மின்சார மாற்று நிலையம்: புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களுக்கான வலையமைப்பு ஒருங்கிணைப்பு தீர்வுகள்

புதிய ஆற்றல் ஒருங்கிணைப்பிற்கான முக்கியமான வாயிலாக மின் நிலையம்

மின் நிலையங்கள் செயலிலா முனைகளிலிருந்து செயலில் ஒருங்கிணைப்பு மையங்களாக எவ்வாறு மாறுகின்றன?

மின்மாற்றிலயங்கள் (Substations) முன்பு வோல்டேஜ் மாற்றப்படும் வெறும் நிச்சலான இடங்களாக மட்டுமே இருந்தன, ஆனால் சமீபத்தில் பல மாற்றங்கள் ஏற்பட்டுள்ளன. அவை இப்போது சூரிய பேனல்கள் மற்றும் காற்று டர்பைன்கள் போன்ற இருதிசை மின்சக்தி ஓட்டங்களை நிர்வகிக்கும் செயல்பாட்டு ஒருங்கிணைப்பு புள்ளிகளாக மாறிவிட்டன. ஏன்? சர்வதேச எரிசக்தி முகமை (International Energy Agency) வெளியிட்ட கடந்த ஆண்டு அறிக்கைப்படி, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆதாரங்கள் உலக மின்சக்தி உற்பத்தியில் ஏற்கனவே தோராயமாக 30 சதவீதத்தை குறிக்கின்றன; மேலும் பல பிராந்தியங்கள் இந்த ‘பசுமை’ மின்சக்தி ஆதாரங்களை தங்கள் மின் வலையமைப்புகளுடன் இணைத்து வருவதால், இந்த எண்ணிக்கை தொடர்ந்து அதிகரித்து வருகிறது. இன்றைய மின்மாற்றிலயங்களின் வடிவமைப்புகளில், மேம்பட்ட கண்காணிப்பு அமைப்புகள், ஸ்மார்ட் கட்டுப்பாட்டு வழிமுறைகள் மற்றும் விரைவான பதிலளிப்பு தன்மையுடைய மின்னணு சக்தி உறுப்புகள் ஆகியவை சேர்த்து வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. இவை வோல்டேஜை தோராயமாக ±5% வரை நிலையாக பராமரிக்க உதவுகின்றன — இது சூரிய மின்சக்தி உற்பத்தியில் சூரிய அஸ்தமனத்தின் போது திடீர் வீழ்ச்சி அல்லது காற்று போதுமான அளவு வீசாத காலங்களில் மிகவும் முக்கியமானதாகும். கலப்பின மாற்றிகள் (hybrid inverters) மற்றும் இடத்திலேயே அமைந்துள்ள சேமிப்பு தீர்வுகளுடன் இணைந்து செயல்படும் போது, மின்மாற்றிலயங்கள் தங்களுக்கென தனியாக திரும்பு மின்சக்தி (reactive power) ஆதரவை வழங்கவும், உண்மை நேரத்தில் சுமைகளை சமன் செய்யவும் முடியும். இதன் விளைவாக, அவை எளிய உள்கட்டமைப்பு உறுப்புகளை விட மிகவும் விரைவான பதிலளிப்புத் தன்மையுடையவையாக மாறியுள்ளன — மின் வலையமைப்பின் சுய நரம்பு மண்டலம் (nervous system) போலவே செயல்படும் அளவிற்கு. இத்தகைய மேம்பாடுகள் பெரும் மின்வெட்டுகளைத் தடுக்கவும், உச்ச சுமை நேரங்களில் வீணாகும் மின்சக்தியைக் குறைக்கவும் உதவுகின்றன.

