Energetický systém je „záchranou“ národného hospodárstva. Rozsiahle-výpadky môžu mať katastrofálne dopady na priemyselnú výrobu, zabezpečenie živobytia a verejnú bezpečnosť a môžu dokonca spôsobiť kolaps celého energetického systému. Preto je kľúčovou a praktickou otázkou, ako čo najrýchlejšie obnoviť dodávku energie po rozsiahlom-výpadku napájania v elektrizačnej sústave a minimalizovať výsledné straty pre národné hospodárstvo. Čierny štart je efektívnym riešením tohto problému.
I. Čo je to Black Start
1. Definícia Black Start
Čierny štart označuje technický proces, v rámci ktorého po tom, čo celá rozvodná sieť alebo miestna oblasť dôjde k úplnému výpadku prúdu v dôsledku závažnej poruchy, systém postupne obnoví pomocné napájanie, spustí hlavné výrobné jednotky a nakoniec dosiahne úplné obnovenie napájania siete pomocou interných zdrojov energie, ktoré sa môžu samočinne-spustiť (zdroje spustenia načierno) a bez spoliehania sa na externú podporu napájania. Jeho základným princípom je „nespoliehanie sa na vonkajšiu silu“ a jeho podstatou je autonómna rekonštrukcia energetického systému zo „stavu kolapsu“ do „stavu stabilnej prevádzky“.
Existencia funkcií čierneho štartu môže skrátiť trvanie výpadku, znížiť ekonomické straty a sociálne dopady, zabezpečiť napájanie kritických záťaží, ako sú dopravné uzly a komunikačné základňové stanice, zachovať verejnú bezpečnosť a zlepšiť schopnosti energetického systému „proti zrúteniu“ a „rýchlej obnove“ proti rizikám, ako sú extrémne počasie, zlyhanie zariadenia a ľudské zasahovanie.
2. Tradičná cesta implementácie pre čierny štart
Tradičný čierny štart sa zakladá na postupnom -postupe{1}}: „Samo{2}}spustenie zdroja energie → Obnovenie pomocného napájania → Spustenie-hlavných výrobných jednotiek → Synchronizácia sekcií a pripojenie → Úplná obnova siete.“ Jadrom je výber zdrojov energie s „možnosťou vlastného{5}}spustenia“. Konkrétne kroky sú nasledovné:
Identifikujte zdroj čierneho štartu: Vyberte zdroje energie, ktoré sa môžu spustiť bez externého napájania, tradične hlavne vodné elektrárne a malé plynové turbíny.
Obnovenie pomocného napájania: Zdroj čierneho štartu najprv napája pomocné systémy (napr. vodné čerpadlá, ventilátory, napájanie riadiaceho systému) okolitých elektrární (ako sú tepelné alebo jadrové elektrárne), pričom aktivuje pomocné zariadenia hlavných blokov.
Spustenie hlavných výrobných jednotiek: Po obnovení pomocného napájania postupne spúšťajte hlavné zdroje energie, ako sú tepelné a jadrové jednotky, aby ste zvýšili kapacitu napájania.
Synchronizácia sekcií a úplná obnova rozvodnej siete: Postupne synchronizujte a prepojte obnovené sekcie rozvodnej siete s hlavnou rozvodnou sieťou, čím sa rozšíri rozsah napájacieho zdroja, až kým sa nedosiahne úplná obnova napájania rozvodnej siete.
3. Obmedzenia tradičného čierneho štartu
Tradičný čierny štart sa spolieha na zdroje energie, ako sú vodné elektrárne a malé plynové turbíny, ale ich technické vlastnosti sťažujú uspokojenie potrieb nových energetických systémov. Tradičný čierny štart má silné geografické závislosti: vodná energia sa spolieha na rieky a nádrže a môže byť nasadená len v špecifických oblastiach; plynové turbíny vyžadujú podporu plynovodov, čo sťažuje pokrytie odľahlých oblastí. Ich rýchlosť odozvy je tiež relatívne pomalá: spustenie-vodnej energie trvá 30 minút až 2 hodiny, plynové turbíny 10-30 minút, nie sú schopné uspokojiť dopyt po „minútovej obnove kritických záťaží“. Okrem toho plynové turbíny počas prevádzky emitujú CO₂ a majú zložitú mechanickú údržbu, čo vedie k vysokým ročným prevádzkovým nákladom.
II. Ako systémy na ukladanie energie dosahujú čierny štart
Nie všetky technológie skladovania energie môžu spĺňať požiadavky na štart z čierneho. Musia mať tri kľúčové charakteristiky: „Samo{1}}schopnosť spúšťania (aktivácia bez externého napájania), „Schopnosť stabilného výstupu (podpora pomocných záťaží)“ a „Prispôsobivosť širokého napätia (súlad s rôznymi rozhraniami elektrárne)“.
