- putere vs. energie: puterea este fluxul instantaneu de energie electrică sau curent – adică rata producției, transferului sau cererii de energie electrică. În cadrul Sistemului Internațional de unități, acesta este măsurat în wați. Energia este cantitatea de energie consumată în timp, care este măsurată în watt-ore.
- energie = putere X timp: de exemplu, dacă un generator produce 100 megawați (MW) de putere timp de două ore, creează 200 megawați-oră (MWh) de energie. Gospodăria medie consumă aproximativ 900 kilowați-oră (kWh) pe lună.
electricitatea este fluxul de sarcină electrică. Apare în mod natural, dar trebuie creat și distribuit în moduri speciale pentru a-l face util oamenilor. Fundamentele fizice ale electricității definesc modul în care construim și folosim infrastructura electrică pentru a asigura servicii fiabile clienților.
marea majoritate a energiei electrice din Statele Unite este generată de centrale electrice mari și transferată clienților prin „rețea”.”Rețeaua sau sistemul de transport este o rețea de linii electrice și echipamente utilizate pentru transportul energiei electrice în vrac de la centrale electrice la comunități. La nivel local, liniile de distribuție și echipamentele transferă puterea de la sistemul de transport către clienții finali. Din ce în ce mai mult, clienții generează, de asemenea, energie electrică la fața locului pentru a-și satisface unele sau toate nevoile, cel mai frecvent prin intermediul panourilor solare de pe acoperiș.
electricitatea este o sursă secundară de energie derivată dintr-o sursă primară. Sursele primare includ energia chimică stocată în combustibili fosili și Biomasă; energia cinetică din vânt sau solar; energia nucleară stocată în nucleele atomilor; sau energia gravitațională stocată la un baraj ascendent. Această energie se transformă în energie mecanică care rotește sau rotește magneți în jurul bobinelor de sârmă, care induc astfel curenți și tensiuni electrice.
tensiunea este o măsură a forței electromotoare a electricității. Acest lucru poate fi considerat ca fiind „presiunea” electricității, similară cu presiunea dintr-o linie de plutire. O substație „intensifică” tensiunea de energie electrică generată în centralele electrice pentru a o transporta prin linii de transmisie de înaltă tensiune. Liniile de înaltă tensiune transferă puterea mai eficient pe distanțe lungi. Sistemul de transport în vrac sau „en-gros” operează linii care variază în capacitate de la câteva mii de volți până la 750.000 de volți. Acest sistem furnizează energie sistemelor de distribuție cu amănuntul, unde alte stații „coboară” tensiunea pentru distribuția locală către clienți pe fire de joasă tensiune.
sistemul centralizat de electricitate
funcționarea sistemului
pentru a menține fiabilitatea, SUA. sistemul electric încearcă să mențină frecvența sistemului aproape de 60 hertz, dar dezechilibrele cererii și ofertei provoacă abateri de la această țintă. Abaterile Severe pot cauza probleme în calitatea și fiabilitatea serviciului electric, cum ar fi întreruperile și întreruperile. Această provocare este exacerbată de limitele practice de stocare a energiei electrice într-un mod rentabil. Astfel, sistemul trebuie să echilibreze producția și cererea simultan, ceea ce necesită ajustarea constantă a producției pentru a se potrivi fluctuațiilor cererii.
există o varietate de limitări operaționale cu care se confruntă instalațiile de generare, ceea ce le constrânge capacitatea de a face față schimbărilor cererii. Generatoarele variază în funcție de cât de repede își pot regla ieșirea. De exemplu, generatoarele pe gaz natural își pot modifica, în general, producția mai repede decât generatoarele pe cărbune. Generatoarele au, de asemenea, un „interval de expediere” limitat, care se referă la diferența dintre puterea lor maximă și cea minimă. Majoritatea unităților fosile și nucleare necesită ore sau chiar zile pentru a începe. De asemenea, generatoarele pot fi limitate în cât de des pot porni și opri în una sau mai multe zile. Unitățile cu abilități operaționale mai bune oferă mai multă flexibilitate a ofertei pentru a se potrivi fluctuațiilor cererii. De exemplu, turbinele cu combustie cu gaz natural pot porni în câteva minute și pot fi pornite și oprite de mai multe ori pe zi.
