Kraftverkforvaltning

Kraftverkforvaltning beskriver økologisk og økonomisk fornuftig bruk av en eksisterende kraftpark samt planlegging av eventuelle nye kraftverk som måtte være påkrevd.

I Tyskland tar denne prosessen sted med EnWG 1998 gjennom økonomisk optimalisering av kraftverk bruk på grunnlag av kostnadene og oppnåelige priser i energihandel og på EEX ( kraftverk bruk optimalisering ). Siden den gang har overføringssystemoperatørene vært ansvarlige for systemsikkerhet i henhold til kapitlet Basics , som driver auksjon for anskaffelse av kontrollreserve og tar kontrolltiltak på nettverkssiden (f.eks. En lignende organisasjon av energiindustrien kan nå også finnes i Europa og USA.

I en markedsbasert organisasjon av energiindustrien, slik den er i dag i Europa og USA, bestemmer markedsprisene både bruken av eksisterende kraftverk og planleggingen av nye kraftverk.

Grunnleggende

Så mye elektrisk energi som forbrukerne trenger, må mates inn i et elektrisk distribusjonsnett . (Se også kontrollkraft (kraftnett) ). Mindre avvik fører til endring i strømfrekvens og nettspenning , større avvik kan forårsake store strømbrudd .

Store mengder elektrisk energi kan bare lagres ved tapende konvertering til andre former for energi. For å dekke toppbelastninger , blir elektrisk energi omdannes til andre former for energi og temporært lagret i pumpekraftverk eller komprimert luft lagringsstrømanlegg . Siden denne lagringen av elektrisk energi i store mengder er uøkonomisk og kun skal brukes til topp etterspørsel, må kraftverkets kapasitet være tilgjengelig når som helst i henhold til deres dynamiske egenskaper for å dekke enten denne sterkt svingende topplasten eller den jevne baselasten.

Hovedoppgaven med kraftanleggsforvaltning er å holde innmating og kjøp av elektrisk energi i balanse . Kontrolltiltak utføres primært på innmatingssiden, men det er også begrensede, mindre muligheter for lastkontroll.

For å kunne garantere balanse, må man

• estimer på forhånd hvor mye energi som vil være tilgjengelig på hvilket tidspunkt ,
• kunne reagere på uforutsett over- eller underforbruk,
• kunne reagere på problemer i kraftnettet , ved kraftverkene og hos forbrukerne .

For dette trenger du

• et bredt spekter av kraftverk som kan utføre forskjellige oppgaver og ideelt sett jobbe kostnadseffektivt,
• Måle- og kontrollutstyr som den nåværende tilstanden til strømnettet for å registrere kontrollerende inngrep og statistikk kan produsere på strømforbruket,
• Regulerte avtaler med nærliggende nettverk for å kunne falle tilbake på reservene til disse nettene i en nødsituasjon.

Funksjoner av generasjon

Dynamiske egenskaper ved termiske kraftverk

Kraftverkene til kraftverk kan ikke endres etter eget ønske. Avhengig av utforming, må visse grenser overholdes.

• Produksjonen fra brunkullkraftverk kan endres med rundt 3% av den nominelle produksjonen per minutt, den fra kullkraftverk med rundt 4%. Utgangen kan endres mellom 40–60% og 100%, avhengig av design. Oppstartstidene etter stillstand og påfølgende minimum driftstid er hver over to timer.
• Gassturbinekraftverk oppnår endringshastigheter på opptil 20% av den nominelle produksjonen per minutt og er derfor spesielt egnet for å dekke raske belastningssvingninger. De er også preget av veldig korte oppstartstider på bare noen få minutter. Effekten kan endres mellom 20% og 100%. Derfor er denne typen veldig godt egnet for topplastkraftverk .
• Det må skilles mellom atomkraftverk:
  • Moderne reaktorer med trykkvann oppnår endringshastigheter på opptil 5% av den nominelle effekten per minutt. Effekten kan endres mellom 20% og 100%.
  • I de fleste eldre kokevannreaktorene er minimumseffekten 60% av den nominelle effekten, endringshastigheten er 4–6% per minutt.
  • Over 80% av den nominelle effekten kan endringshastigheter på opptil 10% av den nominelle effekten per minutt oppnås med begge reaktortypene.
  • Eldre kjernekraftverk som er optimalisert primært for basislastdrift, som den britiske AGR eller den russiske VVER-440, har betydelig mindre fleksibilitet.
  • Selv med de fleksible tyske og franske kjernekraftverkene med trykkvannsreaktorer kjøres sjelden endringshastigheter på mer enn 1,5% av den nominelle effekten per minutt i normal drift for å unngå overdreven slitasje.

