Elektrik şebekesi - Electrical grid

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Elektrik şebekelerinin genel yerleşimi. Elektrik hatlarının gerilimleri ve tasvirleri Almanya ve diğer Avrupa sistemleri için tipiktir.

Bir elektrik şebekesi için birbirine bağlı bir ağdır elektrik dağıtım üreticiden tüketiciye. Elektrik şebekelerinin boyutları değişiklik gösterir ve tüm ülkeleri veya kıtaları kapsayabilir. Bu oluşmaktadır:

Elektrik şebekeleri yaygın olmasına rağmen, 2016 itibariyle dünya çapında 1,4 milyar insan elektrik şebekesine bağlı değildi. Gibi elektrifikasyon arttıkça, ızgara elektriğe erişimi olan insanların sayısı artıyor. 2010'da 1,2 milyar olan yaklaşık 840 milyon insanın (çoğu Afrika'da) 2017'de şebeke elektriğine erişimi yoktu.

Elektrik şebekeleri, kötü niyetli izinsiz giriş veya saldırılara açık olabilir; bu nedenle elektrik şebekesi güvenliğine ihtiyaç vardır . Ayrıca elektrik şebekeleri bilgisayarları modernleştirip tanıttıkça, siber tehditler de bir güvenlik riski haline gelmeye başlar. Şebekeleri yönetmek için gereken daha karmaşık bilgisayar sistemleriyle ilgili özel endişeler.

Şebekeler neredeyse her zaman senkrondur, yani tüm dağıtım alanlarının tümü senkronize üç fazlı alternatif akım (AC) frekansları ile çalışır (böylece tepe noktaları neredeyse aynı anda meydana gelir). Bu, çok sayıda elektrik üreticisini ve tüketiciyi bağlayarak ve potansiyel olarak daha verimli elektrik pazarları ve yedek üretimi sağlayarak, alan boyunca AC gücünün iletilmesine izin verir.

Birleşik iletim ve dağıtım ağı, Kuzey Amerika'da " elektrik şebekesi " veya sadece " şebeke " olarak bilinen elektrik dağıtımının bir parçasıdır . In Birleşik Krallık , Hindistan , Tanzanya , Myanmar , Malezya ve Yeni Zelanda , ağ National Grid olarak bilinir.

Tarih

Erken elektrik enerjisi, bu enerjiyi gerektiren cihaz veya hizmetin yakınında üretildi. 1880'lerde elektrik, buhar, hidrolik ve özellikle kömür gazı ile rekabet ediyordu . Kömür gazı ilk olarak müşterinin tesislerinde üretildi, ancak daha sonra ölçek ekonomisinden yararlanan gazlaştırma tesislerine dönüştü . Sanayileşmiş dünyada, şehirler aydınlatma için kullanılan borulu gaz ağlarına sahipti. Ancak gaz lambaları zayıf ışık üretti, ısıyı boşa harcadı, odaları sıcak ve dumanlı yaptı ve hidrojen ve karbon monoksit açığa çıkardı . Ayrıca yangın tehlikesi de oluşturdular. 1880'lerde elektrikli aydınlatma kısa sürede gazlı aydınlatmaya kıyasla avantajlı hale geldi.

Elektrik hizmeti şirketleri , ölçek ekonomilerinden yararlanmak için merkezi istasyonlar kurdular ve merkezi enerji üretimi, dağıtımı ve sistem yönetimine geçti. Sonra akımların savaş lehinde yerleşmiş oldu AC gücüyle uzun mesafeli enerji aktarımı ile, bu denge yüküne istasyonları birbirine ve yük faktörleri geliştirmek mümkün olmuştur. Tarihsel olarak, iletim ve dağıtım hatları aynı şirkete aitti, ancak 1990'lardan başlayarak birçok ülke , elektrik iletim işinin dağıtım işinden ayrılmasına yol açacak şekilde elektrik piyasasının düzenlemesini serbestleştirdi .

Birleşik Krallık'ta, Merz & McLellan danışmanlık ortaklığından Charles Merz , 1901'de Newcastle upon Tyne yakınlarında Neptune Bank Power Station'ı inşa etti ve 1912'de Avrupa'nın en büyük entegre güç sistemi haline geldi. Merz, Parlamento Komitesi'nin başına atandı ve bulguları, 1918 tarihli Williamson Raporu'na yol açtı ve bu da 1919 Elektrik Tedarik Yasa Tasarısını oluşturdu. Tasarı, entegre bir elektrik sistemine doğru ilk adımdı. 1926 Elektrik (Tedarik) Yasası, Ulusal Şebekenin kurulmasına yol açtı. Merkez Elektrik Panosu ülkenin elektrik arz standardize ve 132 kilovolt ve 50 çalışan, ilk senkronize AC ızgara kurdu Hertz . Bu , 1938'de ulusal bir sistem olan National Grid olarak çalışmaya başladı .

1920'lerde Amerika Birleşik Devletleri'nde, kamu hizmetleri, en yüksek yük kapsamını ve yedek gücü paylaşmak için ortak operasyonlar oluşturdu. 1934 yılında, Kamu Hizmeti Holding Şirket Yasası'nın (ABD) kabul edilmesiyle, elektrik hizmetleri , önemli kamu malları olarak kabul edildi ve faaliyetlerinin sınırlamaları ve düzenleyici gözetimi verildi. 1992 Enerji Politikası Yasası gerekli iletim hattı sahipleri elektrik nesil şirketlere kendi ağına açık erişime izin ve elektrik sanayi güç üretiminde rekabet yaratmak için bir çaba işletilen nasıl bir yapılanma yol açtı. Artık elektrik tesisleri, üretim, iletim ve dağıtımın tek bir şirket tarafından yürütüldüğü dikey tekeller olarak inşa edilmemişti. Şimdi, yüksek gerilim iletimine adil erişim sağlamak için üç aşama çeşitli şirketler arasında bölünebilir. 2005 Enerji Politikası Yasası izin teşvikler ve alternatif enerji üretimi için kredi garantileri ve kaçınılması yenilikçi teknolojilerin ilerletmek sera emisyonlarını .

