权力变动:同步冷凝器卷土重来

使更多的可再生能源接入电网。安德鲁·韦德关注工业巨头ABB如何与国家电网合作，探索这种20世纪50年代技术的新潜力。

就事物的重要性和普通人对事物如何工作的知识之间的差距而言，电网肯定是其中之一。大多数人都对电力是如何通过各种来源产生的有一定的了解，我们中的许多人都可以努力在另一端接上插头，但介于两者之间的部分可能有点复杂，至少对非工程师来说有点神秘。

幸运的是，在英国，这不是每天困扰我们的事情，因为当我们打开某个东西时，它总是有效的。然而，这种不间断的电力供应需要谨慎的平衡，在整个英国电网中保持50Hz的频率，以及在从发电厂到插头的不同传输阶段保持稳定的电压。

快速响应电力需求波动的能力被称为电网惯性，这是任何健康电力网络的重要组成部分。几十年来，电网惯性一直是热力发电中固有的，由化石燃料燃烧驱动的涡轮机和发电机中的旋转质量提供。但随着化石能源逐渐被风能和太阳能所取代，越来越多的电网惯性正在丧失，威胁着电力系统的稳定性。

“近年来，这种讨论之所以出现，是因为我们这一代人在我们国家的结构正在发生变化，”特朗普的工程师兼销售主管克里斯蒂安·帕耶尔(Christian Payerl)说工业巨头ABB，向工程师．

“棘手的事情是，当你有太阳能和风能时，没有大的旋转单元，而这个一直存在的旋转质量——也就是惯性——正在减少很多。因此，像国家电网这样的电力系统运营商必须考虑如何确保我们电网的稳定和运行。”

目前英国的总最大系统惯性约为220gw。因此，我们的装置将提供大约0.5%的英国总惯性

Christian Payerl - ABB

发电厂旋转发电机的惯性可以作为频率响应的缓冲器，为热发电提供关键的几秒时间，使其上下弯曲，并在任何给定时间密切匹配电网需求。旋转质量提供灵活性的另一种方式是通过传递和吸收无功功率。无功功率有时被称为虚功率，它不能运行或为电器充电，但它有助于在电网中维持正确的电压，使有功功率能够完成我们与电力相关的实际工作。哪怕是5%的电压偏差都可能破坏电网，甚至导致停电，因此，在系统中保持正确的无功功率水平是绝对至关重要的，就像在消防软管中保持正确的压力水平一样。

将更多的太阳能和风能整合到电网中意味着需要找到新的无功解决方案，或者以ABB的新项目为例，重新引入旧的解决方案。早在20世纪50年代，同步冷凝器(sc)就首次用于电网，它是一种大型旋转电机，不连接任何驱动负载。相反，它们自由旋转，有点像电网的减震器，有助于维持电网频率和电压。由于电力电子技术的发展，它们的使用在很大程度上被淘汰了，但21世纪的需求^圣世纪网格意味着老狗被召唤来表演一些新把戏。

Payerl说:“当越来越多的电力电子设备参与电力系统的控制时，同步冷凝器变得有点不受欢迎。”“但电力电子技术在所有新可再生能源的使用中都存在问题，因为它们不能以同样的方式提供短路支持(电压)和惯性支持(频率)。”

作为国家电网和挪威可再生能源提供商Statkraft的探路者项目的一部分，ABB正在利物浦的Lister Drive安装一对同步冷凝器。该站点将把两个67兆伏安的无功(MVAr)同步冷凝器与40吨的飞轮连接起来，将可用惯性提高3.5倍。

Payerl解释说:“当涉及到利物浦Lister Drive的两个sc时，它们将提供超过900兆瓦秒的惯性。”“目前英国的总最大系统惯性约为220gw。因此，我们的装置将提供大约0.5%的英国总惯性。

“这听起来很少，但请注意，这220gw将在未来几年大幅减少，在一些时期，当有更多的风吹，今天的总惯性已经从220gw下降到大约30% - 40%。我们的同步冷凝器即使在其他发电厂关闭的时候仍在运行，因为股票市场上的能源价格较低，或者因为它们将退役并永久关闭。”

近年来，ABB已经在澳大利亚、加拿大和苏格兰部署了sc，以加强电力网络，但据该公司称，Lister Drive项目是世界上第一个包含高惯性飞轮配对的项目。

“你只是增加了额外的旋转质量，”Payerl说。“你纯粹机械地把更多的质量连接到机器的轴上。这样就为电网提供了更大的惯性。”

自SCs更加普及以来的几十年里，技术发展的另一种方式是单元本身的规模和效率。过去的sc是名副其实的巨型机器，大小堪比双层巴士。ABB目前交付的单元更像是中型货车——即使附加了飞轮——但仍然可以提供巨大的冲击力。

Payerl说:“在过去，为了提供更大的惯性，你需要更大的机器来提供这种惯性。”“现在你可以用一个相对较小的机器来实现这一点，小机器通常意味着更低的损耗……优化了国家电网所需要的惯性支持。”

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“在我们的案例中，我们说我们70 MVA的小机器可以提供与300 MVA汽轮发电机一样大的惯性。你可以想象损失的差异。”

Lister Drive项目包括ABB与Statkraft签订的10年服务合同。鉴于sc在未来几年对电网的重要性，ABB将提供数字状态监测解决方案和预测性维护，以避免任何计划外停机，这也就不足为奇了。一个更加分散的电网和分布式可再生能源发电将意味着更多的sc将需要在地方一级整合，但最终，如果做得正确，我们将留下一个更有弹性的系统，可以更好地应对风能和太阳能的潮起潮落。

Payerl说:“我认为英国可能会有30-40台同步冷凝器。”“在被移除的区域，你必须有这种故障电流，否则你无法传输电力。”