வழக்கு ஆய்வு: பிராந்திய மின் வலையின் உயர் மின்னழுத்த மறுசீரமைப்பு — பரவலான சூரிய மற்றும் காற்று ஆற்றல் இணைப்பை அளவிடுதல்

ஒரு பெரும் மின் வலை இயக்கியால் 345-கிலோவோல்ட் சப்ஸ்டேஷனை மறுசீரமைத்தல், குறிப்பிட்ட மேம்பாடுகள் எவ்வாறு புதுமையான ஆற்றல் இணைப்புத் தடைகளைத் தீர்க்கின்றன என்பதை விளக்குகிறது. நவீனமயமாக்குவதற்கு முன்பு, உச்ச சூரிய ஆற்றல் உற்பத்தி நேரங்களில் மின்னழுத்த மீறல்கள் 150% அதிகரித்தன. மறுசீரமைப்புக்குப் பின்னர் செயல்படுத்தப்பட்ட தீர்வுகள் பின்வருமாறு:

• ஃபேசர் அளவீட்டு அலகுகள் (PMUs) தடைகளை 30 மில்லித்தெற்று நேரத்தில் கண்டறிந்து பதிலளிக்க வசதியை ஏற்படுத்துதல்
• இயங்கு கம்பி திறன் மதிப்பீட்டு அமைப்புகள் உயர் காற்று நிலைகளில் வெப்ப திறனை 25% அதிகரித்தல்
• துண்டு முறை மின்மாற்றி வங்கிகள் திட்ட அறிமுகங்களுக்கு ஏற்றவாறு கட்டமைத்து திறன் விரிவாக்கத்தை ஆதரித்தல்

இந்த நடவடிக்கைகள் பரவலான ஆற்றல் வளங்கள் (DER) தங்கும் திறனை இருமடங்காக்கின, மேலும் ஆற்றல் வெட்டுதலை 60% குறைத்தன. இந்தத் திட்டம், சப்ஸ்டேஷன் ஓரத்தில் உள்ள புத்திசாலித்தன்மை இணைப்பு வரம்புகளை உறுதிப்பாட்டு சொத்துகளாக மாற்றுகிறது என்பதை உறுதிப்படுத்துகிறது — குறிப்பாக மாறும் புதுமையான ஆற்றல் உள்ளூர் மின் விநியோகத்தின் 50% ஐ விட அதிகமாக உள்ள பிராந்தியங்களில்.

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மாறுபாடு மற்றும் மின்சாரத் தரத்திற்கான மின்நிலைய-அளவு பொறியியல் தீர்வுகள்

மின்நிலைய இணைப்பு இடத்தில் ஒருங்கிணைந்த மின்கல ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகள் (BESS)

மின்கல ஆற்றல் சேமிப்பு அமைப்புகளை (BESS) மின்நிலையங்களுக்குள் நேரடியாக நிறுவுவது, புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களின் ஏற்ற இறக்கங்களிலிருந்து நமக்கு மிகவும் தேவையான பாதுகாப்பை வழங்குகிறது. இந்த அமைப்புகள், சூரிய மாட்டுகள் அதிக அளவில் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யும்போது அல்லது காற்று டர்பைன்கள் வேகமாக சுழலும்போது உற்பத்தி செய்யப்படும் அதிகப்படியான மின்சாரத்தை உறிஞ்சிக் கொள்கின்றன — இது மிகை மின்னழுத்தம் மற்றும் மின் வலையமைப்பு நெரிசல் போன்ற பிரச்சனைகளைத் தடுக்கிறது. பின்னர், உற்பத்தி குறைந்த நேரங்களில் அந்த சேமிக்கப்பட்ட மின்சாரத்தை வெளியிடுகின்றன, இதனால் மின் வலையமைப்பின் முழு நீளத்திலும் மின்னழுத்தம் நிலையாக வைக்கப்படுகிறது, மேலும் வீணாகும் ஆற்றலைத் தடுப்பதன் மூலம் பணம் சேமிக்கப்படுகிறது. BESS ஐ மின்நிலைய அளவில் நிறுவும்போது, மின்சாரத்தை நீண்ட தூரங்களுக்கு கடத்தும்போது ஏற்படும் சிரமமான மின் இழப்புகள் குறைகின்றன. மேலும், இது பல்வேறு மின் வலையமைப்பு ஆதரவு பணிகளுக்கான மைய கட்டுப்பாட்டு புள்ளியாகச் செயல்படுகிறது — எடுத்துக்காட்டாக, மின் வலையத்தின் உட்கொண்ட சுழற்று தன்மையை (inertia) நிகரப்படுத்துதல் மற்றும் முழு மின் தடை (blackout) நிகழ்விற்குப் பின் மின் வலையத்தை மீண்டும் இயக்குதல் போன்றவை.

