전력망에 공급되는 초과 에너지는 어떻게됩니까?

이것에 가장 가까운 질문 은 초과 전력 생성의 선형 사용 입니다.

나는 엔지니어가 아니므로 이것을 올바르게 표현하지 못할 수 있으며 최소한의 배경 지식을 가정하는 대답을 이해할 것입니다 (전압, 변압기 등에 대한 기본적인 이해가 있습니다). 가변적 인 바람과 전력에 대한이 모든 대화에서 그리드를 방해 할 가능성이 있습니다.

예를 들어, 2012 전기 연결 기사 태양 광 설치의 급격한 증가로 그리드에 과부하가 걸려 "역 전력 흐름"의 가능성을 설명하고 일종의 "네트워크 보호기"장치에 대해서도 설명합니다. 또한 하와이에 대한 하와이 의 상호 연결 악몽과 그것이 미국 주거용 PV 산업에 중요한 이유에 대한 기사도 있습니다. "하와이의 경험에 의해 식별 된 콘크리트 문제는 피더의 일시적 과전압 가능성이 있습니다. 지속 전압 스파이크 ".

나는 큰 그리드와 마이크로 환경 모두에서 여기에서 일어나는 일이 궁금합니다. 예를 들어, 완전히 충전 된 배터리가 있고 전기를 계속 공급한다고 가정 해 봅시다. 무슨 일이야? 전기를 손상시키지 않고 열로 전환하거나 소산시키는 장치가 있습니까? 온라인에서 몇 가지 유사한 질문을 찾았지만 답변이 명확하지 않았습니다.

주요 질문에 대한 가장 간단하고 직접적인 답변은 "과도한"질문에 달려 있습니다. 대부분의 장비는 공칭의 +/- 5 % 내에서 작동하도록 설계 되었기 때문에 "추가 에너지"는 일반적으로 장치 자체에서 열로 소산 됩니다. 전구 (예 : 전구)의 경우 더 많은 빛과 열을 생성합니다. 과도한 에너지가 장치의 허용 오차를 초과하면 과열 및 / 또는 화상을 입을 수 있습니다 (손상 ). 이러한 결과는 그리드에서 "과도한 에너지"(번개, 태양 광 설치, 풍력 등)를 유발하는 원인에 관계없이 얻을 수 있습니다.

마지막 두 가지 질문에 대해 13v 소스로 12v 배터리를 충전하는 경우 추가 1v는 12v로 충전 된 후에도 배터리를 "따뜻한"상태로 유지합니다. 24v 비 조정 전원 공급 장치로 충전하는 경우 배터리가 과열되거나 타거나 폭발 할 수 있습니다. 과전압 및 전류 제한 공급 장치로 충전하면 배터리가 12v로 충전되고 여분의 에너지는 공급 레귤레이터에서 열로 소산됩니다. "추가 에너지"를 "효율적으로"사용할 수있는 한 가지 방법은 배터리 뱅크와 "스마트"충전기를 사용하는 것입니다.이 충전기는 충전시 다른 배터리로 충전을 전환하고 종료합니다 (연결 끊기). 은행의 모든 ​​배터리가 충전 된 경우 추가 에너지 절약에 관심이 없으면 "덤핑"할 수 있습니다.

이것은 상상할 수 있듯이 하나의 솔루션을 가진 것이 아니며 문제 자체도 매우 복잡합니다. 그것을 분해하자.

현재 대부분의 문명 국가에 존재하는 전력망은 계층 구조를 가지고 있습니다. 맨 위에는 대규모 MV 배 전망 또는 배전반 아래에 중앙 집중식 발전소가 있고 도시 그리드 (보통 약 400kV)가 있습니다. 일반적으로 지하 HV, 주변 네트워크 (20kV 또는 다상 주 전압) 및 115 / 230V를 분배하는 저전압 '우편 코드'네트입니다. 물론, 귀하의 질문이 이미 암시 하듯이,이 계층은 발전소에서 가정으로의 순 에너지 흐름을 가정하지만 다른 방향은 아닙니다.

비상업적 인 태양 광 패널, 풍력 터빈 등과 같은 대부분의 분산 형 발전은 주택 수준에서 발생합니다. 즉, 115 / 230VAC를 생산하고 주 전원 공급 장치로 펌프합니다. 생성 된 전력이 소비하는 전력보다 훨씬 적고 순 에너지 흐름이 여전히 올바른 방향으로 이루어지기 때문에 대부분의 경우에 좋습니다. 드물지만 요즘 태양 가격이 낮아서 더 자주 생성되는 전력량은 우편 번호 수준에서 소비되는 전력량보다 많습니다. 기본적으로 모든 전력망의 경우 이것은 실제로 그렇게 큰 문제는 아닙니다. MV를 115 / 230V로 변환하는 데 사용되는 변압기는 선형 변압기이며 다른 방향에서 작동하는 것처럼 한 방향으로도 잘 작동합니다. PFC 또는 다른 흐름 방향 의존적 매개 변수는 거의 없으므로 괜찮습니다.

대부분의 전력망이 제대로 대처하지 못하는 문제는 그보다 한 단계 위의 일입니다. 여기서 우리는 지하 도시 그리드에서 더 작은 블록으로의 변환 단계에 도달하며, 오늘날 이러한 변압기 스테이션에는 종종 도시 그리드의 간섭이 HV 전력으로 다시 전달되지 않도록 PFC 또는 적어도 일종의 디커플링 메커니즘이 있습니다. 선형 변압기를 통한 라인과 동일합니다. 이 장치가 소비하는 것보다 더 많은 전력을 생산하는 경우, 해당 에너지는 (일반적으로) 어느 곳으로도 갈 수 없거나, 적어도 어디에서나 쉽게 교체 할 수없는 값 비싼 전자 장치로 인해 중단되지 않습니다. 시스템의 반사 반응은 스위치를 던지고이 장치를 그리드의 나머지 부분과 분리하는 것입니다. 물론 이것은이 유닛을 '죽이지'않을 것입니다. 생성 된 전력은이 그리드의 전압을 전력 인버터의 안전 한계 (보통 공칭 전압 + 5-7 %)까지 올리며 종종 AC 주파수를 불안정하게합니다. 그러나 구름이 지나갈 때까지 전력이 계속 유지되고 그리드가 브라운 아웃 전압 아래로 떨어지고 태양 광 인버터가 모두 꺼집니다. 이 문제를 섬 생성 문제라고하며 전력망과 인버터 (예 : 스마트 그리드)에 추가 정보가 없으면 해결하기가 매우 어렵습니다.

그러나 이전 단락에서 볼 수 있듯이 추가 에너지가 반드시 어디에도 가지 않을 수 있습니다. 섬 상황이 발생하면 인버터는 그리드에 사용 가능한 모든 에너지를 덤프 할뿐만 아니라 그리드가 특정 전압에 도달하면 스스로 변조해야합니다. 해당 클라우드가 결국지나 가면 자동으로 꺼지고 상황이 해결됩니다.

대체 보호 메커니즘이 있습니다. 일부 국가에는 전력선을 통해 특수 (DTMF) 신호와 연결될 수있는 단락 스위치가 있습니다. 섬이 만들어지면 전력망을 접지로 단락시키고 그리드 부분을 즉시 차단할 수 있습니다. 그러나 전력망에 유도 성 스파이크가 발생하여 전력망과 가전 제품을 모두 손상시킬 수 있기 때문에 이것은 매우 안전한 방법이 아닙니다. 요즘에는 거의 사용되지 않습니다. 그러나 출력을 잘 조절하지 않고 과전압 상황을 유발할 수있는 발전기의 중요한 보호 메커니즘입니다.

이번 5 월 독일에서는 재생 에너지에 대한 대가 가 너무 높아서 실제로 부정적인 영향 을 미쳤다. 다시 말해, 그들은 과도한 에너지를 소비하도록 생산자들에게 비용을 청구하고있었습니다. 그래서 그들은 태양열이 쉽고 풍력이 가능한 그리드에 전력을 공급하지 않도록 생산자들에게 인센티브를 제공함으로써 과도한 에너지를 처리했습니다.