Kraftverkskategorier

Last dekning i strømnettet

Kraftverk er delt inn i tre kategorier basert på hastigheten på endring i produksjon og driftskostnader per kilowattime:

• Basisbelastning : Kraftverk som drives som baselastkraftverk gir energi billig eller har en lav endringshastighet i produksjonen. Hvis mulig, betjenes de døgnet rundt med nesten full kapasitet. Produksjonen fra baselastkraftverk trenger ikke nødvendigvis å være lett å regulere.
  • Elveløpskraftverk brukes fortrinnsvis til å generere baselaster. Med dem er veldig god kraftkontroll med høye belastningsgradienter mulig, siden det ikke er noen prosess oppstrøms, slik det er tilfelle med termiske kraftverk. Denne evnen kvalifiserer dem som topplastkraftverk, men hvis de skulle strupes, ville energi være bortkastet i form av vann som strømmer forbi dem. Det samme gjelder andre kraftverk der energikilden er flyktig. (Vind-, geotermiske og solcelleanlegg)
  • Lignittkraftverk kan reguleres med et gjennomsnitt på rundt 3% per minutt og må drives med minst 40–50% av maksimal effekt. Kullkraftverk har høye faste kostnader (investeringskostnader) og lave marginalkostnader i drift.
  • Tyske atomkraftverk kan reguleres med 3,8–10% per minutt, avhengig av type og utgangsområde, og må drives med minst 50–60% av maksimal effekt. Når du bruker minimumsbelastning med kondensvarmespredning , faller minimumseffekten til 0%. I franske trykkvannsreaktorer ble minimumsutganger på under 30% oppnådd uten å åpne en kondensator. Kjernekraftverk er også preget av høye faste kostnader (investeringskostnader) og svært lave marginalkostnader i drift.
  • Kullkraftverk kan reguleres med et gjennomsnitt på 4% per minutt, de mest moderne enhetene må drives med minst 38% av maksimal produksjon, eldre enheter har høyere verdier. De brukes også i middels belastningsområde.
  • Geotermiske kraftverk kan også dekke grunnbelastningen takket være den kontinuerlig tilgjengelige energiforsyningen.
• Middels belastning : kraftverk, som drives som kraftverk med middels belastning, kan styres over et bredt kraftområde, men ordningen opererer med en viss treghet, med høye lastgradienter krysses av topplastkraftverk og et bredt dynamisk område er derfor ikke nødvendig. Kraftverk med middels belastning varierer produksjonen i henhold til den daglige kurven i henhold til et forhåndsbestemt program, den såkalte tidsplanen . Spesielt kullkraftverk brukes som kraftverk med middels belastning. Lignittfyrte kraftverk og kjernekraftverk kan også betjene middels belastning, men av økonomiske årsaker gjør de neppe det.
• Toppbelastning : Kraftverk som drives som topplastkraftverk, må kunne følge hver kraftendring i nettverket og dermed ha et veldig høyt nivå av dynamikk. Topplastkraftverk brukes vanligvis bare noen få timer om dagen, nemlig ved de absolutte forbrukstoppene og i tilfelle uplanlagte svingninger i strømforbruket, spesielt når andre kraftverk svikter. Gassturbinekraftverk og pumpekraftverk brukes hovedsakelig som kraftverk for topplast fordi de kan reagere ekstremt raskt. Gassturbinekraftverk har relativt lave investeringskostnader og høye marginale kostnader for produksjon, slik at driften av dem bare er verdt i dyre timer. Kjernekraftverk som drives med minst 80% av deres nominelle produksjon kan bidra til toppbelastningen i området 80% til 100% av produksjonen.

