- teljesítmény vs. energia: a teljesítmény a villamos energia pillanatnyi áramlása, vagy áram – vagyis a villamosenergia-termelés, – átadás vagy-kereslet sebessége. A nemzetközi egységrendszer szerint wattban mérik. Az energia az idő múlásával elfogyasztott energia mennyisége, amelyet wattórában mérnek.
- energia = teljesítmény x idő: például, ha egy generátor két órán keresztül 100 megawatt (MW) energiát termel, akkor 200 megawattóra (MWh) energiát hoz létre. Az átlagos háztartás havonta körülbelül 900 kilowattórát (kWh) fogyaszt.
a villamos energia az elektromos töltés áramlása. Természetesen előfordul, de különös módon kell létrehozni és elosztani, hogy hasznos legyen az emberek számára. A villamos energia fizikai alapjai határozzák meg, hogyan építjük és használjuk az elektromos infrastruktúrát, hogy megbízható szolgáltatást biztosítsunk az ügyfelek számára.
az Egyesült Államokban a villamos energia túlnyomó részét nagy erőművek állítják elő, és a “hálózaton keresztül továbbítják az ügyfeleknek.”A hálózat vagy az átviteli rendszer olyan elektromos vezetékek és berendezések hálózata, amelyeket az erőművekből a közösségekbe ömlesztett villamos energia szállítására használnak. Helyi szinten az elosztóvezetékek és berendezések továbbítják az energiát az átviteli rendszerből a végfelhasználóknak. Az ügyfelek egyre inkább a helyszínen termelnek villamos energiát, hogy kielégítsék igényeik egy részét vagy egészét, leggyakrabban tetőtéri napelemeken keresztül.
a villamos energia elsődleges forrásból származó másodlagos energiaforrás. Az elsődleges források közé tartozik a fosszilis tüzelőanyagokban és a biomasszában tárolt kémiai energia; kinetikus energia szélből vagy napból; atommagokban tárolt atomenergia; vagy gravitációs energia egy felfelé irányuló gáton tárolva. Ez az energia mechanikai energiává alakul, amely mágneseket forgat vagy forgat a huzaltekercsek körül, amelyek így elektromos áramokat és feszültségeket indukálnak.
a feszültség a villamos energia elektromotoros erejének mértéke. Ezt úgy lehet felfogni, mint a villamos energia “nyomását”, hasonlóan a vízvonal nyomásához. Egy alállomás “fokozza” az erőművekben előállított villamos energia feszültségét, hogy nagyfeszültségű távvezetékeken keresztül szállítsa. A nagyobb feszültségű vezetékek hatékonyabban továbbítják az energiát nagy távolságokon. Az ömlesztett vagy” nagykereskedelmi ” átviteli rendszer olyan vonalakat üzemeltet, amelyek kapacitása néhány ezer volttól akár 750 000 voltig terjed. Ez a rendszer energiát szolgáltat a kiskereskedelmi elosztórendszereknek, ahol más alállomások “csökkentik” a feszültséget a helyi elosztáshoz az alacsony feszültségű vezetékeken.
a központi villamosenergia-rendszer
a rendszer működése
a megbízhatóság fenntartása érdekében az Egyesült Államok. az elektromos rendszer arra törekszik, hogy a rendszer frekvenciáját 60 hertz közelében tartsa, de a kereslet és a kínálat egyensúlyhiánya eltérést okoz e céltól. A súlyos eltérések problémákat okozhatnak az elektromos szolgáltatás minőségében és megbízhatóságában, például áramkimaradások és áramkimaradások. Ezt a kihívást súlyosbítja a villamos energia költséghatékony módon történő tárolásának gyakorlati korlátai. Így a rendszernek egyszerre kell egyensúlyba hoznia a termelést és a keresletet, ami megköveteli, hogy a termelési teljesítményt folyamatosan igazítsák a kereslet ingadozásaihoz.
a termelési létesítmények számos működési korlátozással szembesülnek, amelyek korlátozzák a kereslet változásainak megfelelő képességüket. A generátorok attól függnek, hogy milyen gyorsan tudják beállítani a kimenetüket. Például a földgáztüzelésű generátorok általában gyorsabban módosíthatják teljesítményüket, mint a széntüzelésű generátorok. A generátoroknak is van egy korlátozott “szállítási tartománya”, amely a maximális és a minimális teljesítmény közötti különbségre utal. A legtöbb fosszilis és nukleáris egység indításához órákra vagy akár napokra van szükség. A generátorok korlátozottak lehetnek abban is, hogy milyen gyakran tudnak elindulni és megállni egy vagy több napon belül. A jobb működési képességekkel rendelkező egységek nagyobb kínálati rugalmasságot biztosítanak a kereslet ingadozásainak kielégítésére. Például a földgázüzemű turbinák percek alatt elindulhatnak, és naponta többször be-és kikapcsolhatók.
