Điều gì xảy ra với năng lượng dư thừa được cung cấp vào lưới điện?

Câu hỏi gần nhất cho vấn đề này là tuyến tính phát điện dư thừa .

Tôi không phải là kỹ sư nên tôi không thể phát âm chính xác và sẽ đánh giá cao câu trả lời giả định kiến ​​thức cơ bản tối thiểu (tôi chỉ có hiểu biết cơ bản về điện áp, máy biến áp, v.v.). Câu hỏi được đặt ra từ tất cả các cuộc nói chuyện này về sức gió và sức mạnh biến đổi có khả năng phá vỡ lưới điện.

Ví dụ, xem bài viết Kết nối điện năm 2012 Sự gia tăng nhanh chóng các cài đặt năng lượng mặt trời có khả năng làm quá tải lưới điện , thảo luận về tiềm năng của "dòng điện ngược" và cũng nói về một số loại thiết bị "bảo vệ mạng". Ngoài ra còn có một bài viết tương tự về Hawaii Cơn ác mộng liên kết ở Hawaii và Tại sao nó liên quan đến Khu công nghiệp PV của Hoa Kỳ , trong đó nói rằng "mối quan tâm cụ thể được xác định bởi kinh nghiệm của Hawaii là khả năng quá áp tạm thời trên bộ cấp nguồn - về cơ bản là ngắn điện áp thời gian tăng đột biến ".

Tôi tò mò về những gì xảy ra ở đây cả về lưới điện lớn và trong môi trường vi mô. Ví dụ: giả sử tôi có pin được sạc đầy và tôi tiếp tục truyền điện vào nó. Chuyện gì xảy ra Có thiết bị nào sẽ chuyển hướng hoặc tiêu tán điện dưới dạng nhiệt mà không làm hỏng bất cứ thứ gì không? Tôi tìm thấy một vài câu hỏi tương tự trực tuyến nhưng câu trả lời không quá rõ ràng.

Các câu trả lời đơn giản và trực tiếp nhất cho câu hỏi chính phụ thuộc vào mức độ "quá mức" của nó. Vì hầu hết các thiết bị được thiết kế để hoạt động trong phạm vi +/- 5% danh nghĩa, "năng lượng bổ sung" thường bị tiêu tan dưới dạng nhiệt, trong chính thiết bị. Trong trường hợp bóng đèn (ví dụ), nó tạo ra nhiều ánh sáng và nhiệt hơn. Nếu năng lượng dư thừa vượt quá khả năng chịu đựng của thiết bị, chúng sẽ quá nóng và / hoặc cháy ( gây ra thiệt hại ). Những kết quả này sẽ thu được bất kể nguyên nhân nào gây ra "năng lượng dư thừa" trên lưới điện (sét, lắp đặt năng lượng mặt trời, năng lượng gió, v.v.).

Đối với hai câu hỏi cuối cùng, nếu bạn đang sạc pin 12 v với nguồn 13v, thì thêm 1v sẽ giữ cho pin "ấm" sau khi được sạc thành 12 v. Nếu bạn đang sạc nó với nguồn cung cấp không được kiểm soát 24v, pin sẽ quá nóng, cháy hết và có thể phát nổ. Nếu bạn sạc nó với nguồn cung cấp quá điện áp và giới hạn dòng điện, pin sẽ được sạc thành 12 v và năng lượng bổ sung sẽ bị tiêu tán dưới dạng nhiệt trong bộ điều chỉnh nguồn cung cấp. Một cách bạn có thể sử dụng "hiệu quả" bất kỳ "năng lượng bổ sung" nào là sử dụng ngân hàng pin và bộ sạc "thông minh", để chuyển đổi sạc sang pin khác khi được sạc và tắt (ngắt kết nối) khi tất cả các pin trong ngân hàng được sạc. Nếu không có hứng thú trong việc tiết kiệm năng lượng, nó có thể bị "đổ"

Như bạn có thể tưởng tượng, đây không phải là thứ chỉ có một giải pháp và bản thân vấn đề cũng khá phức tạp. Hãy phá vỡ nó.

