Mikä on sähköverkko

Määritelmä

Sähköverkko, myös tunnettu nimellä voimaverkko, on kattava verkosto, joka yhdistää sähköntuotannon, -siirron ja -jakelun yksiköt. Sen pääasiallinen tehtävä on mahdollistaa sähkön siirtäminen tuotantolähteistä loppukäyttäjiin. Suuri määrä sähköä siirretään voimaloista kulutuskeskuksiin usein 220 kV tai vielä suuremmilla jännitteillä. Nämä korkeajännitteen siirtolinjat muodostavat superverkon. Superverkko toimittaa sitten sähköä alasiirtoverkkoon, joka tyypillisesti toimii 132 kV tai alhaisemmilli jännitteillä.

Sähköverkkojen tyypit

Sähköverkossa olevat voimalat sijaitsevat usein lähellä polttoainelähteitä vähentääkseen kuljetuskustannuksia. Tämä tarkoittaa kuitenkin, että ne sijaitsevat yleensä kaukana tiheästi asuttujen alueiden ulkopuolella. Voimaloissa tuotettu korkeajännite laskee askeltimissä ennen kuin se jaetaan kuluttajiin. Sähköverkot voidaan pääasiassa luokitella kahteen ryhmään:

Alueellinen verkko

Alueellinen verkko muodostetaan yhdistämällä eri siirtosysteemejä tietyn geografisen alueen sisällä siirtolinjojen avulla. Tämäntyyppinen verkko optimoi sähkön jakelun ja hallinnon paikallisella tai alueellisella tasolla, varmistaen, että alueen sähkötarpeet täytetään tehokkaasti.

Kansallinen verkko

Kansallinen verkko muodostetaan yhdistämällä useita alueellisia verkoita. Se tarjoaa yhtenäisen ja laajan sähkönjakelun verkoston koko maan yli, mahdollistaen sähkön sujuvan siirtämisen eri alueiden välillä. Tämä yhteydessä oleva järjestelmä auttaa tasapainottamaan sähkön tarjontaa ja kysyntää maassa, parantaen kokonaisen verkon vakautta ja luotettavuutta.

Verkkojen yhdistämisen syyt

Sähköverkkojen yhdistäminen tarjoaa useita merkittäviä etuja. Se mahdollistaa energialähteiden optimaalisen käytön, varmistamalla, että energia jaetaan tehokkaasti eri alueiden välillä. Tämä yhdistäminen parantaa myös sähkön tarjonnan turvallisuutta, sillä yhden osan verkon epäonnistuminen voidaan kompensoida muista yhdistetyistä alueilta tulevalla sähköllä.

Lisäksi verkkojen yhdistäminen edistää koko sähköjärjestelmän taloudellista tehokkuutta ja luotettavuutta. Generaattorien yhdistämisen avulla voidaan vähentää kunkin yksittäisen alueen vararajoitetun tuotannon tarvetta. Tämä resurssien yhteiskäyttölähestymistapa ei ainoastaan säästää liian paljon varaustuotantoa ylläpitämiseen liittyviä kustannuksia, vaan parantaa myös koko sähköverkon kykyä selviytyä ja suoriutua.

Jos sähköverkon tietyssä alueessa tapahtuu yhtäkkiä lisääntyvä taakka tai sähköntuotannon menetyksen, kyseinen alue voi ottaa sähköä viereisiistä yhdistetyistä alueilta. Kuitenkin luotettavien yhteyksien varmistamiseksi tietty määrä tuotantokapasiteettia, tunnettu nimeksi pyörivä varasto, on olennainen. Pyörivä varasto koostuu generaattoreista, jotka toimivat normaalilla nopeudella ja ovat valmiina tarjoamaan sähkö heti, kun sitä tarvitaan.

Yhdistysten tyypit

Sähköverkkojen väliset yhteydet voidaan pääasiassa luokitella kahteen ryhmään: HVAC (High Voltage Alternating Current) -yhdistykseen ja HVDC (High Voltage Direct Current) -yhdistykseen.

