Cuando una turbina eólica no produce suficiente electricidad, ¿cómo compensa la pérdida la compañía eléctrica?

Una vez escuché que cuando una planta de energía eólica no produce suficiente electricidad, las compañías eléctricas a veces se ven obligadas a encender un par de motores a reacción para compensar la pérdida, ¿hay algo de verdad en eso? Me imagino que la estabilidad es un factor clave para mantener la producción estática y eficiente, entonces, ¿qué haría la compañía eléctrica?

Las "plantas de pico" y las "plantas de seguimiento de carga" (ver la respuesta de Andrey Akhmetov, a continuación) existirían incluso si las turbinas eólicas nunca se hubieran inventado. Son necesarios para hacer coincidir la capacidad de generación en línea con la demanda de energía eléctrica, y la demanda puede cambiar tan rápido como puede cambiar el viento.
Los motores a reacción son en realidad un conjunto superpuesto del tipo de motor que utilizan estas plantas. Son propiamente motores de turbina de gas que también se utilizan en el tanque Abhrams y en los autobuses de Nueva York. ¿Por qué los motores a reacción no son un subconjunto o un superconjunto? Porque hay algunos tipos de motores a reacción que no tienen nada que ver con las turbinas, como los estatorreactores.
Los supercap ahora se promocionan para uso comercial en los picos de suministro. Este módulo de condensador Kilowatt LABS SIrius tiene una capacidad de almacenamiento de 3,55 kWh y cuesta $ 4500 australianos en esta página. Diga un estimado de $US3000 para 'algunos'. Eso es aproximadamente 5 veces el costo de las baterías LiIon, lo que lo convierte en una ganga total si las especificaciones son ciertas. 1,000,000 de ciclos estimados (probablemente al 100% DOD) [!!!!], vida útil del condensador de 45 años, eficiencia de almacenamiento de ida y vuelta del 99%+, especificaciones breves aquí . Asombroso.
No es suficiente para una respuesta, pero me da una excusa para conectar mi sitio web favorito: gridwatch.co.uk , le mostrará cómo funciona la respuesta de Andrey Akhmetov en la práctica y muestra cómo las diferentes plantas varían sus rendimientos según sea necesario durante el día. (Esto es para la red eléctrica del Reino Unido, hay otros similares para otras redes)
Cuando leí "encender un par de motores a reacción..." Instantáneamente imaginé motores a reacción soplando en la turbina eólica para hacerla girar más rápido.
Es importante tener en cuenta que las caídas repentinas en la oferta se parecen a picos repentinos en la demanda. Las compañías eléctricas siempre han tenido que lidiar con esto último, por ejemplo, porque un par de millones de británicos decidieron preparar una taza de té (usando teteras eléctricas para hervir agua) a la misma hora todos los días (esa historia puede ser apócrifa, pero es ilustrativa) .
@IMil eso es realmente lo que sucede. La salida calentada de un motor a reacción que sopla sobre una turbina interna la hace girar. Esa turbina está entonces en un eje conectado a un generador, o en un turboventilador moderno, un ventilador más grande que genera la mayor parte del empuje moviendo el aire de derivación, o bien, está engranado para impulsar las palas de la hélice de un turbohélice o el rotor de un helicóptero. ...

Respuestas (2)

Esto es correcto. Cuando la demanda excede la oferta, el voltaje se hundirá y la frecuencia caerá (lo que puede provocar fallas en el equipo y es ciertamente una situación indeseable). Los operadores de las redes eléctricas activarán fuentes alternativas de generación para corregir el desequilibrio tan pronto como se perciba (a menudo bajo la coordinación de una organización de transmisión regional como CAISO ).

Los operadores de la red son muy cuidadosos para garantizar que la frecuencia de la red se mantenga adecuadamente ( fuente ); incluso unos pocos segundos de deriva (es decir, unos cientos de ciclos por delante o por detrás) requieren que los RTO y las agencias relacionadas tomen medidas correctivas donde sea seguro. La mayoría de estas medidas funcionan igual ya sea que aumente la demanda o disminuya la oferta (y, por lo tanto, son relevantes ya sea que hablemos de un aumento en la carga del consumidor o una disminución en la oferta eólica u otras fuentes renovables).

