En cas de baisse de tension, des pannes de courant et des pannes se produisent, c'est frustrant d'être sans électricité. Le stockage de l'énergie le long du réseau américain pourrait aider à maintenir le courant. ©iStockphoto.com/TebNad La panne a commencé dans l'Ohio, un trafic perturbé dans le Michigan, couper les lumières au Canada, puis a apporté les ténèbres à New York, la ville qui ne dort jamais. À la fin de la panne d'électricité du nord-est de 2003, la région a perdu environ 6 milliards de dollars.
À votre avis, qu'est-ce qui a causé une panne d'électricité si énorme, quelque chose d'extraordinaire ? Quelqu'un a saboté le réseau ? Y a-t-il eu un tremblement de terre ? Non - il n'y avait pas de plan sinistre ou de catastrophe naturelle - juste quelques hoquets standard. Le réseau électrique américain fonctionnait comme d'habitude, mais ensuite ses défauts se sont ajoutés, aidés par des pannes informatiques et quelques arbres embêtants et voilà -- environ 50 millions de personnes étaient sans électricité.
Selon Imre Gyuk, qui gère le programme de recherche sur le stockage de l'énergie au Département de l'énergie des États-Unis, nous pouvons éviter des pannes massives comme celle de 2003 en stockant de l'énergie sur le réseau électrique. L'énergie pourrait être stockée dans des unités dans les centrales électriques, le long des lignes de transmission, dans les sous-stations, et dans des endroits proches des clients. De cette façon, quand de petits désastres arrivent, l'énergie stockée pourrait fournir de l'électricité n'importe où le long de la ligne.
Cela ressemble à un grand projet, et c'est. Mais à peu près tous les systèmes qui réussissent à servir de nombreux clients conservent une réserve. Pensez-y. Les banques gardent une réserve. Les magasins surdimensionnés comme Target et Wal-Mart gardent une réserve. McDonald's aurait-il pu servir des milliards sans avoir des garde-manger et des congélateurs perpétuellement approvisionnés ? Parce que le réseau électrique américain fonctionne en brouillage, pas de réserves, il est configuré pour les ennuis. Voyez ce que nous voulons dire à la page suivante.
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Un jour ordinaire, les compagnies d'électricité planifient la quantité d'électricité à produire le lendemain. Ils essaient de prédire ce que feront les clients, principalement en lisant les enregistrements historiques d'utilisation le même jour de l'année précédente. Ensuite, ils ajustent ces chiffres aux prévisions météorologiques actuelles pour le lendemain.
"Il est impossible de prédire exactement quelle sera la demande d'électricité à un moment donné, " dit John Boyes, qui gère le programme de stockage d'énergie chez Sandia National Laboratories. Ce scénario met les services publics en place pour produire plus ou moins d'électricité que ce que les clients utilisent. Le décalage envoie des ondulations à travers la grille, y compris les variations de fréquence AC, lequel, s'il n'est pas contrôlé, peut endommager l'électronique. Responsables régionaux de l'électricité, ou des gestionnaires de système indépendants (ISO), foncez et essayez de combler l'écart en demandant à certaines centrales électriques de modifier la quantité d'électricité qu'elles produisent. Mais les centrales nucléaires et à combustibles fossiles ne peuvent pas le faire rapidement. Leur lenteur aggrave l'inadéquation entre l'offre et la demande d'électricité.
Maintenant, Considérez ce qui se passe lors d'une journée étouffante à Los Angeles lorsque les gens de toute la ville font fonctionner leurs climatiseurs. Ceux-ci sont demande de pointe conditions, quand la plupart des clients consomment le plus d'électricité, qui se produit pendant quelques heures sur cinq à 10 jours chaque année. Ces jours, des installations connues sous le nom plantes de pointe sont appelés à agir. Ces coûteuses centrales à combustibles fossiles restent inactives toute l'année et peuvent émettre plus de pollution atmosphérique qu'une grande centrale au charbon. "Nous ne voudrions pas le faire dans une ville [smoggy] comme Los Angeles, mais on le fait quand même, " dit Imre Gyuk. Si les plantes de pointe échouent, les services publics paient les gros clients comme les fonderies d'aluminium pour qu'ils consomment moins d'électricité. "Si rien ne marche, vous avez des baisses de tension et des pannes progressives, " dit Gyuk.
