- 전력 대 에너지:전력은 전기의 순간 흐름 또는 전류,즉 전기 생산,전송 또는 수요의 비율입니다. 단위의 국제 시스템 하에서,그것은 와트 단위로 측정됩니다. 에너지는 와트 시간 단위로 측정되는 시간이 지남에 따라 소비되는 전력의 양입니다.
- 에너지=전력 엑스 시간:예를 들어,발전기가 2 시간 동안 100 메가 와트(메가 와트)의 전력을 생성하면 200 메가 와트-시간(메가 와트)의 에너지를 생성합니다. 평균 가정은 한 달에 약 900 킬로와트시(킬로와트)를 소비합니다.
전기는 전하의 흐름입니다. 그것은 자연적으로 발생하지만,사람들에게 유용하게 만들기 위해 특정 방법으로 생성 및 배포해야합니다. 전기의 물리적 기본은 고객에게 안정적인 서비스를 보장하기 위해 전기 인프라를 구축하고 사용하는 방법을 정의합니다.
미국에서 전기의 대부분은 대형 발전소에 의해 생성되고”그리드를 통해 고객에게 전송됩니다.”그리드 또는 전송 시스템은 발전소에서 지역 사회로 전기를 대량으로 운반하는 데 사용되는 전력선 및 장비 네트워크입니다. 지역 수준에서 유통 라인 및 장비는 전송 시스템에서 최종 사용 고객에게 전력을 전송합니다. 점점 더,고객은 또한 옥상 태양 전지 패널을 통해 가장 일반적으로 자신의 요구의 일부 또는 전부를 충족하기 위해 현장에서 전기를 생성합니다.
전기는 1 차 에너지 원에서 파생 된 2 차 에너지 원입니다. 주요 소스는 화석 연료와 바이오 매스에 저장된 화학 에너지를 포함한다; 바람이나 태양으로부터의 운동 에너지;원자의 핵에 저장된 원자력;또는 오르막 댐에 저장된 중력 에너지. 이 에너지는 와이어 코일 주위에서 자석을 회전 시키거나 회전시키는 기계적 에너지로 변환되어 전류 및 전압을 유도합니다.
전압은 전기의 기전력의 척도입니다. 이것은 물줄기의 압력과 유사한 전기의”압력”으로 생각할 수 있습니다. 변전소는 발전소에서 발생하는 전기의 전압을”단계”하여 고전압 송전선을 통해 수송합니다. 고전압 선은 장거리에 힘을 능률적으로 옮깁니다. 대량 또는”도매”전송 시스템 750000 볼트 만큼 몇 천 볼트에서 용량에 범위 라인을 운영 한다. 이 체계는 다른 변전소가 낮 전압 철사에 고객에게 국부적으로 배급을 위한 전압을”아래로 족답하는”소매 유통 기구에 힘을 전달합니다.
중앙 집중식 전기 시스템
시스템 운영
신뢰성을 유지하기 위해,미국 전기 시스템은 시스템 주파수를 60 헤르츠 근처에 유지하려고하지만 수요와 공급의 불균형은 그 대상과의 편차를 야기합니다. 심각한 편차는 정전 및 정전과 같은 전기 서비스의 품질 및 신뢰성에 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 문제는 비용 효율적인 방법으로 전기를 저장하는 실제적인 한계에 의해 악화된다. 따라서 시스템은 생성과 수요의 균형을 동시에 유지해야 하며,이를 위해서는 수요 변동에 맞게 생성 출력을 지속적으로 조정해야 합니다.
세대 설비가 직면한 다양한 운영상의 한계가 있으며,이는 수요의 변화에 대응하는 능력을 제한한다. 발전기는 출력을 얼마나 빨리 조정할 수 있는지에 따라 다릅니다. 예를 들어,천연 가스 연소 발전기는 일반적으로 석탄 연소 발전기보다 출력을 더 빨리 변경할 수 있습니다. 발전기는 또한 최대 출력과 최소 출력의 차이를 나타내는 제한된”디스패치 범위”를 가지고 있습니다. 대부분의 화석 및 핵 단위는 시작하는 데 몇 시간 또는 며칠이 필요합니다. 발전기는 또한 그들이 시작하고 하나 또는 몇 일 이내에 중지 할 수 있습니다 얼마나 자주 제한 될 수 있습니다. 더 나은 운영 능력을 가진 유닛은 수요 변동에 맞게 더 많은 공급 유연성을 제공합니다. 예를 들어,천연 가스 연소 터빈은 몇 분 만에 시작할 수 있으며 하루에 여러 번 켜고 끌 수 있습니다.
