Пиковая электростанция - Peaking power plant

Кирни генерирующая станция, бывшая угольная электростанция базовой нагрузки, теперь газовая колонка, на Река Хакенсак в Нью-Джерси

Пиковые электростанции, также известный как пиковые растения, а иногда и просто "пики", электростанции которые обычно запускаются только тогда, когда есть высокий спрос, известный как пиковый спрос, за электричество.[1][2][3][4] Поскольку они подают электроэнергию только от случая к случаю, поставленная мощность требует гораздо более высокой цены за киловатт-час, чем базовая нагрузка мощность. Электростанции пиковой нагрузки отправлены в комбинации с электростанции базовой нагрузки, которые поставляют надежное и постоянное количество электроэнергии для удовлетворения минимального спроса.

Хотя исторически пиковые электростанции часто использовались вместе с угольными установками базовой нагрузки, сейчас пиковые электростанции используются реже. Газовая турбина с комбинированным циклом растения имеют два или более цикла, первый из которых очень похож на пиковый, а второй - на отходящее тепло из первых. Этот тип установки способен быстро запускаться, хотя и с пониженной эффективностью, а затем в течение нескольких часов переходить в более эффективный режим генерации базовой нагрузки. Электростанции с комбинированным циклом имеют такие же капитальные затраты на ватт, что и электростанции с пиковой нагрузкой, но работают гораздо дольше и, следовательно, дают более дешевую электроэнергию.

Часы пик

Пиковые часы обычно бывают утром или поздно днем ​​/ вечером в зависимости от местоположения. В умеренном климате часы пик часто возникают, когда бытовая техника интенсивно используется вечером в нерабочее время. В жарком климате пик обычно бывает ближе к вечеру, когда кондиционер нагрузка высока, за это время многие рабочие места еще открыты и потребляют электроэнергию. В холодном климате пик приходится на утро, когда запускается отопление помещений и промышленность.[5]

Пиковая установка может работать много часов в день или только несколько часов в год, в зависимости от состояния региона. электрическая сеть. Из-за затрат на строительство эффективной электростанции, если пиковая электростанция будет работать только в течение короткого или очень изменчивого времени, не имеет экономического смысла делать ее такой же эффективной, как электростанция с базовой нагрузкой. Кроме того, оборудование и топливо, используемые в установках с базовой нагрузкой, часто не подходят для использования на электростанциях с пиковой нагрузкой, потому что колебания условий могут серьезно повредить оборудование. Поэтому, ядерный, превращение отходов в энергию, каменный уголь и биомасса редко, если вообще когда-либо, эксплуатируются как пиковая установка.

Производство электроэнергии в Германии в течение дня в 2005 году без использования солнечной и ветровой энергии.

Возобновляемая энергия

Поскольку страны переходят от электростанций с базовой нагрузкой, работающих на ископаемом топливе, к возобновляемым, но прерывистые источники энергии таких как ветер и солнце, соответственно возрастает потребность в сетевое хранилище энергии системы, как возобновляемые альтернативы построению более пиковых или нагрузочных электростанций. Другой вариант - более широкое распределение генерирующих мощностей за счет использования сетевых узлов, таких как WECC Intertie Paths.

Типы

Пикерные растения обычно газовые турбины или же газовые двигатели это горит натуральный газ. Несколько горят биогаз или же нефть -производные жидкости, такие как дизель масло и реактивное топливо, но они, как правило, дороже природного газа, поэтому их использование ограничено территориями, не снабженными природным газом. Тем не менее, многие электростанции с пиковыми электростанциями могут использовать нефть в качестве резервного топлива, поскольку хранить нефть в резервуарах несложно. В термодинамическая эффективность доля газотурбинных электростанций простого цикла составляет от 20 до 42%, при этом в среднем от 30 до 42% для новой станции.

Для большей эффективности парогенератор с рекуперацией тепла (HRSG) добавляется на выхлопе. Это известно как комбинированный цикл растение. Когенерация использует отработанное тепло выхлопных газов для процесса районное отопление или другое отопление. Оба эти варианта используются только на установках, которые предназначены для эксплуатации в течение более длительного времени, чем обычно. Природный газ и дизельные генераторы с поршневые двигатели иногда используются для опора сетки используя более мелкие растения.

