Alueellinen synkroninen verkko ( synkroninen vyöhyke) - alueellisen mittakaavan kolmivaiheinen sähköverkko , jonka kaikki generaattorit on synkronoitu taajuudella ja vaiheella ja normaaleissa käyttöolosuhteissa on sähköisesti kytketty toisiinsa. Tehokkain on Manner-Euroopan synkroninen verkko (ENTSO-E, asennettu kapasiteetti 859 GW), ja alueen suurin on Venäjän UES , joka palvelee useimpia entisen Neuvostoliiton maita. Suurtehoiset synkroniset verkot ovat sähkömarkkinoiden perusta laajoilla alueilla. Euroopan energiapörssissä (EEX) ENTSO-E-verkossa vaihdettiin sähköä yli 350 GWh päivässä vuonna 2008 [1] .
Pohjois-Amerikan synkroniset verkot toimivat nimellistaajuudella 60 Hz, synkroniset verkot Euroopassa - 50 Hz:n taajuudella. Viereiset samalla taajuudella olevat synkroniset verkot voidaan synkronoida ja yhdistää suoraan, jolloin muodostuu suurempi synkroninen verkko. Synkronoimattomat tehovirrat ovat mahdollisia myös suurjännitteisten tasavirtajohtojen, puolijohdemuuntajien tai taajuusohjattujen muuntajien kautta , joiden avulla voit ohjata energiavirtoja ja samalla eristää verkot toisistaan.
Synkronisten vyöhykkeiden etuja ovat tuotannon integrointi, mikä johtaa alhaisempiin kustannuksiin; kuormien yhdistäminen, mikä johtaa merkittäviin tasoitusvaikutuksiin; yhteinen varantojen luominen; markkinoiden muodostuminen, joka mahdollistaa pitkäaikaisten sopimusten tekemisen ja lyhytaikaisen sähkönvaihdon; keskinäinen avunanto onnettomuustapauksissa [2] .
Alueellisen synkronisen verkon yksi haittapuoli on se, että verkon yhdessä osassa olevat ongelmat voivat vaikuttaa koko verkkoon.
Alueelliset synkroniset verkot lisäävät luotettavuutta ja mahdollistavat resurssien yhdistämisen. Lisäksi ne voivat tasata kuormitusta, mikä vähentää tarvittavaa tuotantokapasiteettia, mikä mahdollistaa ympäristöystävällisemmän energian käytön; yhdistää erilaisia järjestelmiä sähkön tuotantoon ja säästää mittakaavavaikutuksen ansiosta [3] .
Alueellisia synkronisia verkkoja ei voida muodostaa, jos kaksi yhdistettyä verkkoa toimivat eri taajuuksilla tai niillä on merkittävästi erilaiset standardit. Esimerkiksi Japanissa maan pohjoisosa toimii historiallisista syistä 50 Hz:n taajuudella, kun taas eteläosa käyttää 60 Hz:n taajuutta. Tämä tekee mahdottomaksi muodostaa yhtä synkronista verkkoa, joka aiheutti ongelmia esimerkiksi Fukushiman onnettomuuden aikana .
Myös, vaikka verkot olisivatkin yhteensopivia standardeja, ongelmia voi syntyä erilaisista vikatiloista johtuen. Seurauksena on vaihe- ja virtarajoituksia, jotka voivat johtaa massiivisiin katkoihin. Joskus ongelmat ratkaistaan lisäämällä DC-linkkejä, mikä antaa enemmän hallintaa hätätilanteissa.
Kuten Kalifornian vuoden 2000 energiakriisin aikana havaittiin , joillakin markkinatoimijoilla saattaa olla kannustimia luoda tahallisia ruuhkautumista ja huonosti hallinnoida verkon tuotantokapasiteettia hintojen nostamiseksi. Kapasiteetin lisääminen ja markkinoiden laajentaminen yhdistämällä naapurimaiden synkronisiin verkkoihin vaikeuttavat tällaista manipulointia.