Mạng lưới điện tồn tại ở hầu hết các quốc gia văn minh có cấu trúc phân cấp: trên cùng là các nhà máy điện tập trung lớn, bên dưới là các mạng lưới phân phối MV hoặc vòng phân phối quy mô lớn, sau đó đến lưới điện thành phố (thường khoảng 400kV) thường là HV ngầm, mạng lân cận (điện áp lưới 20kV hoặc điện áp đa pha) và sau đó là lưới 'mã bưu chính' điện áp thấp phân phối 115 / 230V. Tất nhiên, như câu hỏi của bạn đã ngụ ý, hệ thống phân cấp này giả định một luồng năng lượng ròng từ nhà máy điện đến nhà, và không phải là cách khác.

Hầu hết việc sản xuất điện phi tập trung - các tấm pin mặt trời phi thương mại, tua-bin gió và tương tự - xảy ra ở cấp độ nhà, tức là nó tạo ra 115 / 230VAC và bơm nó vào nguồn cung cấp chính. Hầu hết thời gian là tốt vì năng lượng được tạo ra ít hơn nhiều so với năng lượng tiêu thụ và dòng năng lượng ròng vẫn đi đúng hướng. Hiếm khi, nhưng ngày nay thường xuyên hơn vì giá năng lượng mặt trời thấp, lượng điện năng tạo ra nhiều hơn năng lượng tiêu thụ ở cấp mã bưu chính. Về cơ bản tất cả các lưới điện, đây thực sự không phải là một vấn đề. Các máy biến áp được sử dụng để chuyển đổi MV thành 115 / 230V chỉ là máy biến áp tuyến tính và chúng hoạt động tốt theo một hướng khi chúng hoạt động theo hướng khác. Chúng hầu như không bao giờ có PFC hoặc các tham số phụ thuộc hướng dòng chảy khác vì vậy nó ổn.

Vấn đề mà hầu hết các lưới điện đang đối phó không tốt, là những gì xảy ra ở một bước trên đó. Ở đây chúng ta đến bước chuyển đổi từ lưới điện thành phố ngầm sang các khối nhỏ hơn và các trạm biến áp hiện nay thường có PFC hoặc ít nhất là một cơ chế tách rời nào đó để đảm bảo rằng nhiễu từ lưới điện thành phố không truyền trở lại nguồn điện HV dòng như nó sẽ thông qua một biến áp tuyến tính. Nếu bộ phận này tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ, thì năng lượng đó (nói chung) không thể đi bất cứ nơi nào, hoặc ít nhất là nó bị dừng hoạt động bởi các thiết bị điện tử rất đắt tiền, không dễ thay thế ở mọi nơi. Phản ứng phản xạ của hệ thống là ném một công tắc và tách bộ phận này khỏi phần còn lại của lưới. Tất nhiên, điều này sẽ không 'giết' đơn vị này; công suất được tạo ra sẽ chỉ đơn giản là tăng điện áp trên lưới này lên đến giới hạn an toàn của bộ biến tần (thường là điện áp danh định + 5-7%) và rất thường xuyên nó sẽ làm mất ổn định tần số AC. Nhưng năng lượng sẽ tiếp tục ở đó cho đến khi một đám mây đi qua, lưới điện giảm xuống dưới điện áp mất điện và các bộ biến tần mặt trời đều tự tắt. Vấn đề này được gọi là vấn đề tạo đảo và rất khó giải quyết nếu không có thêm một số thông tin bổ sung trong lưới điện và bộ biến tần (tức là lưới điện thông minh).

Tuy nhiên, như bạn có thể thấy trong đoạn trước, năng lượng tăng thêm không nhất thiết phải đi đâu cả. Nếu một tình huống đảo xảy ra, các bộ biến tần được yêu cầu không chỉ để đổ tất cả năng lượng có sẵn của chúng trên lưới mà còn phải tự điều chỉnh khi lưới đạt đến một điện áp nhất định. Khi đám mây đó cuối cùng đi qua, họ sẽ tự tắt và tình huống được giải quyết.

