Antecedentes

Estoy realizando una investigación para un proyecto de software que monitorea la generación y el consumo de energía para una gran nave espacial ficticia. Mi razonamiento es que me gustaría entender primero cómo funciona la generación de energía en el mundo real antes de comenzar a hacer que la aplicación se sienta lo más auténtica posible al usarla.

Base

Mi pregunta surge de mi comprensión actual de cómo funciona la red eléctrica. La energía se genera a través de cualquier mecanismo (vapor / mecánico, fotovoltáico) y luego se intensifica a través de una subestación de alto voltaje para la transmisión a larga distancia. Las grandes fábricas (acerías, plantas de microchips, etc.) pueden tener una subestación dedicada a ellas para sus operaciones. De lo contrario, una subestación reduce HV a MV para una distribución a menor escala (fábricas, grandes edificios de oficinas, etc.). Esto se repite nuevamente para LV, para entrega a hogares y pequeñas empresas. Es un modelo simple, aunque engañoso porque presenta una cadena lineal de flujo desde la fuente a la carga, con un generador de energía de una sola fuente. En el mundo real, hay varias estaciones que se ejecutan para satisfacer la demanda, y se adaptan a medida que la demanda cambia con el tiempo.

Pregunta

Supongamos que un evento grande como una estación generadora se apaga inesperadamente. ¿Qué equipo estaría involucrado en el poder de "redireccionamiento" para minimizar la posibilidad de apagones? O, si se implementó temporalmente un apagón debido a la alta demanda, ¿qué equipo o proceso estaría involucrado?

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¿Qué equipo estaría involucrado en el poder de "redireccionamiento" para minimizar la posibilidad de apagones?

Las estaciones de conmutación de transmisión reorganizan las cosas cuando hay problemas con los generadores o la sección de la red: -

Como puede ver, cada generador se conecta a la red (nacional) a través de un TS. Esta página wiki debería ayudar. Fotografías tomadas desde aquí o aquí si no es miembro de Quora

Supongamos que un evento grande como una estación generadora se apaga inesperadamente. ¿Qué equipo estaría involucrado en el poder de "redireccionamiento" para minimizar la posibilidad de apagones?

Las redes eléctricas están diseñadas para soportar la falla de cualquier componente.

Para fallas del generador: debe haber suficiente generación de repuesto en funcionamiento para cubrir la pérdida del generador más grande. Esto se llama "reserva giratoria". Tenga en cuenta que tener generadores de repuesto sentados todavía no lo ayuda. Un generador frío tarda de minutos a horas en arrancar, pero la generación de repuesto debe reemplazar al generador fallido en un período de segundos.

Nota: Esto significa que a las compañías de generación se les paga por mantener los generadores funcionando, pero sin producir energía. ¡La gente se pregunta por qué se les paga por no producir nada! Los generadores no están produciendo energía, pero están proporcionando un servicio esencial.

También es importante que los generadores de reserva giratorios puedan reaccionar rápidamente a los cambios de carga. "Respuesta transitoria" a "cambios de carga" son las palabras clave a buscar. Las grandes plantas de carbón / energía nuclear no son buenas para esto, ya que responden lentamente para controlar los insumos. Las turbinas de gas son mucho mejores para hacer columpios.

Para fallas en la infraestructura de transmisión, es decir, líneas de transmisión, subestaciones, creo que la respuesta de Andy tiene eso cubierto.

Diseñamos sistemas de transmisión para que tengan al menos redundancia N-1, de modo que podamos perder cualquier componente y mantener la mayor parte del sistema en funcionamiento.

No tengo ninguna experiencia con los sistemas de transmisión HV, por lo que me abstendré de decir nada más.

O, si se implementó temporalmente un apagón debido a la alta demanda, ¿qué equipo o proceso estaría involucrado?

Hay dos formas de gestionar la carga excesiva.

El sistema tradicional reacciona a una carga excesiva apagando el suministro a centros de carga completos, es decir, una subestación completa o un alimentador completo. Este es un "sistema de deslastre de carga".

Las cargas se apagarían en orden de prioridad. Apagarías una fábrica antes de apagar un hospital. Sigue apagando las cosas hasta que la carga se reequilibre con la generación disponible.

La otra forma es administrar proactivamente la carga, es decir, utilizando señales de control de ondulación. Esto apaga equipos específicos del cliente, como aires acondicionados, en momentos de alta demanda. Esto no ayudará en caso de escasez de energía, por lo que aún se requiere un sistema de deslastre de carga.

El equipo real en una subestación de transmisión que "conmuta" la electricidad es el amplificador de cuadratura, también conocido como el transformador regulador de ángulo de fase . Esencialmente, al cambiar la fase de energía con respecto a la fuente, cambia la resistencia al flujo de energía, regulando así el flujo de energía a través de un segmento particular de la red.