¿Cómo suministran energía los sistemas de red eléctrica a las nuevas cargas que se conectan?

¿De dónde provinieron instantáneamente esos 5MW adicionales de energía hasta que la frecuencia del sistema de energía bajó y los gobernadores de energía activa aceleraron los generadores (obviamente hay un retraso de tiempo)?

El voltaje en la línea cae cuando se encienden las cargas (que depende de la resistencia y la inductancia en los cables físicos; si fueran cables superconductores, la carga y la fuente reaccionarían casi instantáneamente). Cuando se encienden grandes cargas y la red no puede generar la energía instantáneamente porque la inductancia y la resistencia del cable lo impiden, el voltaje cae y puede causar un apagón (lo mismo sucede en su casa cuando enciende una aspiradora y las luces atenúa un poco).

Por lo general, en el caso de cargas más grandes, se debe notificar a la compañía eléctrica para que pueda estar lista para evitar un apagón local. La generación de energía en el otro extremo debe proporcionar más corriente (para igualar la corriente que la carga consume en el otro extremo) o el voltaje caerá y a nadie le gusta eso.

A corto plazo, los capacitores y los DFR (reguladores de alimentación distribuida) y otros reguladores pueden compensar parte de la diferencia, pero solo pueden cubrir la regulación de la línea durante cortos períodos de tiempo con pequeñas cantidades de energía.

Si se consume demasiada energía, la instalación de generación de energía podría "dispararse" y se producirá un apagón hasta que se restablezca la generación.

Cuando conecta una nueva carga, se convierte en parte del circuito más grande. La corriente comienza a fluir a través de la nueva carga. Este es un proceso transitorio y el campo electromagnético asociado se propaga cerca de la velocidad de la luz a través de toda la red, es decir, el cambio se detectará casi de inmediato en otras partes de la red eléctrica, incluso a distancias relativamente grandes de donde se encuentra el nuevo se conectó la carga.

¿De dónde provienen instantáneamente esos 5 MW adicionales de energía hasta que la frecuencia del sistema de energía disminuye y los reguladores de energía activa aceleran los generadores?

Si hace zoom en escalas de tiempo pequeñas (de micro a milisegundos), a medida que la corriente comienza a fluir a través de la nueva carga y antes de que los generadores tengan la oportunidad de ajustar su producción de energía, la energía que la nueva carga comienza a consumir es recolectada por "matar de hambre" a las otras cargas a medida que se redistribuye el flujo de corriente/potencia. Se pueden considerar dos circuitos:

1. La red antes de que se conectara la nueva carga.
2. La red justo después de conectar la nueva carga. En la instancia de tiempo inmediatamente posterior a la conexión de la nueva carga, este circuito tiene las mismas fuentes de alimentación que el circuito original (sin cambios en el generador) .

Puede calcular el flujo de corriente a través de cada topología y verá que, dadas las mismas fuentes de energía, la nueva carga obtendrá su energía al "matar de hambre a otras cargas".

No podemos simplemente conectar una carga enorme a un sistema de energía sin informar a las autoridades (5 MW es realmente una carga enorme)

Cuando una carga tan grande se conecta a la red equilibrada existente, la red inicialmente intentará satisfacer los requisitos de carga. Como resultado, el voltaje y la frecuencia de la red caerán debido a que el sistema no sabe acerca de la Pero los reguladores automáticos de voltaje (AVR) y el controlador automático de frecuencia (AFC) intentarán estabilizar el sistema satisfaciendo la creciente demanda de par. del generador (Al aumentar el nivel de combustible, el nivel de vapor, etc.)

Y generalmente, en una central eléctrica,

• El factor de diversidad debe ser mayor que 1
• El factor de demanda debe ser inferior a 1

Siempre hay pequeñas fluctuaciones tanto en frecuencia como en voltaje en la red eléctrica. El tamaño de estas fluctuaciones depende de la potencia de los generadores en la red, así como de la carga actualmente presente y la carga que se agrega.

En circunstancias normales, 5 MW no es una gran carga en comparación con la carga normalmente presente en la red. Por ejemplo, un tren que sale de una estación de tren puede superarlo fácilmente. A modo de comparación: en 2019, la capacidad de generación de energía en Alemania fue de unos 200 GW, siendo Alemania parte de una enorme red síncrona que cubre casi toda Europa con una capacidad de generación de más de 600 GW (más información en la wikipedia: https://en . wikipedia.org/wiki/Synchronous_grid_of_Continental_Europe ): en este contexto, 5MW es trivial y el cambio en la frecuencia o el voltaje de esa carga no se notará.

El voltaje y, lo que es más importante, la frecuencia se monitorean constantemente y cuando superan ciertos umbrales, se agregarán o eliminarán generadores de la red o se agregarán o eliminarán cargas controlables.

Los operadores de red tienen muchas formas de ajustar la carga y la generación en la red. Por ejemplo, las plantas de almacenamiento por bombeo pueden proporcionar o consumir una gran cantidad de energía en segundos para mantener estable la frecuencia. Una vez que la frecuencia cae por debajo de cierto valor, se producirán apagones continuos y las ciudades y, cuando sea posible, las plantas industriales se cerrarán para evitar un apagón total.

Grandes cargas de varias docenas o cientos de megavatios son en su mayoría controlables por los operadores de la red para que puedan estabilizar la red. Las cabañas de aluminio, por ejemplo, tienen una carga de varios cientos de megavatios y deben programarse con el operador de la red para que se enciendan o incluso se apaguen.

De hecho, puede ver caídas periódicas en la frecuencia de la red de trenes suizos cada hora en el minuto 00, ya que es cuando muchos trenes salen de las estaciones.

Si bien otras respuestas son excelentes y van al grano, hay una cosa en la pregunta que me molesta:

Sé que en un sistema de potencia no existen elementos de almacenamiento de energía. Debido a esto, tan pronto como los generadores generan energía, se transmite al usuario final donde se utiliza la energía.

No hay almacenamiento de energía a largo plazo . No se puede generar un kWh hoy y consumirlo mañana. Pero hay almacenamiento de energía: la maquinaria giratoria tiene inercia. Si reduce la velocidad de una máquina eléctrica giratoria de 60 Hz a 59,9 Hz, habrá consumido un poco de esta energía.

Con muchos generadores en paralelo, una pequeña caída en la frecuencia puede suministrar mucha energía. El regulador también puede utilizar la caída de la frecuencia para aumentar el flujo de energía hacia el motor principal (agua para una planta hidroeléctrica, combustible para una turbina a reacción, etc.).