Когда ветряная турбина не производит достаточно электроэнергии, как энергетическая компания компенсирует потери?

Я как-то слышал, что когда ветряная электростанция не вырабатывает достаточно электроэнергии, энергетические компании иногда вынуждены включать пару реактивных двигателей, чтобы компенсировать потери, правда ли это? Я полагаю, что стабильность является ключевым фактором в поддержании статичности и эффективности производства, так что же должна делать энергетическая компания?

«Пиковые установки» и «установки, следующие за нагрузкой» (см. ответ Андрея Ахметова ниже) существовали бы, даже если бы ветряные турбины никогда не были изобретены. Они необходимы для согласования генерирующих мощностей в режиме онлайн со спросом на электроэнергию, а спрос может меняться так же быстро, как меняется ветер.
Реактивные двигатели на самом деле представляют собой перекрывающийся набор типов силовых установок, которые используют эти заводы. На самом деле это газотурбинные двигатели, которые также используются на танках Abhrams и автобусах New York. Почему реактивные двигатели не являются подмножеством или надмножеством? Потому что есть некоторые типы реактивных двигателей, которые не имеют ничего общего с турбинами, например прямоточные воздушно-реактивные двигатели.
В настоящее время Supercaps рекламируются для коммерческого использования в пиковых поставках. Этот конденсаторный модуль Kilowatt LABS SIrius рассчитан на хранение 3,55 кВтч и стоит 4500 австралийских долларов на этой странице. Скажем, оценка в 3000 долларов за «несколько». Это примерно в 5 раз дороже литий-ионных аккумуляторов, что делает его выгодной сделкой, если спецификации соответствуют действительности. 1 000 000 расчетных циклов (вероятно, при 100% глубине разряда) [!!!!], срок службы конденсатора 45 лет, эффективность хранения в оба конца 99%+, краткие характеристики здесь . Поразительно.
Недостаточно для ответа, но дает мне повод подключить мой любимый веб-сайт: gridwatch.co.uk , он покажет вам, как ответ Андрея Ахметова работает на практике, и покажет, как разные заводы меняют свою производительность по мере необходимости в течение дня. (Это для британской силовой цепи, есть аналогичные для других гирдов)
Когда я прочитал «включите пару реактивных двигателей…», я сразу же представил, как реактивные двигатели дуют в ветряную турбину, чтобы она вращалась быстрее.
Важно отметить, что внезапные спады предложения выглядят как внезапные скачки спроса. Энергетическим компаниям всегда приходилось иметь дело с последним, например, потому что пара миллионов британцев решили приготовить чашку чая (используя электрические чайники для кипячения воды) в одно и то же время каждый день (эта история может быть апокрифической, но она иллюстративна). .
@IMil на самом деле так и происходит. Нагретый выход реактивного двигателя, дующий на внутреннюю турбину, заставляет ее вращаться. Затем эта турбина находится на валу, соединенном с генератором, или в современном турбовентиляторном, более крупном вентиляторе, который создает большую часть тяги за счет движения перепускного воздуха, или же приводится в движение лопасти пропеллера турбовинтового двигателя или ротор вертолета. ...

Ответы (2)

Это верно. Когда спрос превышает предложение, напряжение будет падать, а частота падать (что может привести к отказу оборудования и, безусловно, нежелательной ситуации). Операторы электрических сетей включают альтернативные источники генерации, чтобы исправить дисбаланс, как только он будет замечен (часто при координации региональной передающей организации, такой как CAISO ).

Операторы сети очень тщательно следят за тем, чтобы частота сети поддерживалась должным образом ( источник ); даже несколько секунд дрейфа (т. е. несколько сотен циклов вперед или назад) требуют, чтобы RTO и связанные с ними агентства предприняли корректирующие действия там, где это безопасно. Большинство этих мер работают одинаково независимо от того, увеличивается спрос или уменьшается предложение (и, таким образом, они актуальны, говорим ли мы об увеличении потребительской нагрузки или уменьшении предложения от ветра или других возобновляемых источников).