Еще один вариант повышения эффективности и выходной мощности газовых турбин - установка охлаждение воздуха на входе в турбину система, которая охлаждает температуру входящего воздуха, увеличивая коэффициент массового расхода. Этот вариант в сочетании с накопитель тепловой энергии бак, может увеличить выходную мощность турбины в пиковые периоды до 30%.[6]

BPA Ежедневная пиковая нагрузка с большим тепловыделением гидро / базовой нагрузки и прерывистой ветроэнергетикой. Hydro управляет пиками, с некоторой реакцией от термиков.[7]

Плотины гидроэлектростанций намеренно изменяются; они могут вырабатывать меньше во внепиковые периоды и быстро реагировать на пиковые потребности, следовательно, гидроэлектроэнергия может функционировать в качестве электростанции с отслеживанием нагрузки или пиковой, а при достаточном количестве воды - электростанции с базовой нагрузкой. Природные газовые турбины или гидроаккумуляторы часто используются там, где не хватает гидроэлектроэнергии для реагирования на суточные и еженедельные колебания в производстве и потреблении.[8] Нет ничего необычного в том, что плотина строится с большей пропускной способностью, чем может поддерживаться водоснабжением, что обеспечивает более высокую пиковую мощность. Модернизация оборудования на существующих плотинах может быть одним из наименее дорогих способов увеличения пиковой выработки.[9] Возможность изменять количество вырабатываемой электроэнергии часто ограничивается требованием удовлетворения минимальных или максимальных потоков ниже по течению.[10]

Накопительная гидроэлектроэнергия представляет собой наиболее мощную из имеющихся систем хранения энергии, используемую для усреднения внепиковых и пиковых нагрузок на электроэнергию. Сайт хранит энергию, используя гравитационный потенциал воды, хранящейся в резервуаре. Недорогая внепиковая электроэнергия из источников с базовой нагрузкой или прерывистых источников используется для перекачки воды с низкой отметки в хранилище в высокогорном резервуаре. В периоды высокого спроса на электроэнергию накопленная вода сбрасывается через турбины для производства электроэнергии. Время запуска составляет всего несколько минут, а некоторые могут запускаться за несколько десятков секунд.

Аккумуляторы используются в некоторых случаях, когда условия способствуют плавному потоку (избегая дорогостоящей модернизации линии электропередачи), а также для обеспечения пиковой мощности[11][12] и другие сетевые услуги[13] Такие как оперативный резерв, иногда в гибридная конфигурация с турбинами[14] или дизельные двигатели. Аккумуляторная батарея на сегодняшний день является самой быстрой из всех электростанций и может реагировать на состояние сети в миллисекундных временных масштабах, давая более медленному оборудованию возможность реагировать на отключение.

Накопительные аккумуляторы и батареи являются чистыми потребителями, поскольку они не имеют собственного источника энергии, а преобразование между электричеством и накоплением и обратно влечет за собой некоторые потери.

Пиковые солнечные тепловые электростанции были предложены в 2017 году Министерством энергетики США 2 Рынок[15] награда Хэнку Прайсу из SolarDynamics, чья статья "Dispatchable Solar Power Plant"[16] предложили использовать накопитель тепловой энергии, присущий солнечная тепловая энергия электростанция, которая позволяет этой форме солнечной энергии на основе тепла генерировать как газовый пик, обеспечивать электроэнергию по требованию днем ​​или ночью и, в свою очередь, контролировать коммунальное предприятие и вносить плату за мощность, которая будет доступна при необходимости, как традиционный пиковое растение. Солнечная тепловая электростанция вырабатывает электроэнергию на электростанции с паровым циклом, как и на традиционной электростанции, но тепло для пара подается за счет солнечной энергии, нагревая материал, такой как расплавленные соли, и накапливает тепло до тех пор, пока он не понадобится для производства пара для выработки электроэнергии.

Электростанции базовой нагрузки

Противоположности остроконечных растений: электростанции базовой нагрузки. Атомные установки и станции сжигания угля обычно работают непрерывно, останавливаясь только для технического обслуживания или непредвиденных отключений. Высокая стоимость атомной энергии на ватт и другие технические проблемы делают их относительно дорогими и неудобными в использовании для отслеживания нагрузки и пикового режима.

