Пиковые электростанции , также известные как пиковые электростанции , а иногда и просто «пиковые», - это электростанции, которые обычно работают только тогда, когда существует высокий спрос, известный как пиковый спрос , на электроэнергию . [1] [2] [3] [4] Поскольку они поставляют электроэнергию лишь изредка, стоимость потребляемой мощности за киловатт-час намного выше, чем при базовой нагрузке . Пиковая мощность нагрузки растения отправляются в сочетании с базовой нагрузкой электростанциями , которые поставляют надежное и постоянное количество электроэнергии, чтобы удовлетворить минимальный спрос.
Хотя исторически пиковые электростанции часто использовались вместе с угольными установками базовой нагрузки, сейчас пиковые электростанции используются реже. Газотурбинные установки с комбинированным циклом имеют два или более цикла, первый из которых очень похож на пиковую установку, а второй работает на отходящем тепле первого. Такой тип установки часто может 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 в течение гораздо более длительных периодов и в целом потребляют меньше топлива и, следовательно, дают более дешевую электроэнергию.
По состоянию на 2020 год газовые турбины открытого цикла дают стоимость электроэнергии около 151–198 долларов США за МВтч. [5]
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 приходится на полдень, когда нагрузка на кондиционеры высока, и в это время многие рабочие места все еще открыты и потребляют электроэнергию. В холодном климате пик приходится на утро, когда запускается отопление помещений и промышленность. [6]
Пиковая электростанция может работать много часов в день или всего несколько часов в год, в зависимости от состояния электрической сети региона . Из-за стоимости строительства эффективной электростанции, если пиковая электростанция будет работать только в течение короткого или очень изменчивого времени, экономически нецелесообразно делать ее такой же эффективной, как электростанция с базовой нагрузкой. Кроме того, оборудование и топливо, используемые в установках с базовой нагрузкой, часто непригодны для использования на электростанциях с пиковой нагрузкой, поскольку колебания условий могут серьезно повредить оборудование. По этим причинам атомная энергия , переработка отходов в энергию , уголь и биомасса редко, если вообще когда-либо, используются в качестве пиковых станций.
Возобновляемая энергия
По мере того как страны переходят от электростанций с базовой нагрузкой, работающих на ископаемом топливе, к возобновляемым, но непостоянным источникам энергии, таким как ветер и солнечная энергия, соответственно возрастает потребность в сетевых системах хранения энергии в качестве возобновляемых альтернатив созданию более пиковых или нагрузочных систем. растения. Другой вариант - более широкое распределение генерирующих мощностей за счет использования сетевых узлов, таких как межсетевые пути WECC .
Типы
Пиковые установки обычно представляют собой газовые турбины или газовые двигатели , работающие на природном газе . Некоторые сжигают биогаз или жидкости, полученные из нефти , такие как дизельное топливо 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 очень просто. Термодинамический КПД простого цикл газотурбинных электростанций колеблются от 20 до 42%, причем от 30 до 42% является средним для нового завода.
Для большей эффективности на выходе добавлен парогенератор с рекуперацией тепла (HRSG). Это известно как установка комбинированного цикла . Когенерация использует отработанное тепло для технологических процессов, централизованного теплоснабжения или других видов отопления. Оба эти варианта используются только на установках, которые предназначены для эксплуатации в течение более длительного времени, чем обычно. Природный газ и дизельные генераторы с поршневыми двигателями иногда используются для поддержки сети на небольших предприятиях.
Другим вариантом повышения эффективности и выходной мощности газовых турбин является установка системы охлаждения воздуха на входе в турбину , которая снижает температуру воздуха на входе, увеличивая коэффициент массового расхода. Эта опция в сочетании с резервуаром для хранения тепловой энергии может увеличить выходную мощность турбины в периоды пиковой нагрузки до 30%. [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, отслеживающей нагрузку, или электростанции с пиковым значением, а при достаточном количестве воды - электростанции базовой нагрузки. Природные газовые турбины или гидроаккумуляторы часто используются там, где не хватает гидроэлектроэнергии, чтобы реагировать на суточные и еженедельные колебания в производстве и потреблении. [9] Нет ничего необычного в том, что плотина строится с большей пропускной способностью, чем может быть обеспечена водоснабжением, что обеспечивает более высокую пиковую мощность. Модернизация оборудования на существующих плотинах может быть одним из наименее дорогих способов увеличения пиковой выработки. [10] Возможность изменять количество вырабатываемой электроэнергии часто ограничивается требованием, чтобы выполнялись минимальные или максимальные потоки вниз по течению. [11]
Гидроэлектроэнергия с гидроаккумулятором является самой мощной формой хранения энергии в сети, используемой для усреднения внепиковых и пиковых потребностей в электроэнергии. 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.
Батареи используются в некоторых случаях, когда условия благоприятствуют плавному потоку (избегая дорогостоящей модернизации линии электропередачи), а также для обеспечения пиковой мощности [12] [13] и других сетевых услуг [14], таких как рабочий резерв , иногда в гибридной конфигурации с турбины [15] или дизельные двигатели. Аккумуляторная батарея, безусловно, является самой быстрой из всех электростанций и может реагировать на состояние сети в миллисекундных временных масштабах, давая более медленному оборудованию возможность отреагировать на отключение электроэнергии.
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 в рамках награды Министерства энергетики США 2 Market [16] Хэнку Прайсу из SolarDynamics, чья статья «Dispatchable Solar Power Plant» [17] предложила использовать накопление тепловой энергии, присущее солнечной тепловой энергии. Энергетическая электростанция, которая позволяет этой форме солнечной энергии, основанной на тепле, вырабатывать, как газовый пикер, обеспечивать электроэнергию по запросу днем или ночью и, в свою очередь, управляться коммунальным предприятием и вносить плату за мощность, которая будет доступна, когда это необходимо, например традиционное пиковое растение. Солнечная тепловая электростанция вырабатывает электроэнергию в электростанции с паровым циклом, как и на традиционной электростанции, но тепло для пара подается за счет солнечной энергии, нагревающей такой материал, как расплавленные соли, и накапливает тепло до тех пор, пока не потребуется пар для производства электроэнергии.
Электростанции базовой нагрузки
Противоположностью пиковых электростанций являются электростанции с базовой нагрузкой . 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.
Промежуточная нагрузка, следующая за электростанциями, такими как гидроэлектростанции, работает между этими крайними значениями, сокращая свою выработку по ночам и в выходные дни, когда спрос низкий. Станции с базовой нагрузкой и промежуточные станции используются преимущественно для удовлетворения спроса на электроэнергию, потому что более низкий КПД пиковых станций делает их более дорогостоящими в эксплуатации. [2]
Смотрите также
- Геотермальная энергия
- Список проектов по хранению энергии
- Умная сеть электроснабжения
- От автомобиля к сети
- Охлаждение воздуха на входе в турбину
- Нагрузка после силовой установки
Рекомендации
- ^ Возобновляемые и эффективные электроэнергетические системы Гилбертом М. Мастерсом
- ^ a b "Карьерные заводы" . Оглторп Пауэр Корпорейшн. Архивировано из оригинала на 2009-11-01 . Проверено 22 августа 2016 .
- ^ «Электрические пиковые станции» . Кларк Энерджи . Проверено 6 августа 2019 .
- ^ «Пиковые станции | Пиковые станции с газовыми двигателями» . Едина . Проверено 18 февраля 2020 .
- ^ https://www.lazard.com/perspective/levelized-cost-of-energy-and-levelized-cost-of-storage-2020/
- ^ Деннис Р. Ландсберг, Рональд Стюарт: Повышение энергоэффективности в зданиях стр. 284 books.google.ca , по состоянию на 16 ноября 2019 г.
- ^ Камаль Н.А., Зухаир А.М. (2006). Повышение мощности газовой турбины за счет охлаждения приточного воздуха . Судан Eng. Soc. J., 52 (4-6): 7-14.
- ^ «BPA Balancing Authority Load and Total Wind Generation» . Transmission.bpa.gov . Дата обращения 16 ноября 2019 .
- ^ «Калифорнийская засуха приводит к сокращению гидроэнергетики, увеличению производства природного газа - Сегодня в энергетике - Управление энергетической информации США (EIA)» . www.eia.gov . Дата обращения 16 ноября 2019 .
- ^ Reclamation: Managing water in the West HydroElectric Power www.usbr.gov , по состоянию на 16 ноября 2019 г.
- ^ «NC DEQ: Единица потока в прямом потоке» . deq.nc.gov . Дата обращения 16 ноября 2019 .
- ^ «Mitsubishi Electric поставляет систему накопления энергии высокой емкости для подстанции Buzen на Кюсю Электрик» . EQ Int'l Magazine . 4 марта 2016 . Проверено 24 января 2017 года .
Объект предлагает возможности хранения энергии, аналогичные тем, которые используются в гидроаккумулирующих установках, при этом помогая улучшить баланс спроса и предложения.
- ^ Ламберт, Фред (23 января 2017 г.). «Тесла незаметно вводит в эксплуатацию свою огромную - самую большую в мире - электростанцию мощностью 80 МВтч совместно с компанией Southern California Edison» . Электрек . Проверено 24 января 2017 года .
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
- ^ Шалленбергер, Кристи (30 ноября 2015 г.). «5 проектов аккумуляторов, на которые стоит обратить внимание в 2016 году» . Utility Dive . Проверено 24 января 2017 года .
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
- ^ «Внутри первого в своем роде гибридного пикового завода GE и SoCal Edison с батареями и газовыми турбинами» . 2017-04-18 . Проверено 19 апреля 2017 года .
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 электроэнергию так, как им это нужно, когда они в ней нуждаются.
- ^ «Технологии на рынок | Министерство энергетики» . energy.gov . Проверено 9 января 2018 .
- ^ Хэнк Прайс, Дэвид Кирни, Фредерик Ределл, Роберт Чарльз, Фредерик Морс. Диспетчерская солнечная электростанция (PDF) . SolarPACES (Отчет) . Проверено 8 января 2018 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )