¿Se consume más combustible inmediatamente cuando la reserva de giro se pone en línea?

En una planta de carbón o nuclear, la potencia térmica cambia muy lentamente, tal vez de 10 a 20% por hora. Para tener potencia disponible para la reserva de hilatura, las turbinas de vapor funcionan a una potencia menor que las calderas, el acelerador principal se ajusta de modo que haya un poco de vapor disponible pero no se use. El exceso de vapor pasa por alto la turbina y su energía se desperdicia. Si se requiere más potencia, la válvula de vapor puede abrirse con cuidado y la potencia entregada aumenta. Para una turbina de vapor grande, esto aún puede tomar 30 segundos.

Entonces, en una primera aproximación, las plantas térmicas lentas consumen combustible para el total de la potencia real + reserva de hilado.

Tiene una buena pregunta sobre las escalas de tiempo. En las escalas de tiempo más cortas, fracciones de segundo, la frecuencia se estabiliza pasivamente por la inercia de todos los generadores (y las cargas giratorias). En escalas de tiempo más largas, depende completamente de los sistemas de control que ajustan la potencia de cada generador, y depende de la respuesta de potencia transitoria del generador.

Hace tiempo, encontré una muy buena presentación de John Undrill, llamada "Planta de energía / Dinámica y control del sistema" presentada en un taller de NREL / EPRI, mayo de 2013. No puedo encontrar una copia del documento para vincular ahora, vea si puede encontrar una copia en caché en alguna parte.

Este documento de CAISO lo define así:

"Spinning Reserve es la capacidad de reserva en línea que está sincronizada con el sistema de red y lista para satisfacer la demanda eléctrica dentro de 10 minutos de una instrucción de envío por la ISO ".

Mientras tanto, la red nacional del Reino Unido parece haber eliminado el término a favor de "reserva rápida", lo que les permite contar cosas instantáneas que no giran, como baterías y diversos mecanismos de eliminación de la demanda.

Creo que es diferente de la respuesta de frecuencia inherente de los generadores. El eje giratorio y el tren de rodaje de un generador contienen bastante momento angular; breve (sub-segundo) aumenta en la carga de esto. Pero la definición de "reserva de giro" anterior implica que no se está generando actualmente; está funcionando a toda velocidad, pero los terminales del generador están en circuito abierto. Luego puede ser puesto en línea por comando manual. Esto implica una eficiencia de cero para la reserva de giro, ya que está girando pero no genera.

Por lo tanto, a las viñetas:

• Para aumentar el par / potencia, ¿es necesario quemar más combustible (o producir vapor) en el momento en que se requiere más par?

Tipo de: el sistema tiene una masa térmica y un volumen de presión de vapor considerables, por lo que en un plazo muy corto, el operador puede abrir un poco la válvula para obtener un par de puntos porcentuales más de torsión hasta que la presión general disminuya y el sistema vuelva a equilibrarse . Sospecho que, en la práctica, necesita poner más combustible en antes que desea lograr un aumento sostenido en la potencia de salida.

• Si es así, ¿significa esto que tales generadores pasan la mayor parte de su tiempo en un estado operativo menos eficiente del que son capaces?

Por lo que entiendo, "reserva de giro" significa "en realidad no suministrando energía en absoluto". Pero sí, necesariamente hay algunos generadores en el sistema que funcionan por debajo de la producción máxima y, por lo tanto, por debajo de la eficiencia máxima.

• O, ¿el aumento del par de torsión es simplemente una respuesta transitoria?

• ¿Cuál es el calendario de esta respuesta?

• ¿Existe una parte de la respuesta (por debajo del segundo, supongo) que se deba simplemente a la mecánica del generador, antes de un aumento en el consumo de combustible?

Creo que la explicación de la inercia del eje cubre la variación de la salida en un segundo. El control a largo plazo parece ser manual.

• ¿Cómo suministran las plantas de carbón o nucleares la reserva de hilatura (a diferencia del gas natural o la energía hidroeléctrica), ya que sus ciclos térmicos funcionan en escalas de tiempo más largas?

Creo que la respuesta de tomnexus sobre el bypass cubre esto: el vapor se genera y se desecha. Reducir el bypass puede dar una respuesta "inmediata", probablemente en el transcurso de unos segundos.

(De manera decepcionante, ¡parece que no puedo encontrar manuales de operaciones de centrales eléctricas en Internet!)

Un cuerpo que gira no consume par ni potencia ni energía. Solo está acelerando un cuerpo que necesita par, potencia, energía. Ese par, la potencia y la energía se liberan de nuevo tan pronto como el cuerpo giratorio se desacelera.

Eso es similar a la energía potencial que has reunido con tu bicicleta cuando estás en la cima de la colina. Mientras permanezca allí conduciendo en círculos, no toque esa reserva.