Віялові вимкнення

Особливість електрогенерації та постачання потужності змінним струмом у тому, що кількість виробленої електроенергії, має приблизно завжди відповідати кількості спожитої — її зазвичай не можна скласти «на потім» у промислових масштабах і за цим стежить диспетчер. Отже, електроенергія виробляється по мірі споживання, за передбаченою для її споживачів кількістю. Слід зазначити, що постійний струм не має такої вади, але з низки інших вагомих причин нині він майже не застосовується у розподілі електроенергії. Змінний струм виробляється на електростанціях зазвичай за рахунок обертальних потужностей — турбін, які знаходяться на одному валу з генераторами струму. Турбіна обертається потужними потоками водяної пари з котлів (так відбувається на ТЕС, ТЕЦ, АЕС) або просто водою (ГЕС, ГАЕС). Носій енергії — вода або пара, вдаряючи по лопатках турбіни, починають її з часом обертати. Промислові турбіни потребують попереднього розкручування побічною електроенергією. Турбіна, яка вийшла на номінальну швидкість своїх обертань, далі підтримується потоком водяної пари або води та згодом самостійно обертає генератор. Швидкість обертання двох з'єднаних машин, і зумовлює виробництво струму з приблизною частотою 50Гц. Залежно від будови генератора, частоту у 50 Герц можна відтворити різними типовими швидкостями. Наприклад, для 50Гц двополюсний генератор потрібно обертати ~3000 обертів на хвилину. У разі застосування багатополюсних генераторів, передбачається зниження кількості обертань валу для відтворення синусоїди у 50Гц — це знайшло своє застосування в греблях гідроелектростанцій де немає подібних швидкостей як від водяної пари під тиском в ТЕС чи АЕС, тому, історично, наприклад, склалась ще одна поширена частота у 25Гц від гідротурбін. Струм має низьку періодичність, і звичайна лампа розжарювання матиме помітне мерехтіння, проте такий вид струму став використовуватись для електрифікації залізничного сполучення — у деяких країнах використовується подібний стандарт струму і понині.

Попри те, що частина потужності у мережах змінного струму генерується синтетичними синусоїдами, які виробляють інвертори, левова частка базової та маневрової потужності виробляється синхронною обертальною потужністю турбін та закріпленими до них генераторами. Струмове навантаження на обмотки генератора сповільнює його, що понижує частоту обертання відповідного валу і частота падає, наприклад, до 49.5Гц. Слід зазначити, що процес зворотній, і відсутність навантаження на генератор дозволяє турбіні розкручуватись швидше, що призводить до збільшення частоти, наприклад, до 50,1Гц.

Періодичні вимкнення електроенергії є заходом реакції попиту, якщо попит на електроенергію перевищує можливості електропостачання мережі. Віялові вимкнення електроенергії можуть бути зосереджені в певній частині електромережі, або вони можуть охоплювати і зачіпати цілі країни та континенти.[1]

Періодичні вимкнення електроенергії — звичайне або навіть звичне повсякденне явище в багатьох країнах, котрі розвиваються, де потужності з вироблення електроенергії, недостатньо фінансуються або інфраструктура погано керується. В добре керованих системах та з недостатньою пропускною спроможністю, вимкнення плануються заздалегідь і оголошуються, щоби люди могли пристосуватися, але в більшості випадків, вони відбуваються без попередження, як правило, коли частота в електромережі падає нижче «безпечної» межі.

Енергетична криза в Каліфорнії в 2000—2001 роках, також відома як енергетична криза на заході США в 2000 і 2001 роках, була подією, коли в американському штаті Каліфорнія виник дефіцит електроенергії, викликаний ринковими маніпуляціями і обмеженням роздрібних цін на електроенергію. Штат ВВП якого, станом на 2018 рік, перевищував, для прикладу ВВП Російської Федерації[2], постраждав від численних великомасштабних вимкнень електроенергії, коли збанкрутувала одна з найбільших енергетичних компаній штату, а економічні наслідки дуже підірвали авторитет губернатора штату.

