Qu'arrive-t-il à l'énergie excédentaire injectée dans le réseau électrique?

La question la plus proche est l'utilisation linéaire de la production d'énergie excédentaire .

Je ne suis pas ingénieur, donc je ne pourrai peut-être pas formuler correctement cela et j'apprécierais une réponse qui suppose une connaissance minimale du contexte (je n'ai qu'une compréhension de base de la tension, des transformateurs, etc.). La question se pose à partir de tous ces discours sur les éoliennes et les puissances variables susceptibles de perturber le réseau.

Par exemple, voir l'article sur la connexion électrique de 2012 Augmentation rapide des installations solaires susceptibles de surcharger le réseau, qui traite du potentiel de «flux de puissance inverse» et parle également d'une sorte de dispositif «protecteur de réseau». Il existe également un article ou similaire sur Hawaii The Interconnection Nightmare in Hawaii et Why It Matters to the US Residential PV Industry , qui dit que la seule "préoccupation concrète identifiée par l'expérience d'Hawaï est le potentiel de surtension transitoire sur le chargeur - essentiellement un court durée de pointe de tension ".

Je suis curieux de savoir ce qui se passe ici à la fois en ce qui concerne un grand réseau et dans un micro-environnement. Par exemple, disons que j'ai une batterie complètement chargée et que je continue à y injecter de l'électricité. Ce qui se produit? Existe-t-il des appareils qui détourneront ou dissiperont l'électricité sous forme de chaleur sans endommager quoi que ce soit? J'ai trouvé quelques questions similaires en ligne mais les réponses n'étaient pas trop claires.

Les réponses les plus simples et directes à la question principale dépendent de son caractère "excessif". Étant donné que la plupart des équipements sont conçus pour fonctionner à +/- 5% de la valeur nominale, «l'énergie supplémentaire» est généralement dissipée sous forme de chaleur, dans l'appareil lui-même. Dans le cas d'une ampoule (par exemple), elle produit plus de lumière et de chaleur. Si l'excès d'énergie dépasse la tolérance des appareils, ils surchaufferont et / ou brûleront ( causant des dommages ). Ces résultats seront obtenus quelles que soient les causes des «excès d'énergie» sur le réseau (foudre, installations solaires, éoliennes, etc.).

Pour les deux dernières questions, si vous chargez une batterie 12v avec une source 13v, le 1v supplémentaire gardera la batterie "au chaud" après qu'elle soit chargée à 12v. Si vous le chargez avec une alimentation 24 V non régulée, la batterie surchauffera, brûlera et explosera éventuellement. Si vous le chargez avec une alimentation à surtension et à courant limité, la batterie sera chargée à 12 V et l'énergie supplémentaire sera dissipée sous forme de chaleur dans les régulateurs d'alimentation. Une façon de faire une utilisation "efficace" de toute "énergie supplémentaire" serait d'utiliser une batterie de batteries et un chargeur "intelligent", qui passeraient de la charge à une autre batterie lorsqu'elle est chargée, et s'éteindraient (se déconnecter) lorsque toutes les batteries de la banque sont chargées. S'il n'y a aucun intérêt à économiser l'énergie supplémentaire, elle peut être "vidée"

Comme vous pouvez l'imaginer, ce n'est pas quelque chose qui n'a qu'une seule solution et le problème en soi est également assez complexe. Décomposons-le.

Le réseau électrique tel qu'il existe actuellement dans la plupart des pays civilisés a une structure hiérarchique: en haut il y a les grandes centrales électriques centralisées, en dessous se trouvent les réseaux de distribution MT à grande échelle ou les anneaux de distribution, puis viennent les réseaux urbains (généralement environ 400 kV) qui sont généralement des réseaux HT souterrains, des réseaux de quartier (20kV ou tension de réseau polyphasée) puis les réseaux basse tension "code postal" qui distribuent 115 / 230V. Bien sûr, comme votre question l'indique déjà, cette hiérarchie suppose un flux d'énergie net de la centrale électrique à la maison, et non l'inverse.

