Що відбувається з надлишком енергії, що подається в електромережу?

Найближче до цього питання - лінійне використання надлишкової генерації електроенергії .

Я не інженер, тому я, можливо, не зможу правильно це сформулювати, і я буду вдячний за відповідь, що передбачає мінімальні знання (я маю лише базове розуміння напруги, трансформаторів тощо). Питання виникає з усієї цієї розмови про мінливий вітер і потужність, що потенційно може порушити мережу.

Наприклад, див. Статтю про електричне підключення 2012 р. Швидке збільшення сонячних установок, що потенційно може перевантажувати електромережу, що обговорює потенціал «зворотного потоку електроенергії», а також говорить про якийсь пристрій «мережевий захист». Також є чи подібна стаття про Гаваї Кошмар про взаємозв’язок на Гаваях і чому це має значення для житлової фотопромисловості США , де сказано, що єдине "конкретне занепокоєння, виявлене досвідом Гаваїв, - це потенціал транзиторного перенапруги на фідері - по суті короткий сплеск напруги тривалості ".

Мені цікаво, що відбувається тут як з великою сіткою, так і в мікросередовищі. Наприклад, скажімо, що у мене повністю заряджений акумулятор, і я постійно вливаю в нього електроенергію. Що сталося? Чи є пристрої, які відводять або розсіюватимуть електрику як тепло, не пошкоджуючи нічого? Я знайшов кілька подібних питань в Інтернеті, але відповіді були не надто чіткими.

Найбільш прості та прямі відповіді на головне питання залежать від того, наскільки це "надмірне". Оскільки більшість обладнання призначене для роботи в межах +/- 5% від номінальної, "додаткова енергія" зазвичай розсіюється як тепло в самому пристрої. Що стосується лампочки (наприклад), вона виробляє більше світла і тепла. Якщо надлишок енергії виходить за межі допуску приладів, вони будуть перегріватися та / або згоряти ( спричиняти пошкодження ). Ці результати будуть отримані незалежно від того, що викликає "надлишок енергії" в електромережі (блискавка, сонячні установки, енергія вітру тощо).

Для останніх двох запитань, якщо ви заряджаєте батарею 12 В джерелом 13 В, додаткові 1 В будуть зберігати батарею "теплою" після її зарядження до 12 В. Якщо ви заряджаєте його 24-метровим нерегульованим джерелом живлення, акумулятор буде перегріватися, горіти та, можливо, вибухати. Якщо ви заряджаєте його напругою з обмеженою напругою та обмеженим струмом, акумулятор заряджатиметься до 12 В, а додаткова енергія буде розсіюватися як тепло в регуляторах живлення. Одним із способів "ефективного" використання будь-якої "додаткової енергії" є використання банку акумуляторів та "розумного" зарядного пристрою, який перемикає зарядку на інший акумулятор, коли його заряджають, і вимикає (відключає) коли всі батареї в банку заряджені. Якщо немає інтересу в економії додаткової енергії, її можна "скинути"

Це, як ви можете собі уявити, не те, що має лише одне рішення, а проблема сама по собі є досить складною. Давайте розбимо його.

Енергомережа, яка існує зараз у більшості цивілізованих країн, має ієрархічну структуру: зверху знаходяться великі централізовані електростанції, під ними - широкомасштабні мережі електропередачі або розподільні кільця, потім надходять міські електромережі (зазвичай близько 400 кВ) які зазвичай є підземними НВ, мікрорайонами (20 кВ або багатофазна мережева напруга), а потім низьковольтними мережами з поштовим індексом, які поширюють 115/230 В. Звичайно, як випливає з вашого питання, ця ієрархія передбачає чистий потік енергії від електростанції до дому, а не навпаки.

Більшість децентралізованої генерації електроенергії - некомерційні сонячні батареї, вітрогенератори тощо - відбувається на рівні будинку, тобто вона виробляє 115 / 230В постійного струму та перекачує її в електромережу. Здебільшого це добре, оскільки енергія, що виробляється набагато менше споживаної енергії, а чистий потік енергії все ще знаходиться в правильному напрямку. Рідко, але частіше в наш час через низьку ціну сонячної енергії кількість виробленої електроенергії перевищує потужність, спожиту на рівні поштового індексу. В основному для всіх мереж живлення це насправді не велика проблема. Трансформатори, що використовуються для перетворення МВ на 115/230 В, є просто лінійними трансформаторами, і вони працюють так само добре в одному напрямку, як і в іншому. Вони майже ніколи не мають параметрів, залежних від напрямку ПФК чи інших потоків, тому це добре.

