- 電力対エネルギー：電力は、電気の瞬間的な流れ、または電流、すなわち電力の生産、移転または需要の割合です。 国際単位系の下では、それはワットで測定されます。 エネルギーは、時間の経過とともに消費される電力の量であり、ワット時間で測定されます。
- エネルギー=電力x時間：例えば、発電機が100メガワット（MW）の電力を二時間生成する場合、それは200メガワット時間（MWh）のエネルギーを生成します。 平均的な家庭では、月に約900キロワット時（kWh）を消費しています。
電気は電荷の流れです。 それは自然に起こるが、それを人々に有用にするために特定の方法で作成され、配布されなければならない。 電気の物理的な基礎は私達が顧客に信頼できるサービスを保障するために電気下部組織をいかに造り、使用するか定義します。
米国の電力の大部分は大規模な発電所で発電され、”グリッド”を通じて顧客に転送されます。”グリッド、または伝送システムは、発電所からコミュニティに大量に電気を輸送するために使用される電力線や機器のネットワークです。 ローカルレベルでは、配電線と機器は送電システムから最終用途の顧客に電力を転送します。 ますます、顧客はまた屋上の太陽電池パネルを通して彼らの必要性の一部またはすべてを、最も一般に満たすために電気を現地で発生させます。
電気は一次エネルギー源から派生した二次エネルギー源です。 主な供給源には、化石燃料やバイオマスに貯蔵された化学エネルギーが含まれます; 風や太陽からの運動エネルギー、原子の核に格納されている原子力エネルギー、または上り坂のダムに格納されている重力エネルギー。 このエネルギーは、ワイヤコイルの周りに磁石を回転または回転させる機械的エネルギーに変換され、電流および電圧を誘導する。
電圧は電気の起電力の尺度です。 これは、水線の圧力と同様に、電気の「圧力」と考えることができます。 変電所は、発電所で発生した電力の電圧を「ステップアップ」して、高電圧送電線を介して輸送します。 高電圧ラインは長い間隔に力をもっと効率的に移します。 バルクまたは”卸売”伝送システムは、数千ボルトから750,000ボルトまでの容量の範囲のラインを運営しています。 このシステムは小売流通システムに電力を供給し、他の変電所が低電圧線上の顧客へのローカル流通のための電圧を「降圧」する。
システム運用
信頼性を維持するために、米国 電気システムはシステム周波数を60ヘルツ近くに維持しようとしていますが、需要と供給の不均衡はその目標からの逸脱を引き起こします。 深刻な偏差は、停電や停電などの電気サービスの品質と信頼性に問題を引き起こす可能性があります。 この課題は、費用対効果の高い方法で電気を貯蔵するための実用的な限界によって悪化する。 したがって、システムは発電と需要のバランスを同時にとる必要があり、需要の変動に合わせて発電出力を常に調整する必要があります。
需要の変化に対応する能力を制約する世代施設が直面する様々な運用上の制限があります。 発電機は出力をいかにすぐに調節してもいいかで変わる。 例えば、天然ガス焚き発電機は、一般的に石炭焚き発電機よりも迅速に出力を変更することができます。 発電機にまた最高および最低の出力間の相違を示す限られた”発送の範囲が”ある。 ほとんどの化石と原子力ユニットは、開始するのに数時間または数日を必要とします。 発電機はまた、1日または数日以内に開始および停止できる頻度に制限される場合があります。 よりよい操作上の能力の単位は需要の変動に一致させるより多くの供給の柔軟性を提供する。 例えば、天然ガス燃焼タービンは数分で始動し、1日に複数回オン/オフすることができます。
電力需要、すなわち”負荷”は、時間帯や天候パターンに基づいてかなり変化し、各時間内に変動します。 需要も場所によって大きく異なります。 発電設備と需要の地理的分散は、伝送システムの制限とともに、伝送混雑をもたらす。 送信輻輳は、制約された領域での需要を満たすために世代をディスパッチする能力を制限します。 これは、送信の制約が遠くから電力を輸入する能力を制限する都市などの需要の高い地域で頻繁に発生します。
電力システムのバランスをとるには、需要に応えるために発電機の派遣を調整する必要があります。 これには、”負荷予測”と呼ばれるプロセスである需要の予測が必要です。”需要の変化に備えるために、グリッドオペレータは、運転特性と場所に基づいて、発電機を事前に配置する必要があります（すなわち、発電機をオンにし、 負荷予測エラーやシステムの不測の事態など、予期しない開発を修正するためには、リアルタイムの調整が必要になります。 予備の発電リソースは、発電施設での突然の機械的故障や送電線の損失などの主要な不測の事態に対処できます。 出力が天候状態と変わる風および太陽資源の上昇は格子のバランスをとることに挑戦的な供給側の変数をもたらす。
発電所はスプリンターのようなものです
発電所の能力はエリート選手の能力に類似することができます:
- スプリンターがどのくらい速く走るかは、プラントの”ディスパッチ”または出力レベルに似ています。
- スプリンターがどれだけ速く加速するかは、”ランプ”または出力の変化率に似ています。
- スプリンターの最高速度は、プラントの能力、または最大出力に似ています。
- 選手の反応性は、発電所が発電を開始する必要がある時間に似ています。
- 選手と発電所の両方の短期および長期のパフォーマンスは、コンディショニング（例えば、機器のメンテナンス）に依存します。
- 選手と発電所の両方の性能は気象条件に敏感である可能性があります（例えば、高熱は多くの発電所の出力を低下させます）。
システム計画
信頼性の高いシステムを維持するには、将来の需要を十分に満たすために長期的な計画が必要です。 大規模な発電設備と送電設備は、建設に3年以上かかります。 計画は、任意の時点で消費者が要求する電力の最大量を満たすために、発電、送配電施設の適切なサイズを決定する必要があります。 具体的には、これには、ピーク負荷を満たすのに十分な発電容量または最大出力が必要であり、システムの不測の事態が発生した場合の予備が必要です。
プランナーは、長期負荷予測を使用してピーク需要の見積もりを提供します。 耐候性化や高効率照明の促進などの需要側の管理プログラムは、発電と送電への投資の必要性を減らすことができます。 また、送電および配電システムの計画は、すべての場所でピーク時の電力の流れに対応するのに十分な転送能力を提供する必要があります。
電気システム計画は、予想されるものと予想されないものの両方に対処する必要があります。 技術、政策、需要の変化を予測することは困難です。 計画者は、負荷の増加に影響を与える経済的変化、規制要件の変化、負荷や顧客の自己生成に影響を与える破壊的な技術の上昇などのリスクと不確実性を考慮する必要があります。 たとえば、風力発電や太陽光発電を促進するポリシーは、クイックスタートや高速ランプ機能など、追加の柔軟な発電サービスの必要性を生み出す可能性が 将来の未知数は、電力インフラの長期的な性質と組み合わせて、電力計画におけるリスクと不確実性の管理の重要性を増幅します。
典型的な毎日の電力需要のイラスト