La plupart de la production d'électricité décentralisée - panneaux solaires non commerciaux, éoliennes et similaires - se produit au niveau de la maison, c'est-à-dire qu'elle produit 115 / 230VAC et la pompe dans le secteur. La plupart du temps, c'est très bien car la puissance générée est bien inférieure à la puissance consommée et le flux d'énergie net est toujours dans la bonne direction. Rarement, mais plus souvent de nos jours en raison du faible prix de l'énergie solaire, la quantité d'électricité produite est supérieure à la puissance consommée au niveau du code postal. Pour pratiquement tous les réseaux électriques, ce n'est pas vraiment un problème. Les transformateurs utilisés pour convertir les MT en 115 / 230V ne sont que des transformateurs linéaires et ils fonctionnent aussi bien dans un sens que dans l'autre. Ils n'ont presque jamais de PFC ou d'autres paramètres dépendant de la direction du flux, donc ça va.

Le problème avec lequel la plupart des réseaux électriques se débrouillent mal, c'est ce qui se passe à une étape au-dessus. Nous arrivons ici à l'étape de conversion du réseau souterrain de la ville en blocs plus petits, et ces stations de transformation ont souvent de nos jours PFC ou au moins une sorte de mécanisme de découplage pour s'assurer que les interférences du réseau urbain ne reviennent pas à la puissance HT lignes comme il le ferait à travers un transformateur linéaire. Si cette unité génère plus d'énergie qu'elle n'en consomme, cette énergie ne peut (généralement) aller nulle part, ou du moins elle est empêchée de le faire par une électronique très coûteuse et pas si facile à remplacer partout. La réponse réflexe du système consiste à lancer un interrupteur et à séparer cette unité du reste de la grille. Bien sûr, cela ne «tuera» pas cette unité; la puissance générée pompera simplement la tension sur ce réseau jusqu'à la limite de sécurité des onduleurs (généralement tension nominale + 5-7%) et très souvent elle déstabilisera la fréquence alternative. Mais l'énergie continuera d'être là jusqu'à ce qu'un nuage passe, le réseau tombe en dessous des tensions de coupure et les onduleurs solaires se coupent tous. Ce problème est appelé le problème de génération d'îles et est très difficile à résoudre sans une certaine intelligence supplémentaire dans le réseau électrique et les onduleurs (c'est-à-dire les réseaux intelligents).

Cependant, comme vous pouvez le voir dans ce paragraphe précédent, l'énergie supplémentaire ne va pas nécessairement nulle part. Si une situation d'îlot se produit, les onduleurs doivent non seulement décharger toute leur énergie disponible sur le réseau, mais également se moduler lorsque le réseau atteint une certaine tension. Lorsque ce nuage finira par passer, ils s'éteindront et la situation sera résolue.

Il existe des mécanismes de protection alternatifs. Certains pays ont des interrupteurs de court-circuit qui peuvent être engagés avec des signaux spéciaux (DTMF) sur la ligne électrique. Lorsqu'une île est créée, ils peuvent court-circuiter le réseau électrique à la terre et noircir immédiatement une section du réseau. Cependant, ce n'est pas une pratique très sûre, car cela provoque souvent des pointes inductives sur le réseau électrique qui peuvent endommager le réseau et l'électronique domestique. De nos jours, cela est rarement utilisé. Il s'agit cependant d'un mécanisme de protection important pour les groupes électrogènes qui ne régulent pas bien leur puissance et peuvent provoquer une situation de surtension.

En Allemagne, en mai dernier, le prix payé pour les énergies renouvelables est en fait devenu négatif , car ils en avaient trop. En d'autres termes, ils demandaient aux producteurs de prendre l'excédent d'énergie. Ils ont donc fait face à l'excès d'énergie en incitant les producteurs à ne pas la mettre sur le réseau, ce qui est facile avec l'énergie solaire et possible avec l'énergie éolienne.