Проблема, з якою більшість електромереж справляється погано, - це те, що відбувається на один крок вище цього. Тут ми переходимо до етапу перетворення від підземної міської мережі до менших блоків, і ці трансформаторні станції в наш час часто мають PFC або хоча б якийсь механізм роз'єднання, щоб переконатися, що перешкоди від міської мережі не повертаються до потужності НВ лінії, як би через лінійний трансформатор. Якщо цей прилад генерує більше енергії, ніж споживає, ця енергія не може (як правило) кудись потрапляти, або, принаймні, це не дозволяє робити це дуже дорогою електронікою, що не є простою для заміни. Рефлекторна реакція системи полягає в тому, щоб кинути вимикач і відокремити цей блок від решти мережі. Звичайно, це не вб'є цей пристрій; вироблена потужність просто підкачує напругу в цій мережі до межі безпеки інверторів потужності (зазвичай номінальна напруга + 5-7%) і дуже часто вона дестабілізує частоту змінного струму. Але живлення буде продовжувати існувати до тих пір, поки хмара не пройде, сітка не опуститься нижче напруг коричневого кольору, а сонячні інвертори все відключаться. Цю проблему називають проблемою генерації острова і її дуже важко вирішити без додаткового інтелекту в електромережі та інверторах (тобто розумних мережах).

Однак, як ви бачите в цьому попередньому пункті, зайва енергія не обов’язково кудись потрапляє. Якщо виникає острівна ситуація, інвертори вимагають не просто скидати всю наявну енергію на електромережу, а й модулювати себе, коли сітка досягає певної напруги. Коли ця хмара з часом перейде, вона вимкнеться і ситуація буде вирішена.

Існують альтернативні механізми захисту. У деяких країнах є короткочасні вимикачі, які можуть бути задіяні зі спеціальними (DTMF) сигналами по лінії електропередачі. Коли буде створено острів, вони можуть вимкнути електромережу на землю та негайно заблокувати ділянку електромережі. Однак це не є дуже безпечною практикою, оскільки це часто спричиняє індуктивні спайки в електромережі, які можуть пошкодити як мережу, так і побутову електроніку. У наш час це рідко використовується. Однак це важливий механізм захисту генераторів електроживлення, які не регулюють свою потужність і можуть спричинити перенапруження.

У Німеччині цього травня ціна, сплачена за поновлювані джерела енергії, фактично стала негативною , оскільки їх було занадто багато. Іншими словами, вони доручали виробникам брати зайву енергію. Тож вони боролися із надлишком енергії, стимулюючи виробників не засувати її в електромережу, що легко з сонячною енергією, а можливо і з енергією вітру.

Різні способи генерації мають різні постійні часу - ядерні станції люблять запускати плоскі роботи, а пуск та вимикання займають багато часу. Гідроелектрик можна швидко змінити на виході шляхом перенаправлення або задушення потоку води. У теплових установок (у мене був один поруч) триваліший постійний час, тому якщо ви раптом втратите навантаження (Wot сповільнює турбіни), акумульована енергія в парі повинна бути вентильована (голосно!), Щоб уберегти генератори від котушка поза контролем. Наскільки я знаю, вони не намагаються поглинати електричну енергію, хоча я зробив техніко-економічне обгрунтування приладів для масивної раковини енергії, яка б поглинала величезну кількість енергії (це цікаво виготовляти інструменти, які працюють із напругами загального режиму 100-х кВ).

Зберігання енергії у великих обсягах розумно ефективно є дуже складною проблемою, без очевидного рішення. Розподілені батареї / інвертори та старий шкільний метод перекачування води в гору до греблі для її зберігання, а також пускання її через турбіни та генератори, щоб відновити (деякі з них) - це два методи.

Дозвольте перефразувати ці статті в терміни, які полегшують розуміння та ставлення до контексту. Я розглядаю ці статті як еквівалент "Я щойно купив нове Ferrari. Є серйозна проблема в тому, що мені постійно потрібно замінювати гальмівні колодки, оскільки потужність, що виходить з мого двигуна, занадто велика, коли я наближаюся до стоп-сигналу".

Проста відповідь - «зняти ногу з акселератора». тобто перестаньте виробляти потужність, коли ви не можете її використовувати.

Насправді немає проблем із надмірним виробництвом, є проблема з надмірною доставкою, їм просто потрібно подати сигнал виробникам "перестати подавати енергію на електромережу". Насправді деякі контролери сонячних панелей використовують хмарне затінення, щоб передбачити, яка потужність буде вироблятися протягом наступних 10 або 15 хвилин, і подати сигнал, який спрямовується до енергосистеми.

