie szybko reagować.
Kilka systemów elektrycznych wykorzystuje duże ilości energii hydroelektrycznej. W miesiącach, w których topnieją śniegi i rośnie moc hydroelektrowni, dodatkowa produkcja energii wiatrowej powoduje problem z nadpodażą. Możliwe jest również, że wiatry wzmagają się w nocy i słabną w ciągu dnia, dlatego produkcja wiatru jest czasami ujemnie skorelowana z konsumpcją.
Niektóre generatory wiatrowe zatrzymują się ze względu na ochronę mechaniczną, gdy wiatr staje się zbyt silny. Ponieważ generatory wiatrowe dostarczają znaczną ilość energii do sieci energetycznych w okresach silnych wiatrów, istnieje zwiększone ryzyko utraty zasilania podczas burzy, podczas której podmuchy wiatru mogą spowodować zablokowanie turbin wiatrowych. Problem ten nasila się w dużych farmach wiatrowych, w których wszystkie generatory wiatrowe pracują z identycznymi prędkościami odcięcia.
Badania i doświadczenia pokazują, że koszty integracji nieciągłych źródeł energii wahają się od 0 do 7 $/MWh . Gross i in. podać szacunkową kwotę 5 GBP/MWh na integrację energii wiatrowej . Inne niedawne badanie przeprowadzone przez Enernex na temat integracji energetyki wiatrowej w Minnesocie wykazało, że koszt rezerw, koszt wynikający ze zmienności i błędów prognoz, da w rezultacie koszt od 2,11 USD (dla 15% penetracji) do 4,41 USD (25%). penetracji) na MWh dostarczonej energii wiatrowej. Podobnie, California Operator's Renewable Sources Integration Report ( CAISO ) przewiduje średni wzrost cen energii elektrycznej z powodu błędów prognozy wiatru.
Nadwyżki energii odnawialnej muszą być usuwane podczas nadmiernych godzin produkcji, jeśli system nie jest w stanie niezawodnie wchłonąć tej produkcji. Wczesną wiosną, operator systemu w Kalifornii wykorzystuje nadmiar energii elektrycznej do pompy wody w zaporach hydroelektrycznych lub odrzucenia Wiatru . Wytwarzanie odnawialne jest również odrzucane w normalnych warunkach w Kalifornii, gdy prognoza zaniża wielkość produkcji odnawialnej i gdy nie można sprzedać nadwyżki energii. W Teksasie operator odrzuca produkcję odnawialną w przypadku wzrostu popytu ze względu na niezawodność.
Przerwa narzuca limit procentowej integracji źródeł odnawialnych. W 2010 roku niektóre źródła energii odnawialnej działały na wielu rynkach z korzystnymi przepisami. Niektórzy menedżerowie w Europie ( Dania , Grecja ) i Stanach Zjednoczonych ( PJM , NYISO , CAISO , Ontario OMI) akceptują pewne źródła odnawialne na zasadzie priorytetu. Integracja odnawialnych źródeł na dużą skalę nie tylko opiera się na wsparciu regulacyjnym, ale również wymaga innych środków technologicznych i instytucjonalnych.
Energie przerywane mają znacznie niższe EROEI niż energie konwencjonalne.
Konsekwencje dla rynkowej ceny energii elektrycznejBadanie „ Energiewende and energy transition by 2030”, przeprowadzone przez niemiecki think-tank Agora Energiewende oraz Instytut Zrównoważonego Rozwoju i Stosunków Międzynarodowych i opublikowane wmarzec 2018zauważa, że „koszt energii odnawialnej spada, ale ich zdolność do uzyskania wynagrodzenia przez rynek jest niepewna” , ponieważ „ich cena sprzedaży (lub „wartość rynkowa”) zwykle spada, gdy zasoby pierwotne są obfite (dzień bardzo słoneczny lub silne wiatry). Cechy te znacząco wpływają na wynagrodzenie za zmienne energie odnawialne, które są na ogół niższe niż średnie ceny rynkowe. Im wyższy poziom penetracji energii odnawialnej, tym bardziej uwydatnia się ten efekt. Czasami mówimy w tym kontekście o „kanibalizacji” wartości energii odnawialnych, gdy ich udział w systemie elektroenergetycznym wzrasta” . Symulacje badania szacują, że wartość energii słonecznej jest o 5% niższa od średniej ceny rynkowej w 2018 r., a wiatru na lądzie o 17% i że różnice te spadną w 2030 r. z 6 do 9% dla słonecznej i z 15 do 21 % dla wiatru na lądzie.
Skutki nieciągłości energii wiatrowej i słonecznej można częściowo złagodzić przez to, że kompensują się one w przypadku pary wiatr/słoneczna (często wiatru jest więcej, gdy słońca jest mniej i na odwrót) oraz dzięki magazynowanie , elastyczne zużycie energii i łączenie sieci energetycznych . Energetyka wiatrowa jest również, w niektórych krajach, gdy zajmuje wystarczającą część miksu energetycznego, jedną ze zmiennych dostosowawczych dla bilansowania sieci elektroenergetycznej.
Jakość prognoz meteorologicznych warunkuje dokładność prognoz produkcyjnych (wiatry, zachmurzenie). We francuskiej sieci aktualna dokładność umożliwia codzienną prognozę na następny dzień z dokładnością do kilku procent , Dla ogólnego planowania i prognozy na czas, dla precyzyjnej kontroli środków produkcji”. regulacja . Jest produkowany i publikowany przez RTE .
Magazynowanie energii odnawialnej w bateriach to możliwość, która wiąże się z wysokimi kosztami inwestycyjnymi. Alternatywnym podejściem jest magazynowanie w akumulatorach pojazdów elektrycznych, które stanowiło podstawę biznesplanu Better Place, firmy, której wizją było zastąpienie ropy naftowej energią odnawialną w sektorze transportu przy użyciu samochodów elektrycznych z wymiennymi akumulatorami. Innym rozwiązaniem jest zastosowanie kół zamachowych które zamieniają elektrycznej energii do energii kinetycznej, i vice versa.
Składowanie tamy hydroelektrycznej lub Step to ekonomicznie opłacalne podejście do łagodzenia nieciągłości odnawialnych źródeł energii, ale ograniczone przez topologię , hydrologię , koszty i względy środowiskowe. Takie podejście jest obecnie wykorzystywane w Europie Północnej , gdzie Dania wykorzystuje skandynawskie tamy do zarządzania zmiennością zasobów wiatrowych.
Badanie wykazało, że poza kosztami, wykonalnością i względami środowiskowymi, Step może całkowicie rozwiązać problem nieciągłej energii odnawialnej.
Zużycie elastyczny odnosi się do zużycia energii elektrycznej, które mogą być przenoszone do różnych porach dnia, w zależności od dostępności zasobów odnawialnych, możemy również mówić o skasowaniu zużycie energii . Istnieją różne mechanizmy integracji elastycznego popytu na rynkach energii elektrycznej. Można stosować programy, które odcinają energię elektryczną elastycznych odbiorców kilka razy w roku, w okresach maksymalnego zużycia systemu; podwyższone ceny zużycia w okresach szczytowego zużycia energii elektrycznej to alternatywa, która wymaga od konsumentów płacenia za energię elektryczną proporcjonalnie do szczytowego zużycia. Wycena energii elektrycznej w czasie rzeczywistym wymaga, aby konsumenci byli stale świadomi cen energii elektrycznej i dostosowywali się do dostępności zasobów odnawialnych poprzez zachęty cenowe . Ta wiedza jest możliwa dzięki inteligentnym sieciom .
Łączenie i wzajemne połączenie generatorów ciepła zlokalizowanych w geograficznie bliskich zakładach produkcyjnych umożliwia zwiększenie środków interwencji dostępnych dla operatorów sieci elektroenergetycznych oraz pozwala lepiej zbilansować przerwy w działaniu odnawialnych źródeł energii . Ponadto statystyczna agregacja nieciągłej produkcji z sąsiednich regionów (ekspansja) zmniejsza ogólną niepewność dostaw energii ze źródeł odnawialnych (chyba że źródła energii odnawialnej są doskonale skorelowane). Na przykład, jeśli zasoby energii słonecznej, które wytwarzają maksimum w ciągu dnia, zostaną połączone z zasobami wiatru, które wytwarzają maksimum w nocy, uzyskany profil produkcji jest bardziej jednolity, a zatem łatwiejszy do monitorowania. To wzajemne połączenie sąsiednich systemów może być ułatwione przez budowę nowych linii i harmonizację działań zarządców z sąsiednich krajów.
Na przykład w Holandii w sierpień 2019, Vattenfall oferowane hybrydowe łączący słoneczne (38 MW fotowoltaicznych), turbiny wiatrowej (sześć do 22 MW ) i baterii (12 MWh mocy) do ogłoszonych wytwarzania 60 MW (z 2020 roku). Operator skraca w ten sposób czas bez produkcji lub dostępności energii, a także koszty podłączenia do sieci.
Do pewnego stopnia niektóre obiekty można zaprojektować tak, aby usprawnić ich produkcję. Na przykład, wyjaśnia Charles Roux z CEA, technologie fotowoltaiczne integrujące heterozłącze i perowskity (dwie technologie opracowywane w 2010 roku) mogą wytwarzać energię elektryczną wcześniej i później w ciągu dnia (ponieważ przy użyciu widma UV, podczerwieni i widzialnego) są mniej podatne na ciepła i jeśli zorientujemy niektóre moduły fotowoltaiczne w pionie i na osi wschód-zachód, daje to im dwa szczyty produkcyjne (około 10 rano i około 16 po południu), szczyty, które mogą usprawnić produkcję „elektrowni” z panele południowe, których szczyt produkcji w przeciwnym razie pojawiłby się w południe ....