- potência contra energia: a energia é o fluxo instantâneo de eletricidade, ou corrente – ou seja, a taxa de produção, transferência ou demanda de eletricidade. Sob o Sistema Internacional de unidades, é medido em watts. A energia é a quantidade de energia consumida ao longo do tempo, que é medida em watt-hours.Energia = potência x tempo: por exemplo, se um gerador produz 100 megawatts (MW) de energia por duas horas, cria 200 megawatts-horas (MWh) de energia. O agregado familiar médio consome cerca de 900 quilowatts-hora (kWh) por mês.
a electricidade é o fluxo de carga eléctrica. Ocorre naturalmente, mas deve ser criado e distribuído de formas particulares para torná-lo útil às pessoas. Os fundamentos físicos da eletricidade definem como construímos e usamos a infraestrutura elétrica para garantir um serviço confiável aos clientes.A grande maioria da eletricidade nos Estados Unidos é gerada por grandes usinas e transferida para os clientes através da “rede”.”A rede, ou sistema de transmissão, é uma rede de linhas elétricas e equipamentos usados para transportar eletricidade a granel de usinas para comunidades. A nível local, as linhas de distribuição e os equipamentos transferem energia da rede de transporte para os clientes de utilização final. Cada vez mais, os clientes também geram eletricidade no local para atender a algumas ou todas as suas necessidades, mais comumente através de painéis solares no telhado.
a electricidade é uma fonte de energia secundária derivada de uma fonte primária. As fontes primárias incluem a energia química armazenada em combustíveis fósseis e biomassa; energia cinética do vento ou solar; energia nuclear armazenada nos núcleos de átomos; ou energia gravitacional armazenada em uma represa. Esta energia converte-se em energia mecânica que gira ou roda ímanes em torno de bobinas de fio, que, assim, induzem correntes e tensões elétricas.
tensão é uma medida da força eletromotriz da eletricidade. Isto pode ser pensado como a” pressão ” da eletricidade, semelhante à pressão em uma linha de água. Uma subestação “aumenta” a tensão da electricidade produzida nas centrais eléctricas para a transportar através de linhas de transmissão de alta tensão. As linhas de alta tensão transferem a energia de forma mais eficiente a longas distâncias. O sistema de transmissão por grosso ou “grossista” opera linhas que variam em capacidade de alguns milhares de volts a até 750.000 volts. Este sistema fornece energia a sistemas de distribuição a retalho, onde outras subestações “descem” a tensão para a distribuição local a clientes em fios de baixa tensão.
o sistema centralizado de electricidade
operação do sistema
para manter a confiabilidade, OS EUA. o sistema elétrico procura manter a frequência do sistema perto de 60 hertz, mas desequilíbrios na oferta e demanda causam desvios em relação a esse alvo. Desvios graves podem causar problemas na qualidade e confiabilidade do serviço elétrico, tais como apagões e apagões. Este desafio é exacerbado pelos limites práticos para armazenar electricidade de uma forma rentável. Assim, o sistema deve equilibrar a geração e a demanda simultaneamente, o que exige que a produção de geração seja ajustada constantemente para corresponder às flutuações na demanda.
há uma variedade de limitações operacionais que as instalações de geração enfrentam que restringem a sua capacidade de corresponder a mudanças na demanda. Os geradores variam em quão rapidamente eles podem ajustar sua saída. Por exemplo, os geradores a gás natural geralmente podem alterar a sua produção mais rapidamente do que os geradores a carvão. Os geradores têm também uma “gama de expedição” limitada, que se refere à diferença entre a sua potência máxima e mínima. A maioria das unidades fósseis e nucleares requerem horas ou mesmo dias para começar. Os geradores também podem ser limitados na frequência com que podem começar e parar dentro de um ou vários dias. As unidades com melhores capacidades operacionais proporcionam maior flexibilidade de oferta para corresponder às flutuações da procura. Por exemplo, as turbinas de combustão a gás natural podem começar em questão de minutos e ser ligadas e desligadas várias vezes por dia.
