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 प्रत्युद्धरण के लिए बाह्य विद्युत शक्ति संचरण नेटवर्क पर निर्भर किए बिना विद्युत् उत्पादन गृह या विद्युत ग्रिड के एक भाग का प्रत्यानयन करने की प्रक्रिया होती है।[1]

उत्पादन संयंत्र (जनरेटिंग स्टेशन) को पुनः सक्रिय या चालू करने के लिए ऑन-साइट आपातोपयोगी (स्टैंडबाय) जनित्र से बिजली प्राप्त हो सकती है। वैकल्पिक रूप से, जहां बड़ी मात्रा में बिजली की आवश्यकता होती है, सुविधा प्रारम्भ 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 पुनः जोड़ा जा सकता है और विद्युत भार का प्रत्यानयन किया जा सकता है।

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

स्टेशन समुपयोग वैद्युत (सर्विस पावर)

बिजली उत्पादन 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 संवाहक (कन्वेयर), संदलित्र (क्रशर), वायु संपीडक (एयर कंप्रेशर्स) और दहन वायु प्रशंसकों की आवश्यकता होती है। भाप चक्र संयंत्रों को भाप बॉयलरों के लिए और संघनित जल को ठंडा करने के लिए जल को प्रसारित करने के लिए बड़े पंपों की आवश्यकता होती है। जलविद्युत संयंत्रों (हाइड्रोइलेक्ट्रिक प्लांट) को प्रवेश गेट खोलने और गति विनियमन के लिए हाइड्रोलिक (द्रवचालित) टर्बाइनों को समायोजित करने के लिए बिजली की आवश्यकता होती है। यहां तक कि 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।

सामान्य रूप से, संयंत्र के भीतर उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति स्टेशन के अपने जनित्र द्वारा प्रदान की जाती है। यदि संयंत्र के सभी मुख्य जनित्र बंद हो जाते हैं, तो स्टेशन समुपयोग वैद्युत संयंत्र की संचरण लाइन के माध्यम से ग्रिड से बिजली आहरणित करके प्रदान की जाती है। हालांकि, किसी विस्तृत क्षेत्र आउटेज के दौरान, ग्रिड से ऑफ-साइट बिजली उपलब्ध नहीं होती है। ग्रिड पावर के अभाव में, पावर ग्रिड को संचालन में बूटस्ट्रैप करने के लिए तथाकथित ब्लैक स्टार्ट करने की आवश्यकता होती है।

आपातोपयोगी विद्युत स्त्रोत

ब्लैक स्टार्ट प्रदान करने के लिए, कुछ विद्युत उत्पादन गृहों में क्षुद्र ऑन-साइट डीजल जनित्र होते हैं, जिन्हें सामान्य रूप से ब्लैक स्टार्ट डीजल जनित्र (बीएसडीजी) कहा जाता है, जिसका उपयोग बड़े जनित्र (कई मेगावाट क्षमता के) को सक्रिय करने के लिए किया जा सकता है, जो बदले में मुख्य विद्युत उत्पादन गृह जनित्र सक्रिय करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। भाप टर्बाइनों का उपयोग करने वाले संयंत्रों को बॉयलर फीडवाटर पंप, बॉयलर प्रणोदित-प्रवात दहन वायु ब्लोअर और ईंधन निर्माण के लिए अपनी क्षमता के 10% तक स्टेशन समुपयोग वैद्युत की आवश्यकता होती है। प्रत्येक स्टेशन पर इतनी बड़ी आपातोपयोगी क्षमता प्रदान करना असंवैधानिक है, इसलिए ब्लैक-स्टार्ट पावर को दूसरे स्टेशन से निर्धारित टाई लाइनों पर प्रदान किया जाना चाहिए।