Différentes méthodes de génération ont des constantes de temps différentes - les centrales nucléaires aiment fonctionner à plat et le démarrage et l'arrêt prennent beaucoup de temps. L'hydroélectricité peut être rapidement modifiée en sortie en redirigeant ou en étouffant le débit d'eau. Les centrales thermiques (j'en avais une à proximité) ont une constante de temps plus longue, donc si vous perdez soudainement la charge (wot ralentit les turbines), l'énergie stockée dans la vapeur doit être évacuée (fort!) Pour empêcher les générateurs de bobinage hors de contrôle. Ils ne tentent pas d'absorber l'énergie électrique, pour autant que je sache, bien que j'aie fait une étude de faisabilité sur l'instrumentation pour un énorme puits d'énergie qui absorberait d'énormes quantités d'énergie (c'est amusant de fabriquer des instruments qui fonctionnent avec des tensions de mode commun de 100 de kV).

Stocker l'énergie en grandes quantités de manière raisonnablement efficace est un problème très difficile, sans solution évidente. Les batteries / onduleurs distribués et la méthode à l'ancienne de pomper l'eau en amont dans un barrage pour la stocker, et de la laisser se précipiter à travers les turbines et les générateurs pour la récupérer (certaines) sont deux méthodes.

Permettez-moi de reformuler ces articles en des termes qui facilitent leur compréhension et leur mise en contexte. Je vois ces articles comme l'équivalent de "Je viens d'acheter une nouvelle Ferrari, il y a un sérieux problème dans la mesure où je dois continuer à remplacer les plaquettes de frein car la puissance de sortie de mon moteur est trop élevée quand j'approche d'un feu stop".

La réponse simple est - "enlevez votre pied de l'accélérateur". c'est-à-dire arrêter de produire de l'énergie lorsque vous ne pouvez pas l'utiliser.

Il n'y a vraiment pas de problème avec la surproduction, il y a un problème avec la surproduction dont ils ont juste besoin de signaler aux producteurs "d'arrêter de mettre le courant sur le réseau". En fait , certains des contrôleurs de panneaux solaires utilisent l'ombre des nuages pour prédire la quantité d' énergie va être produite dans les 10 ou 15 minutes et le signal que l' avant à l'autorité de la grille.

Ces types d'articles ne sont pas utiles. Il existe de graves problèmes avec le réseau principal et les liens d'interconnexion qui peuvent être simplement résolus en adoptant des lois et en dépensant de l'argent. Avoir des producteurs d'énergie éolienne sur le fonctionnement de votre système de contrôle a des solutions beaucoup plus simples.

C'est un problème compliqué avec une variété de réponses.

Même si aucune solution n'est en place, il existe une certaine tolérance pour une inadéquation offre-demande. Trop de demande / trop peu d'offre) fera chuter la tension et la fréquence sur le réseau de son emplacement habituel de 50 Hz / 60 Hz / quel que soit le réseau électrique de votre pays. À l'inverse, trop d'offre / trop peu de demande augmentera la fréquence. Un petit écart de fréquence n'est pas un problème important. En Nouvelle-Zélande, le réseau est à 50 Hz, mais le réseau est très bien avec des fréquences allant d'environ 49 à 52 Hz. En dehors de cela, vous pouvez avoir de graves problèmes. Plus précisément, si vous descendez en dessous de 49 Hz, cela peut endommager les générateurs, qui s'éteindront ou s'isoleront automatiquement. Cela signifie que la fréquence du réseau diminue encore plus, car il y a moins d'approvisionnement, provoquant une réaction en chaîne et, éventuellement, un effondrement total du réseau.

Afin d'éviter que cela ne se produise, les opérateurs du marché paient des personnes pour fournir une variété de services. Celles-ci diffèrent d'un pays à l'autre, mais encore une fois, je vais utiliser NZ comme exemple.

Maintien de la fréquence - cela agit à la fois pour augmenter et diminuer la fréquence du réseau, selon les besoins. Pour utiliser une analogie avec la conduite, regardez quelqu'un pendant qu'il dirige. Ils font constamment de petits mouvements avec la roue, ils n'en sont probablement pas conscients, ils réagissent à la position de la roue pour garder la voiture droite alors qu'elle passe sur de petites bosses sur la route. Cela a été traditionnellement réalisé par des générateurs, fonctionnant à moins de 100% de leur capacité, capables de faire varier leur sortie avec un temps de réponse inférieur à la seconde.