Driftsplan for kraftverkene

Last, sol- og vindtilførsel og restbelastning (rød) i juni 2016 i Tyskland (data ENTSO-E)

Mange kraftverk kan kontrolleres etter behov innenfor rammen av gjeldende tekniske begrensninger. Uforutsigbare avvik skyldes feil og tekniske funksjonsfeil, samt ved mating av sol- og vindkraftverk. Innførselen av vindavhengige vind energi og sol- avhengige Solcellepanel er forutsagt ved hjelp av varslingssystemer (se for eksempel vindkraft prognose og solenergi kraft prognose ) for korte og mellomlange perioder. Oppgaven til den kontrollerbare kraftverksflåten er da å levere restbelastningen.

Store kraftverk kan forventes å bli kontrollert og matet i tråd med markedet gjennom etablerte markedsmekanismer eller via ekspedisjonen til det tilknyttede selskapet. Dette er ikke nødvendigvis tilfelle med liten, desentralisert generasjon. Såkalte virtuelle kraftverk er en løsning her . Dette er koblinger til mange desentraliserte generasjonsenheter, hvis fleksibilitet er tilgjengelig via passende kommunikasjonsinfrastrukturer for også å kontrollere disse enhetene basert på markedet. For eksempel kan kraftvarmeanlegg slås på og av kort tid ( mini kraftvarmeanlegg ).

Kald reserve

Konservering av kraftverk utføres på kraftverk som ikke brukes på ubestemt tid. Disse kraftverkene kalles også kalde reserver . Disse kraftverkene kan ikke holdes økonomisk klare for produksjon, men de skal heller ikke demonteres, men kan heller reaktiveres innen en relativt kort periode i tilfelle uventet mangel. I noen tilfeller får operatørene godtgjørelse for dette.

Funksjoner av lasten

Forutsigbar belastningsadferd

På grunn av kundevaner som tilberedning av mat til bestemte tider av døgnet, bruk av elektrisk lys og produksjonsprosesser i industrien , blir det svingninger i strømforbruket, som registreres statistisk. Denne statistikken brukes til belastningsprognoser .

Energibehovet avhenger ikke bare av tidspunktet på dagen, men også av ukedagen (arbeidsdag / helg), på ferier, helligdager, årstider, utetemperaturer, vindstyrker, dårlig vær, økonomiske data, salgsprognoser osv. Jo mer presist du kan bestemme avhengighetene av strømforbruk, jo mer nøyaktige prognoser for energibehovet kan innlemmes i kraftanleggets ledelse.

Uforutsigbare lastavvik

Kundenes oppførsel kan avvike betydelig fra prognosen til bestemte tidspunkter (f.eks. Uvanlige værforhold, store hendelser) . Kraftverkledelsen må reagere på dette med relativt kort varsel. Det kan være nødvendig å reagere umiddelbart på feil hos store forbrukere.

Lastkontroll

Lastregulering oppnås også innen visse grenser ved å kontrollere forbruket, nemlig via:

