Częstotliwość prądu przemiennego nie jest bezpośrednio związana z prędkością obrotową silnika elektrowni wodnej, ale ma związek pośredni.
Niezależnie od rodzaju urządzeń do wytwarzania energii elektrycznej, po jej wytworzeniu konieczne jest przesłanie energii elektrycznej do sieci elektroenergetycznej, co oznacza, że generator musi zostać podłączony do sieci w celu wytworzenia energii. Po podłączeniu do sieci, jest on połączony z siecią elektroenergetyczną jako całością, a częstotliwości w całej sieci elektroenergetycznej są identyczne. Im większa sieć elektroenergetyczna, tym mniejszy zakres wahań częstotliwości i tym bardziej stabilna częstotliwość. Jednak częstotliwość sieci elektroenergetycznej zależy wyłącznie od tego, czy moc czynna jest zrównoważona. Gdy moc czynna emitowana przez agregat prądotwórczy jest większa niż moc czynna pobieranej energii elektrycznej, ogólna częstotliwość sieci elektroenergetycznej wzrośnie i odwrotnie.
Bilans mocy czynnej jest istotnym zagadnieniem sieci elektroenergetycznej. Ponieważ obciążenie użytkowników stale się zmienia, sieć elektroenergetyczna powinna stale zapewniać równowagę mocy i obciążenia. Ważnym zadaniem elektrowni wodnych w systemie elektroenergetycznym jest modulacja częstotliwości. Oczywiście, elektrownie wodne o dużej mocy w Zatoce Trzech Przełomów są wykorzystywane głównie do wytwarzania energii elektrycznej. W porównaniu z innymi typami elektrowni, elektrownie wodne mają nieodłączną zaletę w postaci modulacji częstotliwości. Turbina wodna może szybko regulować prędkość, co z kolei pozwala na szybką regulację mocy czynnej i biernej generatora, co pozwala na szybkie zrównoważenie obciążenia sieci, podczas gdy elektrownie cieplne i jądrowe regulują moc silnika znacznie wolniej. Dopóki bilans mocy czynnej sieci elektroenergetycznej jest prawidłowy, napięcie jest stosunkowo stabilne. Dlatego elektrownie wodne w znacznym stopniu przyczyniają się do stabilności częstotliwościowej sieci elektroenergetycznej.
Obecnie wiele małych i średnich elektrowni wodnych w Chinach znajduje się bezpośrednio pod siecią energetyczną. Sieć energetyczna musi sprawować kontrolę nad głównymi elektrowniami z modulacją częstotliwości, aby zapewnić stabilność częstotliwości i napięcia sieci energetycznej. Mówiąc prościej:
1. Sieć energetyczna określa prędkość silnika. Obecnie do wytwarzania energii elektrycznej wykorzystujemy silniki synchroniczne, co oznacza, że częstotliwość zmian jest taka sama jak w sieci energetycznej, czyli 50 razy na sekundę. Generator elektrowni cieplnej z jedną parą elektrod obraca się z prędkością 3000 obrotów na minutę. Generator elektrowni wodnej z n parami elektrod obraca się z prędkością 3000 obrotów na minutę. Turbina wodna i generator są zazwyczaj połączone ze sobą za pomocą przekładni o stałym przełożeniu, więc można powiedzieć, że jest ona również determinowana przez częstotliwość sieci energetycznej.
2. Jaką rolę odgrywa mechanizm regulacji przepływu wody? Reguluje moc wyjściową generatora, czyli moc wysyłaną przez niego do sieci elektroenergetycznej. Zazwyczaj do utrzymania znamionowej prędkości obrotowej generatora potrzebna jest określona moc, ale po podłączeniu generatora do sieci, jego prędkość jest określana przez częstotliwość sieci. W tym przypadku zazwyczaj zakładamy, że częstotliwość sieci pozostaje niezmieniona. W ten sposób, gdy moc generatora przekroczy moc wymaganą do utrzymania znamionowej prędkości obrotowej, generator wysyła moc do sieci i odwrotnie, pobiera moc. Dlatego, gdy silnik generuje moc pod dużym obciążeniem, po odłączeniu od sieci, jego prędkość szybko wzrasta z prędkości znamionowej do kilkukrotnie, co jest podatne na wypadki lotnicze!
3. Moc generowana przez generator wpływa z kolei na częstotliwość sieci, a jednostki hydroenergetyczne są zwykle wykorzystywane jako jednostki modulacji częstotliwości ze względu na stosunkowo wysoki współczynnik regulacji.
Czas publikacji: 17 maja 2022 r.
