Североамериканская энергосистема
Электрическая сеть , питающая Северную Америку , не является единой сетью, а разделена на несколько синхронных сетей большой площади . [1] Восточное межсоединение и Западное межсоединение являются крупнейшими. Три других региона включают межсоединение Техаса , межсоединение Квебека и межсоединение Аляски . Каждый регион подает электроэнергию с номинальной частотой 60 Гц . [2]
Обычно регионы не связаны напрямую или не синхронизированы друг с другом, но существуют некоторые HVDC межсоединения . Восточная и Западная сети соединены семью звеньями, которые позволяют передавать между ними 1,32 ГВт. Исследование Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии показало, что расширение этих межсоединений позволит сэкономить затраты на электроэнергию. [2]
История
[ редактировать ]В Соединенных Штатах в 1920-х годах коммунальные предприятия сформировали совместные операции для распределения пиковой нагрузки и резервного питания. В 1934 году, с принятием Закона о холдинговых компаниях коммунального хозяйства , электроэнергетические компании были признаны общественными благами важными , и им были предоставлены определенные ограничения и нормативный надзор за их деятельностью.
С 1967 года межсоединения Востока и Запада были напрямую связаны друг с другом. Стяжки переменного тока не обладали большой пропускной способностью и подвергались колебаниям, поэтому их соединение оказалось ненадежным. В 1975 году связи переменного тока были отключены, поскольку было обнаружено, что связи постоянного тока работают более надежно. [1]
Закон об энергетической политике 1992 года требовал, чтобы владельцы линий электропередачи разрешали электрогенерирующим компаниям открывать доступ к своей сети. [3] [4] и привел к реструктуризации работы электроэнергетической отрасли с целью создания конкуренции в производстве электроэнергии. Электроэнергетические компании больше не создавались как вертикальные монополии, где генерация, передача и распределение осуществлялись одной компанией. Теперь эти три этапа можно разделить между различными компаниями, чтобы обеспечить справедливую доступность передачи высокого напряжения. [5] : 21 Закон об энергетической политике 2005 года разрешил стимулы и кредитные гарантии для производства альтернативной энергии и продвижения инновационных технологий, позволяющих избежать выбросов парниковых газов .
Описание
[ редактировать ]В Северной Америке существуют две основные глобальные синхронные сети : Восточная межсетевая сеть и Западная межсетевая сеть . В Северной Америке есть три второстепенных энергосистемы: межсетевое соединение Аляски , межсоединение Техаса и межсоединение Квебека . Восточные, Западные и Техасские межсоединения связаны друг с другом в различных точках межсоединениями постоянного тока , позволяющими передавать электроэнергию по прилегающим территориям США, Канады и некоторых частей Мексики.
Сети электропередачи эксплуатируются операторами систем передачи (TSO), некоммерческими компаниями, которые обычно принадлежат коммунальным предприятиям в соответствующих зонах обслуживания, где они координируют, контролируют и контролируют работу электроэнергетической системы. ОПС обязаны предоставлять недискриминационный доступ к передаче электроэнергии производителям электроэнергии и потребителям. TSO могут быть двух типов: независимые системные операторы (ISO) и региональные передающие организации (RTO). ISO действуют в пределах одного государства. МРК охватывают более широкую территорию, пересекая государственные границы. [ нужна ссылка ]
В 2009 году в США было четыре МРК: [ нужна ссылка ]
- ISO Новой Англии (ISO-NE, несмотря на название, является RTO);
- Независимый системный оператор Среднего континента (MISO);
- PJM Interconnection в Среднеатлантическом регионе; и
- Юго-западный энергетический пул (SPP), охватывающий Оклахому, Канзас и некоторые части Арканзаса, Миссури, Техаса и Нью-Мексико.
Существует три ISO:
- Независимый системный оператор Калифорнии (California ISO);
- Независимый системный оператор Нью-Йорка (NYISO);
- Техасский совет по надежности электрооборудования (ERCOT, ISO).
