- kraft vs energi: kraft är det momentana flödet av el, eller ström – det vill säga graden av elproduktion, överföring eller efterfrågan. Under det internationella systemet av enheter mäts det i watt. Energi är mängden ström som förbrukas över tiden, vilket mäts i watt-timmar.
- energi = effekt x tid: till exempel, om en generator producerar 100 megawatt (MW) effekt i två timmar skapar den 200 megawatt-timmar (MWh) energi. Det genomsnittliga hushållet förbrukar cirka 900 kilowattimmar (kWh) per månad.
elektricitet är flödet av elektrisk laddning. Det förekommer naturligt, men måste skapas och distribueras på särskilda sätt för att göra det användbart för människor. De fysiska grunderna för el definierar hur vi bygger och använder elektrisk infrastruktur för att säkerställa pålitlig service till kunderna.
den stora majoriteten av el i USA genereras av stora kraftverk och överförs till kunder via ”nätet.”Nätet, eller överföringssystemet, är ett nätverk av kraftledningar och utrustning som används för att transportera el i bulk från kraftverk till samhällen. På lokal nivå överför distributionsledningar och utrustning kraft från överföringssystemet till slutanvändningskunder. I allt högre grad genererar kunder också el på plats för att möta några eller alla deras behov, oftast genom solpaneler på taket.
elektricitet är en sekundär energikälla som härrör från en primär källa. Primära källor inkluderar kemisk energi lagrad i fossila bränslen och biomassa; kinetisk energi från vind eller sol; kärnenergi lagrad i atomkärnorna; eller gravitationsenergi lagrad vid en uppförsbacke. Denna energi omvandlas till mekanisk energi som snurrar eller roterar magneter runt trådspolar, vilket därmed inducerar elektriska strömmar och spänningar.
spänning är ett mått på Elens elektromotoriska kraft. Detta kan betraktas som” trycket ” av el, liknande trycket i en vattenlinje. En transformatorstation ”stiger upp” spänningen för el som genereras i kraftverk för att transportera den via högspänningsöverföringsledningar. Högre spänningsledningar överför kraft mer effektivt över långa avstånd. Bulk-eller” grossistöverföringssystemet ” Driver linjer som sträcker sig i kapacitet från några tusen volt till så mycket som 750 000 volt. Detta system levererar ström till detaljhandeln distributionssystem, där andra transformatorstationer” avgå ” spänningen för lokal distribution till kunder på lågspänningsledningar.
det centraliserade elsystemet
systemdrift
för att upprätthålla tillförlitligheten, USA. electric system syftar till att hålla systemfrekvensen nära 60 hertz, men obalanser i utbud och efterfrågan orsakar avvikelser från det målet. Allvarliga avvikelser kan orsaka problem i kvalitet och tillförlitlighet av elektrisk service, såsom brownouts och blackouts. Denna utmaning förvärras av de praktiska gränserna för att lagra el på ett kostnadseffektivt sätt. Således måste systemet balansera produktion och efterfrågan samtidigt, vilket kräver att produktionsproduktionen ständigt justeras för att matcha fluktuationer i efterfrågan.
det finns en mängd operativa begränsningar som generationsanläggningar står inför som begränsar deras förmåga att matcha förändringar i efterfrågan. Generatorer varierar i hur snabbt de kan justera sin produktion. Till exempel kan naturgaseldade generatorer i allmänhet ändra sin produktion snabbare än koleldade generatorer. Generatorer har också ett begränsat ”sändningsområde”, vilket avser skillnaden mellan deras maximala och minsta effekt. De flesta fossila och kärnkraftsenheter kräver timmar eller till och med dagar för att starta. Generatorer kan också vara begränsade i hur ofta de kan starta och stoppa inom en eller flera dagar. Enheter med bättre operativa förmågor ger mer utbudsflexibilitet för att matcha fluktuationer i efterfrågan. Till exempel kan naturgasförbränningsturbiner starta om några minuter och slås på och av flera gånger om dagen.