Synkronisessa verkossa kaikki generaattorit on kytketty sähköisesti toisiinsa, toimivat samalla taajuudella ja synkronoidaan erittäin tarkasti. Pyörivien generaattoreiden kohdalla paikallinen säädin ohjaa vääntömomenttia ja ylläpitää suurin piirtein vakionopeutta kuormituksen muuttuessa. Droop-ohjaus varmistaa, että useat rinnakkain kytketyt generaattorit jakavat kuormituksen muuttuvan suhteessa niiden nimellistehoon. Tuotannon ja kulutuksen on oltava tasapainossa koko verkossa, koska energiaa kuluu sitä mukaa kuin sitä tuotetaan. Energiaa kertyy välittömästi generaattoreiden pyörimisenergian ansiosta.
Pienet poikkeamat järjestelmän nimellistaajuudesta ovat erittäin tärkeitä yksittäisten generaattoreiden säätelyssä ja koko verkon tasapainon arvioinnissa. Kun verkko on raskaasti kuormitettu, taajuus pienenee ja säätimet ohjaavat generaattoreitaan tuottamaan enemmän tehoa ( droop control ). Kun verkkoa kuormitetaan kevyesti, verkon taajuus ylittää nimellistaajuuden ja verkon automaattiset tuotannonohjausjärjestelmät pitävät tätä merkkinä siitä, että generaattoreiden tulisi vähentää tehoa.
Lisäksi tehdään usein keskitettyä ohjausta, joka muuttaa yksittäisten generaattoreiden automaattisten ohjausjärjestelmien parametreja minuuttien luokkaa olevan ajan kuluessa alueverkon virtojen ja verkon toimintataajuuden edelleen säätelemiseksi. .
Jos eri taajuuksilla toimivia vierekkäisiä verkkoja halutaan liittää yhteen, tarvitaan taajuusmuuttaja. Tällaisissa tapauksissa käytetään tasavirtaliittimiä , puolijohdemuuntajia tai taajuusmuuttajalinkkejä .
Verkon ajoitus päivittäisten toimintataajuuden vaihteluiden tasoittamiseksi saadaan aikaan synkronisilla sähkökelloilla, joiden verkon normaalin toiminnan aikana pitäisi tallentaa 4,32 miljoonaa jaksoa päivässä 50 Hz:n taajuudella ja 5,184 miljoonaa jaksoa vuorokaudessa. taajuudella 60 Hz.
Harvinaisissa tapauksissa esiintyy synkronointivirheitä. Esimerkiksi vuonna 2018 Kosovo kulutti Serbian kanssa käytyjen erimielisyyksien vuoksi enemmän sähköä kuin tuotettiin, mikä johti koko Manner-Euroopan synkronisen verkon vaiheviiveeseen . Sukupolven taajuus putosi 49 996 Hz:iin. Kiistan ratkaisemiseen mennessä synkroninen sähkökello oli kuusi minuuttia jäljessä [4] .
Synkronisia verkkoliittimiä , kuten korkeajännitteisiä korkeajännitteisiä tasavirtajohtoja , puolijohdemuuntajia tai säädettävätaajuisia muuntajia voidaan käyttää synkronisten vaihtovirtaverkkojen yhdistämiseen ilman, että niitä tarvitsee synkronoida keskenään. Tämän avulla voit luoda yhtenäisiä sähköverkkoja laajoilla alueilla ilman yksittäisten aliverkkojen synkronointikustannuksia. Puolijohdemuuntajilla on suuremmat häviöt kuin tavanomaisissa muuntajissa, mutta tasavirtalinkit ovat vapaita reaktanssista ja ne tarjoavat pienemmät häviöt, mikä on hyödyllistä pitkän matkan voimansiirrossa synkronisten verkkojen välillä tai sisällä.