Посуха, затримка із затвердженням нових електростанцій і маніпуляції на ринку, призвели до скорочення пропозиції. Це обумовило збільшення гуртових цін на 800 % з квітня 2000 по грудень 2000.[3] Крім того, тривалі вимкнення електроенергії негативно позначилися на багатьох підприємствах, що залежали від надійного електропостачання, і принесли незручності багатьом роздрібним споживачам.

Встановлена ​​генерувальна потужність Каліфорнії складала 45 ГВт. На мить вимкнення електроенергії попит становив 28 ГВт. Енергетичні компанії, в основному Enron, спровокували розрив між попитом і пропозицією, щоби створити штучний дефіцит. Торговці енергоносіями вимикали електростанції для обслуговування в дні пікового попиту, щоби підняти ціну.[4] Таким чином, трейдери могли продавати електроенергію за завищеною ціною, яка інколи в 20 разів перевищувала її нормальну вартість. Оскільки уряд штату, встановив обмеження на роздрібну плату за електроенергію, це маніпулювання ринком призвело до скорочення прибутків галузі, що довело до банкрутства Pacific Gas and Electric Company (PG & E) і майже до банкрутства Southern California Edison на початку 2001 року.

В Україні, через страйки шахтарів, руйнування вугільної галузі у 1991—1996 роках, приховану приватизацію енергетичних підприємств та бартер в енергетиці (навіть атомні електростанції отримували ядерне паливо для реакторів по бартеру), наприкінці 1990-х років відбувалися часті (щоденні за графіком) віялові вимкнення електроенергії по всій енергосистемі держави.[5] Загроза віялових вимкнень існувала і 2016 року, коли ставалися перебої (в тому числі через блокаду окупованих територій Донецької та Луганської областей активістами) з постачанням антрациту на теплоелектростанції з українських шахт, розташованих на тимчасово окупованих Російською Федерацією, теренах Донбасу.

Скидання навантаження — це вимкнення мережевого навантаження для керування загальним споживанням в електромережі. Оскільки це, як правило, незапланована подія, вимкнення запускається автоматичними пристроями, такими як захист мережі, коли досягаються певні попередньо задані виміряні значення, і виконується в автоматичному режимі шляхом розмикання автоматичних вимикачів на підстанціях. Для ділянок мережі, підданих скиданню навантаження, і приєднаних до них споживачів, цей захід призводить до вимкнення електроенергії.

В особливих випадках, наприклад, у разі повторної синхронізації окремих, більших складових мережі, скидання навантаження також може запускатися вручну центрами керування.

Скидання навантаження — це остаточний можливий захід для запобігання загрози повного краху взаємозалежної мережі або її частини, який використовується для стабілізації сегментів мережі що залишилися. Правила скидання навантаження встановлюються операторами відповідних регіональних мереж.

Критерії та причини скидання навантаження:

• Знижена частота
• Знижена напруга внаслідок регіонального перевантаження енергомережі
• Теплове перевантаження устаткування, такого як лінії або трансформатори

Хоча скидання навантаження в енергосистемі, спочатку здійснює прямий вплив на споживачів у вигляді місцевих вимкнень електроенергії, відсутність споживачів також, може мати наслідки для самих виробників електроенергії.

Переривчастий доступ до електрики, створює серйозні економічні перешкоди для підприємств, які несуть збитки у вигляді втрати ресурсів, зниження репутації або скорочення виробництва, якщо електричне обладнання, наприклад холодильне, освітлювальне чи машинне, раптово припиняє працювати. Підприємства в районах, де постійно трапляються вимкнення електроенергії, можуть вкладати кошти в допоміжне виробництво електроенергії, щоб уникнути цих витрат, але резервне живлення само по собі є видатками, оскільки генератори треба купувати і обслуговувати, а пальне для них потрібно постійно поповнювати.

• Світове споживання енергії
• Енергетична компанія України
• Релейний захист
• Спад напруги

• Adolf J. Schwab: . 2. Auflage. Springer, 2009, ISBN 978-3-540-92226-1.