Có cơ chế bảo vệ thay thế. Một số quốc gia có các công tắc ngắn có thể được gắn với tín hiệu đặc biệt (DTMF) trên đường dây điện. Khi một hòn đảo được tạo ra, họ có thể rút ngắn lưới điện xuống đất và bôi đen một phần của lưới ngay lập tức. Tuy nhiên, đây không phải là một thực hành rất an toàn, vì điều này thường gây ra các đột biến cảm ứng trên lưới điện có thể làm hỏng cả lưới điện và điện tử gia dụng. Ngày nay điều này hiếm khi được sử dụng. Tuy nhiên, đây là một cơ chế bảo vệ quan trọng đối với các máy phát điện không điều tiết tốt đầu ra của chúng và có thể gây ra tình trạng quá áp.

Tại Đức vào tháng 5 này, cái giá phải trả cho năng lượng tái tạo thực sự dao động tiêu cực , vì họ có quá nhiều. Nói cách khác, họ đã tính phí các nhà sản xuất để lấy năng lượng dư thừa. Vì vậy, họ đã xử lý lượng năng lượng dư thừa bằng cách khuyến khích các nhà sản xuất không đưa nó lên lưới - điều này dễ dàng với năng lượng mặt trời và có thể bằng năng lượng gió.

Các phương pháp tạo khác nhau có hằng số thời gian khác nhau - các nhà máy hạt nhân muốn chạy thẳng ra và khởi động và tắt máy mất rất nhiều thời gian. Thủy điện có thể được thay đổi nhanh chóng ở đầu ra bằng cách chuyển hướng hoặc làm nghẹt dòng nước. Các nhà máy nhiệt điện (tôi thường có một nhà máy gần đó) có hằng số thời gian dài hơn vì vậy nếu bạn đột ngột mất tải (wot làm chậm tua bin), năng lượng lưu trữ trong hơi nước phải được thông hơi (to!) Để giữ cho máy phát điện spooling ngoài tầm kiểm soát. Theo như tôi biết, họ không cố gắng hấp thụ năng lượng điện, mặc dù tôi đã thực hiện một nghiên cứu khả thi về thiết bị cho một bể năng lượng khổng lồ có thể hấp thụ một lượng năng lượng khổng lồ (thật thú vị khi tạo ra các thiết bị hoạt động với điện áp ở chế độ chung là 100 của kV).

Lưu trữ năng lượng với số lượng lớn một cách hợp lý hiệu quả là một vấn đề rất khó khăn, không có giải pháp rõ ràng. Pin / bộ biến tần được phân phối và phương pháp cũ của việc bơm nước lên dốc vào một cái đập để lưu trữ, và để nó chảy qua tua-bin và máy phát điện để phục hồi (một số) đó là một vài phương pháp.

Hãy để tôi viết lại những bài viết này theo cách giúp dễ hiểu và đặt nó trong ngữ cảnh. Tôi thấy những bài viết này tương đương với "Tôi mới mua một chiếc Ferrari mới, có một vấn đề nghiêm trọng là tôi phải thay má phanh vì công suất phát ra từ động cơ của tôi quá nhiều khi tôi đến gần đèn dừng".

Câu trả lời đơn giản là - "bỏ chân ra khỏi máy gia tốc". tức là ngừng sản xuất điện khi bạn không thể sử dụng nó.

Thực sự không có vấn đề gì với việc sản xuất quá mức, có một vấn đề với việc giao hàng quá mức họ chỉ cần báo hiệu lại cho nhà sản xuất "ngừng đưa điện lên lưới". Trong thực tế, một số bộ điều khiển bảng năng lượng mặt trời sử dụng bóng mây để dự đoán lượng điện năng sẽ được sản xuất trong 10 hoặc 15 phút tiếp theo và báo hiệu chuyển tiếp tới cơ quan lưới điện.