Pendant ce temps, les anciennes sous-stations sont en surcharge. Ils transportent plus de courant qu'ils ne sont censés en supporter, et les structures métalliques chauffent. "Ce n'est pas une pratique recommandée, " dit Boyes.
Si le réseau électrique semble stressé, vous n'avez encore rien vu. Continuer à lire.
Ce n'est peut-être pas un jour ordinaire. Peut-être qu'un arbre tombe sur une ligne électrique ou que la foudre le frappe. Ces perturbations feront tomber la tension de la ligne de la quantité prévue. Les variations de tension réinitialisent les ordinateurs. Maintenant, votre réveil clignote à 12:00. Ou pire :« Pour tous les processus de fabrication automatisés, si l'ordinateur se réinitialise, il arrête le processus. Si vous êtes un fabricant de plastique, et vos machines se refroidissent, le plastique se solidifie dans vos machines, " dit Boyes.
Et si les événements d'une journée dépassent les efforts des services publics pour compenser ? Oui, vous l'avez deviné - vous faites face à une panne d'électricité. Cela s'est certainement produit dans le Nord-Est en 2003.
Avec la grille déjà brouillée, il est difficile d'imaginer ajouter plus d'énergies renouvelables, comme l'énergie éolienne et solaire, car ce sont des sources d'énergie intermittentes. Nous savons que les clients sont imprévisibles, mais maintenant, l'électricité aussi. Quand le vent meurt de façon inattendue, un parc éolien peut perdre 1, 000 mégawatts en quelques minutes et doit alors acheter et importer rapidement de l'électricité pour ses clients.
L'alternative est alors d'utiliser une centrale à combustible fossile de style pic, mais cela ajoute la pollution de l'air à l'électricité propre. Ou la nature peut régner. Sur les parcs éoliens du Texas, le vent souffle presque exclusivement la nuit alors que la demande est faible, et le prix de l'électricité devient négatif. "Cela signifie que vous devez payer le réseau pour y mettre de l'électricité, " dit Gyuk. " J'ai parlé à quelqu'un qui fait fonctionner sa climatisation toute la nuit pour refroidir la maison parce qu'il l'obtient gratuitement. Puis il ferme les fenêtres."
Selon Gyuk, ces problèmes s'aggraveront à mesure que nous utiliserons plus d'électronique et plus d'électricité. Alors, quelle pourrait être la réponse à ces problèmes ? Stockage d'énergie en réseau.
Avant de plonger dans le sujet, il est important de comprendre ce que signifie stocker de l'énergie. Le travail du réseau est de fournir de l'électricité à chaque client à 120 volts et 60 hertz. Ceci est accompli en ajoutant ou en supprimant du courant du réseau. Un périphérique de stockage aide en ajoutant ou en supprimant du courant exactement lorsque cela est nécessaire.
Lisez la suite pour savoir comment le stockage d'énergie peut renforcer le réseau.
Hydroélectrique pompé les stations utilisent l'eau qui tombe pour produire de l'électricité. Un exemple de ceci peut être vu à Raccoon Mountain dans le Tennessee. Au pied de la montagne, la Tennessee Valley Authority (TVA) a créé un lac en siphonnant une partie de la rivière Tennessee.
Lorsque les clients n'utilisent pas beaucoup d'électricité, TVA détourne l'électricité d'autres centrales électriques vers une centrale électrique à l'intérieur de la montagne. L'électricité fait tourner les turbines de la maison à l'envers, poussant l'eau du lac dans un tunnel dans la montagne jusqu'au sommet. Après 28 heures, le bassin supérieur est plein. Pour faire de l'électricité, TVA ouvre un drain dans le bassin supérieur. L'eau tombe directement au centre de la montagne et fait tourner les turbines vers l'avant, générer de l'électricité. Il tombe pendant 22 heures, sortie régulière 1, 600 mégawatts d'électricité, correspondant à la production d'une grande centrale au charbon. TVA ajoute cette électricité à la contribution de ses autres centrales les jours de forte demande [source :TVA].