전력 수요 또는”부하”는 매 시간마다 변동하며 시간 및 날씨 패턴에 따라 상당히 다양합니다. 수요는 또한 위치에 따라 크게 다릅니다. 전송 시스템 제한과 함께 생성 시설 및 수요의 지리적 분산은 전송 정체를 초래합니다. 전송 혼잡은 제한된 지역의 수요를 충족시키기 위해 생성을 파견 할 수있는 능력을 제한합니다. 이것은 종종 전송 제약이 멀리에서 전력을 수입 할 수있는 능력을 제한하는 도시와 같은 수요가 많은 지역에서 발생합니다.
전기 시스템의 균형 조정은 수요를 충족시키기 위해 발전기의 파견을 조정하는 것을 포함합니다. 이를 위해서는”부하 예측”이라는 프로세스 인 수요를 예상해야합니다.”수요 변화에 대비하기 위해 그리드 운영자는 작동 특성 및 위치에 따라 발전기를 몇 시간 또는 며칠 전에 사전 배치(즉,전원을 켜고 작동 일정)해야합니다. 부하 예측 오류 또는 시스템 우발사고와 같은 예기치 않은 개발을 수정하려면 실시간 조정이 필요합니다. 예비 세대 자원은 세대 시설에서의 갑작스런 기계적 고장 또는 전송 라인의 손실과 같은 주요 우발 사건을 해결할 수 있습니다. 기상 조건에 따라 출력이 달라지는 풍력 및 태양 자원의 상승은 그리드의 균형을 맞추기 위해 어려운 공급 측면 변수를 도입합니다.
발전소는 단거리 선수와 같다
발전소의 능력은 엘리트 선수들과 유사할 수 있다:
- 단거리 선수가 얼마나 빨리 달리는 지 식물의”파견”또는 출력 수준과 유사합니다.
- 단거리 선수가 얼마나 빨리 가속하는지는”램프”또는 출력 변화율과 비슷합니다.
- 단거리 선수의 최고 속도는 플랜트의 용량 또는 최대 출력과 유사합니다.
- 운동 선수의 반응은 식물이 전력을 생산해야하는 시간과 비슷합니다.
- 선수와 발전소의 단기 및 장기 성능은 컨디셔닝(예:장비 유지 보수)에 따라 다릅니다.
- 선수와 발전소의 성능은 기상 조건에 민감 할 수 있습니다(예:고열은 많은 식물의 출력을 낮 춥니 다).
시스템 계획
안정적인 시스템을 유지하려면 미래의 수요가 적절하게 충족될 수 있도록 장기 계획이 필요합니다. 대형 발전 및 전송 시설 구축 3 년 이상 걸릴. 계획을 세우려면 소비자가 특정 시점에 요구하는 최대 전력량을 충족시키기 위해 적절한 규모의 발전,전송 및 분배 시설을 결정해야합니다. 특히,이를 위해서는 최대 부하를 충족시키기에 충분한 생성 용량 또는 최대 출력과 시스템 비상 사태의 경우 예비 용량이 필요합니다.
계획자는 장기 부하 예측을 사용하여 피크 수요를 추정합니다. 내후성 및 고효율 조명 촉진과 같은 수요 측면 관리 프로그램은 생성 및 전송에 대한 투자 필요성을 줄일 수 있습니다. 송전 및 배전 시스템 계획은 또한 모든 지역의 피크 기간에 전기 흐름을 수용 할 수있는 충분한 전송 기능을 제공해야합니다.
전기 시스템 계획은 예상과 예기치 않은 것을 모두 해결해야합니다. 기술,정책 및 수요의 변화는 예측하기 어렵습니다. 계획자는 부하 증가에 영향을 미치는 경제적 변화,규제 요구 사항의 변화 및 부하 또는 고객 자체 생성에 영향을 미치는 파괴적인 기술의 상승과 같은 위험과 불확실성을 고려해야합니다. 예를 들어,풍력 및 태양 광 발전을 촉진하는 정책은 빠른 시작 및 빠른 램프 기능과 같은 추가 유연한 세대 서비스에 대한 필요성을 창출 할 수 있습니다. 전기 인프라의 장기적인 특성과 결합 된 미래의 미지수는 전기 계획에서 위험 및 불확실성 관리의 중요성을 증폭시킵니다.
전형적인 일일 전력 수요의 그림