Такі види статей не є корисними. Існують серйозні проблеми з основною мережею та взаємозв'язками, які можна просто вирішити, прийнявши закони та витрачаючи гроші. У виробників вітроенергетики над системою управління є набагато простіші рішення.

Це складна проблема з різноманітними відповідями.

Навіть не маючи рішення, існує певна толерантність до невідповідності попиту та пропозиції. Занадто великий попит / занадто низька пропозиція) знизить напругу та частоту в електромережі зі свого звичайного місця 50 Гц / 60 Гц / незалежно від мережі мережі вашої країни. І навпаки, занадто велика пропозиція / занадто мало попиту збільшуватиме частоту. Невелика кількість відхилень частоти не є суттєвою проблемою. У Новій Зеландії електромережа складає 50 Гц, але сітка чудова з частотами від 49 до 52 Гц. Поза цим у вас можуть виникнути серйозні проблеми. Зокрема, якщо ви ходите нижче 49 Гц, це може пошкодити генератори, які автоматично відключаються або ізолюються. Це означає, що частота сітки падає ще більше, оскільки є менша кількість живлення, що спричиняє ланцюгову реакцію і, зрештою, повний обвал сітки.

Щоб цього не сталося, оператори ринку платять людям за виконання різноманітних послуг. Вони залежать від країни, але знову ж таки, я буду використовувати приклад NZ.

Збереження частоти - це як збільшує, так і зменшує частоту сітки, якщо потрібно. Щоб застосувати аналогію водіння, спостерігайте за тим, як хтось керує. Вони постійно роблять крихітні рухи колесом, вони, мабуть, цього не усвідомлюють, вони реагують на положення колеса, щоб утримати машину прямо, коли вона проходить через невеликі удари в дорозі. Це традиційно виконується генераторами, що працюють з потужністю менше 100%, здатною змінювати свою потужність із часом другого відгуку.

Заповідники - У Новій Зеландії потрібно постійно закуповувати «резерви», щоб підтримувати електромережу у випадку ситуації N-1 - або втрати найбільшого генератора, або втрати ліній електропередачі між Північчю та Південні острови. В Європі континент в цілому працює за ситуацією N-2, що представляє собою втрату 2 великих атомних станцій. Ці резерви можуть або мати форму генераторів, що працюють нижче потужності та здатних швидко нарощувати, або (що дешевше і швидше) вимагати ресурсів реагування - сайтів, які готові зменшити навантаження, як потрібно для підтримки мережі. Зазвичай ці ресурси відокремлюються за часом відповіді та кількістю часу, за який вони можуть витримати зміни. NZ має швидкий ринок (1 секунда часу реакції на навантаження, 6 секунд час реакції для генераторів, що підтримуються протягом 1 хвилини), та стійкий ринок (час відгуку - 60 секунд, але довший - до 30 хвилин). Повернувшись до аналогії автомобіля, саме тут ваш автомобіль вдарив про велику шишку, повернувши вас у бік дерева - вам доведеться закрутити колесо назад іншим способом, щоб повернутись на дорогу (але не повертайте занадто далеко або ви ' У кінцевому підсумку вдариться про дерево з іншого боку дороги).

Для вирішення проблем з піками - найвищий рівень покоління або традиційний відповідь на попит - для використання нашої автомобільної аналогії є кут на шляху. Ми можемо бачити, як він йде з далекого шляху, і нам потрібно зробити величезний поворот, щоб залишитися на дорозі. Це літні теплові хвилі, зимові похолодання, вечірні піки тощо. Це можна зустріти за допомогою різних технологій. Зазвичай основна частина - це від найвищих генераторів, які працюють лише кілька днів на рік. Знову ж таки, грає реакція на попит - часто дешевше закрити фабрику на 20 годин на рік, ніж побудувати цілий новий найвищий генератор та модернізувати лінії електропередачі.

Я працюю над темою, і я думаю, що можу допомогти пояснити це.

Я поясню це за допомогою аналогії води:

Потік електричного струму -> Потік води

Напруга -> тиск

Сказав це,

Якщо у вас є мережа з вузлами та гілками; вузли - це там, де вода вводиться і віднімається з мережі, а гілки - труби.

(В електричних мережах труби є трансформаторами і лініями, а вузли - вузлами або шинами)

Якщо у вас є «водяна» інжекція у вузлі, який спочатку був розроблений для споживання, то тиск у трубах може зрости до рівня, коли труби розриваються. (Це буде сонячне виробництво на побутовому рівні) Так само, занадто велика витрата на вузлі може занадто сильно знизити тиск у трубах і система не працюватиме.