Fransa'da, elektrifikasyon 700 ile, 1900'lerde başlayan komün Paris 1907 yılında 12 kV, 150 kV 1923 yılında Pyrénées ve son olarak neredeyse: 1919 yılında, ve aynı zamanda 1938 yılında 36.528, yakınlardaki ağları birbirine bağlamak başladı tüm ülke 1938'de 220 kV ile birbirine bağlandı. 1946'da, şebeke dünyanın en yoğun olanıdır. O yıl o devlet, özel şirketleri Électricité de France olarak birleştirerek endüstriyi kamulaştırdı . Frekans 50 Hz'de standardize edildi ve 225 kV ağ 110 ve 120'nin yerini aldı. 1956'dan itibaren, servis voltajı önceki 127/220 V'nin yerini alarak 220/380 V'de standardize edildi. 1970'lerde, 400 kV ağ, yeni Avrupa standardı uygulandı.

Çin'de elektrifikasyon 1950'lerde başladı. Ağustos 1961'de Baocheng Demiryolunun Baoji-Fengzhou bölümünün elektrifikasyonu tamamlandı ve operasyon için teslim edildi ve Çin'in ilk elektrikli demiryolu oldu . 1958'den 1998'e kadar Çin'in elektrikli demiryolu 6.200 mile (10.000 kilometre) ulaştı. 2017 yılı sonu itibarıyla bu sayı 54.000 mile (87.000 kilometre) ulaşmıştır. Çin'in mevcut demiryolu elektrifikasyon sisteminde , State Grid Corporation of China önemli bir enerji tedarikçisidir. 2019 yılında, Jingtong Demiryolu , Haoji Demiryolu , Zhengzhou-Wanzhou yüksek hızlı demiryolu gibi faaliyet alanlarında Çin'in önemli elektrikli demiryollarının enerji tedarik projesini tamamlayarak 110 traksiyon istasyonu için güç kaynağı garantisi sağladı ve kümülatif enerji hattı yapım uzunluğu 6.586 kilometreye ulaştı.

Bileşenler

Nesil

Elektrik güç sistemi şeması, kırmızı üretim sistemi

Elektrik üretimi, tipik olarak elektrik santrallerinde birincil enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretme sürecidir . Genellikle bu yapılır elektromekanik jeneratör tarafından tahrik ısı motorları veya kinetik enerjiye su veya rüzgar. Diğer enerji kaynakları arasında güneş fotovoltaikleri ve jeotermal enerji bulunur .

Şebekedeki jeneratörlerin güç çıktılarının toplamı, tipik olarak gigawatt (GW) cinsinden ölçülen şebeke üretimidir .

Bulaşma

500 kV Üç fazlı elektrik enerjisi İletim Hatları Grand Coulee Barajı ; dört devre gösterilmiştir; sağdaki ağaçlar tarafından iki ek devre daha karartılmıştır; Barajın 7079 MW'lık üretim kapasitesinin tamamı bu altı devre tarafından karşılanmaktadır.

Elektrik enerjisi iletimi, elektrik enerjisinin bir üretim sahasından, birbirine bağlı hatlardan oluşan bir ağ yoluyla , dağıtım sistemine bağlı bir elektrik trafo merkezine toplu hareketidir . Bu ağ bağlantılı bağlantı sistemi, yüksek gerilim trafo merkezleri ve müşteriler arasındaki yerel kablolamadan farklıdır.

Güç genellikle tüketildiği yerden uzakta üretildiğinden, iletim sistemi büyük mesafeleri kapsayabilir. Belirli bir güç miktarı için, iletim verimliliği daha yüksek voltajlarda ve daha düşük amperajlarda daha yüksektir. Bu nedenle, üretim istasyonunda voltajlar yükseltilir, müşterilere dağıtım için yerel trafo merkezlerinde indirilir.

Çoğu iletim üç fazlıdır . Tek faza kıyasla üç faz, nötr ve topraklama kabloları paylaşıldığından, belirli bir miktarda kablo için çok daha fazla güç sağlayabilir. Ayrıca, üç fazlı jeneratörler ve motorlar, tek fazlı muadillerinden daha verimlidir.

Bununla birlikte, geleneksel iletkenler için ana kayıplardan biri, akıma ilişkin kare bir yasa olan ve mesafeye bağlı olan dirençli kayıplardır. Yüksek voltajlı AC iletim hatları her yüz milde% 1-4 kaybedebilir. Bununla birlikte, yüksek voltajlı doğru akım , AC kayıplarının yarısına sahip olabilir. Çok uzun mesafelerde, bu verimlilikler, her bir uçta gerekli AC / DC dönüştürücü istasyonlarının ek maliyetini karşılayabilir.

Farklı voltaj seviyeleri arasındaki ara bağlantıyı gösteren bir yüksek voltaj iletim sisteminin ağ diyagramı. Bu diyagram, ağın fiziksel coğrafyasından ziyade elektrik yapısını göstermektedir.

