После моего второго курса физики я начал задаваться вопросом, как электростанции контролируют производство энергии, чтобы соответствовать использованию города.
На мой взгляд, есть несколько возможных ответов, перечисленных ниже:
Всегда ли он производит избыточное количество энергии, которое необходимо городу, так что определенное количество электроэнергии тратится впустую?
Вырабатывает ли он чрезмерное количество энергии, но хранит избыточную энергию в расплавленной соли или перекачивает воду?
Соответствует ли она точно текущим потребностям в энергии?
Причина, по которой этот вопрос пришел мне в голову, заключается в том, что если вариант 1 или 3 верен, то солнечная энергия и энергия ветра совершенно бесполезны, так как вырабатываемую энергию нужно использовать немедленно, но я должен перечислить как вариант, поскольку я часто не видеть дамб или резервуаров с расплавленной солью вокруг солнечных и ветряных электростанций.
Число 3 с битом 2. Сохранение энергии заставляет энергию, поступающую в сеть, равняться энергии, получаемой в виде потерь / использования нагрузки или хранения в системе в любое время без исключений.
Когда есть небольшие несоответствия во входной/выходной энергии, это несоответствие компенсируется за счет инерции вращения электрической сети. (эта инерция присутствует во всех подключенных к сети генераторах И двигателях/нагрузках, которые вращаются. В случае Северной Америки или Европы эти сети имеют очень большую эффективную инерцию). Если есть избыточная генерация, частота сети увеличивается. При избыточной нагрузке частота сети падает.
В большинстве генераторов используется метод управления, который регулирует подачу энергии на первичный двигатель в зависимости от частоты сети. Низкая частота сети --> увеличение потребляемой энергии; высокая частота сети --> более низкое потребление энергии. Это называется контролем падения частоты.
Первичные двигатели разных генераторов имеют разную временную характеристику. Тепловые атомные или угольные электростанции могут иметь время отклика порядка 1/2–1 дня. Турбины, работающие на природном газе или воде, могут снижать мощность намного, намного быстрее.
Медленно реагирующие установки обеспечивают «базовую нагрузку», в то время как более быстро реагирующие установки являются «пиками» и следуют изменениям нагрузки, в то время как инерция системы компенсирует разницу.
Небольшие изолированные сети могут быть более сложными для интеграции больших частей ветра или солнца; впрочем, это вполне возможно. Например, на Аляске есть много деревень, которые получают электроэнергию за счет комбинации дизельных генераторов и ветряных турбин. Некоторые из этих деревень получают более 50% электроэнергии от ветра благодаря сочетанию тщательного контроля системы и «сброса нагрузки». Эти свалки используют избыточную электроэнергию для нагрева воды для деревенской системы централизованного теплоснабжения.
Любая энергия, произведенная и переданная в энергосистему, немедленно потребляется. Вы не можете перепроизводить и как-то тратить лишнее. Если много людей в городе вдруг одновременно включают свои телевизоры (такие вещи случаются), то напряжение на мгновение проседает, поскольку регулятор на генераторе пропускает больше пара, воды или чего-то еще через турбину. Есть также проблемы с фазой и частотой. Становится грязно, но несмотря ни на что, вся произведенная энергия тут же расходуется.
Солнечные и ветряные генераторы в основном производят то, что производят. Эти производители в настоящее время составляют небольшую часть общей мощности, поэтому остальные производители приспосабливаются соответствующим образом. На самом деле это серьезная проблема с электрическими сетями, поскольку доля производителей с относительно внезапными колебаниями (например, ветра и солнца) увеличивается. В настоящее время для каждой сети главный контролирующий орган пытается ребалансировать производителей со спросом каждые 4 секунды. Существуют различные структуры ценообразования, поэтому те, кто может быстро реагировать, могут брать больше. Выход ядерных установок, например, можно контролировать очень медленно. В этом контексте гидростанции обычно могут реагировать «быстро». Другие типы находятся между ними. С другой стороны, ядерное оружие производит электричество дешевле. Все является компромиссом.
Несмотря на то, что каждый бит произведенной энергии потребляется немедленно, некоторые из этих потребителей могут накапливать энергию, а затем выступать в качестве производителей. Как правило, это делается не каждую секунду, а в основном с целью выравнивания спроса (как это видят крупные и медленно меняющиеся производители) в течение дневных и ночных циклов. Есть системы, которые качают воду в гору. См., Например, станцию Northfield Mountain в северо-центральной части Массачусетса.
Я сказал, что краткосрочное хранение обычно не делается, но есть попытки. Одним из примеров является система маховика от Beacon Power. Электроника контролирует, передается ли мощность на каждый маховик или снимается с него, поэтому она может реагировать очень быстро. Такая маховиковая ферма предназначена не для выравнивания дневных и ночных циклов, а для краткосрочных изменений спроса, измеряемых каждые несколько секунд. Ферма с маховиком может справляться с быстрыми изменениями спроса, в то время как другие заводы реагируют на более медленные средние изменения спроса.
Джиппи
заполнитель