- strøm vs. energi: strøm er den øjeblikkelige strøm af elektricitet eller strøm – det vil sige hastigheden for elproduktion, overførsel eller efterspørgsel. Under det internationale system af enheder måles det i vand. Energi er den mængde strøm, der forbruges over tid, som måles i vand-timer.
- energi = effekt tid: for eksempel, hvis en generator producerer 100 megavatts (MVV) strøm i to timer, skaber den 200 megavattimer (MVV) energi. Den gennemsnitlige husstand bruger omkring 900 kilovatt-timer pr.
elektricitet er strømmen af elektrisk ladning. Det forekommer naturligt, men skal oprettes og distribueres på bestemte måder for at gøre det nyttigt for mennesker. De fysiske grundprincipper for elektricitet definerer, hvordan vi bygger og bruger elektrisk infrastruktur for at sikre pålidelig service til kunderne.
langt størstedelen af elektricitet i USA genereres af store kraftværker og overføres til kunder gennem “nettet.”Nettet eller transmissionssystemet er et netværk af kraftledninger og udstyr, der bruges til at transportere elektricitet i bulk fra kraftværker til samfund. På lokalt plan overfører distributionslinjer og udstyr strøm fra transmissionssystemet til slutkunder. I stigende grad genererer kunder også elektricitet på stedet for at imødekomme nogle eller alle deres behov, oftest gennem solpaneler på taget.
elektricitet er en sekundær energikilde afledt af en primær kilde. Primære kilder omfatter kemisk energi lagret i fossile brændstoffer og biomasse; kinetisk energi fra vind eller sol; atomenergi lagret i atomkernerne; eller gravitationsenergi lagret ved en op ad bakke dæmning. Denne energi omdannes til mekanisk energi, der spinder eller roterer magneter omkring trådspoler, som således inducerer elektriske strømme og spændinger.
spænding er et mål for den elektromotoriske kraft af elektricitet. Dette kan betragtes som “trykket” af elektricitet, svarende til trykket i en vandlinje. En understation “trin op” spændingen af elektricitet genereret i kraftværker for at transportere den via højspændingstransmissionslinjer. Højere spændingsledninger overfører strøm mere effektivt over lange afstande. Bulk-eller” engros ” transmissionssystemet driver linjer, der spænder i kapacitet fra et par tusinde volt til så meget som 750.000 volt. Dette system leverer strøm til detaildistributionssystemer, hvor andre understationer “trækker ned” spændingen til lokal distribution til kunder på lavspændingsledninger.
det centraliserede elsystem
SYSTEM OPERATION
for at opretholde pålidelighed, USA. electric System søger at holde systemfrekvensen tæt på 60%, men ubalancer i udbud og efterspørgsel forårsager afvigelser fra dette mål. Alvorlige afvigelser kan forårsage problemer med kvaliteten og pålideligheden af elektrisk service, som f.eks. Denne udfordring forværres af de praktiske grænser for lagring af elektricitet på en omkostningseffektiv måde. Systemet skal således afbalancere produktion og efterspørgsel samtidigt, hvilket kræver, at produktionsproduktionen konstant justeres for at matche udsving i efterspørgslen.
der er en række operationelle begrænsninger, som produktionsfaciliteter står over for, som begrænser deres evne til at matche ændringer i efterspørgslen. Generatorer varierer i, hvor hurtigt de kan justere deres output. For eksempel kan naturgasfyrede generatorer generelt ændre deres produktion hurtigere end kulfyrede generatorer. Generatorer har også et begrænset” afsendelsesområde”, der henviser til forskellen mellem deres maksimale og minimale output. De fleste fossile og nukleare enheder kræver timer eller endda dage at starte. Generatorer kan også være begrænset i, hvor ofte de kan starte og stoppe inden for en eller flere dage. Enheder med bedre operationelle evner giver mere forsyningsfleksibilitet for at matche udsving i efterspørgslen. For eksempel kan naturgasforbrændingsturbiner starte i løbet af få minutter og tændes og slukkes flere gange om dagen.