இயங்கு பிரதிசெயல் மின்திறன் ஈடுசெய்தல்: SVCகள், STATCOMகள் மற்றும் 138-கிலோவோல்ட் மின்நிலையங்களில் மாற்றி-அடிப்படையிலான VAR ஆதரவு

புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்கள் மின்னழுத்த மாற்றங்களை ஏற்படுத்தும்போது, அமைப்பு நிலையானதைப் பராமரிக்க மில்லிசெகண்டுகளில் திரும்பு மின்னழுத்த (reactive power) சரிசெய்வுகளைத் தேவைப்படுத்துகிறது. 138kV மின்நிலையங்களில், பொறியாளர்கள் ஸ்டாட்டிக் VAR காம்பன்சேட்டர்கள் (SVCs) மற்றும் ஸ்டாட்டிக் சிங்க்ரொனஸ் காம்பன்சேட்டர்கள் (STATCOMs) ஆகியவற்றை நிறுவுகின்றனர். இந்த சாதனங்கள் தேவைக்கேற்ப மின்வலையில் VARகளைச் சேர்த்தும் அல்லது அவற்றை வெளியே எடுத்தும் செயல்படுகின்றன; இது மின்னழுத்த மட்டங்களை சரியான வகையில் பராமரிக்கவும், IEEE 1547-2018 தரநிலைகளின்படி பரவலான ஆற்றல் வளங்களை ஆதரிக்கும் வகையில் மின்திறன் காரணி (power factor) சிக்கல்களைத் தீர்க்கவும் உதவுகிறது. சமீபத்தில், சூரிய மின்திட்டங்கள் மற்றும் மின்கல சேமிப்பு அமைப்புகள் (BESS) தங்களுக்குள்ளேயே திரும்பு மின்னழுத்தத்தை மேலாண்மை செய்யும் திறனுடன் இயக்கத்திற்கு வந்துள்ளன. இதன் விளைவாக, SVCகள் மற்றும் STATCOMகளால் முன்பு செய்யப்பட்ட சில பணிகளை இந்த புதிய தொழில்நுட்பங்கள் செய்ய முடிவதால், கூடுதலாக சிறப்பு சாதனங்கள் குறைவாகவே தேவைப்படுகின்றன. பழைய மற்றும் புதிய அணுகுமுறைகளின் இணைப்பு பல காரணங்களுக்காக மிகச் சிறப்பாக செயல்படுகிறது. இது அமைப்பில் விரும்பத்தகாத ஒத்ததிர்வுகளை (harmonics) குறைக்கிறது, சாதனங்கள் குறுக்கீடுகளை (disturbances) எவ்வாறு சமாளிக்கின்றன என்பதை மேம்படுத்துகிறது, மேலும் அனைத்தும் தரநிலைகளுக்கு உட்பட்டிருக்குமாறு பராமரிக்கிறது; இதே நேரத்தில், சூழ்நிலைகள் மாறும்போது ஆபரேட்டர்கள் தேவையான சரிசெய்வுகளை மேற்கொள்ள அனுமதிக்கிறது.