RTO аналогичны, но не идентичны девяти региональным советам по надежности, входящим в состав Североамериканской корпорации по надежности электроснабжения (NERC), некоммерческой организации, отвечающей за повышение надежности и безопасности энергосистем в США, Канаде и северных регионах. часть Нижней Калифорнии в Мексике. В состав региональных советов по надежности входят частные, государственные и кооперативные коммунальные предприятия, торговцы электроэнергией и конечные потребители.
Региональные советы по надежности:
FERC различает 10 рынков электроэнергии в США, включая семь, для которых созданы RTO, а также:
- Северо-Запад
- Юго-запад (охватывающий Аризону, большую часть Нью-Мексико и Колорадо)
- Юго-восток [6]
ISO и RTO были созданы в 1990-х годах, когда штаты и регионы установили оптовую конкуренцию за электроэнергию.
Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения
[ редактировать ]Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения (NERC) — некоммерческая корпорация, базирующаяся в Атланте, штат Джорджия , образованная 28 марта 2006 года в качестве преемника Национального совета по надежности электроснабжения (также известного как NERC), созданного после первое крупномасштабное отключение электроэнергии в ноябре 1965 года . Первоначальная NERC была создана 1 июня 1968 года представителями электроэнергетической отрасли с целью повышения надежности и адекватности передачи электроэнергии в энергосистемах Северной Америки . Миссия NERC — «обеспечить надежность энергосистемы Северной Америки». [7]
NERC контролирует восемь региональных организаций по обеспечению надежности и охватывает все взаимосвязанные энергосистемы сопредельных Соединенных Штатов , Канады и части Нижней Калифорнии в Мексике .
Основные обязанности NERC включают работу со всеми заинтересованными сторонами над разработкой стандартов эксплуатации энергосистемы, мониторинг и обеспечение соблюдения этих стандартов, оценку достаточности ресурсов , а также предоставление образовательных и учебных ресурсов в рамках программы аккредитации, чтобы гарантировать, что операторы энергосистемы сохраняют квалификацию и опыт. НКРЭ также расследует и анализирует причины значительных нарушений в энергосистеме, чтобы помочь предотвратить будущие события.
Взаимосвязь
[ редактировать ]Восточное соединение
[ редактировать ]Eastern Interconnection — одна из двух основных переменного тока (AC) электрических сетей в Северной Америке.
Все электроэнергетические предприятия Восточного объединения электрически связаны друг с другом в нормальных условиях системы и работают на синхронизированной частоте, составляющей в среднем 60 Гц. Восточное соединение простирается от Саскачевана на восток до побережья Атлантического океана, исключая Квебек , на юг до Флориды и обратно на запад до подножия Скалистых гор , исключая большую часть Техаса . Американская часть имеет 700 ГВт генерирующих мощностей. [2]
Соединения могут быть связаны друг с другом через высоковольтные линии электропередачи постоянного тока ( связи постоянного тока ) или с помощью преобразователей переменной частоты (VFT), которые обеспечивают контролируемый поток энергии, а также функционально изолируют независимые частоты переменного тока с каждой стороны. Восточное межсоединение связано с Западным межсоединением семью ветками постоянного тока (около 200 МВт каждая) в США. [8] [9] и один в Канаде, к межсетевому соединению Техаса с двумя связями постоянного тока и к межсоединению Квебека с четырьмя связями постоянного тока и VFT.
В 2009 году суперстанция Tres Amigas планировалось, что соедините Восточную, Западную и Техасскую межсоединения через три сверхпроводниковых канала мощностью 5 ГВт. [10] По состоянию на 2021 год [update] строительство еще не началось.
Западное соединение
[ редактировать ]Western Interconnection - еще одна крупная переменного тока (AC) энергосистема в Северной Америке.