Những loại bài viết không hữu ích. Có những vấn đề nghiêm trọng với lưới điện chính và các mối quan hệ kết nối có thể được giải quyết đơn giản bằng cách thông qua luật pháp và tiêu tiền. Có các nhà sản xuất điện gió điều hành hệ thống điều khiển của bạn có các giải pháp đơn giản hơn nhiều.

Đây là một vấn đề phức tạp với nhiều câu trả lời.

Ngay cả khi không có giải pháp tại chỗ, vẫn có một số dung sai cho sự không phù hợp giữa cung và cầu. Quá nhiều nhu cầu / cung cấp quá ít) sẽ làm giảm điện áp và tần số trên lưới từ vị trí thông thường là 50hz / 60hz / bất kể nguồn điện chính của đất nước bạn là gì. Ngược lại, cung quá nhiều / nhu cầu quá ít sẽ làm tăng tần suất. Một lượng nhỏ độ lệch tần số không phải là một vấn đề đáng kể. Ở New Zealand, nguồn điện chính là 50 hz, nhưng lưới điện vẫn ổn với tần số dao động trong khoảng 49 - 52 hz. Bên ngoài điều này, bạn có thể có vấn đề nghiêm trọng. Cụ thể nhất, nếu bạn xuống dưới 49 hz, điều này có thể làm hỏng máy phát điện, nó sẽ tự động tắt hoặc tự cách ly. Điều này có nghĩa là tần số lưới giảm thậm chí nhiều hơn, vì có ít nguồn cung hơn, gây ra phản ứng dây chuyền và cuối cùng là sụp đổ lưới tổng.

Để ngăn chặn điều này xảy ra, các nhà điều hành thị trường trả tiền cho mọi người để thực hiện một loạt các dịch vụ. Những quốc gia này khác nhau giữa các quốc gia, nhưng một lần nữa, tôi sẽ sử dụng New Zealand làm ví dụ.

Giữ tần số - điều này hoạt động để tăng và giảm tần số lưới, theo yêu cầu. Để sử dụng một sự tương tự lái xe, xem ai đó trong khi họ chỉ đạo. Họ liên tục thực hiện những chuyển động nhỏ bằng bánh xe, có lẽ họ không nhận thức được những điều này, họ phản ứng với vị trí của bánh xe để giữ cho chiếc xe thẳng khi nó vượt qua những va chạm nhỏ trên đường. Điều này theo truyền thống được thực hiện bởi các máy phát điện, chạy với công suất dưới 100%, có khả năng thay đổi đầu ra của chúng với thời gian đáp ứng phụ thứ hai.

Dự trữ - Ở New Zealand, 'dự trữ' phải được mua mọi lúc để duy trì lưới điện trong trường hợp xảy ra tình huống N-1 - mất máy phát lớn nhất hoặc mất đường truyền giữa miền Bắc và Quần đảo Nam. Ở châu Âu, toàn bộ lục địa hoạt động theo tình huống N-2, đại diện cho việc mất 2 nhà máy hạt nhân lớn. Những dự trữ này có thể ở dạng máy phát điện chạy dưới công suất và có thể tăng tốc nhanh chóng, hoặc (rẻ hơn và nhanh hơn) tài nguyên đáp ứng nhu cầu - các trang web sẵn sàng giảm tải theo yêu cầu để duy trì lưới điện. Các tài nguyên này thường được phân tách theo thời gian đáp ứng và lượng thời gian chúng có thể duy trì thay đổi. New Zealand có thị trường nhanh (thời gian phản hồi 1 giây cho tải, thời gian phản hồi 6 giây cho máy phát điện duy trì trong 1 phút), và một thị trường bền vững (thời gian phản hồi 60 giây nhưng duy trì lâu hơn - lên tới khoảng 30 phút). Quay trở lại sự tương tự xe hơi, đây là nơi chiếc xe của bạn va vào một vết sưng lớn, cuốn bạn về phía một cái cây - bạn phải vặn bánh xe ngược lại để quay trở lại đường (nhưng đừng rẽ quá xa hoặc bạn ' cuối cùng sẽ đâm vào một cái cây ở phía bên kia đường).