İletim ağları, fazlalık yollarla karmaşıktır. Fiziksel yerleşim, genellikle hangi arazinin mevcut olduğu ve jeolojisi tarafından zorlanır. Çoğu iletim şebekesi, daha karmaşık örgü ağların sağladığı güvenilirliği sunar. Yedeklilik, hat arızalarının oluşmasına izin verir ve onarımlar yapılırken güç kolayca yeniden yönlendirilir.

Trafo merkezleri

Trafo merkezleri birçok farklı işlevi yerine getirebilir, ancak genellikle voltajı düşükten yükseğe (yükseltme) ve yüksekten alçağa (azaltma) dönüştürür. Jeneratör ve son tüketici arasında voltaj birkaç kez dönüştürülebilir.

İşleve göre üç ana trafo merkezi türü şunlardır:

  • Yükseltici trafo merkezi: Bunlar, jeneratörlerden ve enerji santrallerinden gelen gerilimi daha yüksek bir gerilime dönüştürür, böylece uzun mesafelere daha verimli bir şekilde iletilebilir.
  • Azaltılmış trafo merkezi: Bunlar, iletim hatlarından gelen gerilimi endüstride kullanılabilen veya bir dağıtım trafo merkezine gönderilebilen daha düşük bir gerilime dönüştürür.
  • Dağıtım trafo merkezi: Bunlar, son kullanıcılara dağıtım için gerilimi tekrar düşürür.

Transformatörlerin yanı sıra, trafo merkezlerinin diğer ana bileşenleri veya işlevleri şunları içerir:

  • Devre kesiciler : Bir devreyi otomatik olarak kesmek ve sistemdeki bir arızayı izole etmek için kullanılır.
  • Anahtarlar : elektrik akışını kontrol etmek ve ekipmanı izole etmek için.
  • Trafo merkezi barası : tipik olarak akımın her fazı için bir tane olmak üzere üç iletkenden oluşan bir set. Trafo merkezi otobüslerin etrafında düzenlenir ve gelen hatlara, transformatörlere, koruma ekipmanlarına, anahtarlara ve giden hatlara bağlanır.
  • Yıldırım arestörleri
  • Güç faktörü düzeltmesi için kondansatörler

Elektrik enerjisi dağıtımı

Dağıtım, gücün dağıtımının son aşamasıdır; elektriği iletim sisteminden bireysel tüketicilere taşır. Trafo merkezleri iletim sistemine bağlanır ve iletim voltajını orta voltaja düşürür. kV ve 35 kV . Birincil dağıtım hatları, bu orta gerilim gücünü müşterinin tesislerinin yakınında bulunan dağıtım transformatörlerine taşır . Dağıtım transformatörleri gerilimi tekrar kullanım gerilimine düşürür . Çok daha büyük miktarda güç talep eden müşteriler, doğrudan birincil dağıtım seviyesine veya alt iletim seviyesine bağlanabilir .

Dağıtım ağları, radyal veya ağ olmak üzere iki türe ayrılır.

Kuzey Amerika'nın şehir ve kasabalarında ızgara, klasik radyal beslemeli tasarımı takip etme eğilimindedir . Bir trafo merkezi gücünü iletim ağından alır, güç bir trafo ile kesilir ve besleyicilerin kırsal alanda her yöne yayıldığı bir veri yoluna gönderilir . Bu besleyiciler üç fazlı güç taşır ve trafo merkezinin yakınındaki ana caddeleri takip etme eğilimindedir. Trafo merkezine olan mesafe arttıkça, besleyiciler tarafından kaçırılan alanları kapsayacak şekilde daha küçük yanallar yayıldığı için serpme devam eder. Bu ağaç benzeri yapı, trafo merkezinden dışarı doğru büyür, ancak güvenilirlik nedenleriyle, genellikle yakındaki bir trafo merkezine en az bir kullanılmayan yedek bağlantı içerir. Bu bağlantı acil bir durumda etkinleştirilebilir, böylece bir trafo merkezinin hizmet bölgesinin bir kısmı alternatif olarak başka bir trafo merkezi tarafından beslenebilir.

İşlevsellikler

Sıklık

Senkronize bir şebekede, tüm jeneratörler aynı frekansta çalışmalı ve birbirleriyle ve şebekeyle neredeyse aynı fazda kalmalıdır. Dönen jeneratörler için yerel bir yönetici , yükleme değiştikçe sabit hızı koruyarak tahrik torkunu düzenler. Sarkma hızı kontrolü , birden fazla paralel jeneratörün, yük değişikliklerini derecelendirmeleriyle orantılı olarak paylaşmasını sağlar. Üretim ve tüketim tüm şebekede dengelenmelidir, çünkü enerji üretildikçe tüketilir. Enerji, jeneratörlerin dönme kinetik enerjisi tarafından kısa vadede depolanır.

Nominal sistem frekansından küçük sapmalar, bireysel jeneratörlerin düzenlenmesinde ve bir bütün olarak şebekenin dengesinin değerlendirilmesinde çok önemlidir. Şebeke ağır bir şekilde yüklendiğinde, frekans yavaşlar ve yöneticiler jeneratörlerini daha fazla güç çıkacak şekilde ayarlar ( düşüş hızı kontrolü ). Şebeke hafif yüklendiğinde şebeke frekansı nominal frekansın üzerinde çalışır ve bu, ağdaki Otomatik Üretim Kontrol sistemleri tarafından jeneratörlerin çıktılarını azaltması gerektiğinin bir göstergesi olarak alınır .