Все электроэнергетические предприятия в Western Interconnection электрически связаны друг с другом в нормальных условиях системы и работают на синхронизированной частоте 60 Гц. Западное межсетевое соединение простирается от Западной Канады на юг до Нижней Калифорнии в Мексике , простираясь на восток через Скалистые горы до Великих равнин . Американская часть имеет 250 ГВт генерирующих мощностей. [2]
Соединения могут быть связаны друг с другом через высоковольтные линии электропередачи постоянного тока ( связи постоянного тока ), а также содержать внутренние соединения постоянного тока, такие как соединение постоянного тока между севером и югом Тихого океана , или с помощью трансформаторов переменной частоты (VFT), которые позволяют контролируемый поток энергии, а также функционально изолируя независимые частоты переменного тока с каждой стороны. Есть семь веток постоянного тока (около 200 МВт каждая) к Восточной межсистемной сети в США. [8] [9] и один в Канаде. Есть предложения добавить четыре дополнительные связи HVDC. [11] Он не привязан к межсетевому соединению Аляски.
Техасское соединение
[ редактировать ]Техасская межсетевая сеть - одна из трех второстепенных переменного тока (AC) энергосетей в Северной Америке.
Все электроэнергетические предприятия в Техасской межсетевой сети электрически связаны друг с другом в нормальных условиях системы и работают на синхронизированной частоте, составляющей в среднем 60 Гц. Техасская межсетевая сеть охватывает большую часть штата Техас .
Соединения могут быть связаны друг с другом через высоковольтные линии электропередачи постоянного тока ( связи постоянного тока ) или с помощью преобразователей переменной частоты (VFT), которые обеспечивают контролируемый поток энергии, а также функционально изолируют независимые частоты переменного тока с каждой стороны. Техасская межсетевая связь связана с восточной межсетевой связью двумя связями постоянного тока, а также имеет связь постоянного тока и VFT с системами, не входящими в NERC, в Мексике . есть один выключатель переменного тока В Дейтоне, штат Техас, , который за всю свою историю использовался только один раз, после урагана Айк .
Межсетевое соединение Квебека
[ редактировать ]Квебекская межсетевая сеть — одна из трех небольших переменного тока (AC) электрических сетей в Северной Америке.
Межсетевое соединение Квебека охватывает всю провинцию Квебек и работает на средней частоте системы 60 Гц. Он соединяет 18 систем в США и Канаде с одной электроэнергетической компанией: Hydro-Québec . По физическим причинам она работает как независимая сеть переменного тока. [12]
Межсетевое соединение Квебека связано с Восточным межсоединением четырьмя высоковольтными линиями электропередачи постоянного тока ( связи постоянного тока ) и одной линией трансформаторов переменной частоты (VFT), которые изолируют несинхронизированные частоты переменного тока с каждой стороны.
Межсетевое соединение Аляски
[ редактировать ]Межсетевое соединение Аляски - одна из трех второстепенных переменного тока (AC) электрических сетей в Северной Америке.
Она состоит из двух сетей, изолированных друг от друга, а также от остальных сетей Северной Америки, поэтому на самом деле физически межсетевого соединения Аляски не существует.
Предлагаемые улучшения
[ редактировать ]По данным Центра технологий чистой энергии Северной Каролины, в первом квартале 2017 года тридцать семь штатов, а также округ Колумбия предприняли некоторые действия по модернизации электросетей. Штаты сделали это, чтобы сделать электроэнергетические системы «более устойчивыми и интерактивными». Наиболее распространенными действиями, которые предпринимали штаты, были «развертывание передовой инфраструктуры учета» (это сделали 19 штатов), развертывание интеллектуальных сетей и «изменяющиеся во времени тарифы для бытовых потребителей». [13]
В законодательном плане в первом квартале года в разных частях США было внесено 82 соответствующих законопроекта. На конец квартала большая часть счетов оставалась на рассмотрении. Например, законодатели на Гавайях представили законопроект, который создаст налоговую льготу по хранению энергии . В Калифорнии Сенат штата принял законопроект, который «создаст новую программу скидок на хранение энергии». [13]
В августе 2018 года организация «Передовая энергетическая экономика» (AEE) и «Граждане за ответственные энергетические решения» (CRES Forum) опубликовали программный документ , в котором даны пять рекомендаций по способам модернизации электроэнергетической сети США. Эти рекомендации призваны упростить процесс получения федеральных разрешений для передовых энергетических проектов; поощрять специалистов по планированию сетей рассматривать альтернативы инвестициям в передачу электроэнергии; позволить накоплению энергии и энергоэффективности конкурировать с дополнительным производством энергии; позволить крупным потребителям самостоятельно выбирать источники электроэнергии; и позволить коммунальным предприятиям и потребителям получать выгоду от программного обеспечения для облачных вычислений. [14]
В 2019 году NREL подсчитала, что новая передача между сетями может принести пользу потребителям в 2,5 раза по сравнению с инвестициями в передачу. [15] [2]
Исследование, проведенное в 2022 году National Grid plc и Hitachi Energy, показывает, что установка зарядной инфраструктуры для электрификации автопарка потребует модернизации электросети США с учетом конкретного местоположения. [16] [17]
См. также
[ редактировать ]- Закон об электрификации сельской местности , 1930-е годы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Когда сетка была сеткой: Краткая история Северной Америки, взаимосвязанной машины от побережья до побережья - ДЖУЛИ КОН
- ^ Jump up to: а б с д и Хауленд, Итан (19 октября 2021 г.). «Ускорение передачи электроэнергии между сетями Востока и Запада приведет к снижению затрат: NREL» . Полезное погружение . Архивировано из оригинала 20 октября 2021 года.