Чтобы лучше понять состав энергии, необходимо принять во внимание типы генерации, которые включают станции с базовой нагрузкой, станции со слежением за нагрузкой, периодические источники и пиковые установки:

  • Установки с базовой нагрузкой спроектированы для работы с высокой экономической эффективностью (не обязательно экологической или любой другой мерой эффективности, если только это не продиктовано местными законами и приоритетами), но их нельзя быстро отрегулировать. Их примеры могут включать в себя крупную угольную и ядерную базовую нагрузку.
  • Установки, следующие за нагрузкой, могут регулироваться, если у них есть мощность (например, гидроэлектростанции или небольшие установки, сжигающие топливо).
  • Пиковые установки гибки и могут быть быстро введены в эксплуатацию (например, газовые турбины), но они неэффективны. Когда базовых станций недостаточно, станции, следующие за нагрузкой, увеличивают свою нагрузку; если эта мощность исчерпана или в сети происходят быстрые колебания нагрузки, с которыми не могут справиться следующие за нагрузкой электростанции, тогда пикеры подключаются к сети и начинают сжигать топливо, чтобы обеспечить достаточное предложение, чтобы сбалансировать спрос.

Еще одним фактором, который следует учитывать, является планирование: если в районе есть постоянные ветры и достаточное количество ветряных турбин, ветер можно считать частью базовой нагрузки: его нельзя регулировать, но он относительно предсказуем и постоянен изо дня в день. Пробелы на ветру лечатся так же, как и любой другой дефицит базовой нагрузки: сначала, если возможно, с помощью следящих за нагрузкой установок, а затем с помощью пикеров.

Известные гэпы и дефициты также могут быть обработаны с помощью торговли. Например, штат Вашингтон, США, обладает обильной гидроэлектроэнергией и экспортирует энергию (по состоянию на 2019 год) в четырнадцать других штатов. Его перепроизводство энергии (которое само по себе может быть столь же вредным, как и недопроизводство, когда оно вызывает перенапряжение и повышенную частоту) с пользой отводится, чтобы помочь восполнить часть энергоснабжения соседних штатов, таких как Калифорния ( источник ). Этот экспорт включает базовую нагрузку, если местный спрос падает слишком быстро, чтобы действующие электростанции могли приспособиться.

Запасенная энергия также вносит свой вклад. Источниками такой дополнительной энергии могут быть места хранения, такие как насосные накопители энергии , аккумуляторы (например, это ), или они могут быть генерирующими (не обязательно сжигающими топливо).

Наконец, сброс нагрузки является последним средством. Если условия неблагоприятны (очень высокий спрос, например, кондиционирование воздуха в жаркий день, отказы линий электропередач, потеря базовой нагрузки и т. д.), то оператор сети может увеличить цену промышленной энергии в режиме реального времени или даже потребовать, чтобы промышленная энергия пользователи сети сокращают свой спрос, чтобы избежать нестабильности сети. Если этого недостаточно, то будут происходить отключения и отключения электроэнергии, чтобы предотвратить полную потерю сети и ее наиболее важных пользователей (больницы, службы экстренной помощи, связь).