Ek olarak, bölgesel ağ akışlarını ve şebekenin çalışma frekansını daha da ayarlamak için AGC sistemlerinin parametrelerini bir dakika veya daha uzun zaman ölçeklerinde değiştirebilen genellikle merkezi kontrol vardır. Zaman tutma amacıyla, nominal frekansın kısa vadede değişmesine izin verilecek, ancak hatla çalışan saatlerin 24 saatlik bir süre boyunca önemli ölçüde zaman kazanmasını veya kaybetmesini önlemek için ayarlanacaktır.

Bir senkron şebekenin tamamı aynı frekansta çalışır, komşu şebekeler aynı nominal frekansta çalışsalar bile senkronize edilmezler. Yüksek gerilim doğru akım hatları veya değişken frekans transformatörleri , birbirleriyle senkronize olmayan iki alternatif akım ara bağlantı şebekesini bağlamak için kullanılabilir. Bu, daha geniş bir alanı senkronize etmeye gerek kalmadan ara bağlantı faydasını sağlar. Örneğin, Avrupa'nın geniş alan senkron ızgara haritasını HVDC hatlarının haritası ile karşılaştırın.

Voltaj

Şebekeler, müşterilerine büyük ölçüde sabit voltajlarda elektrik sağlamak için tasarlanmıştır. Bunun, değişen talep, değişken reaktif yükler ve hatta doğrusal olmayan yükler ile, jeneratörler tarafından sağlanan elektrik ve tamamen güvenilir olmayan dağıtım ve iletim ekipmanı ile başarılması gerekir . Genellikle şebekeler , voltajı ayarlamak ve spesifikasyon dahilinde tutmak için tüketicilere yakın transformatörlerde kademe değiştiriciler kullanır .

Talep

Bir elektrik şebekesine olan talep veya yük, şebekenin kullanıcıları tarafından kaldırılan toplam elektrik gücüdür.

Talebin zaman içindeki grafiğine talep eğrisi denir .

Temel yük, belirli bir süre boyunca şebeke üzerindeki minimum yüktür, en yüksek talep maksimum yüktür. Tarihsel olarak, temel yük genellikle çalıştırması nispeten ucuz olan ve bir seferde haftalarca veya aylarca sürekli çalışan ekipmanla karşılanıyordu, ancak küresel olarak bu daha az yaygın hale geliyor. Fazladan azami talep gereksinimleri bazen hızlı bir şekilde çevrimiçi olacak şekilde optimize edilmiş jeneratörler olan pahalı zirve yapan tesisler tarafından üretilir, ancak bunlar da daha az yaygın hale gelmektedir.

Kapasite ve firma kapasitesi

Bir elektrik şebekesine bağlı jeneratörlerin maksimum güç çıkışlarının ( isim plakası kapasitesi ) toplamı, şebekenin kapasitesi olarak düşünülebilir.

Ancak pratikte asla aynı anda tükenmezler. Tipik olarak, bazı jeneratörler, talepteki değişikliklerin yanı sıra arızaların üstesinden gelmek için daha düşük çıkış güçlerinde ( eğirme rezervi ) çalışır durumda tutulur . Buna ek olarak, jeneratörler, enerji girdilerinin (yakıt, su, rüzgar, güneş vb.) Veya kirlilik kısıtlamalarının mevcudiyeti gibi bakım veya diğer nedenlerle çevrimdışı olabilir.

Firma kapasitesi , belirli bir süre boyunca hemen kullanılabilen bir şebeke üzerindeki maksimum güç çıkışıdır ve çok daha kullanışlı bir rakamdır.

Başarısızlık işleme

Arızalar genellikle, müşteriler için üretim kapasitesi kaybına veya aşırı talebe yol açan arızalar nedeniyle devre kesicileri tetikleyen jeneratörler veya enerji nakil hatlarıyla ilişkilidir. Bu genellikle frekansın azalmasına neden olur ve kalan jeneratörler tepki verir ve birlikte minimumun üzerinde stabilize olmaya çalışır. Bu mümkün değilse, bir dizi senaryo ortaya çıkabilir.

Şebekenin bir bölümündeki büyük bir arıza - hızlı bir şekilde telafi edilmedikçe - akımın kendisini kalan jeneratörlerden yetersiz kapasiteye sahip iletim hatları üzerinden tüketicilere yeniden yönlendirmesine neden olarak daha fazla arızaya neden olabilir. Yaygın olarak birbirine bağlı bir şebekenin bir dezavantajı, bu nedenle kademeli arıza ve yaygın elektrik kesintisi olasılığıdır . Merkezi bir otorite genellikle iletişimi kolaylaştırmak ve istikrarlı bir şebekeyi sürdürmek için protokoller geliştirmek üzere atanır. Örneğin, North American Electric Reliability Corporation , 2006 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde bağlayıcı güçler kazanmıştır ve Kanada ve Meksika'nın ilgili bölgelerinde danışma yetkilerine sahiptir. ABD hükümeti, iletim darboğazlarının geliştiğine inandığı Ulusal Çıkar Elektrik İletim Koridorlarını da belirledi .