서로 다른 생성 방법은 서로 다른 시정 수를 갖습니다. 원자력 발전소는 평평한 상태에서 가동하고 가동 및 종료하는 데 많은 시간이 걸립니다. 수류를 방향 전환하거나 질식시켜 수력을 신속하게 출력에서 ​​변경할 수 있습니다. 화력 발전소 (내가 근처에있는 발전소)는 시간이 더 길기 때문에 갑자기 부하를 잃으면 (터빈을 늦추고 있음) 증기에 저장된 에너지를 배출시켜야합니다. 제어 할 수없는 스풀링. 그들은 내가 아는 한 전기 에너지를 흡수하려고 시도하지 않지만, 엄청난 양의 에너지를 흡수하는 거대한 에너지 싱크를위한 계측에 대한 타당성 연구를 수행했습니다 (공통 모드 전압으로 작동하는 계측기를 만드는 것이 재미 있습니다) kV 100).

확실한 해결책없이 에너지를 합리적으로 대량으로 저장하는 것은 매우 어려운 문제입니다. 분산 배터리 / 인버터와 구식 학교에서 댐으로 물을 펌핑하여 저장하고 터빈과 발전기를 통해 돌진하게하는 방법은 몇 가지 방법입니다.

이 기사를 이해하고 문맥에 맞게 쉽게 표현할 수있는 용어로 다시 설명하겠습니다. 이 기사는 "새로운 페라리를 구입했는데 정지 등에 접근 할 때 엔진 출력이 너무 높아서 브레이크 패드를 계속 교체해야한다는 심각한 문제가 있습니다."

간단한 대답은 "가속기에서 발을 떼십시오"입니다. 즉, 사용할 수 없을 때는 전력 생산을 중단하십시오.

실제로는 초과 생산에는 문제가 없으며 초과 공급에는 문제가 있습니다. 생산자에게 "그리드에 전력 공급을 중단하십시오"라고 신호를 보내면됩니다. 실제로 일부 태양 전지판 컨트롤러는 클라우드 섀도 잉을 사용하여 향후 10 분 또는 15 분 동안 얼마나 많은 전력이 생산 될 것인지 예측 하고이를 그리드 기관에 전달 합니다.

이러한 종류의 기사는 도움이되지 않습니다. 법을 통과시키고 돈을 소비함으로써 간단하게 해결할 수있는 주 그리드 및 상호 연결에 심각한 문제가 있습니다. 풍력 발전 생산 업체가 제어 시스템을 운영하는 것보다 훨씬 간단한 솔루션이 있습니다.

다양한 답변으로 복잡한 문제입니다.

해결책이 없어도 수급 불일치에 대한 허용 오차가 있습니다. 수요가 너무 많거나 공급이 너무 적 으면) 국가의 주 전원이 무엇이든간에 50hz / 60hz의 일반적인 지점에서 그리드의 전압과 주파수가 떨어집니다. 반대로, 너무 많은 공급 / 너무 적은 수요는 빈도를 증가시킵니다. 소량의 주파수 편차는 큰 문제가 아닙니다. 뉴질랜드에서는 주 전원이 50hz이지만 그리드의 주파수는 약 49-52hz입니다. 이 외에는 심각한 문제가 발생할 수 있습니다. 특히, 49hz 이하로 내려 가면 발전기가 손상되어 자동으로 꺼 지거나 격리됩니다. 즉, 공급이 적을수록 계통 주파수가 훨씬 낮아져 연쇄 반응이 일어나고 결국 전체 계통 붕괴가 발생합니다.

이를 방지하기 위해 시장 운영자는 다양한 서비스를 수행하도록 사람들에게 비용을 지불합니다. 이것들은 나라마다 다르지만 다시 한 번 NZ를 예로 사용하겠습니다.

주파수 유지-필요에 따라 그리드 주파수를 높이거나 낮추는 역할을합니다. 운전 비유를 사용하려면 운전하는 동안 누군가를보십시오. 그들은 지속적으로 바퀴로 작은 움직임을 만들고 있습니다. 아마도 그것들을 의식하지 않았을 것입니다. 그들은 바퀴의 위치에 반응하여 도로의 작은 충돌을 겪을 때 차를 똑바로 유지합니다. 이는 전통적으로 100 % 미만의 용량으로 작동하며 1 초 미만의 응답 시간으로 출력을 변경할 수있는 발전기에 의해 수행되었습니다.