Des stations hydroélectriques de pompage fonctionnent dans le monde entier, produisant entre 200 mégawatts et 2, 000 mégawatts de puissance les jours de pointe de demande [source :Cole]. Ils n'émettent aucune pollution atmosphérique, et une fois chargé, sont en ligne en 15 minutes, plus rapide et plus verte qu'une plante de pointe. Le seul problème est "nous manquons de bons sites pour cela, " dit Gyuk.
Stockage d'énergie par air comprimé ( SCA ) est le stockage pour les centrales électriques au gaz naturel. Normalement, ces usines brûlent du gaz naturel pour chauffer l'air, qui pousse une turbine dans un générateur. Lorsque les usines de gaz naturel sont à proximité d'un trou souterrain, comme une caverne ou une vieille mine, ils peuvent utiliser CAES. Les jours lents, l'usine peut produire de l'électricité pour faire fonctionner un compresseur qui comprime l'air extérieur et le pousse dans le trou souterrain. Les jours où les clients ont besoin d'un maximum d'électricité, la centrale peut laisser l'air comprimé se précipiter contre la turbine, Poussant, avec l'air chauffé normal. Cet air comprimé peut aider pendant des heures, ajoutant régulièrement 25 mégawatts à 2, 700 mégawatts d'électricité à la production de la centrale les jours de pointe de demande [source :Cole].
Continuez votre lecture pour savoir où nous pouvons stocker de l'énergie sur le réseau.
Gonfle leLes périphériques de stockage fabriquent et utilisent intelligemment le courant - pour un processus qui peut être inversé pour restituer le courant. Par exemple, stockage hydroélectrique pompé utilise le courant pour pomper l'eau à une hauteur. Quand nous avons besoin du courant de retour, nous laissons l'eau tomber sur le système d'entraînement d'un générateur. Où est l'énergie dans cette image ? C'est là tout le temps, transférés comme de l'argent entre des comptes bancaires. L'énergie commence sous forme d'énergie électrique dans le réseau, changements à l'énergie potentielle gravitationnelle lorsque l'eau est en haut, et comme l'eau tombe pour entraîner le générateur, il redevient de l'énergie électrique dans le réseau.
Recherchez les inversions et le transfert d'énergie dans chaque méthode de stockage que nous décrivons dans cet article.
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Il est maintenant temps d'examiner le stockage qui fournit une grande quantité d'électricité ou moins pendant plus longtemps. Ces systèmes ne peuvent pas envoyer de grosse électricité aux clients toute la journée, comme l'hydroélectricité pompée et le CAES peuvent.
Volants stocker de l'énergie en tournant. Les plus rapides sont constitués d'un moteur, un aimant en lévitation, un vide pour réduire la friction et une coque pour la sécurité. Lorsqu'il y a de l'électricité supplémentaire disponible sur le réseau, il peut faire tourner le moteur, qui fait tourner l'aimant. Lorsque l'électricité est nécessaire, les volants peuvent le faire tourner en quelques minutes à quelques heures, comme la situation l'exige.
Sur le réseau électrique, les volants d'inertie font des contrôleurs de bonne qualité. Ils sont bons pour stabiliser la fréquence, lequel, comme nous l'avons mentionné, oscille au-dessus et au-dessous de 60 hertz aux États-Unis aujourd'hui. Il monte en flèche lorsque les services publics produisent plus d'électricité que les clients n'en consomment et baisse lorsque les services publics en produisent moins. Les volants d'inertie changent la situation car les ISO peuvent les contrôler directement - éventuellement, ils seront automatiques - de sorte que personne n'a à appeler Jane à la centrale électrique A et à attendre qu'elle augmente ou diminue la production pour corriger le problème de fréquence. Avec une réponse rapide, la fréquence peut être nivelée avant que le client ne le sente. En réalité, plusieurs I.S.O. américains testent des patins de volant d'inertie [source :Beacon Power 1, Puissance de balise 2, Puissance de la balise 3].
