Spinning-Reserve ist zusätzliche Kapazität (Reserve), die Generatoren, die online sind (sich drehend), schnell an das Netz anlegen können, um auf einen Ausfall an anderer Stelle im Netz oder eine Nachfragespitze zu reagieren.
Nach meinem Verständnis wird die Drehreserve hauptsächlich durch den passiven Frequenzgang gesteuert - drehende Generatoren versuchen, 50/60 Hz aufrechtzuerhalten - ähnlich wie ich härter in die Pedale treten würde, wenn ich anfange, einen Hügel hinaufzufahren, um die gleiche Geschwindigkeit beizubehalten.
Wo mein Verständnis zusammenbricht, ist, wie dies physikalisch an der Energiequelle (vor dem Generator) erreicht wird? Speziell:
In einem Kohle- oder Kernkraftwerk ändert sich die Wärmeleistung sehr langsam, vielleicht 10-20 % pro Stunde. Um Leistung für die Spinnreserve zur Verfügung zu haben, werden die Dampfturbinen mit geringerer Leistung als die Kessel betrieben, die Hauptdrossel wird so eingestellt, dass etwas Dampf zur Verfügung steht, aber nicht verbraucht wird. Der überschüssige Dampf umgeht die Turbine und seine Energie wird verschwendet. Wird mehr Leistung benötigt, kann das Dampfventil vorsichtig geöffnet werden und die abgegebene Leistung steigt. Bei einer großen Dampfturbine kann dies immer noch 30 Sekunden dauern.
Die langsam thermischen Anlagen verbrauchen also in erster Näherung Brennstoff für die volle Summe aus tatsächlicher Leistung + Spinnreserve.
Sie haben eine gute Frage zu den Zeitskalen. In den kürzesten Zeitskalen, Sekundenbruchteilen, wird die Frequenz durch die Trägheit aller Generatoren (und rotierenden Lasten) passiv stabilisiert. Bei längeren Zeitskalen liegt es vollständig an den Steuersystemen, die die Leistung jedes Generators anpassen, und hängt von der transienten Leistungsantwort des Generators ab.
Vor einiger Zeit fand ich eine sehr gute Präsentation von John Undrill mit dem Titel "Power Plant / System Dynamics and Control", die auf einem NREL / EPRI-Workshop im Mai 2013 präsentiert wurde. Ich kann jetzt keine Kopie des Dokuments finden, auf die ich verlinken kann, siehe wenn Sie irgendwo eine zwischengespeicherte Kopie finden können.
Dieses Dokument von CAISO definiert es folgendermaßen:
„Spinning Reserve ist die Online-Reservekapazität, die mit dem Netzsystem synchronisiert und bereit ist, den Strombedarf innerhalb von 10 Minuten nach einer Versandanweisung durch die ISO zu decken.“
In der Zwischenzeit scheint das nationale Stromnetz des Vereinigten Königreichs den Begriff zugunsten der „schnellen Reserve“ abgeschafft zu haben, was es ihnen ermöglicht, sofort nicht drehende Dinge wie Batterien und verschiedene Mechanismen zur Lastabwurf zu zählen.
Ich glaube, es unterscheidet sich vom inhärenten Frequenzgang von Generatoren. Die sich drehende Welle und das Laufrad eines Generators enthalten ziemlich viel Drehimpuls; kurzzeitige Lasterhöhungen (im Sekundenbruchteil) ziehen daraus ab. Aber die obige Definition von „spinnender Reserve“ impliziert, dass sie derzeit nicht generiert; er läuft auf Hochtouren, aber die Generatoranschlüsse sind offen. Es kann dann durch einen manuellen Befehl online gebracht werden. Dies impliziert eine Effizienz von Null für die Spinnreserve, da sie sich dreht, aber nicht erzeugt.
Also zu den Stichpunkten:
So ungefähr: Das System hat eine beträchtliche thermische Masse und ein beträchtliches Dampfdruckvolumen, sodass der Bediener kurzfristig ein Ventil nur ein wenig öffnen kann, um ein paar Prozent mehr Drehmoment zu gewinnen, bis der Gesamtdruck abfällt und das System wieder ins Gleichgewicht kommt. Ich vermute in der Praxis, dass man mehr Sprit tanken muss, bevor man eine nachhaltige Leistungssteigerung erreichen will.
Nach meinem Verständnis bedeutet "Drehreserve" "eigentlich gar keine Leistung liefern". Aber ja, notwendigerweise gibt es einige Generatoren im System, die unter der Spitzenleistung und damit unter der Spitzeneffizienz arbeiten.
Oder ist die erhöhte Drehmomentabgabe einfach eine Übergangsreaktion?
Was ist der Zeitrahmen für diese Antwort?
Gibt es einen Teil der Reaktion (unter einer Sekunde, nehme ich an), der einfach auf die Mechanik des Generators zurückzuführen ist, bevor der Kraftstoffverbrauch steigt?
Ich glaube, die Erklärung der Wellenträgheit deckt die Ausgabevariation unter einer Sekunde ab. Eine längerfristige Kontrolle scheint manuell zu sein.
Ich glaube, die Antwort von Tomnexus zum Bypass deckt dies ab: Der Dampf wird erzeugt und verworfen. Das Reduzieren des Bypasses kann eine "sofortige" Reaktion geben, wahrscheinlich im Laufe von ein paar Sekunden.
(Leider finde ich im Internet keine Betriebshandbücher für Kraftwerke!)
Eine Gasturbine, die an einen Generator angeschlossen ist, der keine Last speist, kann bei minimalem Brennstoffverbrauch mit der gewünschten Drehzahl betrieben werden. Als Beispiel könnte ein Düsenflugzeug dienen, das auf die Starterlaubnis wartet. Wenn die Last an die Klemmen des Generators angelegt wird, wird schnell Kraftstoff benötigt, um die Drehzahl und die Klemmenspannung aufrechtzuerhalten. Das Kohlekraftwerk hängt von einer Zufuhr von Hochdruckdampf ab, der einer langsamen Steuerung der Kessel unterliegt. Es kann ein Merkmal des Designs sein, dass Ingenieure es vorziehen, bei Bedarf große Dampfreserven zu haben und einen Bypass durch den Kondensator (Abwärme) zu verwenden, um eine feine Steuerung der Turbine zu ermöglichen, wenn die Last angelegt wird.
Ein sich drehender Körper verbraucht weder Drehmoment noch Kraft noch Energie. Es beschleunigt nur einen Körper, der Drehmoment, Kraft und Energie benötigt. Dieses Drehmoment, diese Kraft, diese Energie wird wieder freigesetzt, sobald der sich drehende Körper entschleunigt.
Das entspricht der potenziellen Energie, die Sie mit Ihrem Fahrrad gesammelt haben, wenn Sie oben auf dem Hügel stehen. Solange du da oben im Kreis fährst, rührst du diese Reserve nicht an.
LShaver