비축량-뉴질랜드에서는 N-1 상황이 발생했을 때 그리드를 유지하려면 항상 '비축량'을 확보해야합니다. 최대 발전기의 손실 또는 북부와 북부 사이의 송전선 손실 남섬. 유럽에서는 대륙 전체가 N-2 상황에서 작동하여 2 개의 큰 원자력 발전소의 손실을 나타냅니다. 이러한 매장량은 용량 이하로 가동하고 신속하게 상승 할 수 있거나 그리드를 유지하는 데 필요한 부하를 줄이려는 응답 자원 (더 저렴하고 빠르게)을 요구할 수있는 발전기 형태를 취할 수 있습니다. 이러한 자원은 일반적으로 응답 시간과 변경을 유지할 수있는 시간으로 구분됩니다. NZ는 빠른 시장을 보유하고 있습니다 (부하에 대한 1 초의 응답 시간, 1 분 동안 발전기에 대한 6 초의 응답 시간). 지속적인 시장 (60 초의 응답 시간이지만 최대 약 30 분 동안 지속). 자동차의 비유로 돌아가서, 여기에서 자동차가 큰 충돌을 일으켜 나무쪽으로 향하게됩니다. 길을 다시 돌리려면 다른 방법으로 바퀴를 돌려야합니다 (그러나 너무 멀리 돌리지 마십시오. 도로 반대편에 나무가 닿게됩니다.

자동차 비유를 사용하기 위해 피크 생성 (피킹 세대 또는 전통적인 수요 반응)을 다루는 길에 코너가 있습니다. 우리는 그것이 멀리서 오는 것을 볼 수 있으며, 도로에 머 무르려면 큰 차례를해야합니다. 이것은 여름 더위, 겨울철 추위, 저녁 정점 등입니다. 이것은 다양한 기술로 충족 될 수 있습니다. 일반적으로 벌크는 1 년에 며칠 만 가동되는 정점 발생기에서 발생합니다. 다시 한 번, 수요 대응이 시작됩니다. 새로운 피킹 제너레이터를 완전히 구축하고 송전선을 업그레이드하는 것보다 1 년에 20 시간 동안 공장을 폐쇄하는 것이 더 저렴합니다.

나는 그 주제에 대해 연구하고 있으며 이것을 설명하는데 도움이 될 수 있다고 생각합니다.

물 유추를 사용하여 설명하겠습니다.

전류 흐름-> 물 흐름

전압-> 압력

이것을 말했다

노드 및 분기가있는 네트워크가있는 경우 노드는 네트워크에서 물을 주입하고 빼는 지점이며 지점은 파이프입니다.

(전기 그리드에서 파이프는 변압기 및 라인이며 노드는 노드 또는 버스 바입니다)

원래 소 비용으로 설계된 노드에 "물"주입이있는 경우 파이프 압력이 파이프가 파손되는 수준까지 증가 할 수 있습니다. (이것은 가정 수준의 태양 광 생산 일 것입니다.) 같은 방식으로, 노드에서 너무 많은 소비는 파이프 압력을 너무 낮추어 시스템이 작동하지 않을 수 있습니다.

이를 처리하는 방법은 잉여 에너지를 저장하고 필요할 때 공급하는 것이므로 배터리는 재생 가능한 에너지의 핵심입니다.

대규모 재생 가능 보급은 그리드 운영자와 전기 회사가 자신이해야 할 것과 같은 급진적 인 변화가 거의없는 한 세기 동안 해왔 던 일에 새로운 접근 방식을 채택하도록 강요하는 상황입니다. (나의 의견)

나는 이것이 충분히 명확하기를 희망한다.

[편집 : 왜 파이프가 끊어 집니까?]