Đối phó với các đỉnh - Thế hệ đỉnh điểm hoặc đáp ứng nhu cầu truyền thống - để sử dụng sự tương tự xe hơi của chúng tôi, có một góc trên đường. Chúng ta có thể thấy nó đến từ một khoảng cách xa, và chúng ta cần phải thực hiện một bước ngoặt lớn để đi trên đường. Đây là sóng nhiệt mùa hè, gió lạnh mùa đông, đỉnh buổi tối, vv Điều này có thể được đáp ứng với một loạt các công nghệ. Thông thường, phần lớn là từ các máy phát điện cực đại, chỉ chạy vài ngày một năm. Một lần nữa, đáp ứng nhu cầu xuất hiện - việc đóng cửa một nhà máy trong 20 giờ một năm thường rẻ hơn so với việc xây dựng toàn bộ máy phát đỉnh và nâng cấp đường truyền mới

Tôi làm việc trong chủ đề này, và tôi nghĩ tôi có thể giúp giải thích điều này.

Tôi sẽ giải thích nó bằng cách sử dụng tương tự nước:

Dòng điện -> Lưu lượng nước

Điện áp -> áp suất

Nói điều này,

Nếu bạn có một mạng với các nút và các nhánh; các nút là nơi nước được bơm và trừ khỏi mạng, và các nhánh là các đường ống.

(Trong lưới điện, các đường ống là máy biến áp và đường dây, trong khi các nút là các nút hoặc thanh cái)

Nếu bạn tiêm "nước" vào một nút ban đầu được thiết kế để tiêu thụ, thì áp suất trong đường ống có thể tăng lên đến mức mà đường ống bị vỡ. (Đây sẽ là sản xuất năng lượng mặt trời ở cấp hộ gia đình) Tương tự, tiêu thụ quá nhiều tại một nút có thể làm giảm áp lực đường ống quá nhiều và hệ thống sẽ không hoạt động.

Cách đối phó với điều này là lưu trữ năng lượng dư thừa và cung cấp năng lượng khi cần thiết, đó là lý do tại sao pin là chén thánh của năng lượng tái tạo.

Sự thâm nhập lớn có thể tái tạo là một tình huống mà các nhà điều hành lưới điện và các công ty điện lực đang chống lại bởi vì nó buộc họ phải áp dụng các phương pháp mới cho công việc họ đã làm trong một thế kỷ với một vài thay đổi căn bản như những gì họ cần thực hiện. (Quan điểm của tôi)

Tôi hy vọng điều này là đủ rõ ràng, nếu không tôi có thể giải thích mọi thứ hơn nữa vì đây là công việc hàng ngày của tôi.

[EDIT: Tại sao đường ống bị vỡ?]

Đúng như bạn yêu cầu, tôi sẽ đi chi tiết hơn một chút ở đây:

Mỗi phần tử nhánh (đường dây & máy biến áp) có một giới hạn về lượng dòng điện có thể đi qua nó mà không quá nóng và bốc cháy. Dòng điện danh nghĩa này có thể được vượt qua trong một khoảng thời gian giới hạn, do đó, quá tải không phải là sự kiện sống hay chết, nếu nó không kéo dài quá lâu (Cũng quá tải làm giảm tuổi thọ của các yếu tố)

Mặt khác, điện áp phải nằm trong khoảng + -5% điện áp danh định của một nút, đây là 230V + -5% mỗi pha (Ở châu Âu, ở Mỹ là 125?). Tạo công suất trong một nút làm tăng điện áp trong nút đó và trong các nút lân cận (Đối với cùng một tình huống tải) Tăng nhu cầu trong một nút làm giảm điện áp trong nút đó và các nút lân cận). Đây là lý do tại sao nếu tôi đặt một lượng lớn các tấm pin mặt trời ở nhà, tôi có thể gặp vấn đề về điện áp ở nhà tôi và ở nhà hàng xóm. Vấn đề này có thể được giảm thiểu bằng cách lập trình phần mềm biến tần phù hợp, nhưng không có quy định nào về vấn đề đó ở nhiều quốc gia, vì vậy có những vấn đề mà mọi người chưa từng nghe đến nhưng rất thực tế.

