W tym wpisie na blogu przyjrzymy się, w jaki sposób inteligentne sieci energetyczne mogą rozwiązać problem przerw w dostawie prądu spowodowanych ograniczeniami w magazynowaniu energii i niedopasowaniem częstotliwości.
15 września 2011 r. doszło nagle do dużej przerwy w dostawie prądu w Gangnam-gu i Yeouido w Seulu w Korei Południowej, a także w prowincjach Gangwon i Chungcheong. Był to pierwszy raz, kiedy taka jednoczesna przerwa w dostawie prądu miała miejsce w Korei Południowej. Zapaliły się światła drogowe, ruch drogowy stanął, zgasły światła na wieżach kontrolnych, co spowodowało tymczasowe zakłócenia w ruchu lotniczym, a produkcja została wstrzymana w innych obiektach przemysłowych, co spowodowało ogromne straty ekonomiczne. Taką dużą przerwę w dostawie prądu nazywa się blackoutem. Energię elektryczną można wytwarzać, więc dlaczego dochodzi do blackoutów, powodujących duże przerwy w dostawie prądu?
W Korei Południowej około 59 elektrowni wytwarza energię elektryczną, która jest dostarczana do zakładów przemysłowych, gospodarstw domowych i firm. Jedną z najważniejszych cech energii elektrycznej jest to, że nie można jej magazynować. Ponieważ nadmiar energii elektrycznej znika, Korea Electric Power Corporation uznaje, że dopasowanie produkcji i zużycia energii elektrycznej jest jej najważniejszym zadaniem i monitoruje to w czasie rzeczywistym. Awarie zasilania występują, gdy ilość zużytej energii elektrycznej przekracza ilość dostarczoną, powodując wyłączenie systemu wytwarzania energii.
W tym momencie można się zastanawiać, dlaczego system wytwarzania energii zatrzymuje się, gdy wzrasta zużycie, ponieważ podaż może być po prostu zwiększona. Wynika to z innej właściwości elektryczności: częstotliwości. Elektryczność to energia falowa, która wibruje ze stałą częstotliwością. Gdy elektryczność o różnych częstotliwościach spotyka się, znosi się lub zniekształca i nie może być używana razem. Stała częstotliwość jest wytwarzana przez obracające się turbiny ze stałą prędkością w elektrowniach. Elektrownie synchronizują prędkość swoich turbin z dokładnością do 0.1 sekundy, aby mogły wytwarzać energię elektryczną, którą można łączyć. Gdy turbiny się obracają, są poddawane obciążeniu, co odnosi się do zmęczenia i ciśnienia, jakiego doświadcza maszyna podczas pracy. Gdy maszyna jest poddawana dużemu obciążeniu, mówimy, że jest przeciążona. Jeśli zużycie przekracza podaż, turbiny w elektrowni będą pracować z większym obciążeniem niż wcześniej, aby zwiększyć podaż, a gdy obciążenie staje się większe, prędkość turbin może zwolnić. Jeśli ta prędkość zwolni poniżej pewnego limitu, wytwarzana jest energia elektryczna o różnych częstotliwościach, niszcząc system elektryczny, więc system wyłącza turbinę. Gdy jedna turbina zostaje wyłączona, pozostałe turbiny otrzymują większe obciążenie, a kolejna turbina zatrzymuje się, powtarzając zjawisko niczym efekt domina, w wyniku którego wszystkie elektrownie zatrzymują się, a dopływ prądu zostaje odcięty.
W związku z tym, że energia elektryczna ma tę właściwość, że nie może być magazynowana i że bez jej tłumienia lub zniekształcania można łączyć tylko energię elektryczną o tej samej częstotliwości, w momencie gdy zużycie energii elektrycznej przekroczy określony limit następuje przerwa w dostawie prądu.
Aby zapobiec przerwom w dostawie prądu, konieczne są różne środki. Po pierwsze, obywatele muszą dobrowolnie oszczędzać energię elektryczną i zmniejszać jej zużycie w godzinach szczytu zgodnie z polityką rządu. Rząd może zapobiegać przerwom w dostawie prądu, ustanawiając politykę regulującą zużycie, gdy przekroczy ono określony poziom, i zabezpieczając elektrownie, które mogą być eksploatowane w podobnych sytuacjach. Ponadto konieczne jest opracowanie technologii, które monitorują i kontrolują produkcję i zużycie energii w czasie rzeczywistym, wprowadzając inteligentny system sieciowy. Inteligentne systemy sieciowe maksymalizują wydajność sieci energetycznych i umożliwiają przyjazne dla środowiska zasilanie poprzez zwiększenie udziału energii odnawialnej.
Awarie zasilania nie są problemem występującym wyłącznie w Korei Południowej. Odnotowano przypadki awarii zasilania w wielu krajach na całym świecie. Duża awaria zasilania, która miała miejsce w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie w 2003 r., dotknęła ponad 50 milionów ludzi. Incydent ten ujawnił podatność sieci energetycznej i podkreślił potrzebę modernizacji systemów energetycznych i inteligentnych sieci. Ponadto duża awaria zasilania w Indiach w 2012 r. dotknęła około 600 milionów ludzi, co po raz kolejny przypomina nam o znaczeniu systemów zarządzania energią.
Przypadki te pokazują potrzebę międzynarodowej współpracy i wymiany informacji w celu zapobiegania blackoutom. Ważne jest, aby kraje dzieliły się swoimi doświadczeniami i technologiami oraz współpracowały ze sobą w celu poprawy stabilności systemów energetycznych. Umożliwi nam to zajęcie się lukami w sieciach energetycznych i ustanowienie systemów, które mogą szybko reagować w przypadku blackoutu.
Do awarii zasilania dochodzi z powodu niemożności magazynowania energii elektrycznej i charakterystyki częstotliwości. Aby temu zapobiec, konieczne są kompleksowe środki, w tym dobrowolne działania na rzecz oszczędzania energii elektrycznej przez społeczeństwo, regulacje rządowe i wprowadzenie inteligentnych sieci. Poprzez przykłady międzynarodowe możemy nauczyć się znaczenia współpracy w zapobieganiu awariom, co pozwoli nam budować bezpieczniejsze i bardziej stabilne systemy energetyczne.
W jaki sposób właściwości grafenu wpływają na przyszłość elastycznych wyświetlaczy?
