ब्लैक स्टार्ट

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2003 के पूर्वोत्तर ब्लैकआउट के दौरान टोरंटो, जिसके लिए जनरेटिंग स्टेशनों को ब्लैक-स्टार्ट करने की आवश्यकता थी।

ब्लैक स्टार्ट कुल या आंशिक शटडाउन से उबरने के लिए बाहरी इलेक्ट्रिक पॉवर संचरण नेटवर्क पर भरोसा किए बिना एक इलेक्ट्रिक पावर स्टेशन या विद्युत ग्रिड के एक हिस्से को बहाल करने की प्रक्रिया है।[1]

एक जनरेटिंग स्टेशन को फिर से चालू करने के लिए ऑन-साइट स्टैंडबाय जनरेटर से बिजली आ सकती है। वैकल्पिक रूप से, जहां बड़ी मात्रा में बिजली की आवश्यकता होती है, सुविधा शुरू करने के लिए दूसरे उत्पादक संयंत्र के लिए एक टाई-लाइन का उपयोग किया जा सकता है। एक बार जब मुख्य उत्पादन इकाइयाँ चल रही हों, तो विद्युत संचरण नेटवर्क को फिर से जोड़ा जा सकता है और विद्युत भार को बहाल किया जा सकता है।

ब्लैक-स्टार्ट पावर एक समझौते द्वारा सुनिश्चित की जा सकती है जहां आवश्यक होने पर ब्लैक स्टार्ट पावर उपलब्ध कराने के लिए एक विशेष ऊर्जा आपूर्तिकर्ता को भुगतान किया जाता है। किसी नेटवर्क को ब्लैक-स्टार्ट पावर प्रदान करने के लिए सभी उत्पादन संयंत्र उपयुक्त नहीं हैं।

स्टेशन सेवा शक्ति

बिजली पैदा करने वाले संयंत्रों को संयंत्र में आवश्यक प्रणालियों को संचालित करने के लिए बिजली की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, कोयले से चलने वाले संयंत्र को संचालित करने के लिए कन्वेयर, क्रशर, एयर कंप्रेशर्स और दहन वायु प्रशंसकों की आवश्यकता होती है। भाप चक्र संयंत्रों को भाप बॉयलरों के लिए और घनीभूत पानी को ठंडा करने के लिए पानी को प्रसारित करने के लिए बड़े पंपों की आवश्यकता होती है। जलविद्युत संयंत्रों को इनटेक गेट खोलने और गति विनियमन के लिए हाइड्रोलिक टर्बाइनों को समायोजित करने के लिए बिजली की आवश्यकता होती है। यहां तक कि एक पवन टरबाइन संयंत्र को ब्लेड की पिच और दिशा को समायोजित करने जैसी चीजों के लिए अपेक्षाकृत कम मात्रा में बिजली की आवश्यकता हो सकती है।

आम तौर पर, संयंत्र के भीतर उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति स्टेशन के अपने जनरेटर द्वारा प्रदान की जाती है। यदि संयंत्र के सभी मुख्य जनरेटर बंद हो जाते हैं, तो स्टेशन सेवा शक्ति संयंत्र की संचरण लाइन के माध्यम से ग्रिड से बिजली खींचकर प्रदान की जाती है। हालांकि, एक विस्तृत क्षेत्र आउटेज के दौरान, ग्रिड से ऑफ-साइट बिजली उपलब्ध नहीं होती है। ग्रिड पावर के अभाव में, पावर ग्रिड को ऑपरेशन में बूटस्ट्रैप करने के लिए एक तथाकथित ब्लैक स्टार्ट करने की आवश्यकता होती है।

स्टैंडबाय पावर स्रोत

एक ब्लैक स्टार्ट प्रदान करने के लिए, कुछ पावर स्टेशनों में छोटे ऑन-साइट डीजल जनरेटर होते हैं, जिन्हें सामान्य रूप से ब्लैक स्टार्ट डीजल जनरेटर (BSDG) कहा जाता है, जिसका उपयोग बड़े जनरेटर (कई मेगावाट क्षमता के) को शुरू करने के लिए किया जा सकता है, जो बदले में मुख्य पावर स्टेशन जेनरेटर शुरू करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। भाप टर्बाइनों का उपयोग करने वाले संयंत्रों को बॉयलर फीडवाटर पंप, बॉयलर मजबूर-ड्राफ्ट दहन एयर ब्लोअर और ईंधन की तैयारी के लिए अपनी क्षमता के 10% तक स्टेशन सेवा शक्ति की आवश्यकता होती है। प्रत्येक स्टेशन पर इतनी बड़ी स्टैंडबाय क्षमता प्रदान करना असंवैधानिक है, इसलिए ब्लैक-स्टार्ट पावर को दूसरे स्टेशन से निर्धारित टाई लाइनों पर प्रदान किया जाना चाहिए।

नेटवर्क इंटरकनेक्शन को बहाल करने के लिए अक्सर हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर प्लांट्स को ब्लैक-स्टार्ट स्रोतों के रूप में नामित किया जाता है। प्रारंभिक उद्देश्यों (इंटेक गेट खोलने के लिए पर्याप्त है और जेनरेटर फील्ड कॉइल्स को उत्तेजना वर्तमान प्रदान करता है) के लिए एक पनबिजली स्टेशन को बहुत कम प्रारंभिक शक्ति की आवश्यकता होती है और जीवाश्म ईंधन या परमाणु स्टेशनों को शुरू करने की अनुमति देने के लिए बहुत जल्दी बिजली का एक बड़ा ब्लॉक लाइन पर रख सकता है। कुछ प्रकार के दहन टर्बाइन को ब्लैक स्टार्ट के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जो उपयुक्त जलविद्युत संयंत्रों के बिना स्थानों में एक और विकल्प प्रदान करता है।[2] 2017 में, दक्षिणी कैलिफोर्निया में एक यूटिलिटी ने ब्लैक स्टार्ट प्रदान करने के लिए बैटरी-आधारित ऊर्जा-भंडारण प्रणाली के उपयोग का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया, एक निष्क्रिय अवस्था से एक संयुक्त-चक्र गैस टरबाइन को निकाल दिया।[3]

स्टार्टअप अनुक्रम

ब्लैक स्टार्ट (वास्तविक परिदृश्य पर आधारित) की एक विधि इस प्रकार हो सकती है:

  1. एक बैटरी जलविद्युत उत्पादन केंद्र में स्थापित एक छोटा डीजल जनरेटर शुरू करती है।
  2. जनरेटिंग स्टेशन को संचालन में लाने के लिए डीजल जनरेटर से बिजली का उपयोग किया जाता है।
  3. स्टेशन और अन्य क्षेत्रों के बीच प्रमुख संचरण लाइनों को सक्रिय किया गया है।
  4. स्टेशन से प्राप्त शक्ति का उपयोग परमाणु/जीवाश्म-ईंधन से चलने वाले बेस लोड संयंत्रों में से एक को शुरू करने के लिए किया जाता है।
  5. बेस लोड प्लांट से बिजली का उपयोग सिस्टम में अन्य सभी बिजली संयंत्रों को फिर से चालू करने के लिए किया जाता है।

बिजली को अंततः सामान्य विद्युत वितरण नेटवर्क पर फिर से लागू किया जाता है और उपभोक्ताओं को भेजा जाता है। प्राय: यह धीरे-धीरे होगा; संपूर्ण ग्रिड को एक बार में प्रारंभ करना अक्षम्य हो सकता है। विशेष रूप से, गर्मियों के दौरान एक लंबे आउटेज के बाद, सभी इमारतें गर्म होंगी, और अगर बिजली एक बार में बहाल हो जाती है, तो अकेले एयर कंडीशनिंग इकाइयों की मांग ग्रिड से आपूर्ति की जा सकने वाली मांग से अधिक होगी। ठंडी जलवायु में, इसी तरह की समस्या सर्दियों में हीटिंग उपकरणों के उपयोग के साथ हो सकती है।

एक बड़े ग्रिड में, ब्लैक स्टार्ट में अक्सर पीढ़ी के कई "द्वीप" (प्रत्येक स्थानीय लोड क्षेत्रों की आपूर्ति) शुरू करना शामिल होता है, और फिर इन द्वीपों को एक पूर्ण ग्रिड बनाने के लिए सिंक्रनाइज़ और पुन: कनेक्ट करना शामिल होता है। शामिल बिजली स्टेशनों को लोड में बड़े कदम परिवर्तन को स्वीकार करने में सक्षम होना चाहिए क्योंकि ग्रिड को फिर से जोड़ा गया है।

ब्लैक स्टार्ट शुरू करने के कई तरीके हैं: हाइड्रोइलेक्ट्रिक बांध, डीजल जनरेटर, ओपन साइकिल गैस टर्बाइन, ग्रिड स्केल बैटरी स्टोर, कंप्रेस्ड एयर स्टोरेज, और इसी तरह। अलग-अलग जनरेटिंग नेटवर्क अलग-अलग दृष्टिकोण अपनाते हैं, जैसे कि लागत, जटिलता, स्थानीय संसाधनों की उपलब्धता (जैसे बांधों के लिए उपयुक्त घाटियाँ), अन्य जनरेटिंग नेटवर्क के साथ इंटरकनेक्टिविटी और ब्लैक स्टार्ट प्रक्रिया के लिए आवश्यक प्रतिक्रिया समय जैसे कारकों पर निर्भर।

ब्लैक स्टार्ट सेवाओं की खरीद

ERCOT में एक ऑपरेटर

यूनाइटेड किंगडम में, ग्रिड ऑपरेटर के पास ब्लैक स्टार्ट क्षमता प्रदान करने के लिए कुछ जनरेटर के साथ वाणिज्यिक समझौते हैं, यह पहचानते हुए कि सामान्य ग्रिड ऑपरेशन में ब्लैक स्टार्ट सुविधाएं अक्सर किफायती नहीं होती हैं।[4] केंद्रीय विद्युत उत्पादन बोर्ड के जमाने के पावर स्टेशनों में कई ओपन-साइकल गैस टर्बाइन (यानी कोई हीट रिकवरी मॉड्यूल संलग्न नहीं) होते हैं, जो एक पूर्ण उत्पादन इकाई को संचालित करने के लिए आवश्यक संयंत्र को पूरी तरह से चला सकते हैं; ये आम तौर पर डीजल जनरेटर द्वारा शुरू किए जाते हैं, जो बैटरी बैकअप द्वारा बदले में खिलाए जाते हैं। एक बार गति प्राप्त करने के बाद, ये गैस टर्बाइन अन्य स्रोतों से बिजली लाने की आवश्यकता को नकारते हुए, बाकी पावर स्टेशन से जुड़े पूरे प्लांट को चलाने में सक्षम हैं।

उत्तर अमेरिकी स्वतंत्र सिस्टम ऑपरेटरों में, ब्लैक स्टार्टिंग की खरीद कुछ भिन्न होती है। परंपरागत रूप से, ब्लैक-स्टार्ट क्षमता एकीकृत उपयोगिताओं द्वारा प्रदान की गई थी और दरदाताओं से लागत वसूली के लिए लागतों को एक व्यापक टैरिफ में रोल किया गया था। उन इलाकों में जो संगठित बिजली बाजारों का हिस्सा नहीं हैं, यह अभी भी सामान्य खरीद तंत्र है। अविनियमित वातावरण में, लागत-आधारित प्रावधान की यह विरासत बनी हुई है, और यहां तक कि हाल ही में ब्लैक-स्टार्ट खरीद प्रथाओं के ओवरहाल, जैसे कि आईएसओ न्यू इंग्लैंड द्वारा, आवश्यक रूप से एक प्रतिस्पर्धी खरीद में स्थानांतरित नहीं हुए हैं, भले ही अविनियमित अधिकार क्षेत्र में एक सेवा-की-लागत (COS) समाधानों के बजाय बाजार समाधानों के लिए पूर्वाग्रह।

संयुक्त राज्य अमेरिका में, वर्तमान में ब्लैक स्टार्ट की खरीद के तीन तरीके हैं। सबसे आम सेवा की लागत है, क्योंकि यह सबसे सरल है और पारंपरिक तरीका है। वर्तमान में इसका उपयोग कैलिफ़ोर्निया स्वतंत्र सिस्टम ऑपरेटर (CAISO), PJM इंटरकनेक्शन[5] और न्यूयॉर्क इंडिपेंडेंट सिस्टम ऑपरेटर[6] (NYISO) द्वारा किया जाता है। यद्यपि सटीक तंत्र कुछ हद तक भिन्न होते हैं, एक ही दृष्टिकोण का उपयोग किया जाता है, अर्थात् इकाइयों को ब्लैक स्टार्ट के लिए पहचाना जाता है और उनकी प्रलेखित लागतों को फिर से वित्त पोषित किया जाता है और लागत वसूली के लिए टैरिफ में रोल किया जाता है।

दूसरी विधि एक नई विधि है जिसका उपयोग न्यू इंग्लैंड के स्वतंत्र सिस्टम ऑपरेटर द्वारा किया जाता है[7] (आईएसओ-एनई)। नई पद्धति एक समान दर भुगतान है जो प्रावधान को प्रोत्साहित करने के लिए ब्लैक-स्टार्ट पारिश्रमिक को बढ़ाता है। एक जनरेटर को भुगतान किया जाने वाला मासिक मुआवजा उस महीने के लिए यूनिट की मासिक दावा क्षमता द्वारा एक फ्लैट दर ($/kWyr में और $Y मान के रूप में संदर्भित) को गुणा करके निर्धारित किया जाता है। इस परिवर्तन का उद्देश्य खरीद को सरल बनाना और ब्लैक स्टार्ट सेवा के प्रावधान को प्रोत्साहित करना था।

खरीद का अंतिम तरीका प्रतिस्पर्धी खरीद है जैसा कि टेक्सास की इलेक्ट्रिक विश्वसनीयता परिषद[8] (ERCOT) द्वारा उपयोग किया जाता है। इस दृष्टिकोण के तहत, ईआरसीओटी ब्लैक-स्टार्ट सेवाओं के लिए एक बाजार चलाता है। इच्छुक प्रतिभागी $/hr (उदाहरण के लिए $70 प्रति घंटा) में एक घंटे की स्टैंडबाय लागत जमा करते हैं, जिसे अक्सर एक उपलब्धता बोली कहा जाता है, जो कि इकाई की क्षमता से संबंधित नहीं होती है। विभिन्न मानदंडों का उपयोग करते हुए, ईआरसीओटी इन बोलियों का मूल्यांकन करता है और चयनित इकाइयों को बोली के रूप में भुगतान किया जाता है, यह मानते हुए कि 85% उपलब्धता है। प्रत्येक ब्लैक-स्टार्ट यूनिट को यह प्रदर्शित करने में सक्षम होना चाहिए कि वह ग्रिड के आइलैंडिंग और सिंक्रोनाइज़ेशन को शुरू करने के लिए निकटता में एक और यूनिट शुरू कर सकती है।

अन्य न्यायालयों में खरीद के अलग-अलग तरीके हैं। न्यूज़ीलैंड सिस्टम ऑपरेटर[9] प्रतिस्पर्धी निविदा के माध्यम से ब्लैकस्टार्ट क्षमता की खरीद करता है। अन्य क्षेत्राधिकारों में भी कुछ प्रकार की प्रतिस्पर्धी खरीद दिखाई देती है, हालांकि शायद ERCOT की तरह संरचित नहीं है। इनमें अल्बर्टा इलेक्ट्रिक सिस्टम ऑपरेटर,[10] और साथ ही ओंटारियो के स्वतंत्र इलेक्ट्रिक सिस्टम ऑपरेटर,[11] शामिल हैं, जो दोनों न्यूजीलैंड और ईआरसीओटी के समान दीर्घकालिक "प्रस्तावों के लिए अनुरोध" दृष्टिकोण का उपयोग करते हैं।

जर्मनी के ग्रिड पर पहली ब्लैक स्टार्ट का परीक्षण 2017 में श्वेरिन में WEMAG बैटरी पावर स्टेशन पर एक डिस्कनेक्टेड, आइसोलेटेड ग्रिड पर किया गया था। WEMAG बैटरी प्लांट ने साबित कर दिया है कि यह बड़े व्यवधान या ब्लैकआउट के बाद पावर ग्रिड को बहाल कर सकता है।[12]

ब्लैक स्टार्ट स्रोतों पर सीमाएं

सभी उत्पादन संयंत्र ब्लैक-स्टार्ट क्षमता के लिए उपयुक्त नहीं हैं। पवन टर्बाइन हमेशा ब्लैक स्टार्ट के लिए उपयुक्त नहीं होते क्योंकि हो सकता है कि जरूरत पड़ने पर हवा उपलब्ध न हो।[13] पवन टर्बाइन, मिनी-हाइड्रो, या माइक्रो-हाइड्रो प्लांट, अक्सर इंडक्शन जेनरेटर से जुड़े होते हैं जो नेटवर्क को फिर से सक्रिय करने के लिए शक्ति प्रदान करने में अक्षम होते हैं।[14] 2020 में, वर्चुअल सिंक्रोनस मशीनों का उपयोग करते हुए 69 MW Dersalloch विंड फार्म ने स्कॉटलैंड ग्रिड के हिस्से को ब्लैक-स्टार्ट किया।[15][16] लंबी ट्रांसमिशन लाइन के बड़े प्रतिक्रियाशील भार के साथ संचालित होने पर ब्लैक-स्टार्ट यूनिट भी स्थिर होनी चाहिए। कई हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट (एचवीडीसी) कन्वर्टर स्टेशन "डेड" सिस्टम में काम नहीं कर सकते हैं, या तो, क्योंकि उन्हें लोड एंड पर सिस्टम से कम्यूटेशन पावर[clarification needed] की आवश्यकता होती है। एक पल्स-चौड़ाई मॉडुलन (पीडब्लूएम)-आधारित वोल्टेज-स्रोत कनवर्टर एचवीडीसी योजना में ऐसा कोई प्रतिबंध नहीं है।[17]

यह भी देखें

  • बूटस्ट्रैपिंग
  • डीजल जनरेटर
  • बिजली चली गयी
  • सिंक्रोस्कोप

संदर्भ

  1. ↑ Knight, U.G. Power Systems in Emergencies - From Contingency Planning to Crisis Management John Wiley & Sons 2001 ISBN 978-0-471-49016-6 section 7.5 The 'Black Start' Situation
  2. ↑ Philip P. Walsh, Paul Fletcher Gas turbine performance, John Wiley and Sons, 2004 ISBN 0-632-06434-X, page 486
  3. ↑ "California battery's black start capability hailed as 'major accomplishment in the energy industry'". May 17, 2017.
  4. ↑ Introduction to Black Start Archived 2006-05-21 at the Wayback Machine (National Grid plc) Covers technical and commercial background.
  5. ↑ See PJM Tariff: Schedule 6A of the PJM Tariff, available online at: http://www.pjm.com/documents/downloads/agreements/tariff.pdf Archived 2008-12-09 at the Wayback Machine and Blackstart Business Rules, available online at: http://www.ieso.ca/Documents/consult/se16/se16_DACP-SWG-20060216-pjm-blackstart.pdf Archived 2014-12-16 at the Wayback Machine
  6. ↑ See the NYISO Accounting and Billing Manual, 2006, available online at: http://www.nyiso.com/public/webdocs/documents/manuals/administrative/acctbillmnl.pdf NYISO Ancillary Services Manual 2006, available at "NYISO (Documents - Manuals - Operations)". Archived from the original on 2008-09-12. Retrieved 2008-12-24. NYISO Tariff (2006) at Rate Schedule 5, starting page 91, Revised Sheet 311, and Rate Schedule 6, starting at Revised Sheet No. 269, available online at "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-10-12. Retrieved 2008-12-24.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  7. ↑ See ISO-NE "Order Accepting Application" Docket No. ER03-291, Federal Energy Regulatory Commission , Issued Feb. 14 2003, available online at http://www.iso-ne.com/committees/comm_wkgrps/trans_comm/tariff_comm/mtrls/2006/may162006/index.html ISO-NE Open Access Transmission Tariff 2006 at p. 311, available online at "ISO New England - Open Access Transmission Tariff (OATT)". Archived from the original on 2008-10-25. Retrieved 2008-12-24. ISO-NE A3 Black Start Working Group Memo to the NEPOOL Transmission Committee, May 9, 2006 available online at http://www.iso-ne.com/committees/comm_wkgrps/trans_comm/tariff_comm/mtrls/2006/may162006/index.html
  8. ↑ See ERCOT Protocols Section 6, 2006 available online at: "ERCOT - Current Protocols". Archived from the original on 2008-11-22. Retrieved 2008-12-24. ERCOT's bidding form is available online at: http://www.ercot.com/mktrules/protocols/current/22-%28A%29BlackStart-050105.doc
  9. ↑ Electricity Commission of New Zealand (2005-11-01). "Electricity Governance Rules, Schedule C5 - Procurement Plan" (PDF). pp. 180–182. Archived from the original (PDF) on 2006-10-07. Retrieved 2008-12-24.
  10. ↑ See http://www.aeso.ca/files/Nov05_BlackstartPP_v1.pdf Archived 2009-03-18 at the Wayback Machine
  11. ↑ See "Ancillary Services". Archived from the original on 2008-12-28. Retrieved 2008-12-24.
  12. ↑ Hales, Roy L. (August 15, 2017). "First Black Start On Germany's Grid". CleanTechnica.
  13. ↑ Fox, Brendan et al; Wind Power Integration - Connection and System Operational Aspects, Institution of Engineering and Technology, 2007 ISBN 978-0-86341-449-7 page 245
  14. ↑ George G. Karady, Keith E. Holbert, Electrical Energy Conversion and Transport: An Interactive Computer-Based Approach,John Wiley & Sons, 2013, ISBN 1118498038 page 9-57
  15. ↑ Reid, Scott (3 November 2020). "ScottishPower in 'pioneering world first' after wind farm black-out boost". www.scotsman.com (in English). The Scotsman. Archived from the original on 5 November 2020.
  16. ↑ "Innovation". Scottish Power Renewables (in English). 3 November 2020. Archived from the original on 3 November 2020.
  17. ↑ Beaty, H. Wayne; Fink, Donald G. (ed) Standard Handbook for Electrical Engineers (15th Edition), McGraw-Hill 2007 ISBN 978-0-07-144146-9 page 15-22


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