a demanda de eletricidade, ou” carga”, flutua dentro de cada hora, variando consideravelmente com base na hora do dia e padrões meteorológicos. A procura também varia muito em função da localização. A dispersão geográfica das instalações de produção e da procura, juntamente com as limitações do sistema de transporte, resulta no congestionamento do transporte. O congestionamento do transporte limita a capacidade de enviar a produção para satisfazer a procura em zonas restritas. Isto ocorre frequentemente em áreas de alta demanda, como cidades, onde restrições de transmissão limitam a capacidade de importar energia de muito longe.O equilíbrio da rede de electricidade implica a coordenação da expedição dos produtores para satisfazer a procura. Isso requer antecipar a demanda, um processo conhecido como “previsão de carga”.”Para se preparar para mudanças na demanda, um operador de rede deve pré-posicionar os geradores (ou seja, ligá-los e agendar sua operação) horas ou mesmo dias de antecedência, com base em suas características operacionais e localização. Os ajustamentos em tempo Real tornam-se necessários para corrigir desenvolvimentos imprevistos, tais como erros de previsão de carga ou contingências do sistema. Recursos de geração de reserva podem abordar grandes contingências, como uma falha mecânica súbita em uma instalação de geração ou perda de uma linha de transmissão. O aumento dos recursos eólica e solar, cuja saída varia com as condições climáticas, introduz uma variável desafiadora do lado da oferta para equilibrar a rede.
as Centrais Eléctricas são como sprinters
as capacidades das Centrais Eléctricas podem ser análogas às dos atletas de elite:
- quão rápido um sprinter corre é semelhante ao “despacho” de uma planta, ou nível de saída.
- como rapidamente um sprinter acelera é semelhante a” rampa”, ou a taxa de mudança na saída.
- a velocidade máxima de um sprinter é semelhante à capacidade de uma planta, ou saída máxima.
- a capacidade de resposta de um atleta é semelhante ao tempo que uma planta precisa para começar a produzir energia.
- o desempenho a curto e longo prazo tanto dos atletas como das usinas depende do condicionamento (por exemplo, manutenção do equipamento).
- o desempenho de atletas e usinas de energia pode ser sensível às condições climáticas (por exemplo, o calor elevado diminui a saída de muitas usinas).
planeamento do sistema
a manutenção de um sistema fiável requer um planeamento a longo prazo para assegurar que a procura futura possa ser adequadamente satisfeita. Grandes instalações de geração e transmissão levam três ou mais anos para construir. O planeamento requer a determinação da dimensão adequada das instalações de produção, transmissão e distribuição para satisfazer a quantidade máxima de energia que os consumidores exigirão em qualquer momento. Especificamente, isso requer capacidade de geração suficiente, ou saída máxima, para atender a carga de pico, mais uma reserva em caso de contingência do sistema.
Planners use long-term load forecasting to provide an estimate of peak demand. Programas de gerenciamento do lado da demanda, como a promoção da intempérie e iluminação de alta eficiência, podem reduzir a necessidade de investir na geração e transmissão. O planeamento da rede de transporte e distribuição deve também prever uma capacidade de transferência suficiente para acomodar os fluxos de electricidade nos períodos de pico em todos os locais.
o planeamento do sistema eléctrico deve abranger tanto o esperado como o inesperado. As mudanças na tecnologia, na política e na procura são difíceis de prever. Os planejadores devem ter em conta riscos e incertezas, tais como mudanças econômicas que afetam o crescimento da carga, mudanças nos requisitos regulatórios e o surgimento de tecnologias disruptivas que afetam a carga ou a auto-geração do cliente. Por exemplo, as políticas que promovem a geração eólica e solar podem criar a necessidade de serviços adicionais de geração flexível, como o arranque rápido e a capacidade de rampa rápida. As incógnitas futuras, combinadas com a natureza a longo prazo da infra-estrutura de electricidade, amplificam a importância da gestão dos riscos e da incerteza no planeamento da electricidade.
uma ilustração da procura diária típica de electricidade