HVAC (High Voltage Alternating Current) -yhdistys

HVAC-yhteydessä kaksi vaihtovirtajärjestelmää yhdistetään vaihtovirtasiirtolinjan kautta. Onnistuneen vaihtovirtajärjestelmien yhdistämisen kannalta on elintärkeää pitää kiinni tarkasti kontrolloidusta taajuudesta molemmissa järjestelmissä. Esimerkiksi 50 Hz -järjestelmässä hyväksyttävä taajuuden raja on yleensä 48,5 Hz ja 51,5 Hz välillä. Tämäntyyppinen yhdistys kutsutaan synkroniseksi yhdistykseksi tai synkroniseksi sidoksena, koska se luo jäykän yhteyden kahden vaihtovirtajärjestelmän välille.

Huolimatta laajasta käytöstään, vaihtovirtayhdistyksellä on useita rajoituksia, ja vaihtovirtajärjestelmien yhdistäminen kohtaa usein seuraavat haasteet:

• Taajuuden häiriöiden leviäminen: Koska kahden vaihtovirtaverkon yhdistäminen on synkronista, mikä tahansa taajuuden heilahtelu yhdessä järjestelmässä välitetään nopeasti toiseen. Tämä voi johtaa epävakauden leviämiseen yhdistettyyn verkostoon.

• Tehonsiirtovaikutus: Tehonsiirrot yhdessä vaihtovirtajärjestelmässä voivat vaikuttaa huomattavasti toiseen. Suuria tehonsiirtoja saattaa aiheuttaa suojalaitteiden usein syttyminen, mikä voi aiheuttaa merkittäviä ongelmia järjestelmässä. Pahimmillaan nämä ongelmat voivat johtaa koko yhdistetyn vaihtovirtaverkon romahdukseen.

• Säädetyt sijaintitasot: Olemassa olevan vaihtovirtajärjestelmän yhdistäminen toiseen vaihtovirtasiirtolinjan kautta voi nostaa sijaintitasoa. Tämä johtuu siitä, että lisätty paralleeli linja vähentää yhdistetyn järjestelmän vastaavan reaktanssin. Jos molemmat vaihtovirtajärjestelmät ovat kuitenkin yhdistetty samalle sijaintilinjalle, kunkin yksittäisen järjestelmän sijaintitaso pysyy ennallaan.

HVDC (High Voltage Direct Current) -yhdistys

Suora virtayhdistys, tai DC-sidonta, tarjoaa joustavamman yhdistämisen kahdelle yhdistettävälle vaihtovirtajärjestelmälle. Toisin kuin HVAC-yhdisteissä, DC-sidonnat ovat ei-synkronisia (synkronis). HVDC-yhdistämismenetelmällä on useita huomattavia etuja:

• Taajuuden riippumattomuus: DC-yhdistysjärjestelmän ei-synkroninen luonne mahdollistaa yhteyden luomisen vaihtovirtaverkoille, jotka toimivat joko samalla tai eri taquilla. Tämä ainutlaatuinen ominaisuus mahdollistaa erilaisten vaihtovirtajärjestelmien integroitumisen, sallien jokaiselle järjestelmälle ylläpitää omia taquustandardejaan ja toimia itsenäisesti.

• Tarkka tehojen suunnan hallinta: HVDC-linkit voivat nopeasti ja luotettavasti hallita tehon suuruuden ja suunnan säädämällä muuntimen syöttökulmaa. Tämä tarkka hallintamekanismi parantaa merkittävästi yhdistetyn järjestelmän väliaikaista vakautusrajoitusta, varmistamalla luotettavamman sähkönsiirron.

• Tehonsiirtojen vaimennus: HVDC-yhdistysten kautta tehonsiirtojen modulaatiolla voidaan nopeasti vaimentaa yhdistettyihin vaihtovirtaverkkoihin liittyviä tehonsiirtoja. Tämä parantaa tehokkaasti sähköverkon kokonaisturvallisuutta, vähentäen putkenmuotoisten epäonnistumisten riskiä ja parantamalla järjestelmän kestävyyttä.

Nykyään perinteiset sähköverkot korvautuvat yhä enemmän älykkäillä verkoilla. Älykkäät mittarit ja älykäsitteistetyt laitteet käyttäen, älyverkot tarjoavat paremman toiminnallisen tehokkuuden, paremman kysyntäpuolen hallinnan ja yleisen suorituskyvyn verrattuna perinteisiin vastineisiinsa.