Espanjan ja Portugalin massiiviset sähkökatkot

[Lyde19]

Nuo värkit pyörivät nopeudella 150 - 200 rpm. Taas tämän (Olkiluoto 3:n turbogeneraattori) sisuskalut nopeudella 1500 rpm.

Isohaaran voimalaitoksessa on tuollainen Kaplan-turbiini.
Se painaa 100 tonnia ja generaattorin roottori 144 tonnia.
Yhteensä 244 tonnia.
Paljonko tuollainen mötikkä sisältää energiaa 88rpm nopeudella?

No jos se oletetaan umpilieriöksi, jonka säde on 2 m (se lienee yläkanttiin arvioitu), I = 0.5*m*r^2 = 488000 kgm^2, omega = 9.2 rad/s ja E = 0.5*I*omega^2 = 20.7 MJ. Jos oletetaan, että siitä voidaan käyttää se osuus, jolla verkon taajuus putoaa 50 Hz:sta 49 Hz:iin, se tekee 820 kJ. Ei siitä ammenneta kovin kauaa satoja megawatteja.

Jos otetaan Vanhan jäärän arvio Olkiluoto 3:n generaattorin mitoista (vaihteluvälin keskiarvot), r = 1.375 m, omega = 157 rad/s ja m = 550E3 kg. I = 520000 kgm^2 (suunnilleen sama, tosin tuo oli ilmeisesti vain generaattorin roottorin massa, turbiini pyörii kanssa ja tuo oman osuutensa). E = 6.4 GJ ja 50-49 Hz väli 253 MJ. Suuruusluokkaero on siis noin 300-kertainen ja tulee suurimmaksi osaksi suuresta pyörimisnopeudesta.

Toisaalta jos voimala kytketään taajuusmuuntajan kautta niin generaattori voi tuottaa sähköä esim 60Hz - 40Hz taajuudella ja silloin inertiasta voidaan ottaa suurempi säätövara.

[Neutroni]

Toisaalta jos voimala kytketään taajuusmuuntajan kautta niin generaattori voi tuottaa sähköä esim 60Hz - 40Hz taajuudella ja silloin inertiasta voidaan ottaa suurempi säätövara.

Tuon kokoiset taajuusmuuttajat ovat aika hapokkaan hintaisia. Jos se olisi järkevää, varmaan niin olisi tehty.

[Toope]

Toisaalta jos voimala kytketään taajuusmuuntajan kautta niin generaattori voi tuottaa sähköä esim 60Hz - 40Hz taajuudella ja silloin inertiasta voidaan ottaa suurempi säätövara.

Tuon kokoiset taajuusmuuttajat ovat aika hapokkaan hintaisia. Jos se olisi järkevää, varmaan niin olisi tehty.

Onko se ongelma sittenkin vain se, että luotetaan tuurivoimaan, eikä perinteiseen energiaan?

[Vanha jäärä]

Toisaalta jos voimala kytketään taajuusmuuntajan kautta niin generaattori voi tuottaa sähköä esim 60Hz - 40Hz taajuudella ja silloin inertiasta voidaan ottaa suurempi säätövara.

Tuon kokoiset taajuusmuuttajat ovat aika hapokkaan hintaisia. Jos se olisi järkevää, varmaan niin olisi tehty.

Tarvittava suurtehoelektroniikka on vielä suhteellisen tuoretta ja siksi kallista, ja mainittujen mekaanisten lisärasitusten eliminointi toisi tuulivoimaloille vielä lisää hintaa.

Lisäksi, kun kukaan ei ole vaatimassa tuulivoimaloilta inertiaominaisuuksia, niin miksipä niitä nyt kehittää. Jätetään verkon stabiilisuus herran haltuun, ja ihmetellään sitten verkon kaatuessa, "miten se nyt tuolleen".

Tuli vielä mieleen, että superkondensaattorivarmistus voisi olla varteenotettava vaihtoehto.

[anarkistialkuasukas]

Tuli vielä mieleen, että superkondensaattorivarmistus voisi olla varteenotettava vaihtoehto.