नेटवर्क अंतःसंबंध का प्रत्यानयन करने के लिए प्रायः जलविद्युत विद्युत उत्पादन गृहों को ब्लैक-स्टार्ट स्रोतों के रूप में नामित किया जाता है। प्रारंभिक उद्देश्यों (इंटेक गेट खोलने के लिए पर्याप्त है और जनित्र फील्ड कॉइल्स को उद्दीपन विद्युत प्रदान करता है) के लिए जलविद्युत स्टेशन को बहुत कम प्रारंभिक शक्ति की आवश्यकता होती है और जीवाश्म ईंधन या परमाणु स्टेशनों को प्रारम्भ करने की अनुमति देने के लिए अति-शीघ्र 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, और निष्क्रिय अवस्था से संयुक्त-चक्र गैस टरबाइन को निकाल दिया है।[3]

स्टार्टअप अनुक्रम

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

  1. एक बैटरी जलविद्युत उत्पादन केंद्र में स्थापित क्षुद्र डीजल जनित्र सक्रिय करती है।
  2. उत्पादन संयंत्र को संचालन में लाने के लिए डीजल जनित्र 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 विद्युत का उपयोग परमाणु/जीवाश्म-ईंधन से चलने वाले बेस लोड संयंत्रों में से एक को सक्रिय करने के लिए किया जाता है।
  5. बेस लोड प्लांट से बिजली का उपयोग सिस्टम में अन्य सभी बिजली संयंत्रों को पुनः सक्रिय करने के लिए किया जाता है।

बिजली को अंततः सामान्य विद्युत वितरण नेटवर्क पर पुनः लागू किया जाता है और उपभोक्ताओं को भेजा जाता है। प्राय: यह धीरे-धीरे होगा; संपूर्ण ग्रिड को एक बार में प्रारंभ करना असाध्य हो सकता है। विशेष रूप से, गर्मियों के दौरान लंबे आउटेज के बाद, सभी इमारतें गर्म होंगी, और यदि बिजली एक बार में प्रत्यानयनित हो जाती है, अतः अकेले वातानुकूलन इकाइयों की खपत ग्रिड से आपूर्ति की जा सकने वाली खपत से अधिक होगी। ठंडी जलवायु में, इसी तरह की समस्या सर्दियों में ऊष्मण उपकरणों के उपयोग के साथ हो सकती है।

किसी बड़े ग्रिड में, ब्लैक स्टार्ट में प्रायः उत्पादन के कई "द्वीप" (प्रत्येक स्थानीय लोड क्षेत्रों की आपूर्ति) प्रारम्भ करना सम्मिलित होता है, और फिर इन द्वीपों को एक पूर्ण ग्रिड बनाने के लिए सिंक्रनाइज़ और पुन: कनेक्ट करना सम्मिलित होता है। सम्मिलित बिजली स्टेशनों को लोड में व्यापक परिवर्तन को स्वीकार करने में सक्षम होना चाहिए क्योंकि ग्रिड को पुनः जोड़ा गया है।

ब्लैक स्टार्ट सक्रिय करने के कई तरीके हैं: जलविद्युत बांध, डीजल जनित्र, ओपन साइकिल गैस टर्बाइन, ग्रिड स्केल बैटरी स्टोर, संपीड़ित वायु भंडारण, 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 अंतःयोजनीयता (इंटरकनेक्टिविटी) और ब्लैक स्टार्ट प्रक्रिया के लिए आवश्यक प्रतिक्रिया समय जैसे कारकों पर निर्भर।

ब्लैक स्टार्ट सेवाओं की उपलब्धि

ईआरसीओटी में एक ऑपरेटर

यूनाइटेड किंगडम में, ग्रिड संचालक के पास ब्लैक स्टार्ट क्षमता प्रदान करने के लिए कुछ जनित्र के साथ वाणिज्यिक अनुबंध हैं, यह पहचानते हुए कि सामान्य ग्रिड संचालन में ब्लैक स्टार्ट सुविधाएं प्रायः अल्पव्ययी नहीं होती हैं।[4] केंद्रीय विद्युत उत्पादन बोर्ड के जमाने के विद्युत उत्पादन गृहों में कई ओपन-साइकल गैस टर्बाइन (यानी कोई ऊष्मा प्राप्ति मॉड्यूल संलग्न नहीं) होते हैं, जो पूर्ण उत्पादन इकाई को संचालित करने के लिए आवश्यक संयंत्र को पूरी तरह से सक्रिय कर सकता है; ये सामान्य रूप से डीजल जनित्र द्वारा प्रारम्भ 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 का निषेध करते हुए, शेष विद्युत उत्पादन गृह से जुड़े पूरे प्लांट को चलाने में सक्षम हैं।