• Ripple control systems : Dette gjør at forbrukere ( forbruksvarer ) kan slås på eller av i henhold til kravene fra energiproduseringsselskapet. Dette brukes til store industrielle forbrukere som aluminium og elektrisk stålverk . For en viss rabatt i kraftprisen , den strømleverandør kan redusere eller øke strømforbruket til disse næringene. Denne brukes også til oppvarming om natten . Disse kan lastes hvis det ikke er noen annen forbruker for dagens kraftverk. Som et resultat kan det genereres en viss baselast i kraftnettet selv om natten, og dermed øke andelen baselastkraftverk som kjernekraftverk i kraftparken. Ifølge den tyske elektrotekniske foreningen ligger halvparten av potensialet for lasteskift hos energiintensive selskaper og halvparten hos private husholdninger, handel og handel og tjenester. Laststyring kan balansere etterspørsel og redusere kostnadene ved energiovergangen betydelig.
• Lagringskraftverk: Pumpekraftverk kan for eksempel bytte til pumpedrift når det ikke er noen forbruker for dagens kraftverk for å pumpe vann inn i et lagringsbasseng på et høyere nivå. De drives hovedsakelig om natten for å kunne utnytte baselastkraftverkene bedre. De tjener også til å kort støtte frekvensen i tilfelle svingninger i belastning eller generering. De svært høye kostnadene ved systemene og koblingen til egnede geografiske forhold er problematiske.
• I fremtiden vil det være stadig mer mulig å kontrollere etterspørselen fra visse forbrukere (se forskningsprosjekt E-Energy of the BMWi ). For eksempel, natt lagring ovner kan fjernstyres via mobilnettverk, og slås av når det er en topp i etterspørselen. I tillegg håpes det at strømmålere (f.eks. Med fjernlesing ) vil påvirke etterspørselsatferden til strømkundene som er koblet til dem.

Viktigheten av nettverket

Naboenettverk

I tillegg er parallelle nett også inkludert i styringen av strømnettet for å oppnå eller levere baselast, middels belastning eller topplast. I tilfelle en funksjonsfeil kan nabonnettverk bidra til å stabilisere frekvensen til hele nettverket ved å levere eller forbruke mer strøm. I Europa er UCTE ansvarlig for å koordinere virksomheten og utvide det europeiske nettverket.

Nettverkskontroll

Styringen av nettverket med lasten strømningsberegninger , tverr regulatorer , transformatorer og nettverkskretser har en viktig funksjon i å oppnå og opprettholde leveringssikkerhet (se nettverk kontrollteknologi ). Målet er å unngå sirkulære strømmer og å balansere belastningen i nettverket. Under slagordet intelligent strømnett (smart grid) har infrastrukturforbedringer (transformatorer, batterilagringssystemer, kryssregulatorer) og kontrollteknologi også blitt utviklet på lavspenningsnivå for å bedre kontrollere innmatinger på laveste spenningsnivå .

Kraftverkforvaltning

Styring av forutsigbare belastninger

Fra prognosen for strømbehovet og prognosene for ikke-kontrollerbare strømmer (hovedsakelig solcell og vindkraft) for produksjonen, bestemmer energiforsyningsselskapene den daglige prisen for strømbehovet til kundene de leverer. Strømbehovet for dagen er samlet fra disse etterspørselsplanene. Forsyningskurven kommer i sin tur fra budene til kraftverksoperatørene, som igjen er avledet av de forskjellige marginalkostnadene til kraftverkene som produserer basen, middels og topplast. Markedsprisen, som er resultatet av tilbud og etterspørsel for hver time på dagen, styrer deretter hvilke kraftverk som faktisk brukes.

Styring av uforutsigbare svingninger

Hvis det oppstår uforutsette svingninger i strømbehovet, blir det forsøkt å reagere på disse svingningene ved å regulere kraftverkets produksjon (ikke fornybar kraftverk: Vind- og solceller kan bare regulere ned. Derfor trenger slike kraftverk såkalte skyggekraftverk. ). Hvis endringene skjer sakte sammenlignet med prognosen, kan endringene fanges opp ved å tilpasse "rutetabellene" for kraftverkene med middels belastning. Hvis tilleggsendringene skjer raskt, kan topplastkraftverk måtte trå til for å kunne reagere raskt på endringene.

Hvis kraftverk svikter, må en høy effekt skiftes ut på veldig kort tid. Deretter aktiveres hurtigreagerende typer kraftverk, som pumpekraftverk. Samtidig kreves økning i produksjonen i gasskraftverk som reagerer saktere og i kraftverk med middels belastning, og om nødvendig startes et ekstra kraftverk opp fra den såkalte varme reserven. Samtidig som produksjonen økes i kraftverkene med middels belastning og i erstatningskraftverket, reduseres produksjonen i topplastkraftverkene. Det såkalte kontrollmarkedet eksisterer for anbud og anrop til slike raskt tilgjengelige tjenester .