Brownout

Yakın bir BROWNOUT Tokyo Kulesi de Tokyo , Japonya

Elektrik kesintisi , bir elektrik güç kaynağı sisteminde kasıtlı veya kasıtsız bir voltaj düşüşüdür . Acil bir durumda yükü azaltmak için kasıtlı kesintiler kullanılır. Azaltma, kısa süreli voltaj düşüşünün (veya düşüşünün) aksine dakikalar veya saatler sürer . Karartma terimi, voltaj düştüğünde akkor aydınlatmanın yaşadığı karartmadan gelir. Bir gerilim azaltma , bir elektrik şebekesine bozulması bir etkisi olabilir, ya da zaman zaman yükü azaltmak ve önlemek için bir çaba empoze edilebilir elektrik kesintisi olarak ta bilinen, karartma .

Karartma

Bir elektrik kesintisi (aynı zamanda adı verilen elektrik kesintisi , bir güç üzerinden , bir elektrik kesintisi , elektrik kesintisi ya da kesinti belirli bir alana bir elektrik güç kaybı).

Elektrik kesintilerine, güç istasyonlarındaki arızalar, elektrik iletim hatlarında, trafo merkezlerinde veya dağıtım sisteminin diğer bölümlerinde meydana gelen hasar , kısa devre , kademeli arıza , sigorta veya devre kesicinin çalışması ve insan hatası neden olabilir.

Elektrik kesintileri, özellikle çevre ve kamu güvenliğinin risk altında olduğu yerlerde kritiktir. Gibi kurumlar hastaneler , kanalizasyon arıtma tesisleri, maden ocaklarında , barınaklar ve benzeri gibi genellikle yedek güç kaynaklarına sahip olacağını bekleme jeneratörler elektrik gücü kaybolduğunda otomatik olarak başlayacaktır. Telekomünikasyon gibi diğer kritik sistemlerin de acil durum gücüne sahip olması gerekir. Pillerin bir telefon santralının genellikle, diziler kurşun- asit akümülatörleri yedekleme ve kesintisi uzun süreler boyunca bir jeneratör bağlamak için bir yuva.

Yük atma

Elektrik üretim ve iletim sistemleri, belirli bir bölgedeki tüm kamu hizmeti müşterilerinin ihtiyaç duyduğu en yüksek elektrik miktarı olan en yüksek talep gereksinimlerini her zaman karşılamayabilir . Bu durumlarda, elektrik kesintileri (yaygın kesintiler) veya ekipman hasarı gibi kontrolsüz servis kesintilerini önlemek için, bazı cihazlara servis kapatarak veya besleme voltajını ( kesintiler ) keserek genel talebin azaltılması gerekir . Kamu, hedeflenen kesintileri yoluyla hizmet alanlarına dökülme yükü getirebilir kesintileri haddeleme veya sistem çapında pik talep zamanlarda ekipman kapatmak için spesifik yüksek kullanım endüstriyel tüketiciler ile anlaşmalara.

Siyah başlangıç

Sadece birkaç ofis binası penceresinin aydınlatıldığı alacakaranlıkta şehir silüeti
Toronto , üretim istasyonlarının karartılmasını gerektiren 2003 Kuzeydoğu karartması sırasında .

Bir toparlanması bir elektrik güç istasyonu veya bir bir kısmını geri işlemidir elektrikli ızgara dış dayanmadan operasyona elektrik iletim ağı , toplam veya kısmi kapatma kurtarılır.

Normalde santral bünyesinde kullanılan elektrik enerjisi istasyonun kendi jeneratörlerinden sağlanmaktadır. Santralin tüm ana jeneratörlerinin kapatılması durumunda santralin iletim hattı üzerinden şebekeden enerji çekilerek istasyon servis gücü sağlanır. Bununla birlikte, geniş alan kesintisi sırasında, şebekeden saha dışı güç sağlanamaz. Izgara güç yokluğunda, bir sözde toparlanması için yapılması gereken bootstrap devreye elektrik şebekesi.

Siyah bir başlangıç ​​sağlamak için, bazı güç istasyonlarında , normal olarak siyah başlangıç ​​dizel jeneratörü (BSDG) adı verilen küçük dizel jeneratörleri vardır ve bunlar daha büyük jeneratörleri (birkaç megavat kapasiteli) çalıştırmak için kullanılabilir ve bu da ana motoru başlatmak için kullanılabilir. güç istasyonu jeneratörleri. Buhar türbinlerini kullanan üretim tesisleri, kazan besleme suyu pompaları , kazan zorunlu çekişli yanma havası üfleyicileri ve yakıt hazırlama için kapasitelerinin% 10'una kadar istasyon servis gücü gerektirir . Her istasyonda böylesine büyük bir bekleme kapasitesi sağlamak ekonomik değildir, bu nedenle, başka bir istasyondan belirlenmiş bağlantı hatları üzerinden siyah başlatma gücü sağlanmalıdır. Genellikle hidroelektrik santraller, şebeke ara bağlantılarını eski haline getirmek için kara başlangıç ​​kaynakları olarak belirlenir. Bir hidroelektrik istasyonu başlatmak için çok az başlangıç ​​gücüne ihtiyaç duyar (giriş kapılarını açmaya ve jeneratör alan bobinlerine uyarma akımı sağlamaya yetecek kadar) ve fosil yakıtın başlamasına izin vermek için çok hızlı bir şekilde büyük bir güç bloğunu devreye sokabilir. veya nükleer istasyonlar. Belirli tipte yanma türbini , siyah başlatma için yapılandırılabilir ve uygun hidroelektrik santralleri olmayan yerlerde başka bir seçenek sunar. 2017'de Güney Kaliforniya'daki bir şirket, boş bir durumda bir kombine çevrim gaz türbini ateşleyerek, siyah bir başlangıç ​​sağlamak için bir batarya enerji depolama sisteminin kullanımını başarıyla gösterdi.

