De wisselstroomfrequentie is niet direct gerelateerd aan het toerental van de motor van een waterkrachtcentrale, maar er is wel een indirecte relatie.
Ongeacht het type energieopwekkingsinstallatie, is het noodzakelijk om na de opwekking elektrische energie terug te leveren aan het elektriciteitsnet. Met andere woorden, de generator moet op het net worden aangesloten om stroom te kunnen opwekken. Na aansluiting op het net is de generator onderdeel van het elektriciteitsnet als geheel, waardoor de frequentie overal in het net gelijk is. Hoe groter het elektriciteitsnet, hoe kleiner de frequentieschommelingen en hoe stabieler de frequentie. De frequentie van het elektriciteitsnet is echter alleen afhankelijk van de balans tussen het opgewekte vermogen en het verbruik. Wanneer het door de generator opgewekte vermogen groter is dan het verbruikte vermogen, zal de algehele frequentie van het elektriciteitsnet stijgen, en omgekeerd.
Het in evenwicht brengen van actief vermogen is een belangrijk thema binnen het elektriciteitsnet. Omdat de stroomvraag van gebruikers constant verandert, moet het net altijd zorgen voor een evenwicht tussen de opgewekte energie en de belasting. Een belangrijke functie van waterkrachtcentrales in het elektriciteitsnet is frequentiemodulatie. De gigantische waterkrachtcentrales van de Drie Kloven worden uiteraard voornamelijk gebruikt voor energieopwekking. Vergeleken met andere typen energiecentrales hebben waterkrachtcentrales inherente voordelen op het gebied van frequentiemodulatie. De turbine kan snel van snelheid veranderen, waardoor ook het actieve en reactieve vermogen van de generator snel kan worden aangepast. Dit zorgt voor een snelle compensatie van de netbelasting, terwijl thermische en kerncentrales de vermogensaanpassing veel trager laten verlopen. Zolang het in evenwicht is van het actieve vermogen van het elektriciteitsnet, is de spanning relatief stabiel. Daarom leveren waterkrachtcentrales een grote bijdrage aan de frequentiestabiliteit van het elektriciteitsnet.
Momenteel zijn veel kleine en middelgrote waterkrachtcentrales in China rechtstreeks aangesloten op het elektriciteitsnet. Het elektriciteitsnet moet controle hebben over de belangrijkste frequentiemodulatiecentrales om de stabiliteit van de netfrequentie en -spanning te garanderen. Simpel gezegd:
1. Het elektriciteitsnet bepaalt de snelheid van de motor. We gebruiken tegenwoordig synchrone motoren voor energieopwekking, wat betekent dat de veranderingsfrequentie gelijk is aan die van het elektriciteitsnet, namelijk 50 keer per seconde. Een generator van een thermische energiecentrale met slechts één paar elektroden draait 3000 omwentelingen per minuut. Een generator van een waterkrachtcentrale met n paar elektroden draait 3000/N omwentelingen per minuut. De waterturbine en de generator zijn over het algemeen met elkaar verbonden via een transmissiemechanisme met een vaste overbrengingsverhouding, waardoor de snelheid ook wordt bepaald door de frequentie van het elektriciteitsnet.
2. Welke rol speelt het waterregelmechanisme? Het regelt het vermogen van de generator, oftewel het vermogen dat de generator aan het elektriciteitsnet levert. Normaal gesproken is een bepaald vermogen nodig om de generator op zijn nominale snelheid te houden, maar zodra de generator op het net is aangesloten, wordt de snelheid van de generator bepaald door de netfrequentie. Op dat moment gaan we er meestal van uit dat de netfrequentie constant blijft. Wanneer het vermogen van de generator dus hoger is dan het vermogen dat nodig is om de nominale snelheid te handhaven, levert de generator vermogen aan het net en verbruikt het juist energie. Daarom zal de snelheid van de motor, wanneer deze onder zware belasting werkt, na het loskoppelen van het net snel toenemen van de nominale snelheid tot vele malen de nominale snelheid, wat het risico op ongelukken vergroot!
3. Het door de generator opgewekte vermogen beïnvloedt op zijn beurt de netfrequentie. Waterkrachtcentrales worden doorgaans gebruikt als frequentiemodulatoren vanwege de relatief hoge regelingsgraad.
Geplaatst op: 17 mei 2022