a villamosenergia-igény vagy a “terhelés” óránként ingadozik, jelentősen változik a napszak és az időjárási viszonyok alapján. A kereslet helyenként is nagyban változik. A termelőlétesítmények és a kereslet földrajzi eloszlása, valamint az átviteli rendszer korlátai átviteli torlódásokat eredményeznek. Az átviteli torlódások korlátozzák a termelés elküldésének képességét a korlátozott területeken jelentkező kereslet kielégítése érdekében. Ez gyakran nagy keresletű területeken fordul elő, például városokban, ahol az átviteli korlátok korlátozzák az energia messziről történő importálásának képességét.
a villamosenergia-rendszer kiegyensúlyozása magában foglalja a termelők szállításának koordinálását a kereslet kielégítése érdekében. Ez megköveteli a kereslet előrejelzését, a “terhelés-előrejelzés” néven ismert folyamat.”A kereslet változására való felkészülés érdekében a hálózatüzemeltetőnek órákkal vagy akár napokkal előre be kell állítania a generátorokat (azaz be kell kapcsolnia őket, és ütemeznie kell működésüket), működési jellemzőik és elhelyezkedésük alapján. Valós idejű kiigazítások válnak szükségessé a váratlan fejlemények, például a terhelés-előrejelzési hibák vagy a rendszer esetleges hibáinak kijavításához. A tartalékgenerációs erőforrások kezelhetik a nagyobb váratlan eseményeket, például egy hirtelen mechanikai meghibásodást egy termelő létesítményben vagy egy távvezeték elvesztését. A szél-és napenergia-erőforrások növekedése, amelyek teljesítménye az időjárási viszonyoktól függően változik, kihívást jelentő kínálati oldali változót vezet be a hálózat kiegyensúlyozásához.
az erőművek olyanok, mint a sprinterek
az erőművek képességei összehasonlíthatók az élsportolók képességeivel:
- az, hogy egy sprinter milyen gyorsan fut, hasonló az üzem “feladásához” vagy a teljesítmény szintjéhez.
- az, hogy egy sprinter milyen gyorsan gyorsul, hasonló a” rámpához ” vagy a kimenet változásának sebességéhez.
- a sprinter végsebessége hasonló az üzem kapacitásához vagy maximális teljesítményéhez.
- egy sportoló reakciókészsége hasonló ahhoz az időhöz, amikor egy növénynek el kell kezdenie az energiatermelést.
- mind a sportolók, mind az erőművek rövid és hosszú távú teljesítménye a kondicionálástól (pl. a berendezések karbantartásától) függ.
- mind a sportolók, mind az erőművek teljesítménye érzékeny lehet az időjárási körülményekre (például a magas hő csökkenti sok erőmű teljesítményét).
rendszertervezés
a megbízható rendszer fenntartása hosszú távú tervezést igényel a jövőbeli igények megfelelő kielégítése érdekében. A nagy termelési és átviteli létesítmények építése három vagy több évet vesz igénybe. A tervezéshez meg kell határozni a termelő, átviteli és elosztó létesítmények megfelelő méretét annak érdekében, hogy megfeleljenek az adott időpontban a fogyasztók által igényelt maximális villamosenergia-mennyiségnek. Pontosabban, ez elegendő termelési kapacitást vagy maximális teljesítményt igényel a csúcsterhelés kielégítéséhez, plusz tartalékot a rendszer esetleges esetére.
a tervezők hosszú távú terhelés-előrejelzést használnak a csúcsigény becslésére. A keresletoldali menedzsment programok, mint például az időjárás és a nagy hatékonyságú világítás előmozdítása, csökkenthetik a termelésbe és az átvitelbe való befektetés szükségességét. Az átviteli és elosztórendszer-tervezésnek biztosítania kell azt is, hogy a csúcsidőszakokban valamennyi helyszínen elegendő átviteli képesség álljon rendelkezésre a villamosenergia-áramlások befogadására.
az elektromos rendszer tervezésének mind a várt, mind a váratlanra ki kell terjednie. A technológia, a politika és a kereslet változásait nehéz megjósolni. A tervezőknek számolniuk kell a kockázatokkal és bizonytalanságokkal, például a terhelés növekedését befolyásoló gazdasági változásokkal, a szabályozási követelmények változásaival és a terhelést vagy az ügyfelek öntermelését befolyásoló zavaró technológiák térnyerésével. Például a szél-és napenergia-termelést előmozdító politikák szükségessé tehetik a további rugalmas termelési szolgáltatásokat, például a gyorsindítást és a gyorsrámpa-képességet. A jövőbeli ismeretlenek a villamosenergia-infrastruktúra hosszú távú jellegével együtt felerősítik a kockázat – és bizonytalanságkezelés fontosságát a villamosenergia-tervezésben.
a tipikus napi villamosenergia-igény illusztrációja