Quando uma turbina eólica não produz eletricidade suficiente, como a companhia de energia compensa a perda?

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Ouvi uma vez que, quando uma usina de turbina eólica não produz eletricidade suficiente, a empresa de energia às vezes é forçada a ligar alguns motores a jato para compensar a perda, há alguma verdade nisso? Imagino que a estabilidade seja um fator-chave para manter a produção estática e eficiente; então, o que a empresa de energia faria?

Roubar
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As "plantas Peaker" e as "plantas que seguem a carga" (ver a resposta de Andrey Akhmetov, abaixo) existiriam mesmo que as turbinas eólicas nunca tivessem sido inventadas. Eles são necessários para combinar a capacidade de geração on-line com a demanda por energia elétrica, e a demanda pode mudar tão rapidamente quanto o vento.
Solomon Slow
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Os motores a jato são na verdade um conjunto sobreposto do tipo de usina que essas plantas usam. Eles são propriamente motores de turbina a gás que também são usados ​​no tanque Abhrams e nos ônibus de Nova York. Por que os motores a jato não são um subconjunto ou superconjunto? Porque existem alguns tipos de motores a jato que não têm nada a ver com turbinas como ramjets.
31819 slebetman
As supercaps agora estão sendo divulgadas para uso comercial em suprimentos de pico. Este módulo de capacitores Kilowatt LABS SIrius está avaliado em armazenamento de 3,55 kWh e custa US $ 4500 nesta página. Diga uma estimativa de US $ 3.000 para 'alguns'. Isso representa cerca de 5 vezes o custo das baterias de íon de lítio - o que torna uma pechincha absoluta se as especificações forem verdadeiras. 1.000.000 ciclos estimados (provavelmente a 100% DOD) [!!!!], vida útil de 45 anos do capacitor, 99% + eficiência de armazenamento de ida e volta, breves especificações aqui . Surpreendente.
Russell McMahon
Não é suficiente para uma resposta, mas me dá uma desculpa para conectar meu site favorito: gridwatch.co.uk , mostrará como a resposta de Andrey Akhmetov funciona na prática e mostra como diferentes plantas variam sua produção conforme necessário ao longo do dia. (Isto é para gird de energia do Reino Unido, existem outros similares para outros cinge)
Puffafish
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Quando li "ligar dois motores a jato ...", imaginei instantaneamente motores a jato soprando na turbina eólica para fazê-la girar mais rápido.
IMIL

Respostas:

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Isto está certo. Quando a demanda excede a oferta, a tensão diminui e a frequência diminui (o que pode arriscar a falha do equipamento e é certamente uma situação indesejável). Os operadores de redes elétricas ativarão fontes alternativas de geração para corrigir o desequilíbrio assim que for percebido (muitas vezes sob a coordenação de uma organização regional de transmissão como o CAISO ).

Os operadores de rede são muito cuidadosos para garantir que a frequência da rede seja mantida adequadamente ( fonte ); mesmo alguns segundos de desvio (ou seja, algumas centenas de ciclos à frente ou atrás) exigem que as RTOs e agências relacionadas tomem as ações corretivas onde forem seguras. A maioria dessas medidas funciona da mesma forma, se a demanda aumenta ou a oferta diminui (e, portanto, é relevante se estamos falando de um aumento na carga do consumidor ou de uma redução na oferta de energia eólica ou de outras fontes renováveis).

Para entender o mix de energia um pouco mais detalhadamente, é necessário levar em consideração os tipos de geração, que incluem plantas de carga básica, plantas de acompanhamento de carga, fontes intermitentes e plantas de pico:

  • As plantas de carga básica são projetadas para operar com alta eficiência de custos (não necessariamente eficiência ambiental ou qualquer outra medida de eficiência, a menos que seja exigido pelas leis e prioridades locais), mas não podem ser ajustadas rapidamente. Exemplos destes podem incluir grande carga de carvão e base nuclear.
  • As usinas que seguem a carga podem se ajustar se tiverem capacidade (por exemplo, usinas hidrelétricas ou pequenas para queima de combustível)
  • As plantas Peaker são ágeis e podem ser colocadas on-line rapidamente (por exemplo, turbinas a gás), mas são ineficientes. Quando as plantas de carga base são insuficientes, as plantas que seguem a carga aumentam sua carga; se essa capacidade estiver esgotada ou se a grade estiver sofrendo oscilações rápidas na carga que as plantas que acompanham a carga não conseguem acompanhar, os coletores ficarão online e começarão a queimar combustível para obter suprimento suficiente para equilibrar a demanda.

Outro fator a considerar é o planejamento: se uma área possui ventos consistentes e turbinas eólicas suficientes, o vento pode ser considerado parte da carga-base: não pode ser ajustado, mas é relativamente previsível e consistente no dia-a-dia. As brechas no vento são tratadas da mesma maneira que qualquer outro déficit de carga de base: primeiro através de instalações que acompanham a carga, se possível, e depois com a ajuda dos cotonetes.

As lacunas e deficiências conhecidas também podem ser tratadas através da negociação. Por exemplo, o estado de Washington, EUA, possui energia hidrelétrica abundante e exporta energia para quatorze outros estados. Sua superprodução de energia (que pode ser tão prejudicial quanto a subprodução) é utilmente desviada para ajudar a compensar parte do suprimento de estados vizinhos, como a Califórnia ( fonte ). Essa exportação inclui carga básica se a demanda local estiver caindo muito rapidamente para que as usinas em operação se ajustem.

