Sähköenergian tuotanto, taustatekijät, hintatason määräytyminen, yms yleinen keskustelu aiheesta

[Ogeli]

Mitenhän näiden tuulimyllyjen inverttereiden synkka toimii?
Mikäli seuraavat ulkopuolisen verkon vaihetta ja pyrkivät säätämään itsensä tähän niin jossain tilanteessa kun vaihe muuttuu liikaa niin ominaisuus pahentaa tilannetta ja invertteri on pakko sulkea?

Vai onko mulla (taas) joku ajatusvirhe?

 

[MOS6510]

Eli ehkä Espanjan case kuitenkin on lähinnä softaongelma, vähän niin kuin ne pari pörssirobottien ylireaktiota jokunen vuosi sitten. Jotka silloin vääristi rajusti osakekursseja. Väärin ohjelmoidut laitteet reagoivat väärin.

Parin tonnin agregaatti / aurinkosähköinvertteri osaa tuottaa ihan kelpoa kolmen vaiheen vaihtovirtaa koko kotitalouteen. Se on ihan eri kokoinen järjestelmä mutta mitä ulkopuolista inertiaa se invertteri muka tarvitsee tuottaakseen laadukasta oikean mallista vaihtovirtaa? Voi olla että rautatasollakin tarvitaan muutoksia, mutta en näe mitään kovin radikaalia ongelmaa. Hyvä kuitenkin että tämä Espanjan tapahtuma varmasti herätti tutkimaan tämän sortin haavoittuvuuksia.

Ei se invertteri tarvitse inertiaa vaan verkko vastustaakseen taajuuden muutoksia verkossa. Eurooppalaisessa verkossa taajuuden pitäisi olla 50 Hz. Jos tuotantoa on liikaa kulutukseen nähden, taajuus nousee. Jos kulutusta on liikaan tuotantoon nähden, taajuus laskee. Inertia on käytännössä verkon suurimassaisten generaattorien liike-energiaa, joka vastustaa taajuuden muutoksia antaen aikaa saada tuotanto ja kulutus tasapainoon. Jos inertiaa on liian vähän, voi mikä tahansa äkillinen ja merkittävä epätasapaino tuotannon ja kulutuksen välillä aiheuttaa vakavia ongelmia verkossa.

Espanjassa puutteellinen inertia kaatoi verkon vain noin viidessä sekunnissa. Ilmeisesti aurinkoenergian tuotannon nopea vaihtelu (luultavasti pilvialueen liikkeiden vuoksi) nosti tuotantoa äkillisesti gigawatteja, joka ylikuormitti Ranskan ja Espanjan välisen siirtoverkon (ylijäämää myytiin Ranskaan). Kun tuo linja kaatui, nousi ylituotanto äkkiä hallitsemattomasti ja puutteellisen inertian vuoksi taajuus nousi vain muutamissa sekunneissa niin, että eri paikkojen suojausmekanismit kytkivät lähes kaiken tuotannon ja kulutuksen pois verkosta. Verkko kaatui.

Pientuotannon aurinkosähköinvertterit ovat kaikki ns. grid-following-tyyppiä - ne vain seuraavat verkon taajuutta ja synkronoituvat siihen. Standardit (kuten SFS-EN-50549-1:2019) määrittävät miten inverttereiden pitää toimia eri tilanteissa. Yksi osa speksiä on irtikytkentä liian suuren tai liian pienen verkon taajuuden vuoksi. Nykyään speksi määrää tuohon jonkinlaisen satunnaistekijän, jotta valtava määrä inverttereitä ei kytkeytyisi pois täsmälleen samalla taajuudella.

Aurinkosähkön pientuotannon fundamentaali perusongelma on, että se on täysin hallitsematonta. Jokainen invertteri kytkeytyy verkkoon itse ja tekee itse päätöksen milloin kytkeytyy irti. Jokainen voimala myös tuottaa mitä tuottaa ja kukaan ulkopuolinen ei pysty siihen vaikuttamaan. Kun tällaisia on verkossa satoja tuhansia tai miljoona yksiköitä, niin ei käy verkko-operaattoria kateeksi. "Hajautettu" sähköntuotanto on tältä osin verkkoa epästabiloiva tekijä toisin kuin monesti uusiutuvan energia ihanuutta julistavat virheellisesti väittävät.

