Giữ đèn sáng: Dịch vụ đáng tin cậy thiết yếu

Có lẽ bạn không nên nghĩ về những gì mà Lừa xảy ra đằng sau hậu trường mỗi khi bạn bật công tắc đèn hoặc bật điều hòa, nhưng có rất nhiều thứ đi vào “giữ đèn”. Ngoài các watts mà bạn sử dụng, đó là những gì tiện ích địa phương của bạn sử dụng để tính hóa đơn tiền điện, có một số bộ phận bổ sung cần thiết để giữ cho dòng điện chạy. Sức khỏe của mạng lưới điện được duy trì bởi các nhà khai thác hệ thống sử dụng kết hợp các điều khiển tự động và thủ công để điều chỉnh các khía cạnh khác nhau của hệ thống để giữ cho lưới điện đáng tin cậy bằng cách đảm bảo cân bằng giữa cung (sản xuất) và nhu cầu (tải). Tập đoàn tin cậy điện Bắc Mỹ (NERC) gọi những khía cạnh này của điện dịch vụ tin cậy thiết yếu. Họ đôi khi cũng được gọi là dịch vụ phụ trợ và thường bao gồm ba khía cạnh chính: đáp ứng tần số, cân bằng và điều khiển điện áp.

Đáp ứng tần số là cách lưới điện hoạt động để giữ cho nó hoạt động ở mức 60 hertz khỏe mạnh, đây là thước đo của lưới dao động lên xuống 60 lần mỗi giây. Dao động này bị tác động mỗi khi tải thay đổi, như khi bật đèn, khi đường truyền hoặc đường phân phối bị tắt do sáng hoặc khi máy phát đột ngột ngừng hoạt động.

Tần số lưới được duy trì bởi sự kết hợp của:

• Vật lý về cách các máy phát điện khác trong hệ thống đáp ứng một cách tự nhiên bằng cách nhanh chóng bơm thêm nhiều watt vào hệ thống để duy trì mức 60 hertz khỏe mạnh.
• Điều khiển tích hợp vào máy phát điện và tải mà quản lý watts để có được hertz thích hợp.
• Điều khiển máy phát bởi các nhà khai thác hệ thống để cân bằng lại lưới điện.

Mỗi phản hồi này xảy ra trong khung thời gian là 1/100 giây, đến giây, đến phút.

Các dịch vụ cân bằng có liên quan đến đáp ứng tần số và thể hiện các khía cạnh khung thời gian dài hơn để giữ cho lưới điện khỏe mạnh. Các dịch vụ cân bằng được cung cấp khi các nhà khai thác hệ thống điều chỉnh thêm watts mà một máy phát sẽ bơm vào hệ thống trong vài phút đến vài giờ. Về lâu dài, các nhà khai thác hệ thống cũng tạo ra các kế hoạch cân bằng để tăng công suất từ ​​các loại thế hệ khác để chuẩn bị cho việc bảo trì các máy phát lớn theo lịch trình, chẳng hạn như các đơn vị hạt nhân được lên kế hoạch tiếp nhiên liệu.

Kiểm soát điện áp là một phần khác nhau nhưng không kém phần quan trọng của sức khỏe lưới điện. Một tương tự hữu ích để kiểm soát điện áp là huyết áp. Nếu bạn nghĩ về hệ thống tuần hoàn, watts đại diện cho máu chảy trong tĩnh mạch của bạn, trong khi điện áp là huyết áp giữ cho tĩnh mạch của bạn mở để máu, hoặc “watts”, có thể chảy. Điện áp được điều khiển bằng cách điều chỉnh công suất phản kháng, một loại năng lượng từ tính, trong lưới điện thông qua việc điều chỉnh các điều khiển trong máy phát cho phép bật và tắt kết hợp các tụ điện và cuộn cảm, liên tục lưu trữ và giải phóng công suất phản kháng. Điện áp ngày càng tăng cũng được kiểm soát bằng cách quản lý phía tải của hệ thống bằng cách điều chỉnh cài đặt trên máy biến áp.

Trong suốt lịch sử, tất cả các dịch vụ độ tin cậy thiết yếu này đã được cung cấp thông qua thiết kế và vận hành lưới điện và các nguồn phát điện thông thường như thủy điện, hạt nhân, than đá và khí tự nhiên. Lượng điện được sản xuất bởi các loại máy phát điện nói chung vẫn ổn định theo thời gian. Ngoại trừ trường hợp hiếm khi máy phát điện ngừng hoạt động hoặc khi máy phát thủy điện thay đổi dần sản lượng dựa trên nguồn nước, trong lịch sử, nguồn biến thể lớn nhất là mô hình sử dụng của người dân và doanh nghiệp thay đổi tải, bằng cách chuyển đổi đèn và điều hòa không khí bật và tắt. Mỗi thành phần lưới này hoạt động bằng cách sử dụng các máy phát có phản ứng tự nhiên đối với các vấn đề về độ tin cậy lưới tiềm năng đã được biết đến và được kết hợp với các điều khiển cấp con người thứ cấp mà các nhà khai thác lưới có nhiều kinh nghiệm sử dụng.

Tuy nhiên, các công nghệ mới hơn như gió, mặt trời, nhiều công nghệ lưu trữ năng lượng và các loại điều khiển tải mới hoạt động thông qua việc sử dụng các hệ thống điều khiển và điện tử công suất không hoạt động giống như các công nghệ lịch sử. Các công nghệ mới hơn cung cấp các cơ hội thú vị vì hệ thống điều khiển của chúng có thể được điều chỉnh để hoạt động tương tự như thế hệ thông thường. Các hệ thống hiện tại và tương lai kết hợp nhiều công cụ như dự báo cho trường hợp phát sinh phụ thuộc vào thời tiết như gió và mặt trời; kiểm soát tải tiên tiến, cho phép kiểm soát nhu cầu hệ thống; và hoạt động theo những cách mới, chẳng hạn như trong “trạng thái giới hạn”. Hạn chế xảy ra khi một máy phát điện như nhà máy điện gió có thể gửi điện vào lưới, nhưng không. Điều này đôi khi xảy ra khi các nhà khai thác hệ thống lưới bảo các nhà điều hành nhà máy điện gió không sản xuất năng lượng do công suất trên lưới hạn chế, giống như khi cung cấp điện vượt quá nhu cầu. Tuy nhiên, các nhà điều hành nhà máy điện gió cũng có thể chọn vận hành các tua-bin ở mức thấp hơn công suất tối đa của họ để cung cấp sự linh hoạt để có thể bơm thêm watt vào lưới khi cần thiết để duy trì sức khỏe của lưới điện. Những công nghệ và công cụ này, một số trong đó đã được phát triển với sự hỗ trợ của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, cung cấp cơ hội để trở thành người quản lý tốt hơn của lưới điện và giúp cung cấp các dịch vụ đáng tin cậy thiết yếu.