Réserves - En Nouvelle-Zélande, des «réserves» doivent être acquises à tout moment afin de maintenir le réseau en cas de situation N-1 - soit la perte du plus gros générateur, soit la perte des lignes de transmission entre le Nord et Îles du Sud. En Europe, le continent dans son ensemble fonctionne sur une situation N-2, représentant la perte de 2 grandes centrales nucléaires. Ces réserves peuvent prendre la forme de générateurs fonctionnant en deçà de leur capacité et capables d'augmenter rapidement, ou (à moindre coût et plus rapidement) de demander des ressources de réponse - des sites qui sont prêts à réduire la charge au besoin pour entretenir le réseau. Ces ressources sont généralement séparées par le temps de réponse et la durée pendant laquelle elles peuvent soutenir le changement. NZ a un marché rapide (temps de réponse de 1 seconde pour les charges, temps de réponse de 6 s pour les générateurs soutenus pendant 1 minute), et un marché soutenu (temps de réponse de 60 secondes mais soutenu pendant plus longtemps - jusqu'à environ 30 minutes). Pour revenir à l'analogie avec la voiture, c'est là que votre voiture heurte une grosse bosse, vous faisant un virage vers un arbre - vous devez serrer la roue dans l'autre sens pour reprendre la route (mais ne tournez pas trop loin ou vous '' Je vais finir par frapper un arbre de l'autre côté de la route).

Faire face aux pics - génération de pics ou réponse à la demande traditionnelle - pour utiliser notre analogie avec la voiture, il y a un coin de la route. Nous pouvons le voir venir de loin, et nous devons faire un virage énorme pour rester sur la route. Il s'agit des vagues de chaleur estivales, des coups de froid hivernaux, des pics nocturnes, etc. Habituellement, la majeure partie provient de générateurs de pointe, qui ne fonctionnent que quelques jours par an. Encore une fois, la réponse à la demande entre en jeu - il est souvent moins cher de fermer une usine pendant 20 heures par an que de construire un nouveau générateur de pointe et de moderniser les lignes de transmission

Je travaille sur le sujet, et je pense que je peux être utile pour l'expliquer.

Je vais l'expliquer en utilisant l'analogie de l'eau:

Flux de courant électrique -> Débit d'eau

Tension -> pression

A dit ceci,

Si vous avez un réseau avec des nœuds et des branches; les nœuds sont l'endroit où l'eau est injectée et soustraite du réseau, et les branches sont les tuyaux.

(Dans les réseaux électriques, les tuyaux sont des transformateurs et des lignes, tandis que les nœuds sont des nœuds ou des jeux de barres)

Si vous avez une injection "d'eau" dans un nœud qui a été initialement conçu pour la consommation, alors la pression dans les tuyaux peut augmenter jusqu'à un niveau où les tuyaux se cassent. (Ce serait la production solaire au niveau des ménages) De la même manière, une consommation excessive au niveau d'un nœud pourrait abaisser trop la pression des tuyaux et le système ne fonctionnera pas.

La manière de gérer cela est de stocker le surplus d'énergie et de le fournir en cas de besoin, c'est pourquoi les batteries sont le holly graal des énergies renouvelables.

L'énorme pénétration des énergies renouvelables est une situation à laquelle les opérateurs de réseau et les entreprises d'électricité sont confrontés car cela les oblige à adopter de nouvelles approches pour un travail qu'ils font depuis un siècle avec peu de changements radicaux comme ceux qu'ils doivent effectuer. (Mon avis)

J'espère que c'est assez clair, sinon je peux expliquer les choses plus loin puisque c'est mon travail quotidien.

[EDIT: Pourquoi les tuyaux se cassent-ils?]