Vielä lisäkommentti tähän: "Parin tonnin agregaatti / aurinkosähköinvertteri osaa tuottaa ihan kelpoa kolmen vaiheen vaihtovirtaa koko kotitalouteen":

Jos sinulla on off-grid-aurinkosähköjärjestelmä esim. mökillä, niin tässä järjestelmässä sen "inertian" tuottaa akku. Sitä "inertiaa" on saatavilla niin paljon kuin akun ominaisuudet ja varaustila kullakin hetkellä mahdollistavat. Jos "inertia" loppuu - esim. akku on liian tyhjä antaakseen riittävästi tehoa siihen nähden mitä järjestelmältä pyydät - kaatuu "verkko" (eli se oma irrallinen aurinkosähköjärjestelmäsi) välittömästi. Näin, vaikka et olisi ylittänyt invertterin itsensä tehoa.

 

[B12]

Tuossa on hyvä ja opettavainen video siitä, miten pienen vesivoimalan sykronointi manuaalisesti verkkoon tapahtuu ja mitä se tarkoittaa. Eli ensin ilman kuormaa tahdistetaan pyörimisnopeus ja vaihe verkon kanssa samaksi. Sen jälkeen generaattosi kytketään verkkoon ja se lukkiutuu erittäin tiukasti verkon taajuuteen. Jos pyörimisnopeus/vaihe kytkettäessä on väärä, jotakin saattaa hajota mekaanisesti voimalassa. Kun taajuus on sykronoitu ja generaatori "lukittu", voi alkaa avamaan säätösiipiä lisää, jolloin turbiini/generaattori alkaa vääntää verkon lukitusta ja kuormitusta vastaan ja voimala alkaa tuottamaan tehoa.

 

[Griffin]

Lähinnä noita aurinko- ja tuulivoimaloiden irtikytkytymis rajoja pitäisi ehkä miettiä. Nekun toimivat invertereillä niiden ei olisi pakko tippua verkosta ensimmäisenä kuten nyt taitaa olla. Tietysti jokaisella sähkön tuotantoyksiköllä on omat rajat mitä ne kestää eikä niitä ole järkeä ylittää. Mutta puhun verkon ylläpitäjän asettamista rajoista.

Sitten niille pitäisi kaikille jotenkin tulla absoluuttinen ja tarkka tieto siitä, missä kohti verkko on (siis verkon vaihe). Ilman tietoa verkko mitä todennäköisemmin käyttäytyy, kuin jousien päissä olevat pallot ja kun sitä käy härkkimään sieltäsun täältä, niin se alkaa värähdellä erisuuntiin, eripaikoissa ja kaatuu sitten varmasti..

 

[chrisekh]

Sitten niille pitäisi kaikille jotenkin tulla absoluuttinen ja tarkka tieto siitä, missä kohti verkko on (siis verkon vaihe). Ilman tietoa verkko mitä todennäköisemmin käyttäytyy, kuin jousien päissä olevat pallot ja kun sitä käy härkkimään sieltäsun täältä, niin se alkaa värähdellä erisuuntiin, eripaikoissa ja kaatuu sitten varmasti..

Kyllähän se tieto tulee nyt hyvinkin vahvalla piuhalla mutta ongelma on se että jos verkon taajuus heilahtaa 49 tai 51 Hz niin invertteri haistattaa vitut ja lähtee himaan.

 

[antti-x]

Siis voi olla että se on liian iso juttu korjattavaksi, mutta kaikella logiikalla sähköverkkoa pitkin voisi ajaa ohjaussignaalia jonka kautta aurinkosähkö ja muut osaisi sopeutua verkon tarpeisiin muutakin kautta kuin analogisesti. Sellainen digitaalinen ohjaus voisi toimia aluksi nykyisen analogisen rinnalla.

 

[pulatunnus]

Siis voi olla että se on liian iso juttu korjattavaksi, mutta kaikella logiikalla sähköverkkoa pitkin voisi ajaa ohjaussignaalia jonka kautta aurinkosähkö ja muut osaisi sopeutua verkon tarpeisiin muutakin kautta kuin analogisesti. Sellainen digitaalinen ohjaus voisi toimia aluksi nykyisen analogisen rinnalla.

Taajuus. no taisit tarkoittaa jotain lisäohjauksia.

Jos muuta, niin kuituverkot tärkeimpiin, ja jos se ei niin 5G verkot.

Jossain ketjussa oli joskus puhetta verkon kuormien ja tuotannon ohjauksesta, alkoi keskieuroopan radiosingnaaleista ja sen turvallisuudesta. Eli näinä aikoina vihamielinen hyökkäysriski pitää huomioida.

Suomessa kuluttaja liittymien mittarit on kai nykyään 4G verkon perässä.

