Nach meinem zweiten Physikkurs beginne ich mich zu fragen, wie Kraftwerke die Energieproduktion steuern, um sie an die Nutzung einer Stadt anzupassen.
Es gibt mehrere mögliche Antworten in meinem Kopf, die unten aufgeführt sind:
Überproduziert es immer die Menge an Energie, die eine Stadt benötigt, sodass eine bestimmte Menge Strom verschwendet wird?
Überproduziert es die Energiemenge, speichert aber die überschüssige Energie in geschmolzenem Salz oder pumpt Wasser?
Passt es genau zum aktuellen Energiebedarf?
Der Grund, warum mir diese Frage in den Sinn gekommen ist, ist, dass, wenn Option 1 oder 3 zutrifft, Solarenergie und Windkraft völlig nutzlos sind, da die erzeugte Energie sofort verwendet werden muss, aber ich muss sie wie oft als Option auflisten Sehen Sie keine Dämme oder Salzschmelze-Reservoirs um Solar- und Windkraftgeneratoren herum.
Nummer 3 mit etwas 2. Energieeinsparung zwingt die Energieeinspeisung in das Netz, die Energie in Verlusten / Lastverbrauch oder Speicherung innerhalb des Systems zu jeder Zeit ohne Ausnahme auszugleichen.
Wenn es kleine Fehlanpassungen in der Eingangs-/Ausgangsenergie gibt, wird diese Fehlanpassung durch die Rotationsträgheit des Stromnetzes ausgeglichen. (Diese Trägheit ist in allen netzgekoppelten Generatoren UND Motoren/Lasten vorhanden, die sich drehen. Im Fall von Nordamerika oder Europa haben diese Netze eine sehr große effektive Trägheit). Bei Überschusserzeugung steigt die Netzfrequenz. Bei Überlast sinkt die Netzfrequenz.
Die meisten Generatoren verwenden eine Steuerungstechnik, die die Energiezufuhr zur Antriebsmaschine basierend auf der Netzfrequenz steuert. Niedrige Netzfrequenz --> Energieeintrag erhöhen; hohe Netzfrequenz --> geringerer Energieeintrag. Dies wird als Frequency Droop Control bezeichnet.
Verschiedene Generatorantriebsmaschinen haben unterschiedliche Zeitantworten. Thermische Kern- oder Kohlekraftwerke können eine Zeitreaktion in der Größenordnung von 1/2 bis 1 Tag haben. Erdgas- oder Wasserturbinen können Energie viel, viel schneller schwenken.
Langsam reagierende Anlagen liefern „Grundlast“, während schneller reagierende Anlagen „Spitzenwerte“ sind und den Lastschwankungen folgen, während die Trägheit des Systems die Differenz ausgleicht.
Kleine, isolierte Netze können schwieriger sein, größere Anteile von Wind oder Sonne zu integrieren; es ist jedoch durchaus möglich. In Alaska gibt es zum Beispiel viele Dörfer, die ihren Strom aus einer Kombination von Dieselgeneratoren und Windturbinen beziehen. Einige dieser Dörfer beziehen mehr als 50 % ihres Stroms aus dem Wind durch eine Kombination aus sorgfältiger Systemsteuerung und "Dump Loads". Diese Deponien nutzen die überschüssige elektrische Energie, um das Wasser für das Fernwärmesystem des Dorfes zu erwärmen.
Was auch immer Energie produziert und in das Stromnetz eingespeist wird, wird sofort verbraucht. Sie können nicht überproduzieren und das Überflüssige irgendwie verschwenden. Wenn viele Menschen in einer Stadt plötzlich alle gleichzeitig ihre Fernseher einschalten (so etwas passiert), dann sackt die Spannung kurzzeitig ab, wenn der Regler am Generator mehr Dampf oder Wasser oder was auch immer durch die Turbine lässt. Es gibt auch Phasenprobleme und Frequenzprobleme. Es wird chaotisch, aber egal was passiert, die gesamte produzierte Energie wird sofort verbraucht.
Solar- und Windgeneratoren produzieren meistens das, was sie produzieren. Diese Erzeuger machen derzeit nur einen kleinen Bruchteil der Gesamtleistung aus, sodass sich die übrigen Erzeuger entsprechend anpassen. Dies ist tatsächlich ein erhebliches Problem bei Stromnetzen, da der Anteil der Erzeuger mit relativ plötzlichen Schwankungen (wie Wind und Sonne) zunimmt. Derzeit versucht die Hauptregulierungsbehörde für jedes Netz alle 4 Sekunden, die Erzeuger mit der Nachfrage auszugleichen. Es gibt verschiedene Preisstrukturen, sodass diejenigen, die schnell reagieren können, mehr verlangen können. Die Leistung von Atomkraftwerken beispielsweise lässt sich nur sehr langsam regeln. Wasserkraftwerke können hier in der Regel „schnell“ reagieren. Andere Typen liegen dazwischen. Auf der anderen Seite produzieren Atomwaffen billiger Strom. Alles ist ein Kompromiss.
Obwohl jeder produzierte Strom sofort verbraucht wird, können einige dieser Verbraucher Energie speichern und später als Erzeuger fungieren. Dies geschieht im Allgemeinen nicht im Sekundentakt, sondern hauptsächlich zum Zwecke der Nivellierung der Nachfrage (wie aus Sicht der großen und langsam variierenden Produzenten) über Tag-Nacht-Zyklen. Es gibt Systeme, die Wasser bergauf pumpen. Siehe zum Beispiel die Station Northfield Mountain im Norden von Massachusetts.
Ich sagte, dass eine Kurzzeitspeicherung im Allgemeinen nicht durchgeführt wird, aber es gibt Versuche dazu. Ein Beispiel ist ein Schwungradsystem von Beacon Power. Die Elektronik steuert, ob Strom auf jedes Schwungrad geleitet oder von ihm genommen wird, sodass sehr schnell reagiert werden kann. Ein solcher Schwungradpark ist nicht dazu gedacht, die Tag/Nacht-Zyklen zu nivellieren, sondern die kurzfristigen Bedarfsänderungen werden alle paar Sekunden gemessen. Eine Schwungradfarm kann die schnellen Bedarfsänderungen bewältigen, während andere Anlagen auf die langsameren durchschnittlichen Bedarfsänderungen reagieren.
Jippie
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