Ölçek

Mikro şebeke

Bir mikro şebeke, genellikle bölgesel geniş alan eşzamanlı şebekenin bir parçası olan ancak bağlantısını kesip otonom olarak çalışabilen yerel bir şebekedir. Bunu, ana şebekenin kesintilerden etkilendiği zamanlarda yapabilir. Bu adalaşma olarak bilinir ve kendi kaynakları ile sonsuza kadar sürebilir .

Daha büyük şebekelerle karşılaştırıldığında, mikro şebekeler tipik olarak daha düşük voltajlı bir dağıtım ağı ve dağıtılmış jeneratörler kullanır. Mikro şebekeler yalnızca daha esnek olmakla kalmaz, aynı zamanda izole alanlarda uygulanması daha ucuz olabilir.

Bir tasarım hedefi, yerel bir alanın kullandığı tüm enerjiyi üretmesidir.

Örnek uygulamalar şunları içerir:

  • Hacca ve Lahj , Yemen: topluluğa ait mikro güneş enerjisi şebekeleri .
  • Île d'Yeu pilot programı: Beş evde 23,7 kW pik kapasiteye sahip altmış dört güneş paneli ve 15 kWh depolama kapasitesine sahip bir pil.
  • Les Anglais , Haiti: enerji hırsızlığı tespitini içerir.
  • Mpeketoni , Kenya: topluluk temelli dizel motorlu bir mikro şebeke sistemi.
  • Stone Edge Farm Şaraphanesi: Kaliforniya , Sonoma'da mikro türbin, yakıt hücresi, çoklu pil, hidrojen elektrolizörü ve PV destekli şaraphane .

Geniş alan eşzamanlı ızgara

Bir geniş alan senkron ızgara da Kuzey Amerika'da bir "ara bağlantı" olarak bilinen, doğrudan aynı göreli AC güç üreten birçok jeneratörler bağlayan frekansa birçok tüketicilere. Örneğin, Kuzey Amerika'da dört ana ara bağlantı vardır ( Batı Ara Bağlantısı , Doğu Bağlantısı , Quebec Arabağlantısı ve Teksas Arabağlantısı ). Avrupa'da büyük bir şebeke kıta Avrupa'sının çoğunu birbirine bağlar .

Bir geniş alan senkron ızgara (aynı zamanda Kuzey Amerika'da bir "bağlantı" olarak adlandırılır), bir senkronize frekansta çalışır ve elektrik olarak normal sistem şartlarında birbirine bağlı bir bölge ölçekte veya daha fazlası bir elektrik ızgaradır. Bunlar aynı zamanda senkron bölgeler olarak da bilinir; bunların en büyüğü 667 gigawatt (GW) üretimiyle Kıta Avrupası'nın (ENTSO-E)  senkron şebekesidir ve en geniş bölge, hizmet veren IPS / UPS sisteminin ülkelerine hizmet veren bölgedir . Eski Sovyetler Birliği. Geniş kapasiteye sahip senkron şebekeler, geniş alanlarda elektrik piyasası ticaretini kolaylaştırır . 2008'deki ENTSO-E'de, Avrupa Enerji Borsası'nda (EEX) günde 350.000 megawatt saatin üzerinde satıldı .

Kuzey Amerika'daki ara bağlantıların her biri nominal 60 Hz'de çalıştırılırken, Avrupa'dakiler 50 Hz'de çalışır. Aynı frekans ve standartlara sahip komşu ara bağlantılar, daha büyük bir ara bağlantı oluşturmak için senkronize edilebilir ve doğrudan bağlanabilir veya yüksek voltajlı doğru akım güç iletim hatları ( DC bağları ) veya değişken frekans transformatörleri (VFT'ler) aracılığıyla senkronizasyon olmadan gücü paylaşabilirler. , kontrollü bir enerji akışına izin verirken aynı zamanda her bir tarafın bağımsız AC frekanslarını işlevsel olarak izole eder.

Eşzamanlı bölgelerin faydaları arasında, üretimin havuzda toplanması, daha düşük üretim maliyetleri; önemli dengeleme etkileri ile sonuçlanan yükün havuzlanması; daha ucuz birincil ve ikincil yedek enerji maliyetleri ile sonuçlanan ortak rezerv tedariki; piyasanın açılması, uzun vadeli sözleşmeler ve kısa vadeli elektrik borsaları olasılığını doğurur; ve rahatsızlık durumunda karşılıklı yardım.

Geniş alanlı eşzamanlı bir şebekenin bir dezavantajı, bir parçadaki problemlerin tüm şebeke boyunca yansımaları olabilmesidir. Örneğin, 2018'de Kosova , Sırbistan ile yaşanan bir anlaşmazlık nedeniyle ürettiğinden daha fazla güç kullandı ve bu da Kıta Avrupası'nın tüm senkronize şebekesinin olması gerekenin gerisinde kalmasına yol açtı . Frekans 49.996 Hz'e düştü. Bu, belirli saat türlerinin altı dakika yavaşlamasına neden oldu.