டிஜிட்டல் சப்ஸ்டேஷன் செயல்படுத்துதல்: IoT சென்சார்கள், மெய்நேர கண்காணிப்பு மற்றும் IEEE 1547-2018 ஒத்திசைவு

சப்ஸ்டேஷன்-உள்ளிடப்பட்ட எஜ் சென்சார்கள் மற்றும் PMUகள் மூலம் கிரிட் தெரிவுத்தன்மை மற்றும் சரியாக்கத்தக்க கட்டுப்பாடு

மின்மாற்றிகளில் நேரடியாக பொருத்தப்பட்ட விளிம்பு சென்சார்கள் மற்றும் ஃபேசர் அளவீட்டு அலகுகள் (PMU) ஆகியவை, மின்னழுத்த மட்டங்கள், மின்னோட்டப் பாய்வுகள் மற்றும் அதிர்வெண் மாற்றங்கள் பற்றிய விரிவான விழிப்புணர்வை இயக்குநர்களுக்கு வழங்குகின்றன; இந்த அனைத்துத் தரவுகளையும் மைக்ரோ வினாடிகள் அளவில் பதிவு செய்கின்றன. இந்தத் தகவல் ஓட்டம் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளுக்கு அனுப்பப்படும்போது, சூரிய பேனல்களிலிருந்து திடீர் மின்னோட்ட உச்சத்தை அல்லது காற்று டர்பைன்களால் ஏற்படும் மின்னோட்ட ஏற்ற இறக்கங்களை எதிர்கொள்ள சுமைகளை தானியங்கி முறையில் சரிசெய்வது போன்ற புத்திசாலித்தனமான பதில்களை இது சாத்தியமாக்குகிறது. இது IEEE 1547-2018 இன் தேவைகளுக்கு இணங்க செயல்படுகிறது, அதாவது பரவலான ஆற்றல் வளங்களுக்கான பதிலளிப்பு நேரம் இரண்டு வினாடிகளுக்குள் இருக்க வேண்டும் என்று அது கூறுகிறது. இருப்பினும், இந்த நன்மைகள் வேகமான பதிலளிப்புகளை மட்டுமே வழங்குவதில் நிற்கவில்லை. தொடர்ந்து கண்காணிப்பது பேரழிவுகளாக மாறும் முன்னரே சிக்கல்களைக் கண்டறிய உதவுகிறது. வெப்ப சென்சார்கள் மின்மாற்றிகளின் சுருள்களில் ஏற்படும் அசாதாரண வெப்பநிலை உயர்வை, உண்மையில் தவறுகள் ஏற்படுவதற்கு சில வாரங்களுக்கு முன்னரே கண்டறிய முடியும். மேலும், பகுதி மின்னிறக்க கண்டறியும் சாதனங்கள் (Partial Discharge Detectors), மின்காப்பு சிதைவின் அறிகுறிகளை, அது கடுமையான நிலையை அடைவதற்கு முன்னரே பிடிக்கின்றன. இந்த அனைத்து அம்சங்களும், முன்பு செயலில் இல்லாத மின்மாற்றிகளை, தற்போது செயலில் உள்ள கட்டுப்பாட்டு புள்ளிகளாக மாற்றுகின்றன — இது, மாறாத மறுசீரமைப்பு ஆற்றல் மூலங்களை நம்பியே அதிகரித்து வரும் நவீன மின் வலையமைப்புகளின் நிலைத்தன்மையை பராமரிக்கிறது.

சப்ஸ்டேஷன் எஜியில் செயற்கை நுண்ணறிவு அடிப்படையிலான முன்னறிவிப்பு மற்றும் மாய மின்சக்தி நிலைய ஒருங்கிணைப்பு