Eh bien comme vous l'avez demandé, j'irai un peu plus en détail ici:

Chaque élément de branche (lignes et transformateurs) a une limite dans la quantité de courant qui peut passer sans surchauffer et mettre le feu. Ce courant nominal peut être dépassé pendant une durée limitée, donc une surcharge n'est pas un événement de vie ou de mort, si elle ne dure pas trop longtemps (les surcharges diminuent également la durée de vie des éléments)

D'un autre côté, la tension doit être comprise entre + et -5% de la tension nominale d'un nœud, c'est 230V + -5% par phase (en Europe, aux États-Unis, c'est 125?). La génération de puissance dans un nœud augmente la tension dans ce nœud et dans les nœuds voisins (pour la même situation de charge) L'augmentation de la demande dans un nœud diminue la tension dans ce nœud et ses voisins). C'est pourquoi si je mets une grande quantité de panneaux solaires à la maison, je pourrais avoir des problèmes de tension chez moi et chez mes voisins. Ce problème peut être atténué par une programmation appropriée du micrologiciel de l'onduleur, mais il n'y a pas de réglementation à ce sujet dans de nombreux pays, il y a donc des problèmes dont les gens n'ont pas entendu parler mais sont très réels.

Mais pourquoi la tension doit-elle être dans une telle limite? Eh bien, cette limite est une contrainte de sécurité définie par les opérateurs de réseau. Si la tension dans les prises de votre maison est trop élevée, cela pourrait casser l'électronique de puissance de vos appareils (télévision PC, etc.) si la tension est trop basse, les appareils électroniques pourraient ne pas fonctionner ou même se casser. Une ampoule à incandescence brille plus brillamment à haute tension et moins brillante à basse tension.

Dites-moi si plus de détails sont nécessaires. Santi.

Nous avons des niveaux de tension élevés pour transporter l'énergie et de faibles niveaux de volatilité comme 230 V pour la distribution d'énergie. Comme le réseau a été construit et la plupart du temps aujourd'hui, la puissance passe de la partie à forte volatilité du réseau. Un tarnsformer distribue l'électricité à plusieurs maisons d'un village ou d'une ville. À cette basse tension, il n'y a pas de sécurité N-1, il n'y a qu'un transformateur et beaucoup de maisons autour. Comme le courant passe d'une tension élevée à une tension inférieure, la tension la plus élevée se trouve au niveau du transformateur. Tout au plus (tous ceux que je connais), les anciens transformateurs cette tension est constante. Pour utiliser pleinement la gamme +/- 5%, la tension au tarnsformer est d'environ + 4/5%. Sur le chemin des maisons, la tension peut chuter jusqu'à 10% et avec -5% tout va bien. Si maintenant beaucoup de Photovoltaïque produit plus d'électricité que consommée dans ce domaine, la Puissance doit aller dans le réseau par-dessus le transformateur. Mais encore, le courant circule vers le transformateur, ce qui signifie que c'est le point avec la tension la plus basse et non la plus élevée. Par conséquent, la tension peut facilement être trop élevée et les panneaux photovoltaïques doivent s'arrêter (une tension élevée pourrait endommager tout appareil contaminé dans cette zone). En utilisant / installant des transformateurs réglables, ce cas ne pose aucun problème, la tension au tarnsformer doit juste être ajustée à par exemple -4%. Mais ils sont assez chers.

Je pense qu'une autre bonne analogie est que vous pouvez penser à une grande centrale électrique (charge de base) comme une voiture qui est conduite en montée à plein régime. Il atteindra une certaine vitesse (fréquence du réseau) et à ce stade, il vous faudra garder la pédale au sol pour maintenir cette vitesse indéfiniment. Maintenant, si la pente commence à se stabiliser et que vous laissez votre pied sur le sol, la vitesse augmentera et vous devrez retirer le gaz pour réduire la vitesse. Ce serait comme l'augmentation de la fréquence du réseau et la production d'électricité serait réduite (les unités de pointe s'arrêtent). D'un autre côté, si la pente devient plus raide (la charge sur la grille augmente), la voiture ralentit (la fréquence baisse) mais vous êtes déjà à plein régime. La seule chose que vous pouvez faire maintenant pour retrouver la vitesse est de pousser une autre voiture. Ce serait une unité de pointe venant en ligne.