efterfrågan på el, eller” belastning”, varierar inom varje timme, varierar avsevärt beroende på tid på dagen och vädermönster. Efterfrågan varierar också mycket efter plats. Den geografiska spridningen av produktionsanläggningar och efterfrågan, tillsammans med transmissionssystembegränsningar, resulterar i överbelastning av överföringen. Överbelastning av överföring begränsar möjligheten att skicka generation för att möta efterfrågan i begränsade områden. Detta sker ofta i områden med hög efterfrågan, till exempel städer, där överföringsbegränsningar begränsar möjligheten att importera kraft långt ifrån.
balansering av elsystemet innebär samordning av generatorernas leverans för att möta efterfrågan. Detta kräver att förutse efterfrågan, en process som kallas ”lastprognoser.”För att förbereda sig för förändringar i efterfrågan måste en nätoperatör förpositionsgeneratorer (dvs. slå på dem och schemalägga deras drift) timmar eller till och med dagar i förväg, baserat på deras driftsegenskaper och plats. Realtidsjusteringar blir nödvändiga för att korrigera för oförutsedda utvecklingar, såsom belastningsprognosfel eller systemhändelser. Reservgenereringsresurser kan hantera stora händelser, som ett plötsligt mekaniskt fel vid en generationsanläggning eller förlust av en överföringsledning. Ökningen av vind-och solresurser, vars produktion varierar med väderförhållandena, introducerar en utmanande variabel på utbudssidan för att balansera nätet.
kraftverk är som sprinters
kraftverkens förmågor kan analogiseras med elitidrottare:
- hur snabbt en sprinter körs är besläktad med en anläggnings ”dispatch” eller produktionsnivå.
- hur snabbt en sprinter accelererar liknar ”ramp” eller förändringshastigheten i produktionen.
- en sprinters topphastighet är relaterad till en anläggnings kapacitet eller maximal effekt.
- en idrottares lyhördhet liknar den tid en anläggning behöver börja producera kraft.
- kort-och långsiktig prestanda för både idrottare och kraftverk beror på konditionering (t.ex. underhåll av utrustning).
- prestanda för både idrottare och kraftverk kan vara känsliga för väderförhållanden (t.ex. hög värme sänker produktionen från många växter).
systemplanering
att upprätthålla ett tillförlitligt system kräver långsiktig planering för att säkerställa att framtida efterfrågan kan tillgodoses på ett adekvat sätt. Stora Generations-och överföringsanläggningar tar tre eller flera år att bygga. Planering kräver att man bestämmer lämplig storlek på Produktions -, överförings-och distributionsanläggningar för att möta den maximala mängd kraft som konsumenterna kommer att kräva vid varje given tidpunkt. Specifikt kräver detta tillräcklig produktionskapacitet, eller maximal effekt, för att möta toppbelastning, plus en reserv i händelse av en systemberedskap.
planerare använder långsiktiga belastningsprognoser för att ge en uppskattning av toppbehov. Program för hantering av efterfrågan, som att främja väderbeständighet och högeffektiv belysning, kan minska behovet av att investera i produktion och överföring. Planering av överförings-och distributionssystem måste också ge tillräcklig överföringskapacitet för att tillgodose elflöden vid toppperioder på alla platser.
elektrisk systemplanering måste ta itu med både förväntat och oväntat. Förändringar i teknik, politik och efterfrågan är svåra att förutsäga. Planerare måste ta hänsyn till risker och osäkerhetsfaktorer, såsom ekonomiska förändringar som påverkar belastningstillväxten, förändringar i regelverkskrav och ökningen av störande teknik som påverkar lasten eller kundens självgenerering. Till exempel kan politik som främjar vind-och solproduktion skapa behov av ytterligare flexibla genereringstjänster, såsom snabbstart och snabbrampskapacitet. Framtida okända, i kombination med elinfrastrukturens långsiktiga karaktär, förstärker betydelsen av risk-och osäkerhetshantering i elplanering.
en illustration av typisk daglig elbehov