Hvis en stor forbruker mislykkes, må kontrollen av nettverket kjøre omvendt: Stenge produksjonen fra kraftverk med middels belastning. Siden dette ikke fungerer umiddelbart, må erstatningsforbrukere slås på raskt (f.eks. Pumpekraftverk), eller andre aktive toppkraftverk må stenges raskt. Erstatningsforbrukere kan slås av når kraftverkene med middels belastning har redusert produksjonen. Denne kontrollen utføres også via kontrollmarkedet.

Tekniske tilkoblinger

Forhold i turbin- / generatorsystemet

Den mekaniske kraften som en kraftverksturbin må tilveiebringe for å opprettholde en konstant hastighet på den synkrone generatoren avhenger av den aktive elektriske belastningen til forbrukerne som er tilkoblet. Det nødvendige dreiemomentet og turbinens hastighet er proporsjonal med produktet av dreiemoment og hastighet (omdreininger per sekund). ${\ displaystyle M}$${\ displaystyle n}$

${\ displaystyle P = 2 \ pi \ cdot M \ cdot n}$

Dreiemomentet som en turbin med et generatoraggregat må levere avhenger av strømmen som trekkes fra generatoren og dermed av den elektriske kraften som trekkes fra generatoren. Strømforbruket genererer et motsatt moment i generatoren.

Hvis den mekaniske kraftinngangen i turbinen og elektrisk kraftuttak i generatoren er i likevekt, har dreiemomentet til turbinen samme størrelse som "mot" -momentet som genereres av generatoren. Turbosettet (turbin og generator) går med konstant hastighet.

Overbelastning

Hvis ekstra strøm blir hentet fra generatoren, øker strømmen i generatoren. Dette fører igjen til at generert genererer et "mot" dreiemoment. Hvis dette dreiemomentet ikke kan absorberes av en samtidig økning i ytelsen på turbinsiden, bremses hele den mekaniske generatoren / turbinsystemet på grunn av forskjellen i dreiemoment. Forskjellen mellom mekanisk tilført kraft og elektrisk utvunnet kraft blir deretter ekstrahert fra rotasjonsenergien til det mekaniske generator- / turbinesystemet.

En ny likevekt er nå etablert med lavere hastighet: Den reduserte gjensidige induksjonen øker strømmen som trekkes fra nettverket. Hvis det kreves et høyere dreiemoment med samme mekaniske kraft, kan dette bare skaffes ved lavere hastighet. Dette betyr at elektrisk overbelastning i nettverket fører til underfrekvens , hvis ikke, f.eks. B. ved mer gassforsyning i gass- og dampturbinen, hvis ytelse økes. Den lavere hastigheten fører igjen til at en lavere spenning induseres i generatoren, slik at dette også reduserer kraften som trekkes på den elektriske siden.

Under belastning

I motsatt tilfelle, hvis mindre strøm forbrukes enn det som er gitt mekanisk, reduserer den lavere strømmen på inntakssiden "mot" -momentet i generatorsettet, og generatoren / turbinesystemet akselereres. Forskjellen i produksjon konverteres til ytterligere rotasjonsenergi hvis drivstoff- eller dampforsyningen til turbinen ikke reduseres. Til slutt etableres en ny likevekt der dette lavere dreiemomentet leveres med høyere hastighet. Det vil si at elektrisk underbelastning i nettverket fører til overfrekvens, om ikke z. B. strømmen av energi blir strupet.