Süper ızgara

Kuzey Afrika, Orta Doğu ve Avrupa'daki yenilenebilir kaynakları birbirine bağlayan bir süper şebekenin kavramsal bir planı. ( ÇÖL )

Bir süper şebeke veya süper şebeke , büyük mesafeler arasında yüksek hacimli elektrik ticaretini mümkün kılmayı amaçlayan geniş alanlı bir iletim ağıdır. Bazen mega ızgara olarak da adlandırılır . Süper şebekeler, rüzgar enerjisi ve güneş enerjisindeki yerel dalgalanmaları yumuşatarak küresel bir enerji geçişini destekleyebilir . Bu bağlamda, küresel ısınmayı azaltmak için anahtar bir teknoloji olarak görülüyorlar . Süper şebekeler, elektriği uzun mesafelere iletmek için tipik olarak Yüksek voltajlı doğru akım (HVDC) kullanır. En yeni nesil HVDC güç hatları, 1000 km'de yalnızca% 1,6 kayıpla enerji iletebilir.

Bölgeler arasındaki elektrik hizmetleri, iyileştirilmiş ekonomi ve güvenilirlik için birçok kez birbirine bağlıdır. Elektrikli ara konektörler, ölçek ekonomisine olanak tanıyarak enerjinin büyük, verimli kaynaklardan satın alınmasına olanak tanır. Kamu hizmetleri, sürekli, güvenilir güç sağlamak ve yüklerini çeşitlendirmek için farklı bir bölgedeki jeneratör rezervlerinden güç çekebilir. Ara bağlantı, bölgelerin farklı kaynaklardan güç alarak ucuz toplu enerjiye erişmesine de olanak tanır. Örneğin, bir bölge yüksek su mevsimlerinde ucuz hidroelektrik üretiyor olabilir, ancak suların az olduğu mevsimlerde başka bir alan rüzgar yoluyla daha ucuz enerji üretiyor olabilir ve bu da her iki bölgenin de yılın farklı zamanlarında birbirinden daha ucuz enerji kaynaklarına erişmesine olanak tanıyor olabilir. Komşu yardımcı programlar ayrıca başkalarının genel sistem frekansını korumasına ve ayrıca hizmet bölgeleri arasındaki bağlantı aktarımlarının yönetilmesine yardımcı olur.

Bir şebekenin Elektrik Ara Bağlantı Seviyesi (EIL), toplam ara bağlantı gücünün şebekeye oranı, şebekenin kurulu üretim kapasitesine bölünmesiyle elde edilir. AB içinde, 2020'ye kadar% 10'a ve 2030'a kadar% 15'e ulaşan bir ulusal şebeke hedefi belirledi.

Eğilimler

Talep yanıtı

Talep yanıtı , perakende veya toptan satış müşterilerinin yüklerini azaltmak için elektronik veya manuel olarak talep edildiği veya teşvik edildiği bir şebeke yönetimi tekniğidir. Şu anda, iletim şebekesi operatörleri, endüstriyel tesisler gibi büyük enerji kullanıcılarından yük azaltma talep etmek için talep yanıtını kullanıyor. Akıllı ölçüm gibi teknolojiler, değişken fiyatlandırmaya izin vererek müşterileri elektriğin bol olduğu durumlarda güç kullanmaya teşvik edebilir.

Yaşlanma altyapısı

Elektrik şebekesinin yeni kurumsal düzenlemelerine ve ağ tasarımlarına rağmen, güç dağıtım altyapıları gelişmiş dünyada yaşlanıyor. Elektrik şebekesinin mevcut durumuna katkıda bulunan faktörler ve sonuçları şunları içerir:

  • Yaşlanma ekipmanı - eski ekipmanın daha yüksek arıza oranları vardır , bu da ekonomiyi ve toplumu etkileyen müşteri kesinti oranlarına yol açar; ayrıca, eski varlıklar ve tesisler daha yüksek denetim bakım maliyetlerine ve daha fazla onarım ve yenileme maliyetlerine yol açar .
  • Eski sistem yerleşimi - eski alanlar , mevcut alanda elde edilemeyen ve mevcut, yetersiz tesisleri kullanmaya zorlanan ciddi ek trafo merkezleri ve geçiş hakları gerektirir .
  • Eski mühendislik - güç dağıtım planlaması ve mühendisliği için geleneksel araçlar , eski ekipmanların, eski sistem düzenlerinin ve modern düzensiz yükleme seviyelerinin mevcut sorunlarının ele alınmasında etkisizdir.
  • Eski kültürel değer - planlama , mühendislik , dikey olarak entegre endüstride işe yarayan kavramları ve prosedürleri kullanarak sistemin işletimi, düzensiz bir endüstri altında sorunu daha da kötüleştiriyor.

Dağıtılmış nesil

Serbest piyasa ekonomisinde ortaya çıkan her şey birbirine bağlı ve açık rekabetle birlikte , dağıtılmış üretime (DG) izin vermek ve hatta bunu teşvik etmek mantıklı olmaya başlar. Genellikle elektrik şirketine ait olmayan daha küçük jeneratörler, güç ihtiyacının karşılanmasına yardımcı olmak için çevrimiçi duruma getirilebilir. Daha küçük üretim tesisi, güneş paneli veya rüzgar türbininden fazla güç alan bir ev sahibi olabilir. Dizel jeneratörü olan küçük bir ofis olabilir. Bu kaynaklar, elektrik dağıtım şirketinin emriyle veya elektrik satma çabasıyla üretimin sahibi tarafından çevrim içi hale getirilebilir. Pek çok küçük üreticinin elektriği satın almak için ödeyecekleri fiyatla şebekeye geri satmasına izin verilir.

