Hawaiis Solar Push Strains the Grid

Utsikten till billigare, petroleumfri kraft har lockat Kauai Island Utility Cooperative (KIUC) för att femdubbla solkapaciteten i nyttoskala under det senaste året, genom att bygga två 12-megawatt solcellspaneler. Dessa anläggningar är de största och en betydande bidragsgivare till öns toppströmförsörjning på 78 megawatt. När den andra anläggningen kommer online i sommar, kommer den maximala solenergiproduktionen på Kauai att närma sig 80 procent av elproduktionen vissa dagar, enligt Brad Rockwell, bolagets strömförsörjningschef.

Fraktcontainrar fulla med litiumbatterier kommer att stabilisera Kauais nät när passerande moln avbryter strömflödet från öns nyaste solfarm.

Det placerar Kauai i framkanten av solenergipenetration, och KIUC har blåmärken att visa för det. Effektfluktuationer från en första stor anläggning installerad 2012 har redan i stort sett bränt ut de stora batterierna som installerats för att förhindra att solenergin destabiliserar öns nät.

Nu gör KIUC ett andra försök med batterier och hoppas att energilagringstekniken har utvecklats tillräckligt mycket för att samma problem inte ska återkomma. Det nya systemet, installerat bredvid solfarmen som närmar sig färdigställandet på Kauais nordöstra strand, är en av de första kommersiella installationerna av litiumjonbatterier i nätskala tillverkade av den franska batterijätten JUICE .

Den intermittenta karaktären hos förnybara energikällor som solenergi innebär en rad utmaningar för företag, beroende på deras näts storlek och design. Kauais svårighet är mest akut när moln driver över en solcellsanläggning. Det kan minska en anläggnings effekt med 70 till 80 procent på mindre än en minut. Om anläggningen tillhandahåller en betydande del av elnätets kraft, kan den snabba effektförlusten göra att frekvensen på nätets växelström sjunker långt under 60 hertz, skada kundutrustning eller till och med orsaka strömavbrott.

Kauais första energilagringssystem, vid solcellsanläggningen på sex megawatt i Port Allen på Kauais västra sida, utformades för att mildra sådana frekvensfall genom att släppa ut lagrad kraft när uteffekten kraschade. Men när anläggningen gick i drift i december 2012 upptäckte Rockwell och hans ingenjörer snabbt att, som Rockwell uttrycker det, batteriet inte är vad det var tänkt att vara.

Solcellsanläggningen i Anahola närmar sig färdigställandet.

Systemet på 2 miljoner dollar, designat och tillverkat av Xtreme Power i Lyle, Texas, har gott om muskler och släpper ut upp till 4,5 megawatt i snabba skurar. Vad den saknar är uthållighet. Frekvenssänkningar inträffade oftare än vad KIUC hade räknat med, och under delvis molniga dagar tog batteriet snabbt slut.

Att ladda ner laddningen dag efter dag försämrade samtidigt batteriernas energikapacitet. Medan Xtreme Power kallade dem avancerade blybatterier eftersom de till en början packade mer energi och kraft än sina föregångare, lider de av samma känslighet för upprepad cykling länge förknippad med blybatterier. Xtreme Power-systemet var designat för att hålla i åtta år, men två år i det har mycket liten kapacitet kvar, enligt KIUC.

Som ett resultat har KIUC varit tvungen att fråga mer av sina diesel- och bensindrivna generatorer, vilket förbättrar deras förmåga att öka under frekvensnedgångar. De kraftiga ramperna sliter på maskinerna, ökar luftföroreningarna och förnekar en del av de oljebesparingar som utlovats av solkraftverken. Jag tror att vi har tappat ett par procentenheter på effektivitet det senaste året, säger Rockwell. Underhållseffekterna är ännu inte synliga.

Ett större batteri och bättre mjukvarukontroller kan ha gett bättre resultat från Xtreme Powers blybatterier, säger John Jung, VD för Grönsmed , en leverantör av lagringssystem baserad i Emeryville, Kalifornien. Men problemen som KIUC stötte på delades av andra Xtreme Power-kunder och Xtreme Power förklarade sig i konkurs i januari 2014. Det Berlin-baserade energilagringsföretaget Younicos köpte företaget tre månader senare, minus batteritillverkningstillgångarna.

Litiumjonbatterier, som KIUC sätter förhoppningar på nu, tål cykling bättre än blybatterier. John Cox, KIUC:s ingenjörschef, säger att SAFTs litiumjonbatterier är klassade för fyra till sex gånger så många fulla laddnings-urladdningscykler som Xtreme Powers.

Molnfläckar drev över Anahola tidigare denna månad när jag besökte platsen för KIUC:s nästa solcellsanläggning, där åtta 22 fot långa fraktcontainrar fulla med SAFTs batterier redan fanns på plats bredvid anläggningens 57 000 plus solcellspaneler.

SAFTs system för 7 miljoner dollar kan leverera sex megawatt effekt kontinuerligt och upp till 12 megawatt i korta skurar – lika med Anahola-matrisens toppeffekt. Och SAFT hävdar att den kan absorbera upp till 4,5 megawatt kontinuerligt.

Uppladdningen bör vara tillräckligt snabb för att hålla batteriet igång hela dagen med effektfluktuationer på högst 1,2 megawatt per minut, enligt Jim McDowall, affärsutvecklingschef för SAFTs Connecticut-baserade dotterbolag SAFT America.

McDowall är särskilt säker på Anahola-installationen, som har extra energilagringskapacitet på KIUC:s insisterande. Den här extra kapaciteten kommer sannolikt inte att gå till spillo, säger han och Rockwell. Det kommer att göra det möjligt för Anahola-batteriet att stoppa en del av frekvensfallet som orsakas av Kauais andra solgårdar, vilket minskar påfrestningen på KIUC:s konventionella generatorer. Extra lagringskapacitet vid Anahola kan också hjälpa Rockwell att hantera ett nytt problem som han förväntar sig att möta före slutet av detta år: överskott av solenergi.

Efter att Anahola kommit online förväntar sig Rockwell att Kauai kommer att se dagar när klar himmel resulterar i solgenerering utöver vad KIUC:s nät kan bära. Istället för att slänga överskottet, säger McDowall, kan KIUC använda Anaholas batterilagringssystem för att absorbera det och sedan släppa den kraften efter att solen gått ner.

Dölj