Elektricitetsbehov eller “belastning” svinger inden for hver time og varierer betydeligt afhængigt af tidspunktet på dagen og vejrmønstrene. Efterspørgslen varierer også meget efter sted. Den geografiske spredning af produktionsfaciliteter og efterspørgsel sammen med transmissionssystembegrænsninger resulterer i transmissionstopning. Transmissionstopning begrænser muligheden for at sende produktion for at imødekomme efterspørgslen i begrænsede områder. Dette sker ofte i områder med høj efterspørgsel, såsom byer, hvor transmissionsbegrænsninger begrænser evnen til at importere strøm langt væk.
afbalancering af elsystemet involverer koordinering af generatorers forsendelse for at imødekomme efterspørgslen. Dette kræver foregribelse af efterspørgsel, en proces kendt som “load forecasting.”For at forberede sig på ændringer i efterspørgslen skal en netoperatør forudpositionere generatorer (dvs.tænde dem og planlægge deres drift) timer eller endda dage i forvejen baseret på deres driftsegenskaber og placering. Realtidsjusteringer bliver nødvendige for at korrigere for uventede udviklinger, såsom fejl i belastningsprognoser eller systemsituationer. Reservegenereringsressourcer kan adressere store uforudsete forhold, som en pludselig mekanisk fejl på et generationsanlæg eller tab af en transmissionslinje. Stigningen af vind-og solressourcer, hvis output varierer med vejrforholdene, introducerer en udfordrende forsyningsvariabel til at afbalancere nettet.
kraftværker er som sprintere
kraftværkernes evner kan analogiseres med eliteatleter:
- hvor hurtigt en sprinter kører er beslægtet med et anlægs “afsendelse” eller outputniveau.
- hvor hurtigt en sprinter accelererer er beslægtet med “rampe” eller ændringshastigheden i output.
- en sprinters tophastighed svarer til et anlægs kapacitet eller maksimale output.
- en atletes lydhørhed svarer til den tid, en plante har brug for for at begynde at producere strøm.
- både idrætsudøveres og kraftværkers præstationer på kort og lang sigt afhænger af konditionering (f.eks. vedligeholdelse af udstyr).
- ydeevnen for både atleter og kraftværker kan være følsom over for vejrforhold (f.eks.
systemplanlægning
vedligeholdelse af et pålideligt system kræver langsigtet planlægning for at sikre, at fremtidig efterspørgsel kan imødekommes tilstrækkeligt. Store produktions-og transmissionsfaciliteter tager tre eller flere år at bygge. Planlægning kræver bestemmelse af den passende størrelse af produktions -, transmissions-og distributionsfaciliteter for at imødekomme den maksimale mængde strøm, som forbrugerne vil kræve på et givet tidspunkt. Specifikt kræver dette tilstrækkelig produktionskapacitet eller maksimal output til at imødekomme spidsbelastning plus en reserve i tilfælde af en systemberedskab.
planlæggere bruger langtidsbelastningsprognoser til at give et skøn over spidsbehovet. Efterspørgselsstyringsprogrammer, såsom fremme af vejrligning og højeffektiv belysning, kan reducere behovet for at investere i produktion og transmission. Transmissions-og distributionssystemplanlægningen skal også omfatte tilstrækkelig overførselskapacitet til at rumme elektricitetsstrømme i spidsbelastningsperioder alle steder.
elektrisk systemplanlægning skal adressere både det forventede og det uventede. Ændringer i teknologi, politik og efterspørgsel er vanskelige at forudsige. Planlæggere skal tage højde for risici og usikkerheder, såsom økonomiske skift, der påvirker belastningsvækst, ændringer i lovgivningsmæssige krav og stigningen i forstyrrende teknologier, der påvirker belastning eller kundegenerering. For eksempel kan politikker, der fremmer vind-og solproduktion, skabe behov for yderligere fleksible produktionstjenester, såsom hurtigstart og hurtig rampe kapacitet. Fremtidige ukendte, kombineret med elinfrastrukturens langsigtede karakter, forstærker betydningen af risiko-og usikkerhedsstyring i elplanlægningen.
en illustration af typisk daglig elbehov