செயற்கை நுண்ணறிவு (AI) மின் மாற்று நிலையங்களை வெறும் செயலிலா கண்காணிப்பு புள்ளிகளாக விட்டுவிடாமல், அடுத்து என்ன நிகழும் என்பதை முன்கூட்டியே கணிக்கக்கூடிய உண்மையான கட்டுப்பாட்டு மையங்களாக மாற்றுகிறது. நாம் தற்போது பயன்படுத்தும் இயந்திர கற்றல் (machine learning) அமைப்புகள், கடந்த கால வானிலை அம்சங்கள், SCADA அமைப்பு வாசிப்புகள் மற்றும் பரவலான ஆற்றல் வளங்களின் (distributed energy resources) உண்மையான செயல்திறன் போன்ற பல்வேறு தரவுகளின் அடிப்படையில் பயிற்சி பெற்றுள்ளன. இந்த மாதிரிகள் (models), சூரிய மாட்டுகள் (solar panels) எப்போது மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்யும் என்பதையும், காற்று டர்பைன்கள் (wind turbines) எவ்வளவு மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்யும் என்பதையும், சுமார் 90 சதவீத நேரங்களில் முன்கூட்டியே கணிக்க முடியும்; சில சமயங்களில் அது நிகழும் மூன்று நாட்களுக்கு முன்பே கூட சாத்தியமாகிறது. இத்தகைய முன்கூட்டிய அறிவு கிடைத்தால், மின் வலையமைப்பு இயக்குநர்கள் (grid operators) முன்கூட்டியே மின்னழுத்தக் கட்டுப்பாட்டுக்கான (voltage control) ஏற்பாடுகளைச் செய்யலாம், தேவையான இடங்களில் மின்சார முன்கூட்டிய கட்டுப்பாட்டு மூலங்களை (reserves) ஒதுக்கலாம், மேலும் சேமித்த மின்சாரத்தை (stored energy) எப்போது வெளியேற்ற வேண்டும் என்பதை முடிவு செய்யலாம். இது, சமீபத்திய சர்வதேச ஆற்றல் முகமை (International Energy Agency) அறிக்கைகளின்படி, பெரும் மின் வலையமைப்புகளில் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்கள் (renewable sources) மின்சார கலவையில் தோராயமாக பாதி பங்கை அடையும் போது ஏற்படக்கூடிய பிரச்சனைகளைத் தடுக்க உதவுகிறது.

மின்சார முறையில் உள்ள துணை நிலைய அளவிலான செயற்கை நுண்ணறிவு (AI) அமைப்புகள், பேட்டரி சேமிப்பு அமைப்புகள் (BESS), மின்சார வாகனங்களை மின்சாரமூட்டும் நிலையங்கள் மற்றும் கூரைகளில் அமைந்துள்ள சூரிய மின்கலங்கள் போன்ற பல்வேறு பரவிய ஆற்றல் வளங்களை ஒன்றிணைத்து செயற்கை மின்சார நிலையங்களை (VPPs) நிர்வகிப்பதில் உதவுகின்றன. இந்த ஸ்மார்ட் அமைப்புகள் தேவைப்படும் போது தாமாகவே ஒன்றிணைந்து செயல்படுகின்றன. மின்சாரத்தின் தேவை அதிகமாக இருக்கும் போது அல்லது புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் ஆதாரங்களின் வெளியீடு குறைந்து போகும் போது, VPP மென்பொருள் இந்த வெவ்வேறு சொத்துகளுக்கு கட்டளைகளை அனுப்புகிறது. இதன் மூலம், அந்த முக்கிய நேரங்களில் மின் வலையமைப்பின் மீதான சுமையை சுமார் 15 முதல் 30 சதவீதம் வரை குறைக்க முடிகிறது. இந்த தொழில்நுட்பம் மின்சார அதிர்வெண்ணை IEEE 1547-2018 தரநிர்ணயங்களுக்கு ஏற்ப நிலையாக பராமரிக்கிறது. மேலும் இது பணத்தையும் சேமிக்கிறது – பொனெமான் நிறுவனத்தின் ஆய்வுகள் இந்த அணுகுமுறை பெரும்பாலும் ஒரு மைலுக்கு $740,000 செலவாகும் விலையுயர்ந்த மின்கடத்து கம்பிகளை மேம்படுத்தும் தேவையைத் தவிர்க்க முடியும் என குறிப்பிடுகின்றன. இவை அனைத்து செயல்பாடுகளும் ஒரே நேரத்தில் ஒன்றிணைந்து செயல்படும் போது, துணை நிலையங்கள் நம்பகத்தன்மையை பாதுகாத்துக்கொண்டே புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலை அதிகரிக்க முக்கிய மையங்களாக மாறிவிட்டன.