Спосіб вирішення цього питання полягає в тому, щоб зберігати надлишки енергії та постачати її при необхідності, тому батареї - це холі-граал відновлюваних джерел енергії.

Величезний поновлюваний проникнення - ситуація, проти якої оператори електромереж та електротехнічні компанії проти, тому що це змушує їх застосовувати нові підходи до роботи, яку вони роблять протягом століття, з кількома радикальними змінами, як ті, що їм потрібно зробити. (Моя думка)

Я сподіваюся, що це досить зрозуміло, інакше я можу пояснити все далі, оскільки це моя щоденна робота.

[EDIT: Чому труби ламаються?]

Отже, як ви просили, я детальніше тут детальніше:

Кожен розгалужувальний елемент (лінії та трансформатори) має обмеження кількості струму, яке може пройти, хоча він не перегрівається і не підпалюється. Цей номінальний струм можна перевищити протягом обмеженого періоду часу, тому перевантаження не є випадком життя чи смерті, якщо воно не триватиме занадто довго (Також перевантаження зменшують термін життя елементів)

З іншого боку, напруга має бути в межах + -5% від номінальної напруги вузла, це 230В + -5% на фазу (в Європі в США - 125?). Генерація потужності у вузлі збільшує напругу в цьому вузлі та в сусідніх вузлах (Для тієї ж ситуації з навантаженням) Збільшення попиту в вузлі зменшує напругу в цьому вузлі та його сусідах). Ось чому, якщо я розміщую вдома величезну кількість сонячних батарей, у мене можуть виникнути проблеми напруги в моєму будинку та в будинках сусідів. Цю проблему можна усунути за допомогою правильного програмування інверторних програм, але в багатьох країнах щодо цього не існує регулювання, тому про ці проблеми люди не чули, але є дуже реальними.

Але чому напруга має бути в такій межі? Ну і ці обмеження є обмеженням безпеки, встановленими операторами мережі. Якщо напруга в розетках вашого будинку занадто висока, це може порушити електроенергію ваших пристроїв (телевізор ПК тощо), якщо напруга занадто низька, електронні пристрої можуть не працювати або навіть зламатися. Лампочка розжарювання яскравіше світиться на високій напрузі, а менше яскравіше - при меншій напрузі.

Скажіть, чи потрібно більше деталей. Санті.

У нас високі рівні напруги для транспортування енергії та низькі рівні волату, наприклад, 230 В для розподілу енергії. По мірі того, як сітка була побудована і в цей час найбільше часу, потужність переходить від високої до низької частини волатної мережі. Один тарформер розподіляє живлення на кілька будинків у селі чи містечку. При цій низькій напрузі немає N-1-saftey, є лише один трансформатор і багато будинків навколо нього. Оскільки струм переходить від високої до нижчої напруги, найвища напруга - у трансформатора. У максимум (будь-якого, що я знаю), у старих трансформаторів ця напруга є постійною. Для повного використання діапазону +/- 5% напруга на тангсформері становить приблизно + 4/5%. По дорозі до будинків напруга може знизитися до 10%, а з -5% все нормально. Якщо зараз багато Photovoltaik виробляє більше енергії, ніж споживається в цій області, живлення має перейти в сітку над трансформатором. Але все ж, струм тече до трансформатора, а це означає, що це точка з найнижчою, а не найвищою напругою. Тому напруга може бути дуже високим, і фотоелектричні вимикачі повинні вимкнутись (до високої напруги це може зашкодити будь-якому пристрою, що перешкоджає цій галузі). Використовуючи / встановлюючи регульовані трансформатори, цей випадок не створює жодних проблем, напругу на танг-трансформаторі просто потрібно відрегулювати, наприклад, до -4%. Але вони досить дорогі.

Я думаю, що ще одна хороша аналогія полягає в тому, що ви можете придумати велику електростанцію (базове навантаження), як автомобіль, який ведеться в гору на повному газі. Він досягне певної швидкості (частота сітки), і в цей момент він вимагатиме від вас тримати педаль до підлоги, щоб підтримувати цю швидкість нескінченно. Тепер, якщо пагорб почне вирівнюватися, і ви залишите ногу на підлозі, швидкість зросте, і вам потрібно буде зняти газ, щоб повернути швидкість назад. Це було б так, як збільшується частота мережі та зменшується вироблення електроенергії (пікові блоки вимикаються). З іншого боку, якщо пагорб стає крутішим (навантаження на сітку збільшується), машина сповільнюється (частота падає), але ви вже в повному обсязі. Єдине, що ви можете зробити зараз, щоб відновити швидкість, - це ще один поштовх автомобіля. Це було б найвищою одиницею, що виходить на лінію.