Para comprender un poco más a fondo la combinación de energía, es necesario tener en cuenta los tipos de generación, que incluyen plantas de carga base, plantas de seguimiento de carga, fuentes intermitentes y plantas de punta:

  • Las plantas de carga base están diseñadas para operar con una alta eficiencia de costos (no necesariamente eficiencia ambiental o cualquier otra medida de eficiencia, a menos que lo dicten las leyes y prioridades locales), pero no se pueden ajustar rápidamente. Ejemplos de estos pueden incluir una gran carga base nuclear y de carbón.
  • Las plantas de seguimiento de carga pueden ajustarse si tienen capacidad (por ejemplo, plantas hidroeléctricas o que queman combustible más pequeñas)
  • Las plantas de pico son ágiles y pueden ponerse en marcha rápidamente (por ejemplo, turbinas de gas), pero son ineficientes. Cuando las plantas de carga base son insuficientes, las plantas de seguimiento de carga aumentan su carga; si esta capacidad se agota o la red está experimentando cambios rápidos en la carga que las plantas de seguimiento de carga no pueden seguir, entonces los picos se conectarán y comenzarán a quemar combustible para lograr suficiente suministro para equilibrar la demanda.

Otro factor a considerar es la planificación: si un área tiene vientos constantes y suficientes turbinas eólicas, el viento puede considerarse parte de la carga base: no se puede ajustar, pero es relativamente predecible y constante día a día. Las brechas en el viento se tratan de la misma manera que cualquier otro déficit de carga base: primero a través de plantas de seguimiento de carga si es posible y luego con la ayuda de los picos.

Las brechas y los déficits conocidos también se pueden manejar a través del comercio. Por ejemplo, el estado de Washington, EE. UU., tiene abundante energía hidroeléctrica y exporta energía (a partir de 2019) a otros catorce estados. Su sobreproducción de energía (que en sí misma puede ser tan dañina como la subproducción cuando provoca sobrevoltaje y sobrefrecuencia) se desvía de manera útil para ayudar a compensar parte del suministro de los estados vecinos como California (fuente ) . Esta exportación incluye la carga base si la demanda local está cayendo demasiado rápido para que las plantas de energía operativas se ajusten.

La energía almacenada también contribuye. Las fuentes de dicha energía adicional pueden ser sitios de almacenamiento, como almacenamiento de energía bombeada , baterías (por ejemplo, este ), o pueden ser generación (no necesariamente quemando combustible).

Por último, el deslastre de cargas es el último recurso. Si las condiciones son adversas (demanda muy alta, como aire acondicionado en un día caluroso, fallas en la línea de transmisión, pérdida de carga base, etc.), el operador de la red puede aumentar el precio en tiempo real de la energía industrial o incluso exigir que la industria los usuarios de la red reducen su demanda para evitar la inestabilidad de la red. Si esto es insuficiente, se producirán apagones y caídas de tensión, para evitar la pérdida total de la red y de sus usuarios más críticos (hospitales, servicios de emergencia, comunicaciones).

Todo eso es bastante exacto, excepto que no creo que el carbón sea muy eficiente. La generación eólica realmente no cuenta mucho en el panorama general todavía. Las turbinas de gas GN son costosas de operar pero pueden equilibrar la carga muy rápidamente. La línea de base de la planta se ajusta tan lentamente que cuando la demanda cae demasiado rápido, la electricidad debe descargarse en otro lugar. Lo que significa venderlo a un precio significativamente menor que el costo de producirlo. Sé que nuestro precio en Canadá cambia con el dólar estadounidense. El exceso de energía va y viene a través de la frontera y hace que el precio sea un desastre. Toda la red está interconectada.
@JoeFala Coal no es eficiente en relación con su efecto ambiental, pero es eficiente en relación con su costo financiero en muchas partes del mundo, según mi leal saber y entender.
Ah, sí, es barato, pero desde el punto de vista de la eficiencia de la combustión, no creo que sea muy bueno. Creo que muchas de las plantas se están actualizando, pero debido a que el costo aún es lo suficientemente bajo, no es financieramente sostenible operar las plantas de mayor eficiencia. No he repasado esto durante varios años, por lo que no estoy familiarizado con la tecnología actual. Estoy bastante seguro de que la energía nuclear es la más barata de ejecutar y la más limpia en general, pero es costosa de instalar y la gente está aterrorizada con ella. La energía nuclear es en realidad más limpia que los paneles solares si se tiene en cuenta la producción del material de los paneles.
La unidad 2 ultrasupercrítica (boca llena) de J-Power en Japón tiene una eficiencia del 45%, lo cual es bastante bueno. La energía nuclear es como el 55% Creo que más de esas plantas ultrasupercríticas estarán en funcionamiento pronto.
@JoeFala He editado la respuesta para mencionar la rentabilidad en particular para evitar confusiones. Gracias por informarme sobre la redacción imprecisa.
Si la demanda excede la oferta, ¿no será más bien que el voltaje o la frecuencia caerán, lo que por supuesto se buscará remediar de inmediato mediante la adición de energía de una fuente que responda? Quiero decir, regulas el voltaje de la frecuencia para mantener estable al otro, y el objetivo es mantener ambos estables.
Tenga en cuenta que los picos (turbinas de gas) son históricamente ineficientes y costosos, pero el gas realmente muy barato en los EE. UU. debido al fraking ha cambiado un poco las matemáticas.
@StianYttervik, la utilidad puede caer tanto dependiendo de cómo se implemente la regulación en toda la red. Cualquiera puede caer, o ambos pueden caer en una cantidad menor.
Tenga en cuenta que los ajustes de frecuencia totales son muy pequeños, hay un sitio web que monitorea la frecuencia de la red actual en Europa con una precisión de 3 decimales: mainsfrequency.com
De ninguna manera la eficiencia nuclear es del 55%, a menos que el calor residual se utilice para fines útiles que se tienen en cuenta para el cálculo de la eficiencia.
En el Noroeste del Pacífico obtenemos una gran cantidad de nuestra energía de las represas. Las represas tienen el beneficio adicional de que aumentan/disminuyen rápidamente la potencia para compensar los cambios de viento. De hecho, producimos tanta energía en la primavera que el precio mayorista de la electricidad ocasionalmente es negativo y tenemos que pagarle a la gente para que tome nuestra energía/pedir a otras plantas que cierren, lo que REALMENTE molestó a las plantas eólicas que tenían fondos federales equivalentes que no pagarían si no estuvieran generando.
@JoeFala No, las centrales eléctricas de carbón tienen una gran eficiencia en la combustión: convierten aproximadamente el 40% de la energía del combustible en electricidad utilizable, que es superior a la mayoría de las formas de combustión. Su calor residual también se usa a menudo productivamente, lo que puede aumentar la eficiencia efectiva hasta en un 90%. La mayoría de las turbinas de gas son similares, aunque las plantas más modernas pueden manejar hasta un 60 % (para electricidad). Por el contrario, las plantas nucleares tienen una eficiencia sustancialmente inferior al 1%, pero no consumen trenes cargados de carbón todos los días, solo un camión de combustible una o dos veces al año. Todavía vale mucho la pena :)
@juhist Es complicado. La eficiencia térmica de una central nuclear es esencialmente la misma que la de una planta de carbón, como era de esperar, ya que utilizan prácticamente las mismas turbinas de vapor. La mayor parte de la energía del combustible se pierde mucho antes de que se genere el vapor, por lo que si compara la energía ideal liberada en una reacción nuclear con la cantidad real de electricidad generada, obtiene una eficiencia total de menos del 1%. Al final, comparar esquemas de generación tan diferentes es una tontería: el carbón de ninguna manera puede convertirse en combustible nuclear y viceversa. Lo mismo para las represas: una eficiencia del 90 % está bien, pero...

Iba a regañarte por no hacer una búsqueda, ¡entonces no pude encontrar una respuesta decente! Entonces, aquí hay una respuesta corta:

Primero, motores a reacción, no. Está pensando en turbinas de gas, pero no son motores a reacción (intente realizar una búsqueda en la web sobre "Turbina de gas").