En høyere hastighet induserer også en høyere spenning i generatoren, noe som under visse omstendigheter forårsaker en uønsket høyere effekt for elektriske forbrukere. Av denne grunn må den mekaniske kraften som tilføres alle typer turbiner kontinuerlig reguleres i samsvar med den elektriske belastningen.

aktiviteter

Oppgaven med kraftverkstyring er å identifisere nettverksoverbelastning eller nettbelastning i god tid. Den veldig nøyaktige målingen av strømfrekvensen brukes også til dette. Selv med minimale avvik på noen få tusen i nettfrekvensen, iverksettes tiltak for å kompensere for overbelastning eller underbelastning oppdaget i nettverket. Et avvik i nettverksfrekvensen på mer enn 2% utløser allerede drastiske tiltak for å stabilisere nettverket, som f.eks B. Lastekasting i kraftverk (med underbelastning) eller i kraftnettet (med overbelastning). Hvis nettfrekvensen avviker med mer enn 5% fra settpunktet, kan ikke nettet drives lenger på en stabil måte; kraftverk slås automatisk av for å beskytte systemene.

litteratur

• Valentin Crastan : Elektrisk energiforsyning 1–3 . 3 bind., Berlin - Heidelberg 2012.
• René Flosdorff , Günther Hilgarth: Elektrisk energidistribusjon , Wiesbaden 2005, ISBN 3-519-36424-7 .
• Klaus Heuck / Klaus-Dieter Dettmann / Detlef Schulz: Elektrisk energiforsyning. Produksjon, overføring og elektrisk energi for studier og praksis , 8. reviderte og oppdaterte utgave, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-0736-6 .
• Wilfried Knies, Klaus Schierack: Elektrisk systemteknikk. Kraftverk, nettverk, koblingsutstyr, verneutstyr , München 2012, ISBN 978-3-446-43357-1 .
• Panos Konstantin: Praktisk håndbok energiindustri. Energikonvertering, transport og anskaffelser i det liberaliserte markedet . Berlin - Heidelberg 2009, ISBN 978-3-540-78591-0 .

weblenker

• Energikunnskap - kraftverk
• Strømforsyningsnettet av Udo Leuschner

Fotnoter

1. ^ EnWG 1998. Hentet 14. august 2016 . 
2. ↑ regelleistung.net Internett-plattform for tildeling av kontrollkraft. Hentet 14. august 2016 . 
3. ↑ DEN HARMONISERTE ROLMODELLEN FOR ELEKTRICITET. (PDF) entso European Network of Transmission System Operators for Electricity, arkivert fra originalen 14. august 2016 ; åpnet 14. august 2016 . 
4. ↑ Udo Leuschner: Elektrisitet må genereres i samme øyeblikk som den er nødvendig. Hentet 26. august 2016 . 
5. ↑ Fleksibilitet av kjernekraftverk ( Memento fra 18 august 2016 i Internet Archive ) / kontroll energi .
6. ↑ ^{a b c d e f g} [1] (PDF; 5.0 MB) Kompatibilitet mellom fornybar energi og kjernekraft i produksjonsporteføljen.
7. ↑ ^{a b c d e} Arkivert kopi ( Memento fra 23. september 2015 i Internet Archive )
8. ↑ ^{a b c d e} http://www.et-energie-online.de/index.php?option=com_content&view=article&id=326:kernkraftwerke-und-erneuerbare-energien-die-maer-vom-systemkonflikt&catid=21: kernenergie & Itemid = 27  ( side ikke lenger tilgjengelig , søk på web arkiver )  Omtale: linken ble automatisk merket som defekt. Vennligst sjekk lenken i henhold til instruksjonene, og fjern deretter denne meldingen.@1@ 2Mal: Toter Link / www.et-energie-online.de  
9. ↑ Se side 8 f. ( Memento fra 24. januar 2009 i Internet Archive )
10. ↑ Intelligente nettverk kan redusere strømbehovet drastisk , Spiegel Online, 8. juni 2012
11. ↑ § 13 EnWG § 13 Systemansvar for operatørene av overføringsnett. Hentet 30. august 2016 . 
12. ↑ Siemens: Kontrollteknologi for smarte nett. Hentet 30. august 2016 .