21. yüzyıl ilerledikçe, elektrik hizmetleri endüstrisi artan enerji talebini karşılamak için yeni yaklaşımlardan yararlanmaya çalışıyor. Kamu hizmetleri, klasik topolojilerini dağıtılmış üretime uyum sağlayacak şekilde geliştirme baskısı altındadır. Çatıdaki güneş ve rüzgar jeneratörlerinden üretim daha yaygın hale geldikçe, dağıtım ve iletim şebekeleri arasındaki farklar bulanıklaşmaya devam edecek. Temmuz 2017'de Mercedes-Benz'in CEO'su , enerji endüstrisinin diğer sektörlerden şirketlerle daha iyi çalışması gerektiğini ve müşterilere istediklerini vermek için merkezi ve dağıtılmış enerji kaynaklarını (DER) entegre ederek bir "toplam ekosistem" oluşturması gerektiğini söyledi. Elektrik şebekesi başlangıçta, elektriğin güç sağlayıcılarından tüketicilere akması için inşa edildi. Bununla birlikte, DER'in piyasaya sürülmesiyle, elektrik şebekesinde gücün her iki yönde akması gerekiyor, çünkü müşteriler güneş panelleri gibi güç kaynaklarına sahip olabilir.

Akıllı ızgara

Akıllı şebeke iki yönlü iletişimi ve dağıtılmış olarak adlandırılan akıllı aygıtlar kullanılarak 20. yüzyıl elektrik şebekesine bir donanım, olacaktır. İki yönlü elektrik ve bilgi akışı dağıtım ağını iyileştirebilir. Araştırma, temel olarak akıllı bir şebekenin üç sistemine odaklanır - altyapı sistemi, yönetim sistemi ve koruma sistemi.

Altyapı sistemi, aşağıdakileri destekleyen akıllı şebekenin altında yatan enerji, bilgi ve iletişim altyapısıdır:

  • Gelişmiş elektrik üretimi, dağıtımı ve tüketimi
  • Gelişmiş bilgi ölçümü, izleme ve yönetimi
  • Gelişmiş iletişim teknolojileri

Akıllı bir şebeke, enerji endüstrisinin sistemin parçalarını zaman ve mekanda daha yüksek çözünürlükte gözlemlemesine ve kontrol etmesine izin verecektir. Akıllı şebekenin amaçlarından biri, operasyonu olabildiğince verimli hale getirmek için gerçek zamanlı bilgi alışverişidir. Mikrosaniye ölçeğindeki yüksek frekanslı anahtarlama cihazlarından, dakika ölçeğinde rüzgar ve güneş enerjisi çıktı değişikliklerine, on yıllık bir ölçekte güç üretiminin ürettiği karbon emisyonlarının gelecekteki etkilerine kadar tüm zaman ölçeklerinde şebekenin yönetimine izin verecektir.

Yönetim sistemi, akıllı şebekede gelişmiş yönetim ve kontrol hizmetleri sağlayan alt sistemdir. Mevcut çalışmaların çoğu, optimizasyon , makine öğrenimi ve oyun teorisini kullanarak altyapıya dayalı olarak enerji verimliliğini, talep profilini, faydayı, maliyeti ve emisyonu iyileştirmeyi amaçlamaktadır . Akıllı şebekenin gelişmiş altyapı çerçevesi içinde, giderek daha fazla yeni yönetim hizmeti ve uygulamasının ortaya çıkması ve sonunda tüketicilerin günlük yaşamlarında devrim yaratması bekleniyor.

Akıllı bir şebekenin koruma sistemi, şebeke güvenilirliği analizi, arıza koruması ve güvenlik ve gizlilik koruma hizmetleri sağlar. Akıllı bir şebekenin ek iletişim altyapısı ek koruma ve güvenlik mekanizmaları sağlarken, aynı zamanda harici saldırı ve dahili arıza riski de sunar. İlk olarak 2010'da üretilen ve daha sonra 2014'te güncellenen akıllı şebeke teknolojisinin siber güvenliğine ilişkin bir raporda, ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü, müşterilerin akıllı sayaçlarından enerji kullanımı hakkında daha fazla veri toplama yeteneğinin aynı zamanda önemli gizlilik endişelerini artırdığını belirtti. Veri ihlallerine karşı potansiyel olarak savunmasız olan sayaçta depolanan bilgiler, müşterilerle ilgili kişisel ayrıntılar için çıkarılabilir.

ABD'de, 2005 Enerji Politikası Yasası ve 2007 Enerji Bağımsızlığı ve Güvenlik Yasası XIII Başlığı , akıllı şebeke gelişimini teşvik etmek için finansman sağlıyor. Amaç, kamu hizmetlerinin ihtiyaçlarını daha iyi tahmin etmelerini sağlamak ve bazı durumlarda tüketicileri bir kullanım süresi tarifesine dahil etmektir. Daha sağlam enerji kontrol teknolojileri geliştirmek için fonlar da tahsis edildi.

Şebeke hatası

Elektrik hizmetleri sektöründe, çeşitli yenilenebilir enerji kaynakları ve mikro ölçekli kojen üniteleri ile dağıtılmış üretim kavramlarına bir miktar direnç olduğu için , bazı yazarlar, tüketicilerin öncelikle yapılan şebekeden bağımsız sistemleri kullanarak elektrik üretebildikleri için kitlesel şebeke arızasının mümkün olduğu konusunda uyarıda bulunmuştur. arasında güneş fotovoltaik teknolojisi.

Rocky Mountain Enstitüsü widescale ızgara ortadan kaldırmış olabilir önerdi. Bu, Ortabatı'daki çalışmalarla desteklenmektedir. Bununla birlikte, kağıt, Almanya gibi kışın daha fazla güç talep eden ülkelerde şebeke arızasının daha az olası olabileceğine işaret ediyor.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar