जड़त्वीय प्रतिक्रिया
जड़त्वीय प्रतिक्रिया बड़े तुल्यकालिक जनित्र की एक संपत्ति है, जिसमें बड़े तुल्यकालिक घूर्णन द्रव्यमान होते हैं, और जो विद्युत आपूर्ति और विद्युत शक्ति प्रणालियों की मांग के बीच किसी भी तत्काल असंतुलन को दूर करने के लिए कार्य करता है, आमतौर पर विद्युत् वितरण तंत्र (ग्रिड)। यांत्रिक बिजली की आपूर्ति और विद्युत शक्ति की मांग के बीच कभी मौजूद बिजली असंतुलन के कारण विद्युत् वितरण तंत्र में सभी तुल्यकालिक जनित्र में घूर्णन द्रव्यमान की घूर्णी आवृत्ति या तो गति बढ़ाती है और इस प्रकार अतिरिक्त बिजली की आपूर्ति के मामले में अतिरिक्त बिजली को अवशोषित करती है, या धीमी हो जाती है और अतिरिक्त बिजली की मांग के मामले में अतिरिक्त बिजली प्रदान करती है। एक तुल्यकालिक जनित्र की स्थिति में यह प्रतिक्रिया अभिकल्पना में अंतर्निहित है और बिना किसी बाहरी हस्तक्षेप या समन्वय के होती है, स्वचालित उत्पादन नियंत्रण और विद्युत् वितरण तंत्र संचालक को प्रणाली को पुनर्संतुलित करने के लिए मूल्यवान समय (कुछ सेकंड) प्रदान करता है।[1] विद्युत् वितरण तंत्र आवृत्ति विद्युत् वितरण तंत्र में सभी अलग-अलग तुल्यकालिक घूर्णक के विस्तृत गतियों का संयुक्त परिणाम है, जो गति के एक सामान्य समीकरण द्वारा तैयार किए जाते हैं जिसे स्विंग समीकरण कहा जाता है।
अमेरिकी बिजली प्रणालियों में, विद्युत् वितरण तंत्र संचालक को आवृत्ति को एक तंग सीमा के भीतर रखना अनिवार्य है, और यदि उत्तर अमेरिकी विद्युत विश्वसनीयता निगम द्वारा निगरानी एक गैर-अनुपालन का पता लगाती है, तो वह वित्तीय रूप से उत्तरदायी हो सकता है। इसके अलावा, उपकरण की सुरक्षा के लिए, भार का एक हिस्सा वियोजित कर दिया जाएगा ("अंडरफ्रीक्वेंसी लोड शेडिंग", यूएफएलएस) यदि आवृत्ति एक सीमा से कम हो जाती है (अधिकांश अमेरिका में 59.5 हर्ट्ज, टेक्सास में 59.3 हर्ट्ज)।[2] जब एक अप्रत्याशित आपूर्ति व्यवधान होता है (उदाहरण के लिए, एक जनित्र विफलता), प्राथमिक आवृत्ति प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से शुरू होती है - एक संवेदक कम आवृत्ति का पता लगाता है और तदनुसार प्राइम मूवर की शक्ति को समायोजित करता है। एक विशिष्ट तुल्यकालिक जनित्र के लिए, इस समायोजन में यांत्रिक उपकरणों (वाल्व, आदि) का हेरफेर शामिल है और इस प्रकार समय लगता है। इस समय के दौरान, आवृत्ति में कमी को धीमा करने के लिए विद्युत् वितरण तंत्र को संचित जड़ता पर निर्भर रहना पड़ता है।[3]
तुल्यकालिक जनित्र
जड़ता को शक्ति-समय उत्पाद इकाइयों (कहते हैं, गीगावाट-सेकंड) में मापा जा सकता है,[4] लेकिन प्रायः जनित्र के "आकार" (नाममात्र विद्युत शक्ति) के लिए सामान्यीकृत होता है और इस प्रकार इसे समय की इकाइयों में वर्णित किया जा सकता है (तथाकथित जनित्र जड़ता स्थिरांक[5])। तेजी से घूमने वाले जनित्र अधिक गतिज ऊर्जा (घूर्णी आवृत्ति के वर्ग के आनुपातिक) को संग्रहीत कर सकते हैं, लेकिन आम तौर पर हल्के होते हैं और इस प्रकार तेजी से घटते हैं, जिससे धीमी और भारी यंत्र की तुलना में अधिक शक्ति को प्रतिक्रिया ("फ्रंट-लोडिंग") में जल्दी भीतर डाला जा सकता है; विद्युत् वितरण तंत्र के कुछ हिस्सों के बीच बातचीत के कारण यह आवश्यक रूप से बेहतर नहीं है जो "उछाल" और अस्थिरता का कारण बन सकता है। विशिष्ट बिजली संयंत्रों में 2 सेकंड (जलविद्युत) से 7 सेकंड (गैस टर्बाइन) तक जड़ता स्थिर मान होते हैं।[5] चूँकि घूर्णी गति और इस प्रकार एक तुल्यकालिक जनित्र की गतिज ऊर्जा वर्तमान शक्ति स्तर पर निर्भर नहीं करती है, समग्र विद्युत् वितरण तंत्र की जड़ता चल रहे जनित्र के जड़त्व स्थिरांक से संबंधित है; कम बिजली की मांग के समय (जैसे, रात में) कम जनित्र चल सकते हैं, और इस प्रकार एक समान आकस्मिकता से निपटना कठिन हो सकता है।[6]
भार
विद्युत भार में जड़ता जैसी गुणवत्ता हो सकती है। उदाहरण के लिए, विशिष्ट औद्योगिक विद्युत मोटर्स कम आवृत्तियों पर कम बिजली की खपत करते हैं, प्रणाली में जड़ता की एक छोटी, लेकिन ध्यान देने योग्य मात्रा जोड़ते हैं,[7] यह प्रभाव आधुनिक और कुशल चर-गति नियंत्रणों पर परिवर्तन करने के कारण कम हो रहा है, जिनकी जड़ता जैसी प्रतिक्रिया बहुत कम है।
यूएलएफएस भार को वियोजित कर देता है जिससे बिजली की मांग कम हो जाती है और इस प्रकार आवृत्ति में कमी धीमी हो जाती है, जो जड़ता की मात्रा को बढ़ाने के बराबर का प्रतिनिधित्व करती है।[8]
परिवर्तनीय पीढ़ी
21 वीं सदी तक, प्राथमिक आवृत्ति प्रतिक्रिया के संयोजन में पारंपरिक जड़ता को यूएस विद्युत् वितरण तंत्र की लक्ष्य विश्वसनीयता तक पहुंचने के लिए पर्याप्त माना जाता था।[9] परिवर्तनीय नवीकरणीय ऊर्जा (वीआरई) की उच्च पैठ ने नई चुनौतियों का निर्माण किया:[10]
- रात में हवा अधिक चलती है, इसलिए कम मांग के प्रभाव - और इस प्रकार ऑनलाइन तुल्यकालिक जनित्र की छोटी मात्रा - बढ़ जाती है;
- एक वीआरई जनित्र में आमतौर पर या तो घूर्णी द्रव्यमान (सौर) नहीं होता है, या इसकी अभिकल्पना विद्युत यांत्रिक (इलेक्ट्रोमैकेनिकल) रूप से इसे बाकी विद्युत् वितरण तंत्र के साथ नहीं जोड़ती है। एक विशिष्ट वीआरई जनित्र एक प्रतिवर्तित्र (इन्वर्टर) के माध्यम से विद्युत् वितरण तंत्र से जुड़ा होता है (इस प्रकार इन जनित्र को आमतौर पर प्रतिवर्तित्र-आधारित संसाधन कहा जाता है) और इसलिए प्रणाली में उसी तरह से जड़ता का योगदान करने में असमर्थ है जैसे कि तुल्यकालिक जनित्र करता है।
इसलिए पारंपरिक जड़ता के विकल्प लागू होते हैं, और 2020 के दशक तक टेक्सास (ईआरसीओटी) ने संयुक्त राज्य अमेरिका में अपनी उच्च पवन ऊर्जा पैठ (पश्चिमी अंतःसंबंध, डब्ल्यूआई की तुलना में लगभग दोगुना) और इसके अपेक्षाकृत छोटे आकार के कारण नेतृत्व किया, जिसने वहां आकस्मिकताओं को प्रतिशत के संदर्भ में बड़ा बना दिया (एक एकल विफलता डब्ल्यूआई के लिए 2.6% और पूर्वी अंतःसंबंध के लिए 1.3% की तुलना में औसत भार के 6.4% के बराबर बिजली ले सकती है)।[11]
जड़त्व में गिरावट को संबोधित करते हुए
कम जड़ता के वातावरण में लालच की विश्वसनीयता बनाए रखने के लिए निम्नलिखित क्रूर-बल साधनों का उपयोग किया जाता है:
- तुल्यकालिक जनित्र के मालिकों को अपनी इकाइयों को संचालित करने या प्रतिवर्तित्र-आधारित संसाधनों के उपयोग को कम करने के लिए मजबूर करके जड़ता को शुरूआत स्तर से ऊपर रखना। विशुद्ध रूप से आर्थिक दृष्टिकोण से यह केवल एक अस्थायी उपाय हो सकता है;[12]
- कम पारंपरिक नवीकरणीय जनित्र का उपयोग करना जिसमें जड़ता होती है (सौर ऊर्जा, जैवभार शक्ति को केंद्रित करना);
- तुल्यकालिक संघनित्र के घूर्णी द्रव्यमान का उपयोग करना (यह विकल्प, जबकि चर्चा की गई थी, 2020 तक विद्युत् वितरण तंत्र पैमाने पर कोशिश नहीं की गई थी);
- विशिष्ट 59.5 हर्ट्ज की तुलना में अधिक आवृत्ति विचलन की अनुमति देता है (टेक्सास आवृत्ति को 59.3 हर्ट्ज तक कम करने की अनुमति देता है, इससे भी छोटा क्यूबेक अंतःसंबंध - 58.5 हर्ट्ज तक);[13]
- ऐसे गैर-महत्वपूर्ण भारों को स्थित करना जो स्वचालित रिले के साथ संक्षिप्त वियोग (जैसे, औद्योगिक शीतलन संयंत्र) को सहन कर सकते हैं जो पूर्व निर्धारित आवृत्ति सीमा पर भार कम करता है। टेक्सास में, यह हवा के प्रवेश को बढ़ाने के लिए चुने गए मुख्य मार्गों में से एक था;[14]
- अन्य सहायक सेवाओं की तरह, एक बाजार तंत्र (ERCOT द्वारा उपयोग किया जाने वाला एक दृष्टिकोण) के माध्यम से ग्राहकों को आवृत्ति प्रतिक्रिया के लिए भुगतान करना।[15]
तेज़ आवृत्ति प्रतिक्रिया
भार का वियोग बहुत जल्दी किया जा सकता है (आधा सेकंड, आवृत्ति माप सहित)।[14] प्रतिवर्तित्र-आधारित संसाधन (आईबीआर), यदि पूर्ण उपलब्ध बिजली पर नहीं चल रहे हैं, तो इसे भी बहुत जल्दी बढ़ाया जा सकता है (हवा के लिए 25% प्रति सेकंड, फोटोवोल्टिक्स के लिए 100% प्रति सेकंड), एक पवन टरबाइन से सीमित मात्रा में गतिज ऊर्जा निकाली जा सकती है, जो इसकी क्षमता का अतिरिक्त 10% लगभग आधा सेकंड (आधे सेकंड की देरी के बाद) प्रदान करती है।[16] इसके अलावा, जिस समय बहुत अधिक अतिरिक्त आईबीआर क्षमता उपलब्ध होती है, वह उस समय के साथ मेल खाती है जब कई तुल्यकालिक जनित्र ऑफ़लाइन होने के कारण पारंपरिक जड़ता अपने सबसे निचले स्तर पर होती है। नई तकनीक के ये लाभ तेजी से आवृत्ति प्रतिक्रिया (एफएफआर) के कार्यान्वयन की अनुमति देते हैं - जड़ता जैसी प्रतिक्रिया समय प्राप्त करने के लिए आईबीआर और भार वियोजित के प्रेषण का उपयोग करके आवृत्ति नियंत्रण, इस प्रकार एफएफआर के लिए वैकल्पिक नाम, सिंथेटिक जड़ता[17] (एरिक्सन एट अल उन इकाइयों के लिए "सिंथेटिक जड़ता" शब्द का उपयोग करने का प्रस्ताव करता है जो आवृत्ति के परिवर्तन की दर पर आनुपातिक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं और एफएफआर को उन इकाइयों के लिए आरक्षित करते हैं जो अपर्याप्त जड़ता के प्रभावों पर प्रतिक्रिया करते हैं, उदाहरण के लिए आवृत्ति विचलन[18]). विद्युत् वितरण तंत्र-पैमाना बैटरियां भी 100% प्रति सेकंड की रैंप दर के साथ FFR में भाग ले सकती हैं।
पवन ऊर्जा के साथ शक्ति संतुलन का अनुकरण
जब विद्युत् वितरण तंत्र आवृत्ति बहुत अधिक या बहुत कम होती है, तो उच्च-विद्युत दाब एकदिश विद्युत धारा संपर्क के माध्यम से सक्रिय बिजली का प्रवाह नीचे या ऊपर हो जाएगा। बदले में, पिच नियंत्रण के माध्यम से पकड़ी गई पवन ऊर्जा को कम करने या बढ़ाने के लिए पवन उत्पादन चप्पू कोणों को बढ़ाएगा या घटाएगा।[19]
संदर्भ
- ↑ "AEMO: Wind Integration Study". AEMO. Archived from the original on 8 February 2012. Retrieved 9 December 2011.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 4.
- ↑ Denholm et al. 2020, pp. 4–6.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 9.
- ↑ 5.0 5.1 Denholm et al. 2020, p. 11.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 18.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 13.
- ↑ Denholm et al. 2020, pp. 14–15.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 17.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 20.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 22.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 25.
- ↑ Denholm et al. 2020, pp. 26–27.
- ↑ 14.0 14.1 Denholm et al. 2020, p. 27.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 31.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 28.
- ↑ Denholm et al. 2020, p. 29.
- ↑ Eriksson, Modig & Elkington 2017.
- ↑ Miao, Zhixin; Lingling Fan; Osborn, D.; Yuvarajan, S. (Dec 2010). "जड़त्वीय प्रतिक्रिया और प्राथमिक आवृत्ति नियंत्रण में एचवीडीसी वितरण के साथ पवन फार्म।". Energy Conversions. 25 (4): 1171–1178. doi:10.1109/TEC.2010.2060202.
स्रोत
- NERC (May 11, 2021). संतुलन और आवृत्ति नियंत्रण (PDF). North American Electric Reliability Corporation.
- Denholm, Paul; Mai, Trieu; Kenyon, Rick Wallace; Kroposki, Ben; O’Malley, Mark (2020). जड़ता और पावर ग्रिड: स्पिन के बिना एक गाइड (PDF). National Renewable Energy Laboratory.
- Eriksson, Robert; Modig, Niklas; Elkington, Katherine (14 November 2017). "सिंथेटिक जड़ता बनाम तेज आवृत्ति प्रतिक्रिया: एक परिभाषा". IET Renewable Power Generation. 12 (5): 507–514. doi:10.1049/iet-rpg.2017.0370. eISSN 1752-1424. ISSN 1752-1416.
श्रेणी:विद्युत शक्ति नियंत्रण
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