En segundo lugar, no hay mucho almacenamiento de energía en la red eléctrica, aparte de los tanques de gas, las pilas de carbón, las varillas de uranio y el agua detrás de las represas. Las baterías están empezando a parecer que tal vez serán prácticas, eventualmente. Pero, en general, cuando las fuentes de energía "alternativas" desaparecen, es necesario que haya una fuente de energía "tradicional" que se active. Las turbinas de gas son buenas para esto porque se pueden poner en funcionamiento rápidamente.

Este artículo de la wiki aborda el problema del almacenamiento de la red.

La declaración sobre la turbina de gas es imprecisa pero no incorrecta. Una turbina de gas aeroderivada es básicamente un motor a reacción, haga una búsqueda en la web sobre esto. Las plantas de pico suelen ser turbinas de gas aeroderivadas porque pueden arrancar en ~15 minutos. La alternativa son las denominadas turbinas de gas industriales que son mucho más grandes y eficientes. Las turbinas de gas industriales, especialmente las unidades de ciclo combinado, tardan horas en encenderse y apagarse y, por lo tanto, no son apropiadas para un uso máximo.
Los supercap ahora se promocionan para uso comercial en los picos de suministro. Este módulo de condensador Kilowatt LABS SIrius tiene una capacidad de almacenamiento de 3,55 kWh y cuesta $ 4500 australianos en esta página. Diga un estimado de $US3000 para 'algunos'. Eso es aproximadamente 5 veces el costo de las baterías LiIon, lo que lo convierte en una ganga total si las especificaciones son ciertas. 1,000,000 de ciclos estimados (probablemente al 100% DOD) [!!!!], vida útil del condensador de 45 años, eficiencia de almacenamiento de ida y vuelta del 99%+, especificaciones breves aquí . Asombroso.
@user71659: Cuando leí "motor a reacción" en la pregunta, me pregunté si alguien estaba imaginando usar un turboventilador para generar viento en un parque eólico, literalmente apuntándolo a las turbinas eólicas existentes. Totalmente inverosímil, pero el tipo de distorsión/malentendido que creo que alguien tiene.
@user71659: Esas turbinas de gas industriales son perfectamente capaces de actuar como respaldo para las turbinas eólicas; Las predicciones meteorológicas son lo suficientemente fiables como para predecir la generación de energía con 24 horas de antelación. Las plantas rápidas son necesarias para hacer frente a la variación de la demanda, pero ese no era el tema de esta pregunta.
@RussellMcMahon Las baterías Panasonic que se usan en los autos Tesla tienen 28000 ciclos al 80 % de DOD y cuestan mucho menos que las supercápsulas. Cuantos ciclos necesitas? Creo que 365 por año es suficiente, con las baterías de Panasonic sin duda lograrlo.
@juhist Por casualidad, durante los últimos días he estado leyendo reclamos web sobre especificaciones de batería y costos para celdas LiIon de buena calidad y de vanguardia. El rendimiento de la batería de Tesla es bueno pero también algo variable. Esos ciclos de 28,000 c al 80% DOD suenan como uno de los usuarios más afortunados. No querrás estar en el 5-10% inferior de las experiencias de los usuarios. La última 'cosa' son las celdas 21700 típicamente 4 Ah (LG, Samsung, Molicell, ...) con costos de quizás $US5 en buen volumen. ...
Tesla predice $200/kWh para 2020. | Más de un ciclo al día es deseable para, por ejemplo, hogares con buena capacidad de energía solar fotovoltaica y mucho más en plantas de equilibrio de carga del sistema de energía. Conmutador de serie a paralelo: FETS en serie desactivados, FET paralelos activados.
Tenga en cuenta que el "agua detrás de las represas" puede ser una forma práctica de almacenar la electricidad generada para su uso posterior, como en la planta de almacenamiento por bombeo de Dinorwig en el Reino Unido.
@MikeScott Sí, conozco el almacenamiento de energía bombeada. Si el terreno es favorable entiendo que puede ser un buen acercamiento.
Cuando una turbina eólica no produce suficiente electricidad, ¿cómo compensa la pérdida la compañía eléctrica?
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