- ^ Борберли, А. и Крайдер, Дж. Ф. (2001). Распределенная генерация: энергетическая парадигма нового тысячелетия. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида. 400 стр.
- ^ Мазер, А. (2007). Планирование электроэнергетики для регулируемых и дерегулированных рынков . Джон Уайли и сыновья. Хобокен, Нью-Джерси.
- ^ . (2001). Гловер Дж.Д., Сарма М.С., Овербай Т.Дж. (2010) Энергетическая система и анализ, 5-е издание. Cengage Обучение. Стр. 10.
- ^ FERC : Рынки электроэнергии: национальный обзор
- ^ "Дом" . nerc.com .
- ^ Jump up to: а б «Соединение энергосистемы: связи постоянного тока играют решающую роль» . www.nmppenergy.org . NMPP Energy (Муниципальный энергетический бассейн Небраски). 01.09.2020 . Проверено 7 декабря 2020 г.
Подключения HVDC в: Майлз-Сити, Монтана; Рапид-Сити, Южная Дакота; Стегалл, штат Невада; Сидней, штат Невада; Ламар, Колорадо; Кловис, Нью-Мексико; Артижа, Нью-Мексико
- ^ Jump up to: а б Билли Дж. Роберт: Система передачи данных в США и связи B2B HVDC , NREL, 12 января 2017 г.
- ^ Высокотемпературные сверхпроводники для подключения электрических сетей
- ^ Визуализация электрической сети США
- ^ «Концепции и обязательства зоны контроля» (PDF) . Североамериканский совет по надежности электроснабжения. Июль 1992 года. Архивировано из оригинала (PDF) 2 января 2011 года . Проверено 18 июля 2011 г.
Сегодня в НКРЭ существует четыре основных взаимосвязанных региона: Восточное соединение, Западное соединение, Техасское соединение и Квебекское соединение.
- ^ Jump up to: а б «Почти три четверти жителей США предприняли шаги по модернизации энергосетей в первом квартале, говорится в исследовании» . Ежедневный инсайдер энергии . 25 мая 2017 г. Архивировано из оригинала 08.05.2018 . Проверено 5 июня 2017 г.
- ^ «Пять способов модернизации электроэнергетической сети США с помощью передовой энергетической экономики | Solar Builder» . Журнал «Солнечный строитель» . 06.08.2018 . Проверено 30 августа 2018 г.
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 ноября 2021 г. Проверено 21 октября 2021 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Подготовка сетей для электробусов для обеспечения устойчивого будущего. Вклад Энтони Алларда, главы Hitachi Energy в Северной Америке» . Устойчивый автобус . 12 августа 2022 г. Проверено 28 августа 2022 г.
- ^ «Электрификация флота открывает большие возможности, если все сделано правильно» . www.utilityproducts.com . 13 мая 2022 г. Проверено 28 августа 2022 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Почасовой монитор электрической сети — панель мониторинга в реальном времени, отображающая поток электроэнергии в 48 смежных штатах.