Все это довольно точно, за исключением того, что я не думаю, что уголь очень эффективен. Генерация ветра пока не имеет большого значения в общей картине. Газовые турбины NG дороги в эксплуатации, но могут очень быстро балансировать нагрузку. Базовая станция перестраивается так медленно, что, когда спрос падает слишком быстро, электроэнергию приходится сбрасывать в другом месте. Это означает, что продавать его значительно дешевле, чем затраты на его производство. Я знаю, что наша цена в Канаде меняется вместе с американским долларом. Избыточная мощность перемещается туда-сюда через границу и портит цену. Вся сетка взаимосвязана.
Насколько мне известно, @JoeFala Coal не эффективен по сравнению с его воздействием на окружающую среду, но эффективен по сравнению с его финансовыми затратами во многих частях мира.
О да, это дешево, но с точки зрения эффективности сгорания я не думаю, что это очень хорошо. Я считаю, что многие заводы модернизируются, но, поскольку стоимость все еще достаточно низка, эксплуатация более эффективных заводов экономически нецелесообразна. Я не разбирался в этом несколько лет, поэтому не знаком с современными технологиями. Я почти уверен, что атомная энергетика — самая дешевая в эксплуатации и в целом самая чистая, но дорогая в установке, и люди боятся ее. Атомная энергия на самом деле чище, чем солнечные панели, если учесть производство материала для панелей.
Второй ультрасверхкритический блок J-Power в Японии имеет КПД 45%, что чертовски хорошо. Ядерная энергетика составляет примерно 55%. Я думаю, что скоро в сети появится больше таких ультрасверхкритических электростанций.
@JoeFala Я отредактировал ответ, упомянув, в частности, экономическую эффективность, чтобы избежать путаницы. Спасибо, что сообщили мне о неточной формулировке.
Если спрос превысит предложение, не упадет ли скорее напряжение или частота , что, конечно же, будет немедленно исправлено добавлением мощности из реагирующего источника? Я имею в виду, что вы регулируете либо напряжение, либо частоту, чтобы поддерживать стабильное другое, и цель состоит в том, чтобы оба были стабильными.
Обратите внимание, что пикеры (газовые турбины) исторически неэффективны и дороги, но действительно очень дешевый газ в США из-за фракинга немного изменил математику.
@StianYttervik утилита может отказаться от обоих в зависимости от того, как регулирование реализовано во всей сети. Либо может упасть, либо оба могут упасть на меньшую величину.
Обратите внимание, что общие настройки частоты очень малы, есть веб-сайт, который отслеживает текущую частоту сети в Европе с точностью до 3 знаков после запятой: mainsfrequency.com
Ни в коем случае ядерная энергия не может иметь КПД 55%, если только отработанное тепло не используется для полезных целей, которые учитываются при расчете эффективности.
На Тихоокеанском Северо-Западе мы получаем огромное количество энергии от плотин. У плотин есть дополнительное преимущество, заключающееся в том, что они быстро увеличивают/уменьшают мощность, чтобы компенсировать изменения ветра. На самом деле мы производим так много энергии весной, что оптовая цена на электроэнергию иногда становится отрицательной, и мы должны платить людям, чтобы они отключили нашу электроэнергию / попросили другие электростанции закрыться, что ДЕЙСТВИТЕЛЬНО раздражало ветряные электростанции, у которых были федеральные соответствующие фонды, которые не платили. если бы они не генерировались.
@JoeFala Нет, угольные электростанции имеют большую эффективность при сгорании - они преобразуют около 40% энергии топлива в полезную электроэнергию, что превосходит большинство форм сжигания. Их отработанное тепло также часто используется продуктивно, что может повысить эффективную эффективность до 90%. Большинство газовых турбин похожи, хотя самые современные установки могут обеспечивать до 60% (для электричества). Атомные электростанции, напротив, имеют КПД значительно меньше 1%, но они не потребляют тонны угля каждый день, а только один или два грузовика топлива в год. Все равно очень дорого :)
@juhist Это сложно. Тепловой КПД АЭС практически такой же, как и угольной электростанции, что неудивительно, поскольку они используют практически те же паровые турбины. Большая часть энергии в топливе теряется задолго до образования пара, поэтому, если вы сравните идеализированную энергию, высвобождаемую в ядерной реакции, с фактическим количеством выработанного электричества, вы получите общий КПД менее 1%. В конце концов, сравнивать столь разительно отличающиеся друг от друга схемы генерации глупо — уголь никак нельзя превратить в ядерное топливо и наоборот. То же самое и с плотинами - эффективность 90% это хорошо, но...

Я собирался отругать вас за то, что вы не сделали поиск, но не смог найти приличный ответ! Итак, вот краткий ответ:

Во-первых, реактивные двигатели -- нет. Вы думаете о газовых турбинах, но это не реактивные двигатели (попробуйте поискать в Интернете «Газовая турбина»).