cererea de energie electrică, sau „sarcina”, fluctuează în fiecare oră, variind considerabil în funcție de ora din zi și de modelele meteorologice. Cererea variază, de asemenea, foarte mult în funcție de locație. Dispersia geografică a instalațiilor de generare și a cererii, împreună cu limitările sistemului de transport, duce la congestionarea transmisiei. Congestionarea transmisiei limitează capacitatea de a expedia generarea pentru a satisface cererea în zonele constrânse. Acest lucru se întâmplă adesea în zone cu cerere mare, cum ar fi orașele, unde constrângerile de transmisie limitează capacitatea de a importa energie de departe.
echilibrarea sistemului de energie electrică implică coordonarea expedierii generatoarelor pentru a satisface cererea. Acest lucru necesită anticiparea cererii, un proces cunoscut sub numele de „prognoză de încărcare.”Pentru a se pregăti pentru modificările cererii, un operator de rețea trebuie să pre-poziționeze generatoarele (adică să le pornească și să-și programeze funcționarea) cu ore sau chiar zile în avans, pe baza caracteristicilor lor de funcționare și a locației. Ajustările în timp real devin necesare pentru a corecta evoluțiile neprevăzute, cum ar fi erorile de prognoză a încărcării sau contingențele sistemului. Resursele de generare de rezervă pot aborda situații neprevăzute majore, cum ar fi o defecțiune mecanică bruscă la o instalație de generare sau pierderea unei linii de transmisie. Creșterea resurselor eoliene și solare, a căror producție variază în funcție de condițiile meteorologice, introduce o variabilă provocatoare din partea ofertei pentru echilibrarea rețelei.
centralele electrice sunt ca sprinterii
abilitățile centralelor electrice pot fi analogizate cu cele ale sportivilor de elită:
- cât de repede rulează un sprinter este asemănător cu „expedierea” unei fabrici sau nivelul de producție.
- cât de repede accelerează un sprinter este asemănător cu „rampa” sau rata de schimbare a producției.
- viteza maximă a unui sprinter este asemănătoare cu capacitatea sau puterea maximă a unei instalații.
- capacitatea de reacție a unui atlet este similară cu timpul necesar unei plante pentru a începe să producă energie.
- performanța pe termen scurt și lung a sportivilor și a centralelor electrice depinde de condiționare (de exemplu, întreținerea echipamentelor).
- performanța sportivilor și a centralelor electrice poate fi sensibilă la condițiile meteorologice (de exemplu, căldura ridicată scade producția multor centrale).
planificarea sistemului
menținerea unui sistem fiabil necesită o planificare pe termen lung pentru a se asigura că cererea viitoare poate fi satisfăcută în mod adecvat. Instalațiile mari de generare și transmisie durează trei sau mai mulți ani pentru a fi construite. Planificarea necesită determinarea dimensiunii adecvate a instalațiilor de producție, transport și distribuție pentru a satisface cantitatea maximă de energie pe care consumatorii o vor cere în orice moment. Mai exact, acest lucru necesită o capacitate de producție suficientă sau o putere maximă pentru a satisface sarcina maximă, plus o rezervă în cazul unei situații neprevăzute a sistemului.
planificatorii folosesc prognoza de sarcină pe termen lung pentru a oferi o estimare a cererii de vârf. Programele de gestionare a cererii, cum ar fi promovarea intemperiilor și a iluminatului de înaltă eficiență, pot reduce nevoia de a investi în generare și transmisie. Planificarea sistemelor de transport și distribuție trebuie să prevadă, de asemenea, o capacitate suficientă de transfer pentru a permite adaptarea fluxurilor de energie electrică în perioadele de vârf în toate locațiile.
planificarea sistemului Electric trebuie să abordeze atât așteptările, cât și cele neașteptate. Schimbările în tehnologie, politică și cerere sunt dificil de prevăzut. Planificatorii trebuie să țină cont de riscuri și incertitudini, cum ar fi schimbările economice care afectează creșterea încărcăturii, modificările cerințelor de reglementare și creșterea tehnologiilor perturbatoare care afectează încărcarea sau auto-generarea clienților. De exemplu, politicile care promovează generarea eoliană și solară pot crea necesitatea unor servicii suplimentare de generare flexibilă, cum ar fi capacitatea de pornire rapidă și rampă rapidă. Necunoscutele viitoare, combinate cu natura pe termen lung a infrastructurii de energie electrică, amplifică importanța gestionării riscurilor și a incertitudinii în planificarea energiei electrice.
o ilustrare a cererii zilnice tipice de energie electrică