당신이 요청 한대로, 나는 여기에 좀 더 자세히 갈 것입니다 :

각 분기 요소 (라인 및 변압기)에는 과열되지 않고 불에 타지 않아도 갈 수있는 전류의 양이 제한되어 있습니다. 이 공칭 전류는 제한된 시간 동안 초과 될 수 있으므로 과부하가 너무 오래 지속되지 않으면 과부하는 수명 또는 사망 이벤트가 아닙니다 (또한 과부하는 소자 수명을 감소시킵니다)

다른 한편으로, 전압은 노드의 공칭 전압의 + -5 % 내에 있어야합니다. 이는 위 상당 230V + -5 %입니다 (유럽의 경우 미국의 경우 125?). 노드에서 전력을 생성하면 해당 노드와 인접 노드에서 전압이 증가합니다 (동일한 부하 상황에 대해) 노드에서 수요가 증가하면 해당 노드와 해당 이웃의 전압이 감소합니다). 그렇기 때문에 집에 방대한 양의 태양 전지판을 설치하면 집과 이웃 집에 전압 문제가 생길 수 있습니다. 이 문제는 적절한 인버터 펌웨어 프로그래밍으로 완화 할 수 있지만 많은 국가에서 이에 대한 규제는 없기 때문에 사람들이 듣지 못했지만 매우 실제적인 문제가 있습니다.

그러나 왜 전압이 한계에 도달해야합니까? 이 한계는 그리드 운영자가 설정 한 보안 제약입니다. 집 소켓의 전압이 너무 높으면 전압이 너무 낮 으면 장치의 전원 전자 장치 (PC TV 등)를 차단할 수 있으며 전자 장치가 작동하지 않거나 고장날 수도 있습니다. 백열 전구는 고전압에서 밝게, 저전압에서 더 밝게 빛납니다.

자세한 내용이 필요하면 알려주십시오. 산티.

우리는 에너지를 전달하기위한 높은 전압 레벨과 전력 분배를위한 230V와 같은 낮은 전압 레벨을 가지고 있습니다. 그리드가 만들어지고 오늘날 대부분의 시간에 전력은 그리드의 고전압에서 저전압으로 이동합니다. 한 tarnsformer는 마을이나 마을의 여러 집에 전원을 분배합니다. 이 저전압에는 N-1-saftey가 없으며 그 주위에 하나의 변압기와 많은 주택이 있습니다. 전류가 고전압에서 저전압으로 이동하기 때문에 가장 높은 전압은 변압기에 있습니다. 기껏해야 오래된 변압기는이 전압이 일정합니다. +/- 5 % 범위를 완전히 사용하기 위해 tarnsformer의 전압은 약 + 4 / 5 %입니다. 집으로가는 길에 전압은 최대 10 %까지 떨어질 수 있으며 -5 %이면 모두 정상입니다. 현재 많은 태양 광 발전이이 지역에서 소비되는 것보다 더 많은 전력을 생산한다면, 전력은 변환기를 통해 그리드로 들어가야합니다. 그래도 역시, 전류는 변압기쪽으로 흐릅니다. 즉, 가장 높은 전압이 아니라 가장 낮은 지점임을 의미합니다. 따라서 전압이 쉽게 높아질 수 있고 포토 볼 타이크를 차단해야합니다 (고전압으로 인해이 영역의 보호 된 장치가 손상 될 수 있음). 조정 가능한 변압기를 사용 / 설치하여이 경우 문제가되지 않으며, tarnsformer의 전압은 예를 들어 -4 %로 조정하면됩니다. 그러나 그들은 꽤 비싸다.

또 다른 좋은 비유는 풀 스로틀에서 언덕 위로 운전되는 자동차와 같은 대형 (기본 부하) 발전소를 생각할 수 있다는 것입니다. 특정 속도 (그리드 주파수)에 도달하고 그 시점에서 페달을 바닥에 유지하여 해당 속도를 무기한으로 유지해야합니다. 이제 언덕이 수평을 이루기 시작하고 발을 바닥에두면 속도가 증가하고 속도를 다시 낮추려면 가스를 들어 올려야합니다. 이것은 그리드 주파수가 증가하고 전력 생성이 감소하는 것과 같습니다 (피킹 장치가 종료 됨). 반면에 언덕이 가파르게되면 (그리드에 부하가 증가) 자동차 속도가 느려지지만 (주파수 강하) 이미 스로틀 상태입니다. 속도로 돌아 가기 위해 지금 할 수있는 유일한 일은 또 다른 자동차 밀기입니다. 그것은 피킹 장치가 온라인에 올 것입니다.