 

[MOS6510]

Siis voi olla että se on liian iso juttu korjattavaksi, mutta kaikella logiikalla sähköverkkoa pitkin voisi ajaa ohjaussignaalia jonka kautta aurinkosähkö ja muut osaisi sopeutua verkon tarpeisiin muutakin kautta kuin analogisesti. Sellainen digitaalinen ohjaus voisi toimia aluksi nykyisen analogisen rinnalla.

Ainoa tapa, jolla tällaisen tiedon voi välittää sadoille tuhansille / miljoonille Inverttereille on Internet. Ja se on tällaiseen ohjaamiseen A) liian hidas B) aivan liian hakkerointialtis. Lisäksi pitäisi olla standardi millä tällaista ohjausta hoidetaan ja kaikki Invertterit pitäisi liittää nettiin. Ja kaikki ne invertterit pitäisi päivittää tallaisen standardin mukaiseksi. Ja ne invertterit voi nekin hakkeroida.

Ja vaikka tällainen ohjaus olisi, ei siitä olisi mitään hyötyä, jos kaikki invertterit ovat loppujen lopuksi vain grid-following-tyyppisiä. Eivät ne pysty tukemaan verkon taajuutta mihinkään suuntaan.

 

[Ogeli]

Onkohan ajatusvirhe mutta 1/50Hz=20ms/180=0.1ms/aste eli ulkoisella säädöllä on melko tiukka toleranssi ainakin nämä "G" ratkaisut voi unohtaa.

 

[pulatunnus]

Ainoa tapa, jolla tällaisen tiedon voi välittää sadoille tuhansille / miljoonille Inverttereille on Internet. Ja se on tällaiseen ohjaamiseen A) liian hidas B) aivan liian hakkerointialtis. Lisäksi pitäisi olla standardi millä tällaista ohjausta hoidetaan ja kaikki Invertterit pitäisi liittää nettiin. Ja kaikki ne invertterit pitäisi päivittää tallaisen standardin mukaiseksi. Ja ne invertterit voi nekin hakkeroida.

Ei sen tarvi olla julkinen netti, vaan ihan noita verten luoto IP verkko. Joka sitten esim 5G päällä. Niin jos ajatus oli tuon taajuuden lisäksi jotain muuta ohjausta, varsinin jos datan ei tarvi olla alle 100ms viiveinen, ja jos tarvii niin sekin onnistuu.

Vaikka tieturva olisi korkea, mutta jos voidaan ohjata massiivista tuotantoverkko jonka avulla voi kaataa koko verkon, niin se on riski jos vihamielinen tahoa pääsee napille, tai jos "inhimillinen virhe". Sitä riskiä voi sitten vähentää sillä mitä voi etänä tehdä ja mitä paikallisesti.

No kai nykyäänkin voi kuormia tiputtaa massiivisesti etänä pois, joten se ei kai ole aisan este.

 

[pulatunnus]

Onkohan ajatusvirhe mutta 1/50Hz=20ms/180=0.1ms/aste eli ulkoisella säädöllä on melko tiukka toleranssi ainakin nämä "G" ratkaisut voi unohtaa.

Suunniteletko nyt sellaista että jokin saarekkeen tahdistaisit etänä jonkin toisen saarekkeen kanssa.

Siis tyyliin Turussa joku saareke ja Rovaniemellä toinen ja haluat ne samaan tahtiin, viive siinä välillä on, ja viive ei estä sitä tekemättä. En tässä uskalla ottaa kantaa kuinka tarkkaan sen pystyy tekemään verkoilla joissa viive vaihtelee. ja no kai sekin riippuu että kuinka luotettava sen pitää olla, mikä homman idea. Ilmeisesti se että kun siitä olisi jotain hyötyä kun saarekkeita aletaan liittään yhteen, jos on ns tontilla, niin nopeampi toimi.

 

[Vertigo]

Ja vaikka tällainen ohjaus olisi, ei siitä olisi mitään hyötyä, jos kaikki invertterit ovat loppujen lopuksi vain grid-following-tyyppisiä. Eivät ne pysty tukemaan verkon taajuutta mihinkään suuntaan.

En tunne näitten aparaattien sielunelämää riittävän hyvin että voisin kommentoida, mutta onko inverttereissä oikeasti jotakin merkittävää fyysistä eroa jos ne on grid forming tai grid following käytössä?
Vai onko kuitenkin niin että samaa fyysistä laitetta voi käyttää kumpaankin tarkoituseen, ero tehdään vaan softalla/konfiguroinnilla ja aparaattia ajetaan vaan eri moodissa?

 

[Ogeli]

Suunniteletko nyt sellaista että jokin saarekkeen tahdistaisit etänä jonkin toisen saarekkeen kanssa.

