Después de mi segundo curso de física de la serie, comencé a preguntarme cómo las centrales eléctricas controlan la producción de energía para que coincida con el uso de una ciudad.
Hay varias respuestas posibles en mi mente que se enumeran a continuación:
¿Siempre sobreproduce la cantidad de energía que necesita una ciudad de modo que se desperdicia cierta cantidad de electricidad?
¿Produce en exceso la cantidad de energía pero almacena el exceso de energía en sal fundida o bombeando agua?
¿Coincide exactamente con la necesidad energética actual?
La razón por la que esta pregunta me ha venido a la mente es que si la opción 1 o 3 es verdadera, entonces la energía solar y la energía eólica son completamente inútiles, ya que la energía generada debe usarse de inmediato, pero tengo que enumerar como una opción como a menudo no vea represas o depósitos de sal fundida alrededor de los generadores de energía solar y eólica.
Número 3 con un poco de 2. La conservación de la energía fuerza la entrada de energía a la red para igualar la energía que sale en pérdidas/uso de carga o almacenamiento dentro del sistema en todo momento sin excepciones.
Cuando hay pequeños desajustes en la energía de entrada/salida, este desajuste se acomoda a través de la inercia rotacional de la red eléctrica. (esta inercia está presente en todos los generadores Y motores/cargas conectados a la red que están girando. En el caso de América del Norte o Europa, estas redes tienen una inercia efectiva muy grande). Si hay exceso de generación, la frecuencia de la red aumenta. Si hay un exceso de carga, la frecuencia de la red cae.
La mayoría de los generadores utilizan una técnica de control que controla la entrada de energía al motor principal en función de la frecuencia de la red. Baja frecuencia de red --> aumentar la entrada de energía; alta frecuencia de red --> menor consumo de energía. Esto se llama control de caída de frecuencia.
Diferentes motores primarios del generador tienen diferentes respuestas de tiempo. Las centrales térmicas nucleares o de carbón pueden tener un tiempo de respuesta del orden de 1/2 - 1 día. Las turbinas de gas natural o de agua pueden aumentar la energía mucho, mucho más rápido.
Las plantas de respuesta lenta proporcionan "carga base", mientras que las plantas de respuesta más rápida son "picos" y siguen las variaciones en la carga mientras que la inercia del sistema compensa la diferencia.
Las redes pequeñas y aisladas pueden ser más difíciles de integrar porciones más grandes de energía eólica o solar; sin embargo, es bastante posible. Por ejemplo, hay muchas aldeas en Alaska que obtienen su electricidad de una combinación de grupos electrógenos diesel y turbinas eólicas. Algunas de estas aldeas obtienen más del 50% de su electricidad del viento a través de una combinación de control cuidadoso del sistema y "cargas de descarga". Estas cargas de descarga utilizan el exceso de energía eléctrica para calentar el agua para el sistema de calefacción del distrito de la aldea.
Cualquier energía que se produzca y se ponga en la red eléctrica se consume inmediatamente. No se puede sobreproducir y desperdiciar el extra de alguna manera. Si muchas personas en una ciudad encienden repentinamente sus televisores al mismo tiempo (suceden cosas como esa), entonces el voltaje cae momentáneamente cuando el regulador del generador deja pasar más vapor o agua o lo que sea a través de la turbina. También hay problemas de fase y problemas de frecuencia. Se complica, pero pase lo que pase, toda la energía producida se consume inmediatamente.
Los generadores solares y eólicos producen lo que producen, en su mayoría. Estos productores son actualmente una pequeña fracción de la potencia total, por lo que el resto de los productores se ajustan en consecuencia. En realidad, este es un problema importante con las redes eléctricas, ya que aumenta la fracción de productores con fluctuaciones relativamente repentinas (como la eólica y la solar). Actualmente, para cada cuadrícula, la principal autoridad de control intenta reequilibrar a los productores con la demanda cada 4 segundos. Existen varias estructuras de precios para que aquellos que pueden reaccionar rápidamente puedan cobrar más. La producción de plantas nucleares, por ejemplo, solo puede controlarse muy lentamente. Las plantas hidroeléctricas generalmente pueden responder "rápidamente" en este contexto. Otros tipos están en el medio. Por otro lado, las armas nucleares producen electricidad de manera más económica. Todo es un intercambio.
Aunque toda la energía producida se consume inmediatamente, algunos de estos consumidores pueden almacenar energía y luego actuar como productores. Por lo general, esto no se hace segundo a segundo, sino principalmente con el propósito de nivelar la demanda (como lo ven los productores grandes y que varían lentamente) durante los ciclos diurnos/nocturnos. Hay sistemas que bombean agua cuesta arriba. Véase, por ejemplo, la estación Northfield Mountain en el centro-norte de Massachusetts.
Dije que el almacenamiento a corto plazo generalmente no se realiza, pero hay intentos de hacerlo. Un ejemplo es un sistema de volante de Beacon Power. La electrónica controla si la energía se descarga o toma de cada volante, por lo que puede responder muy rápidamente. Tal granja de volantes no está diseñada para nivelar los ciclos de día/noche, pero los cambios de demanda a corto plazo se miden cada pocos segundos. Una granja de volantes puede manejar los rápidos cambios en la demanda, mientras que otras plantas reaccionan a los cambios más lentos en la demanda promedio.
yippie
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