1. Technológia automatického{1}}ovládania
Samotný systém skladovania energie musí mať schopnosť „aktivácie bez externého napájania“. Jadrom toho je dosiahnutie vlastného-štartu prostredníctvom „záložného zdroja energie + stratégie riadenia“. Systém skladovania energie má zabudovaný- UPS, ktorý poskytuje počiatočné napájanie jeho ovládaču, meniču a chladiacemu systému. Po aktivácii UPS regulátor najskôr skontroluje stav zásobníkov energie (batériových článkov). Po potvrdení, že nedošlo k poruche, spustí invertor a premení jednosmerný prúd z akumulačných jednotiek na striedavý prúd (zodpovedajúci napätiu/frekvencii pomocného napájania alebo záťaže), čím sa nakoniec dosiahne „autonómne napájanie-zapnuté“ pre systém skladovania energie.
2. Technológia prispôsobenia záťaže a riadenia výkonu
V počiatočnom štádiu čierneho štartu môžu kolísanie výkonu zo záťaže spôsobiť preťaženie systému skladovania energie alebo kolaps napätia. Na dosiahnutie prispôsobenia zaťaženia sa používajú nasledujúce technológie:
Prognóza a klasifikácia záťaže: Vopred získajte požiadavky na výkon záťaží, ktoré sa majú obnoviť (napr. pomocná energia je približne 10 MW-50 MW, nemocničná záťaž približne 1 MW-5 MW). Zaťaženia sú kategorizované na „nevyhnutné{13}}záťaže“ (napr. riadiace systémy, núdzové osvetlenie) a „odložené{14}}záťaže spustenia“ (napr. nekritické vodné čerpadlá), pričom sa uprednostňujú záťaže, ktoré musia podporovať.
Riadenie poklesu: Používa algoritmus riadenia poklesu meniča na automatické prispôsobenie výstupného napätia/frekvencie systému akumulácie energie podľa zmien zaťaženia (napr. frekvencia mierne klesá, ale zostáva v prijateľných medziach, keď sa zaťaženie zvyšuje), čím sa zabráni nárazom na energiu.
Konfigurácia kapacity skladovania energie: Vypočítajte požadovanú kapacitu skladovania energie na základe výkonu záťaže a požadovaného času obnovy. Vzorec: Kapacita akumulácie energie=Výkon záťaže × čas obnovenia × bezpečnostný faktor (bezpečnostný faktor zvyčajne 1,2 – 1,5), ktorý zaisťuje, že sa zásobník energie nevyčerpá počas procesu spustenia z tmy.
3. Technológia synchronizácie siete
Potom, čo systém skladovania energie obnoví napájanie miestnych záťaží, musí byť synchronizovaný a pripojený k iným zdrojom energie (ako sú tradičné elektrárne, nové energetické elektrárne) alebo k hlavnej sieti. Jadro dosahuje synchronizáciu v „napätí, frekvencii a fáze“:
Pomocou synchronizačného zariadenia-v reálnom čase zistite amplitúdu napätia, frekvenciu a fázový rozdiel medzi systémom akumulácie energie a stranou, ktorá sa má pripojiť.
Ak existujú odchýlky, regulátor upraví nabíjací/vybíjací výkon systému akumulácie energie (napr. zvýšenie vybíjacieho výkonu na zvýšenie frekvencie, nastavenie výstupnej fázy meniča), aby sa odchýlka znížila na povolené limity (zvyčajne odchýlka napätia menšia alebo rovná 5 %, odchýlka frekvencie menšia alebo rovná 0,2 Hz, fázový rozdiel menší alebo rovný 5 stupňom ).
Keď odchýlka spĺňa normu, použite ističe, aby ste dosiahli „mäkké pripojenie“ (postupné zvyšovanie výkonu pripojenia), čím sa vyhnete nárazovému prúdu, ktorý by mohol poškodiť zariadenie.
III. Zhrnutie
Čierny štart je poslednou líniou obrany pre bezpečnú prevádzku energetického systému. So svojimi charakteristikami rýchlej odozvy, vysokej flexibility a nulového znečistenia sa systémy skladovania energie stali dôležitým doplnkom k tradičným zdrojom energie s čiernym štartom, ktoré zohrávajú nezastupiteľnú úlohu najmä v nových energetických základniach, pre garanciu kritického zaťaženia a v extrémnych podmienkach.
S vývojom technológie dlhodobého skladovania energie a klesajúcimi nákladmi budú systémy na ukladanie energie spolupracovať s tradičnými zdrojmi energie, aby vytvorili systém s čiernym štartom, ktorý kombinuje „distribuované + centralizované“ prístupy, vytvára bezpečnostnú bariéru proti-kolapsu a rýchlej obnove energetického systému a podporuje stabilnú prevádzku nového energetického systému.