Siis tyyliin Turussa joku saareke ja Rovaniemellä toinen ja haluat ne samaan tahtiin, viive siinä välillä on, ja viive ei estä sitä tekemättä.

Koko verkon täytyy olla samassa vaiheessa, taajuus ei ole olennaista vaihe on jota muutetaan taajuutta säätämällä.
Haasteelista on (ainakin mun mielestä) että viivettä tulee jo pelkästä siitolinjasta ohjaussignaalista puhumattakaan.
En tiedä mikä on säätöön tarvittava tarkkuus riittääkö 1aste ja miten hyötysuhde käyttäytyy.

 

[pulatunnus]

Koko verkon täytyy olla samassa vaiheessa, taajuus ei ole olennaista vaihe on jota muutetaan taajuutta säätämällä.
Haasteelista on (ainakin mun mielestä) että viivettä tulee jo pelkästä siitolinjasta ohjaussignaalista puhumattakaan.
En tiedä mikä on säätöön tarvittava tarkkuus riittääkö 1aste ja miten hyötysuhde käyttäytyy.

En ihan kärryillä mitä suunnittelit tekeväsi. Jos verkko on kytketty, niin siitä verkosta se löytyy, jos ei ole kytketty, mutta se on siinä vieressä, niin se tieto löytyy siitä vierestä.

Jos siis suunnittelit tilannetta että missä Turussa ja Rovaniemellä olevat saarekkeet halutaan synkata tilanteessa missä ei ole vielä sitä verkkoa , niin sitten se tieto pitää siirtää toistakanavaa pitkin.

Jos ajatus se että helpottaa , nopeuttaa verkkoon kytkemistä jos ne esi synkattu, niin viive ei ole este jos se viive tiedetään, ja jos aikaakin on niin tarkemmaksi saadaan, ja siinä vaiheessa kun pitäisi verkkoon kytkeä, niin se sitten synkataan sen verkon mukaan.

Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää tarkkoja kelloja apuna, jolloin tiedonsiirto viiveellä ja sen vaihtelulla ei väliä. esim GNSS (GPS jne) saadaan aikasingnaalia.

Miten esimerkin Turku Rovaniemivälillä pitää huomioida sähköverkon pituus, jos halutaan esimerkin tapauksessa esi synkata saarekkeet ennen niiden yhteen liittämistä ?

 

[Ogeli]

En ihan kärryillä mitä suunnittelit tekeväsi. Jos verkko on kytketty, niin siitä verkosta se löytyy, jos ei ole kytketty, mutta se on siinä vieressä, niin se tieto löytyy siitä vierestä.

Mulla oli mielessä kun täällä mietitään ulkoisen synkan käyttämistä invertterin vaiheenkorjaukseen jos ei grid-forming käytössä niin kuitenkin tehovajauksen korjaukseen ja menetelmän yhden ongelman.
En ole katsonut mikä on verkon ntp ajan tarkuus mutta tämänkin täytyy mukautua verkon tilaan eli tarvitaan aika verrattuna verkon referenssiaikaan (lasketaan taajuudesta nyt 50.018 Hz + 1.705s)

Pysykö joku perässä, itsestäni en ole varma

 

[pulatunnus]

Mulla oli mielessä kun täällä mietitään ulkoisen synkan käyttämistä invertterin vaiheenkorjaukseen jos ei grid-forming käytössä niin kuitenkin tehovajauksen korjaukseen ja menetelmän yhden ongelman.
En ole katsonut mikä on verkon ntp ajan tarkuus mutta tämänkin täytyy mukautua verkon tilaan eli tarvitaan aika verrattuna verkon referenssiaikaan (lasketaan taajuudesta nyt 50.018 Hz + 1.705s)

Pysykö joku perässä, itsestäni en ole varma

Jos ollaan verkossa kiinni, niin siitä saadaan tieto ja jos halutaan jotain parametri korjausta, niin välitetään viesti korjauksesta. Jos ei niin viivee kriittistä niin vaihtoehtoja alkaa oleen.

GNSS järjestelmistä saa tarkkaa aikasingnaalia jos ei ole sitä verkon taajuutta käytössä.

Perusajatus täytyy kuitenkin olla se että homma pärjää ilman noita muita.

Mutta onko tuolle tarvetta, tulee mieleen joku kriisi alue, missä perus verkko infra katkeilee , ja paljon hajaeutettua tuontoa, asiakkailla omaa tuotantoa, paljon saarekkeita niin ne voisi synkata ne omat voimalat verkon taajuuteen, verkko operaattori voisi niitä kytkeä nopeasti saareikkeita yhteen/verkkoon ja päinvastoin.