Средний нагрузка после электростанций такие как гидроэлектростанции, работают между этими крайностями, сокращая выработку по ночам и в выходные дни, когда спрос невелик. Станции с базовой нагрузкой и промежуточные станции используются преимущественно для удовлетворения спроса на электроэнергию, потому что более низкий КПД пиковых станций делает их более дорогими в эксплуатации.[2]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Возобновляемые и эффективные электроэнергетические системы, Гилберт М. Мастерс
  2. ^ а б «Клещи». Оглторп Пауэр Корпорейшн. Архивировано из оригинал на 2009-11-01. Получено 2016-08-22.
  3. ^ «Электрические пиковые станции». Clarke Energy. Получено 2019-08-06.
  4. ^ «Пиковые станции | Пиковые станции с газовыми двигателями». Едина. Получено 2020-02-18.
  5. ^ Деннис Р. Ландсберг, Рональд Стюарт: Повышение энергоэффективности зданий стр. 284 books.google.ca, по состоянию на 16 ноября 2019 г.
  6. ^ Камаль Н.А., Зухаир А.М. (2006). Повышение мощности газовой турбины за счет охлаждения входящего воздуха. Судан Eng. Soc. J., 52 (4-6): 7-14.
  7. ^ «BPA Balancing Authority Load and Total Wind Generation». Transmission.bpa.gov. Получено 16 ноября 2019.
  8. ^ «Калифорнийская засуха приводит к сокращению гидроэнергетики и увеличению производства природного газа - Сегодня в энергетике - Управление энергетической информации США (EIA)». www.eia.gov. Получено 16 ноября 2019.
  9. ^ Мелиорация: управление водой на Западной гидроэлектростанции www.usbr.gov, по состоянию на 16 ноября 2019 г.
  10. ^ "NC DEQ: Instream Flow Unit". deq.nc.gov. Получено 16 ноября 2019.
  11. ^ «Mitsubishi Electric поставляет систему накопления энергии высокой емкости для подстанции Buzen на Kyushu Electric Power». EQ Int'l Magazine. 4 марта 2016 г.. Получено 24 января 2017. Объект предлагает возможности хранения энергии, аналогичные тем, которые используются в гидроаккумулирующих установках, и помогает улучшить баланс спроса и предложения.
  12. ^ Ламберт, Фред (23 января 2017 г.). «Tesla незаметно вводит в эксплуатацию свою огромную - самую большую в мире - электростанцию ​​мощностью 80 МВт · ч с компанией Southern California Edison». Электрек. Получено 24 января 2017. мощность 20 МВт / 80 МВтч. система будет взимать плату за электроэнергию из сети в непиковые часы, когда спрос низкий, а затем поставлять электроэнергию в часы пик
  13. ^ Шалленбергер, Кристи (30 ноября 2015 г.). «5 проектов аккумуляторов, на которые стоит обратить внимание в 2016 году». Утилита Погружение. Получено 24 января 2017. управлять спросом в периоды пиковой нагрузки, обеспечивать надежное резервное питание и снижать плату за пиковое потребление в течение дня. Проект также направлен на продажу частотного регулирования. Утилита использует несколько потоков создания ценности
  14. ^ «Внутри первого в своем роде гибридного пикового завода GE и SoCal Edison с батареями и газовыми турбинами». 2017-04-18. Получено 19 апреля 2017. два гибридных электрогазотурбинных агрегата (ЭГТ). Каждая пиковая установка находится в диапазоне мощности 50 мегаватт и оснащена комплектом батарей, способных обеспечивать мощность 10 мегаватт и 4 мегаватт-часа. Хитрость здесь в том, как вы координируете систему управления, поэтому с точки зрения работы сети вы видите черный ящик, который подает энергию так, как им это нужно, когда они в ней нуждаются
  15. ^ «Технологии на рынок | Министерство энергетики». energy.gov. Получено 2018-01-09.
  16. ^ Хэнк Прайс, Дэвид Кирни, Фредерик Ределл, Роберт Чарльз, Фредерик Морс. Диспетчерская солнечная электростанция (PDF). SolarPACES (Отчет). Получено 8 января 2018.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)