Une autre utilisation des volants d'inertie est la stabilisation de la tension sur le réseau. Qu'est-ce qui pourrait changer la tension sur ces solides lignes à haute tension ? Essayez les effets domino des pannes de courant, arbres abattus et trains électriques. Lorsque le métro ou les trains légers sur rail freinent, ils produisent de l'électricité, augmenter la tension et provoquer des surtensions localement. Lorsque les trains accélèrent hors de la gare, ils tirent de l'électricité, faire chuter la tension et aspirer le courant d'ailleurs. Les volants d'inertie peuvent absorber et libérer le courant, laissant le reste de la grille intact. En réalité, ils ont été testés dans les rames de métro de New York [source :Kennedy].
Les volants d'inertie sont également parfaits pour les parcs éoliens, où ils peuvent produire de l'électricité supplémentaire pendant les rafales et la cracher pendant les dépérissements, afin que les clients ne subissent pas les fluctuations.
Supercondensateurs , encore plus rapide que les volants d'inertie, stocker l'énergie en séparant les charges. Ils sont "super" car ils stockent plus d'énergie que les condensateurs traditionnels, mais ils fonctionnent de la même manière. Quand il y a de l'électricité supplémentaire, il peut être utilisé pour pousser des charges hors de certaines plaques métalliques et sur d'autres, laissant certains positivement et d'autres négativement chargés. Lorsque l'électricité est nécessaire, les plaques se neutralisent, et les flux de charge, faire un courant. À Madrid, Pékin et d'autres villes, des armoires pleines de supercapacités tamponnent les trains électriques [source :Siemens].
Stockage d'énergie magnétique supraconducteur, ou PME, est un autre moyen de se débarrasser des creux et des pointes de tension sur le réseau. Lors des pics, les boucles de fil prennent du courant supplémentaire, et pendant les trempettes, les boucles renvoient le courant au réseau. Parce que le fil n'a presque pas de résistance, il stocke le courant avec presque aucune perte.
Ensuite, les systèmes de stockage d'énergie que beaucoup d'entre nous utilisent quotidiennement :les batteries.
Les batteries sont parfaites pour l'alimentation de secours et le stockage d'énergie. Bien sûr, ceux utilisés pour le stockage d'énergie du réseau sont un peu plus gros. Tim Boyle/Getty Images
Piles sont comme des ensembles Lego pour la grille. Ils existent en plusieurs types, peut être empilé ou agrandi pour stocker plus d'énergie et peut conduire l'électricité pendant des secondes à des heures. Côté longévité, vous trouverez la taille d'une remorque piles à flux Comme redox vanadium et bromure de zinc et batteries haute température Comme sodium-soufre . Ceux-ci peuvent fournir jusqu'à 20 mégawatts de puissance pendant des heures [source :Gyuk]. Du côté des sursauts de puissance, batteries au plomb sont couramment utilisés aujourd'hui. Les autres batteries comprennent métal-air , lithium-ion , nickel-cadmium et plomb-carbone . Toutes les batteries utilisent et libèrent de l'énergie par le biais de réactions chimiques.
Les batteries sont partout sur le réseau électrique américain, généralement du côté du client, où les usines, et peut-être les ordinateurs de votre bureau, utiliser un Alimentation sans interruption , ou UPS pour faire fonctionner l'électronique pendant les pannes.
Mais les batteries sauvegardent également les entrailles du réseau. À Charleston, W. Va., une sous-station surchauffait chaque fois que trop de clients y faisaient passer du courant. Ensuite, American Electric Power a installé une batterie pour fournir de l'électricité les jours de pointe, et la sous-station a cessé de surchauffer. Les habitants de l'Alaska subissaient des pannes à chaque problème sur la ligne électrique entre Anchorage et Fairbanks jusqu'à ce qu'ils installent une batterie de la taille d'un terrain de football pour couvrir la ligne en cas de panne et de réparation.