Во-вторых, в электросети не так много накопителей энергии, кроме резервуаров с газом, куч угля, урановых стержней и воды за плотинами. Батареи начинают выглядеть так, как будто они, возможно, когда-нибудь станут практичными. Но по большому счету, когда «альтернативные» источники энергии иссякают, должен быть «традиционный» источник энергии, который срабатывает. Газовые турбины хороши для этого, потому что их можно быстро ввести в эксплуатацию.

Эта вики-статья посвящена проблеме хранения в сетке.

Утверждение о газовой турбине неточное, но верное. Авиационная газовая турбина — это, по сути, реактивный двигатель, поищите в Интернете. Пиковые установки обычно представляют собой авиационные газовые турбины, поскольку они могут запускаться примерно за 15 минут. Альтернативой являются промышленные газовые турбины, которые намного крупнее и эффективнее. Промышленные газовые турбины, особенно агрегаты с комбинированным циклом, требуют часов для запуска и остановки, поэтому они не подходят для пикового использования.
В настоящее время Supercaps рекламируются для коммерческого использования в пиковых поставках. Этот конденсаторный модуль Kilowatt LABS SIrius рассчитан на хранение 3,55 кВтч и стоит 4500 австралийских долларов на этой странице. Скажем, оценка в 3000 долларов за «несколько». Это примерно в 5 раз дороже литий-ионных аккумуляторов, что делает его выгодной сделкой, если спецификации соответствуют действительности. 1 000 000 расчетных циклов (вероятно, при 100% глубине разряда) [!!!!], срок службы конденсатора 45 лет, эффективность хранения в оба конца 99%+, краткие характеристики здесь . Поразительно.
@ user71659: Когда я прочитал «реактивный двигатель» в вопросе, мне стало интересно, не представляет ли кто-нибудь использование турбовентиляторного двигателя для генерации ветра на ветряной электростанции, буквально указывая им на существующие ветряные турбины. Совершенно неправдоподобно, но какое-то искажение / недоразумение, я думаю, у кого-то есть.
@ user71659: Эти промышленные газовые турбины вполне способны служить резервом для ветряных турбин; прогнозы погоды достаточно надежны, чтобы прогнозировать выработку электроэнергии на 24 часа вперед. Быстрые заводы нужны для того, чтобы справляться с колебаниями спроса, но это не было предметом данного вопроса.
@RussellMcMahon Аккумуляторы Panasonic, используемые в автомобилях Tesla, имеют 28000 циклов при глубине разряда 80% и стоят намного меньше, чем суперконденсаторы. Сколько циклов вам нужно? Думаю 365 на год хватит, с панасониковскими батареями конечно добьюсь.
@juhist По счастливой случайности, последние несколько дней я просматривал веб-заявления о характеристиках аккумуляторов и стоимости передовых литий-ионных аккумуляторов хорошего качества. Производительность батареи Tesla хороша, но также несколько изменчива. Эти 28 000 циклов при 80% DOD звучат как один из самых удачливых пользователей. Вы не хотели бы оказаться в нижних 5-10% пользовательского опыта. Последней «вещью» являются элементы 21700, обычно 4 Ач (LG, Samsung, Molicell, ...) со стоимостью около 5 долларов США в хорошем объеме. ...
Тесла прогнозирует 200 долларов за кВтч к 2020 году. Желателен более одного цикла в день, например, для домов с хорошими солнечными фотоэлектрическими характеристиками и гораздо больше для установок балансировки нагрузки энергосистемы. Серийно-параллельный переключатель: последовательные полевые транзисторы выключены, параллельные полевые транзисторы включены.
Обратите внимание, что «вода за плотинами» может быть практичным способом хранения вырабатываемой электроэнергии для последующего использования, как, например, на гидроаккумулирующей станции Динорвиг в Великобритании.
@MikeScott Да, я знаю о накоплении энергии с перекачкой. Если местность благоприятна, я понимаю, что это может быть хорошим подходом.