Minkälainen inertia niissä on, jos kerran se inertian puute nyt on se ongelma eikä tuotetun sähköenergian määrä?

[Neutroni]

Minkälainen inertia niissä on, jos kerran se inertian puute nyt on se ongelma eikä tuotetun sähköenergian määrä?

Inertia tarkoittaa sitä, että pyöriviin generaattoreihin on varastoitunut mekaanista energiaa pyörimisliikkeeksi. Suuren mittakaavan sähköntuotannossa käytettävät generaattorit toimivat niin, että jos verkon taajuus laskee, niiden verkkoon tuottama teho kasvaa. Energia otetaan silloin siitä, että pyöriminen hidastuu seuraamalla verkon taajuutta. Sen pitää riittää niin pitkäksi aikaa, että säätövoima voi nostaa tehoaan ja palauttaa tasapainon.

Superkondensaattorilaitteilla ei tietenkään ole ollenkaan mekaanista inertiaa. Mutta superkondensaattorit voivat tuottaa suuria tehoja erittäin nopeasti ja sopivalla ohjauselektroniikalla ne voivat toimia verkon kannalta samoin kuin mekaaninen inertia, tuottaa (tai ottaa) hyvin nopeita tehopiikkejä. Tehoelektroniikka ja kondensaattorit pysyvät reagoimaan mikrosekunneissa, mutta nopeimmillakin mekaanisilla säädöillä (esim. vesivoimaloiden säätöluukut tai kaasuturbiinien tehon nosto) kestää sekunteja.

[Susa]

Energia otetaan silloin siitä, että pyöriminen hidastuu seuraamalla verkon taajuutta.

Eikun niin päin, että verkon taajuus seuraa pyörimisen hidastumista.

[Neutroni]

Eikun niin päin, että verkon taajuus seuraa pyörimisen hidastumista.

Se toimii molempiin suuntiin. Tahtigeneraattorin roottorin asento voi erota verkon vaiheesta vain pienen vaihekulman verran. Generaattorin teho riippuu siitä vaihekulmasta. Jos generaattori pyörii täsmälleen samassa vaiheessa kun verkko, se pyörii tyhjänä. Jos generaattori on edellä, se tuottaa tehoa, sitä enemmän mitä enemmän se on edellä. Jos generaattori on jäljessä, se ottaa tehoa ja toimii moottorina.

Jos nyt on verkko, joka on tasapainossa, niin generaattorit käyvät hieman edellä verkon vaihetta ja tuottavat tehoa. Jos yksi generaattori kytkeytyy irti, tasapaino järkkyy ja jännite putoaa. Se lisää generaattorien virtaa ja siten vääntömomentin tarvetta. Jos turbiinit ja muut energiaa tuottavat laitteet eivät reagoi, kierrosluku alkaa pudota. Sillä hetkellä energiaa otetaan roottorien pyörimisliike-energiasta eli roottorit hidastuvat. Samalla verkon taajuus laskee. Tuo on oikeasti hyvin monimutkainen ilmiö, koska ne generaattorit on kytketty toisiinsa, ja siinä voi kai tulla kaikenlaisia epästabiiliuksia, jotka katkovat ensin paikallisesti osoia pois verkosta ja voivat kaataa koko verkon.

Säätövoimaloiden laitteet havaitsevat tuon taajuuden laskun ja lisäävät tehoa turbiineihinsa. Se johtaa vääntömomentin kasvuun ja generaattori pystyy tuottamaan vaadittavan tehon. Samalla sen pyöriminsnopeus nousee niin että verkon taajuus palaa nimelliseen. Jos tehoa ei saada mistä tahansa syystä, verkon taajuus laskee liian pieneksi ja suojalaitteet alkavat katkoa alueita ja laitoksia pois ja koko verkko kaatuu.

[Susa]

Jos generaattori on jäljessä, se ottaa tehoa ja toimii moottorina.

Tuo on tilanne kun generaattoria käytetään synkronikompensaattorina.
Normaalitilanteessa vesivoimalan generaattori kytkeytyy pois päältä (raja-arvon ylittyessä) kun se alkaa toimimaan moottorina.