Les batteries peuvent également aider les parcs éoliens dans des endroits où le vent ne souffle que la nuit et où les clients consomment de l'énergie pendant la journée.
On parle d'utiliser un jour des voitures électriques hybrides rechargeables, ou PHEV , avec des batteries qui se chargent en se branchant sur la prise murale, pour l'électricité commerciale. Avec le bon câblage dans votre maison, votre voiture garée pourrait faire fonctionner votre lave-vaisselle. Dans un futur lointain, de nombreuses voitures branchées dans de nombreux garages pourraient envoyer de l'électricité là où elle est nécessaire sur le réseau dans une application appelée véhicule à la grille , ou V2G . Mais c'est dans de nombreuses années, puisque la prise murale ne peut pas prendre l'électricité de la batterie, et les voitures ne sont pas commerciales.
Cela vous semble-t-il pratique ? Continuez à lire pour savoir combien tout cela coûte.
« En ce qui concerne les coûts réels, le stockage d'énergie n'est pas bon marché, " dit Imre Gyuk.
Nous pouvons voir où en sont les coûts aujourd'hui, mais ils chuteront au fur et à mesure que le stockage augmentera sur la grille. Commençons par le stockage dans les centrales électriques. Comme nous l'avons appris plus tôt, une compagnie d'électricité peut stocker de l'énergie dans une centrale électrique pour fournir de l'électricité les jours de forte demande. L'usine aura besoin d'une grande puissance toute la journée, et seuls l'air comprimé et l'hydroélectricité pompée peuvent fournir cela. Pour chaque 700 $ qu'il paie pour un système d'air comprimé, le service public obtient 1 kilowatt d'électricité, fourni pendant plus de 20 heures, assez pour faire fonctionner une cafetière toute la journée [source :EAC, NSTAR]. L'hydroélectricité pompée coûte plus cher -- 2 $, 250 par kilowatt.
Pour une puissance qui dure de quelques minutes à quelques heures, les batteries lithium-ion coûtent 1 $, 100 par kilowatt (ou cafetière), les volants coûtent 1 $, 250 par kilowatt, les batteries à flux coûtent 2 $, 500 par kilowatt, et les batteries à haute température comme le sodium-soufre coûtent 3 $, 100 par kilowatt [source :EAC]. Et le stockage dans des supercondensateurs coûte encore plus cher.
Mais, selon Gyuk, nous obtenons beaucoup pour notre investissement dans le stockage. Nous obtenons un réseau capable de gérer plus de centrales éoliennes et solaires, sans cauchemars d'approvisionnement. Nous obtenons moins de plantes de pointe, ce qui signifie moins d'émissions de dioxyde de carbone et de pollution atmosphérique. Et nous obtenons une protection contre les pannes, lequel, selon Gyuk, coûtent 33 cents sur chaque dollar que nous dépensons en électricité [source :Gyuk 2008].
Les compagnies d'électricité et les ISO paieront pour le stockage, s'ils décident de l'installer. « Le prix du stockage baisse. Le prix de la résolution des problèmes par d'autres moyens augmente. Très bientôt, ces prix vont traverser, " note Boyes, suggérant que le coût pourrait stimuler l'ajout de stockage au réseau.
Les tarifs d'électricité des consommateurs finiront-ils par baisser ? Peut-être. Avec suffisamment de stockage, les services publics seront en mesure de produire de l'électricité de manière plus contrôlée. Ils utiliseront mieux le matériel dans la grille, comme les lignes de transmission et les sous-stations, au lieu de les remplacer ou de les agrandir.
Même si les tarifs d'électricité des consommateurs augmentent, "Nous aurons un meilleur système, " dit Gyuk.
Régulation de fréquencePour voir une animation sur la façon dont le réseau électrique américain régule la fréquence aujourd'hui et comment cela pourrait être fait à l'avenir avec des volants d'inertie, Cliquez ici, puis sélectionnez "Volants d'inertie et régulation de fréquence". (Attention :l'animation intéressante est enroulée autour d'une publicité pour le système de stockage.)