Seuraavassa on osittainen luettelo alueellisista synkronisista verkoista, joita on olemassa ympäri maailmaa.
| Nimi | Alue | Asennettu kapasiteetti, GW | Vuosittainen energiantuotanto, TWh | vuosi |
|---|---|---|---|---|
| Manner-Euroopan synkroninen verkko | Toimii ENTSO-E- yhdistys . 24 maata, joissa asuu 450 miljoonaa ihmistä. | 859 | 2569 | 2017 [5] |
| Itäinen synkroninen verkko | Itä-Yhdysvallat (pois lukien suurin osa Texasista ) ja Itä-Kanada (pois lukien Quebec , Newfoundland ja Labrador ) | 610 | ||
| Intian kansallinen verkosto | Intia, 1,3 miljardia ihmistä | 371 | 1236 | 2017 |
| Venäjän UES | 12 entisen Neuvostoliiton maata, joissa asuu 280 miljoonaa ihmistä. | 337 | 1285 | 2005 [6] [7] |
| Länsi synkroninen verkko | Länsi-USA ja Kanada, Pohjois-Baja California Meksikossa | 265 | 883 | 2015 |
| National Unified System (SIN) | Brasilia | 150 | 410 (2007) | 2016 |
| Pohjois-Euroopan synkroninen verkko | Suomi , Ruotsi (paitsi Gotlanti ), Norja ja Tanskan itäosa, 25 milj. | 93 | 390 | |
| Yhdistyneen kuningaskunnan kansallinen verkko | Yhdistynyt kuningaskunta , 65 miljoonaa ihmistä Operaattorina toimii National Grid plc | 83 (2018) | 336 | 2017 |
| Iranin kansallinen verkosto | Iran ja Armenia, 84 miljoonaa ihmistä | 82GW | 2019 [8] | |
| Texasin synkroninen verkko | Suurin osa Texasista , 24 miljoonaa ihmistä Operaattorina toimii Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) | 78 | 352 (2016) | 2018 [9] |
| Australian kansalliset sähkömarkkinat | Australia Länsi - Australiaa ja pohjoista territoriota lukuun ottamatta . Tasmania on verkossa, mutta poissa valtavirran kanssa | viisikymmentä | 196 | 2018 |
| Quebecin synkroninen verkko | Quebec ( Kanada ) | 42 | 184 | |
| Synkroninen Java-Madura-Bali-verkko (JAMALI) | 7 Indonesian maakuntaa ( Länsi-Jaava , Itä- ja Keski - Jaava , Banten , Jakarta , Yogyakarta , Bali ). 49,4 miljoonaa ihmistä Ylläpitäjä PLN | 40 (2020) [10] | 163 (2017) [11] | 2021 |
| Argentiinan synkroninen järjestelmä | Argentiina paitsi Tierra del Fuego . | 129 | 2019 [12] | |
| Keski-Amerikan synkroninen järjestelmä (SIEPAC) | Costa Rica , El Salvador , Guatemala , Honduras , Nicaragua , Panama | |||
| Lounais-Välimeren lohko (SWMB) | Marokko , Algeria , Tunisia | |||
| Etelä-Afrikan Power Pool | 12 Etelä-Afrikan maata | |||
| Irlannin verkko | Irlanti . Powered by EirGrid | kolmekymmentä | (2020) [13] | |
| Kiinan valtion verkosto | Pohjois-Kiinan valtionverkko. Hallinnoi State Grid Corporation of China | |||
| Etelä-Kiinan sähköverkko | Etelä-Kiina. Sitä hallinnoi China Southern Power Grid | |||
| Lounais-synkroninen järjestelmä | Länsi-Australia | 17.3 | 2016 | |
| Keskisynkroninen järjestelmä | Chilen pääketju | 12.9 | 2011 |
Tres Amigas SuperStation - projekti on suunniteltu siirtämään tehoa ja muodostamaan yhtenäismarkkinat Yhdysvaltain idän ja lännen synkronisten verkkojen välille käyttämällä 30 GW suurjännitteisiä tasavirtajohtoja .