Tuo on oikeasti hyvin monimutkainen ilmiö, koska ne generaattorit on kytketty toisiinsa, ja siinä voi kai tulla kaikenlaisia epästabiiliuksia, jotka katkovat ensin paikallisesti osoia pois verkosta ja voivat kaataa koko verkon.

Noinhan meinasi käydä koko Euroopan sähköverkolle pari vuotta sitten.
https://katternodigital.fi/fi/article/e ... -romahtaa/

[Lyde19]

"Jos yksi generaattori kytkeytyy irti, tasapaino järkkyy ja jännite putoaa. Se lisää generaattorien virtaa ja siten vääntömomentin tarvetta. "

Muistelen lukeneeni että verkon jännite ei putoa vaan taajuus pyrkii laskemaan. Generaattorit tuottavat tehoa vaiheen "etureunaan". Ja toisaalta ottavat virtaa verkosta verkon vaiheen takareunalla jolloin verkon taajuus pyrkii stabiloitumaan.

[anarkistialkuasukas]

Minkälainen inertia niissä on, jos kerran se inertian puute nyt on se ongelma eikä tuotetun sähköenergian määrä?

Inertia tarkoittaa sitä, että pyöriviin generaattoreihin on varastoitunut mekaanista energiaa pyörimisliikkeeksi. Suuren mittakaavan sähköntuotannossa käytettävät generaattorit toimivat niin, että jos verkon taajuus laskee, niiden verkkoon tuottama teho kasvaa. Energia otetaan silloin siitä, että pyöriminen hidastuu seuraamalla verkon taajuutta. Sen pitää riittää niin pitkäksi aikaa, että säätövoima voi nostaa tehoaan ja palauttaa tasapainon.

Superkondensaattorilaitteilla ei tietenkään ole ollenkaan mekaanista inertiaa. Mutta superkondensaattorit voivat tuottaa suuria tehoja erittäin nopeasti ja sopivalla ohjauselektroniikalla ne voivat toimia verkon kannalta samoin kuin mekaaninen inertia, tuottaa (tai ottaa) hyvin nopeita tehopiikkejä. Tehoelektroniikka ja kondensaattorit pysyvät reagoimaan mikrosekunneissa, mutta nopeimmillakin mekaanisilla säädöillä (esim. vesivoimaloiden säätöluukut tai kaasuturbiinien tehon nosto) kestää sekunteja.

Joo kiitos tiedän mitä inertia tarkoittaa... (Massan hitaus)

Mutta eikö se silloin ole aivan sama missä muodossa sähköä varastoitaisiin? Vetykaasuna, sulasuolavarastoihin, patoaltaisiin tai mihin vaan? Pääpaino vaan sillä että sähköä varastoitaisiin

[Neutroni]

Mutta eikö se silloin ole aivan sama missä muodossa sähköä varastoitaisiin? Vetykaasuna, sulasuolavarastoihin, patoaltaisiin tai mihin vaan? Pääpaino vaan sillä että sähköä varastoitaisiin

Ei se ole ihan sama. Eri varastointimuodoilla on hyvin erilainen reagointinopeus tehon tarpeen muutoksiin. Tuo inertiahomma on muutaman ensimmäisen sekunnin asia. Sanotaan, että Olkiluoto 3:een tulee häiriö ja pikasulku erottaa sen 1600 MW verkosta. Siinä on yksittäisiä sekunteja aikaa taikoa jostain 1600 MW tilalle. Suurin osa varastoista ei pysty niin nopeaan tehonlisäykseen. Satojen megawattien kaasu- ja höyryturbiinit ovat valtavia laitoksia ja niillä on usein lämpötilanmuutosten asettamia rajoitteita tehon nostolle. Akustojen purkuvirrat ovat rajallisia eivätkä ne pysty tuottamaan yhtäkkiä satoja megawatteja yli normaalin. Patoaltaat ovat sitten se seuraava säätö, mutta ison voimalan luukkujen avaamiseen ja veden virtaaman kasvuun menee sekunteja. Jos ei verkossa ole tarpeeksi inertiaa tai jotain muuta tarkoituksella supernopeasti reagoivaa säätövoimaa, se ehtii kaatua ennen kuin vesivoimala saavuttaa maksimitehon. Ja vesivoiman määrä on rajallinen, tuollaiset gigawatin laitokset ovat valtavia korvattavaksi.