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

संयुक्त राज्य अमेरिका में, वर्तमान में ब्लैक स्टार्ट की प्रापण के तीन तरीके हैं। सबसे साधारण सेवा की लागत है, क्योंकि यह सबसे सरल व पारम्परिक विधि है। वर्तमान में इसका उपयोग कैलिफ़ोर्निया स्वतंत्र सिस्टम ऑपरेटर (सीएआईएसओ), पीजेएम इंटरकनेक्शन[5] और न्यूयॉर्क इंडिपेंडेंट सिस्टम ऑपरेटर[6] (एनवाईआईएसओ) 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 पुनः 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 जनित्र को भुगतान किया जाने वाला मासिक मुआवजा उस महीने के लिए यूनिट की मासिक दावा क्षमता द्वारा फ्लैट दर ($/kWyr में और $Y मान के रूप में संदर्भित) को गुणा करके निर्धारित किया जाता है। इस परिवर्तन का उद्देश्य अधिप्राप्ति को सरल बनाना और ब्लैक स्टार्ट सेवा के प्रावधान को प्रोत्साहित करना था।

प्रापण का अंतिम तरीका प्रतिस्पर्धी प्रापण है जैसा कि इलेक्ट्रिक रिलायबिलिटी काउंसिल ऑफ टेक्सास[8] (ईआरसीओटी) 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 आपातोपयोगी लागत जमा करते हैं, जिसे प्रायः प्राप्यता निविदा 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 निविदा 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 प्रारम्भ करने के लिए निकटता में एक और यूनिट प्रारम्भ कर सकती है।

अन्य न्यायालयों में प्रापण के अलग-अलग तरीके हैं। न्यूज़ीलैंड सिस्टम ऑपरेटर[9] प्रतिस्पर्धी निविदा के माध्यम से ब्लैकस्टार्ट क्षमता की प्रापण करता है। अन्य क्षेत्राधिकारों में भी कुछ प्रकार की प्रतिस्पर्धी प्रापण दिखाई देती है, हालांकि शायद ईआरसीओटी की तरह संरचित नहीं है। इनमें अल्बर्टा इलेक्ट्रिक सिस्टम ऑपरेटर,[10] और साथ ही ओंटारियो के स्वतंत्र इलेक्ट्रिक सिस्टम ऑपरेटर,[11] सम्मिलित 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 डब्लूईएमएजी बैटरी विद्युत उत्पादन गृह पर डिस्कनेक्टेड, पृथक ग्रिड पर किया गया था। डब्लूईएमएजी बैटरी प्लांट ने प्रमाणित कर दिया है कि यह बड़े व्यवधान या ब्लैकआउट के बाद पावर ग्रिड का प्रत्यानयन 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, प्रायः इंडक्शन जनित्र से जुड़े होते हैं जो नेटवर्क को पुनः सक्रिय करने के लिए शक्ति प्रदान करने में अक्षम होते हैं।[14] 2020 में, वर्चुअल सिंक्रोनस मशीनों का उपयोग करते हुए 69 MW डर्सालोक विंड फार्म ने स्कॉटलैंड ग्रिड के भाग 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 की आवश्यकता होती है। पल्स-विड्थ मॉडुलन (पीडब्लूएम)-आधारित वोल्टेज-स्रोत कनवर्टर एचवीडीसी योजना में ऐसा कोई प्रतिबंध नहीं है।[17]

यह भी देखें

  • बूटस्ट्रैपिंग
  • डीजल जनित्र
  • 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

अग्रिम पठन

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