A energia armazenada também contribui. As fontes para essa energia extra podem ser locais de armazenamento, como armazenamento de energia bombeada , baterias (por exemplo, isso ) ou podem ser de geração (não necessariamente queima de combustível).

Por fim, o derramamento de carga é um último recurso. Se as condições forem adversas (demanda muito alta, como ar-condicionado em um dia quente, falhas na linha de transmissão, perda de carga-base, etc.), o operador da rede poderá aumentar o preço em tempo real da energia industrial ou até exigir que os equipamentos industriais os usuários da rede reduzem sua demanda para evitar a instabilidade da rede. Se isso for insuficiente, ocorrerão apagões e quedas de energia, para evitar a perda total da rede e de seus usuários mais críticos (hospitais, serviços de emergência, comunicações).

nanofarad
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O @JoeFala Coal não é eficiente em relação ao seu efeito ambiental, mas é eficiente em relação ao seu custo financeiro em muitas partes do mundo, com o melhor de meu conhecimento.
Nanofarad
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A unidade 2 ultrassupercrítica (de boca cheia) da J-Power no Japão tem 45% de eficiência, o que é muito bom. A energia nuclear é de 55%. Acho que mais dessas usinas ultrassupercríticas estarão disponíveis em breve.
Joe Fala
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@JoeFala Eu editei a resposta para mencionar a eficiência de custos, em particular, para evitar qualquer confusão. Obrigado por me informar sobre o texto impreciso.
Nanofarad
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Observe que os cilindros (turbinas a gás) são historicamente ineficientes e caros, mas o gás realmente muito barato nos EUA devido à fraqueza mudou um pouco a matemática.
Yakk 11/03/19
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No noroeste do Pacífico, obtemos uma enorme quantidade de energia das barragens. As barragens têm o benefício adicional de aumentar / diminuir rapidamente a potência, a fim de compensar as mudanças de vento. Na verdade, produzimos tanta energia na primavera que, ocasionalmente, o preço elétrico no atacado fica negativo e temos que pagar às pessoas para que tomem nossa energia / pedir que outras usinas desliguem, o que realmente irritou as usinas eólicas que tinham fundos federais correspondentes que não pagariam se eles não estavam gerando.
Bill K
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Eu ia repreendê-lo por não fazer uma pesquisa - então não consegui encontrar uma resposta decente! Então - aqui está uma resposta curta:

Primeiro, motores a jato - não. Você está pensando em turbinas a gás, mas elas não são motores a jato (tente uma pesquisa na web em "Turbina a gás").

Segundo, não há muito armazenamento de energia na rede elétrica, além de tanques de gás, pilhas de carvão, barras de urânio e água atrás de barragens. As baterias estão começando a parecer que talvez sejam práticas, eventualmente. Mas, em geral, quando fontes de energia "alternativas" surgem, é preciso haver uma fonte de energia "tradicional" que entra em ação. As turbinas a gás são boas para isso porque podem ser colocadas em operação rapidamente.

Este artigo wiki trata da questão do armazenamento em grade.

TimWescott
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A declaração na turbina a gás é imprecisa, mas não incorreta. Uma turbina a gás aeroderivada é basicamente um motor a jato, faça uma pesquisa na web sobre isso. As plantas Peaker são geralmente turbinas a gás aeroderivativas porque podem iniciar em ~ 15 minutos. As alternativas são chamadas turbinas a gás industriais, que são muito maiores e mais eficientes. As turbinas a gás industriais, especialmente as unidades de ciclo combinado, levam horas para iniciar e desligar e, portanto, são inadequadas para o uso máximo.
user71659
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As supercaps agora estão sendo divulgadas para uso comercial em suprimentos de pico. Este módulo de capacitores Kilowatt LABS SIrius está avaliado em armazenamento de 3,55 kWh e custa US $ 4500 nesta página. Diga uma estimativa de US $ 3.000 para 'alguns'. Isso representa cerca de 5 vezes o custo das baterias de íon de lítio - o que torna uma pechincha absoluta se as especificações forem verdadeiras. 1.000.000 ciclos estimados (provavelmente a 100% DOD) [!!!!], vida útil de 45 anos do capacitor, 99% + eficiência de armazenamento de ida e volta, breves especificações aqui . Surpreendente.
Russell McMahon
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@ user71659: Quando li "motor a jato" na pergunta, me perguntei se alguém estava imaginando usar um turbofan para gerar vento em um parque eólico, literalmente apontando para turbinas eólicas existentes. Totalmente implausível, mas o tipo de distorção / mal-entendido que eu acredito que alguém tenha.
Peter Cordes
@ user71659: Essas turbinas a gás industriais são perfeitamente capazes de atuar como reserva para turbinas eólicas; as previsões meteorológicas são confiáveis ​​o suficiente para prever a geração de energia com 24 horas de antecedência. As fábricas rápidas são necessárias para lidar com a variação da demanda, mas esse não foi o assunto desta questão.
MSalters
As baterias Panasonic @RussellMcMahon usadas nos carros da Tesla têm 28000 ciclos com 80% de DOD e custam muito menos do que as supercaps. Quantos ciclos você precisa? Eu acho que 365 por ano é suficiente, com as baterias Panasonic certamente alcançar.
21719 juhist