[Neutroni]

"Jos yksi generaattori kytkeytyy irti, tasapaino järkkyy ja jännite putoaa. Se lisää generaattorien virtaa ja siten vääntömomentin tarvetta. "

Muistelen lukeneeni että verkon jännite ei putoa vaan taajuus pyrkii laskemaan. Generaattorit tuottavat tehoa vaiheen "etureunaan". Ja toisaalta ottavat virtaa verkosta verkon vaiheen takareunalla jolloin verkon taajuus pyrkii stabiloitumaan.

Jannite määräytyi jotenkin monimutkaisesti enkä muista sitä. Senkin säätöön on keinoja, kuten komepnsointi tai generaattorien magnetoinnin säätö. Voi olla, että se vaikuttaa vaihesiirtona eikä niinkään jännitteen itseisarvona.

[anarkistialkuasukas]

Mutta eikö se silloin ole aivan sama missä muodossa sähköä varastoitaisiin? Vetykaasuna, sulasuolavarastoihin, patoaltaisiin tai mihin vaan? Pääpaino vaan sillä että sähköä varastoitaisiin

Ei se ole ihan sama. Eri varastointimuodoilla on hyvin erilainen reagointinopeus tehon tarpeen muutoksiin. Tuo inertiahomma on muutaman ensimmäisen sekunnin asia. Sanotaan, että Olkiluoto 3:een tulee häiriö ja pikasulku erottaa sen 1600 MW verkosta. Siinä on yksittäisiä sekunteja aikaa taikoa jostain 1600 MW tilalle. Suurin osa varastoista ei pysty niin nopeaan tehonlisäykseen. Satojen megawattien kaasu- ja höyryturbiinit ovat valtavia laitoksia ja niillä on usein lämpötilanmuutosten asettamia rajoitteita tehon nostolle. Akustojen purkuvirrat ovat rajallisia eivätkä ne pysty tuottamaan yhtäkkiä satoja megawatteja yli normaalin. Patoaltaat ovat sitten se seuraava säätö, mutta ison voimalan luukkujen avaamiseen ja veden virtaaman kasvuun menee sekunteja. Jos ei verkossa ole tarpeeksi inertiaa tai jotain muuta tarkoituksella supernopeasti reagoivaa säätövoimaa, se ehtii kaatua ennen kuin vesivoimala saavuttaa maksimitehon. Ja vesivoiman määrä on rajallinen, tuollaiset gigawatin laitokset ovat valtavia korvattavaksi.

Toisin sanoen mitään vastaavaa ei pääsisi tapahtumaan jos suurin osa sähköstä tuotettaisiin uusiutuvin luonnonvaroin ja sitä varastoitaisiin tehokkaasti eri menetelmin ja älyverkko purkaisi tätä varastoitua sähköä kulutukseen koko ajan kulutuspiikkejä tasaten.

[Neutroni]

Toisin sanoen mitään vastaavaa ei pääsisi tapahtumaan jos suurin osa sähköstä tuotettaisiin uusiutuvin luonnonvaroin ja sitä varastoitaisiin tehokkaasti eri menetelmin ja älyverkko purkaisi tätä varastoitua sähköä kulutukseen koko ajan kulutuspiikkejä tasaten.

No ei, silloin olisi paljon pahemmat ongelmat ja sähkökatkot arkipäivää niin kuin joskus 1900-luvun alussa. Nyt sentää Suomessakin valtakunnan verkko on pysynyt pystyssä vuosikymmeniä, vaikka se on tungettu täyteen poliittisesti perusteltua tuurivoimaa. Mutta rajansa senkin kestävyydellä tietenkin on ja tätä menoa on vain ajan kysymys kun ne ylitetään.