Nhưng tại sao điện áp phải ở trong một giới hạn như vậy? Vâng, giới hạn này là một ràng buộc bảo mật được thiết lập bởi các nhà khai thác lưới. Nếu điện áp trong ổ cắm của nhà bạn quá cao, nó có thể làm hỏng thiết bị điện tử của thiết bị (TV của PC, v.v.) nếu điện áp quá thấp, các thiết bị điện tử có thể không hoạt động hoặc thậm chí bị hỏng. Một bóng đèn sợi đốt chiếu sáng hơn trên điện áp cao, và ít sáng hơn ở điện áp thấp.

Hãy cho tôi biết nếu cần thêm chi tiết. Santi.

Chúng tôi có các mức điện áp cao để vận chuyển năng lượng và các mức độ bay hơi thấp như 230V để phân phối điện. Khi lưới điện được xây dựng và hầu hết thời gian ngày nay, năng lượng đi từ phần bay hơi cao đến thấp của lưới điện. Một tarnsformer phân phối điện cho một số ngôi nhà trong một ngôi làng hoặc thị trấn. Ở điện áp thấp này không có N-1-saftey, chỉ có một máy biến áp và rất nhiều ngôi nhà xung quanh nó. Bởi vì dòng điện đi từ điện áp cao đến điện áp thấp hơn, điện áp cao nhất là ở máy biến áp. Nhiều nhất (bất kỳ điều gì tôi biết), các tranformers điện áp cũ này là không đổi. Để sử dụng đầy đủ Phạm vi +/- 5%, điện áp tại tarnsformer khoảng + 4/5%. Trên đường đến nhà, điện áp có thể giảm tới 10% và với -5% tất cả là ok. Nếu bây giờ rất nhiều Photovoltaik tạo ra nhiều năng lượng hơn mức tiêu thụ trong khu vực này, thì Power phải đi vào lưới điện trên bộ biến đổi. Nhưng mà dòng điện chạy về phía máy biến áp, có nghĩa là nó là điểm có điện áp thấp nhất chứ không phải điện áp cao nhất. Do đó, điện áp có thể dễ dàng lên cao và các máy quang điện phải tắt (với điện áp cao có thể làm giảm bất kỳ thiết bị nào bị nhiễm bẩn trong khu vực này). Bằng cách sử dụng / cài đặt máy biến áp có thể điều chỉnh, trường hợp này không gây ra vấn đề gì, điện áp tại tarnsformer chỉ cần được điều chỉnh ở mức -4%. Nhưng chúng khá đắt.

Tôi nghĩ một sự tương tự tốt khác là bạn có thể nghĩ về một nhà máy điện lớn (tải cơ sở) giống như một chiếc xe đang được lái lên đồi ở tốc độ tối đa. Nó sẽ đạt được một tốc độ nhất định (tần số lưới) và tại thời điểm đó, nó sẽ yêu cầu bạn giữ bàn đạp xuống sàn để duy trì tốc độ đó vô thời hạn. Bây giờ nếu ngọn đồi bắt đầu chững lại và bạn để chân trên sàn thì tốc độ sẽ tăng lên và bạn sẽ cần phải nhấc ga để giảm tốc độ xuống. Điều này sẽ giống như việc tăng tần số lưới và việc phát điện sẽ giảm (các đơn vị đạt đỉnh ngừng hoạt động). Mặt khác, nếu ngọn đồi trở nên dốc hơn (tải trên lưới tăng) thì xe chạy chậm lại (giảm tần số) nhưng bạn đã hết tốc lực. Điều duy nhất bạn có thể làm bây giờ để lấy lại tốc độ là có một chiếc xe đẩy khác. Đó sẽ là một đơn vị cao điểm sắp tới.