Nini ni Mtandao wa Umeme?

Maana

Mtandao wa umeme au grid wa umeme unamaanishwa kama mtandao kamili unaounganisha vifaa vya kutengeneza, kutuma, na kutumia nguvu ya umeme. Kazi yake muhimu ni kuwasilisha nguvu za umeme kutoka mahali pa kutengeneza hadi wateja. Gani la umeme linatuma kutoka viwanja vya kutengeneza hadi maeneo makuu ya mapaka kwenye volti tofauti zinazozidi 220kV. Mtandao huo utambuzwa kama super grid. Super grid huyu pia hutumia nguvu kwenye mtandao wa sub-transmission, ambayo mara nyingi inafanya kazi kwenye volti zinazozidi 132kV au chini.

Aina za Grid za Umeme

Viwanja vya kutengeneza umeme katika grid za umeme mara nyingi yanakweka karibu na chanzo cha mazingira ili kupunguza gharama za usafirishaji ya mfumo. Lakini, hii huonekana kwamba yanafariki sana kutoka maeneo yenye watu wengi. Umeme wa volti magumu utokana kwenye viwanja hivi hutolewa kutumia transformers za kuridhi katika substations kabla ya kutumika kwa wateja. Grid za umeme zinaweza uwekezwa katika mbili:

Grid Iliyofanyika

Grid iliyofanyika anawekwa kwa kuunganisha mitandao mingine ya kutuma ndani ya eneo la maeneo hasi kwa kutumia mstari wa kutuma. Aina hii ya grid inahusisha kuboresha upatikanaji na usimamizi wa umeme kwenye kiwango cha eneo hasi au chanzo, ili kuhakikisha kwamba matarajio ya umeme ya eneo hilo yanatumika vizuri.

Grid Kitaifa

Grid kitaifa anawekwa kwa kuunganisha grids mingine za maeneo. Inatoa mtandao wa usambaza wa umeme wa kiwango kimoja na ukubwa kote kwenye taifa, ikitoa njia rasmi ya kutumia umeme kati ya maeneo tofauti. Mfumo huu wa kuunganisha unasaidia kubalansia rasilimali na malipo ya umeme kote kwenye taifa, kuboresha ustawi na ulimwengu wa grid kamili.

Sababu za Kuunganisha Grid

Kuunganisha grid za umeme hutoa faida nyingi. Inayoweza kutumia rasilimali za umeme vizuri, kuhakikisha kwamba nguvu zinatumika vizuri kwenye maeneo tofauti. Hii pia inaboresha amani ya upatikanaji wa umeme, kwa sababu hitimisho katika sehemu moja ya grid zinaweza kukatakiwa na umeme kutoka sehemu nyingine za kuunganisha.

Pia, kuunganisha grid huchangia ufanisi wa kiuchumi na ulimwengu wa mfumo wa umeme kamili. Kwa kuunganisha viwanja vya kutengeneza, inaweza kupunguza uwezo wa reserve generation unahitajika kwenye eneo kila moja. Mtaro huu wa mashirika hupunguza gharama za kutunza nguvu za backup zinazokuwa zingi, na pia huboresha ulimwengu na ufanisi wa grid ya umeme.

Wakati kuna ongezeko la mwisho la mwanga au upotevu wa kutengeneza umeme katika eneo fulani la grid, eneo hilo linafikiwa kuleta umeme kutoka sehemu za nyuma zinazokuunganishana. Lakini, ili kuhakikisha kuunganisha ya imara, inahitajika uwezo wa kutengeneza wa kidogo, unayoitwa spinning reserve. Spinning reserve huo unajumuisha generators zinazofanya kazi kwenye kiwango cha normal na ziko tayari kutumia umeme mara tu hujulikana.

Aina za Kuunganisha

Ukuunganishana kati ya mitandao ya umeme yanaweza uwekezwa katika mbili: HVAC (High Voltage Alternating Current) link na HVDC (High Voltage Direct Current) link.

HVAC (High Voltage Alternating Current) Interconnection

Katika HVAC link, miundombinu miwili ya alternating current (AC) huunganishwa kwa kutumia mstari wa kutuma AC. Kwa kuunganisha AC systems, ni muhimu kuendelea kusimamia frequency kwenye miundombinu miwili. Katika mfumo wa 50Hz, ishara ya frequency inaweza kuwa kati ya 48.5 Hz na 51.5 Hz. Aina hii ya kuunganisha inatafsiriwa kama synchronous interconnection au synchronous tie, kwa sababu huanza uhusiano wa ngome kati ya miundombinu miwili ya AC.

Hata ingawa inatumika sana, AC interconnection ina changamoto nyingi, na kuunganisha AC systems mara nyingi huwasiliana na changamoto ifuatavyo:

• Propagation ya Frequency Disturbance: Tangu kuunganisha miundombinu miwili ya AC ni synchronous, wavu woye wa frequency katika mfumo moja hupelekwa haraka kwenye mwingine. Hii inaweza kuwa sababu ya utovu kwenye mtandao wa kuunganisha.

• Mchanganyiko wa Power Swing: Power swings katika mfumo moja ya AC yanaweza kuathiri sana mwingine. Power swings kubwa zinaweza kutukumbusha devices za protection, zinazoweza kuwa sababu ya majeraha makubwa katika mfumo. Katika mabadiliko magumu, majeraha haya yanaweza kusababisha kusakinisha kwa undani wa mtandao wa AC wote.

• Fault Levels Zinazokuongezeka: Kuunganisha mfumo wa AC wa existing kwenye mwingine kwa kutumia AC tie line inaweza kuongeza fault level. Hii hutokea kwa sababu mstari wa parallel unapunguza reactance equivalent ya mtandao wa kuunganisha. Lakini, ikiwa miundombinu miwili ya AC zimeunganishwa kwenye mstari mmoja wa fault, fault level ya kila mfumo binafsi haiathiri.

HVDC (High Voltage Direct Current) Interconnection

DC interconnection, au DC tie, unatoa coupling rahisi zaidi kati ya miundombinu miwili ya AC zinazokuunganishana. Vinginevyo na HVAC interconnections, DC ties ni non-synchronous (asynchronous). Nguzo ya HVDC interconnection ina faida nyingi:

• Frequency Independence: Tabia asynchronous ya mfumo wa DC interconnection inayoweza kuunganisha miundombinu miwili ya AC zinazofanya kazi kwenye frequency sawa au tofauti. Ufunuo huu unaweza kuunganisha miundombinu miwili ya AC kwa urahisi, na kwa kila mfumo kudumisha standards zake za frequency na kufanya kazi kwa ustadi wake.

• Control ya Precise Power Flow: HVDC links zinaweza kusimamia haraka na imara magnitude na direction ya power flow kwa kubadilisha firing angle ya converters. Mechanism huu wa simamia unaboresha transient stability limit ya mtandao wa kuunganisha, akisaidia kuhakikisha kuwa power transmission ni imara zaidi.

• Power Swing Damping: Kwa kutengeneza power flow kwenye DC tie, HVDC interconnections zinaweza kudumisha haraka power swings katika miundombinu miwili ya AC. Hii inaboresha ustawi wa mtandao wa umeme, kureduce risk ya cascading failures na kuboresha resistance ya system.

Sasa, grid za umeme za zamani zinachukuliwa na smart grids. Kutumia smart meters na vyombo vya kasi, smart grids hutoa efficiency ya kazi, management ya demand-side, na performance nzuri zaidi kuliko wale wazima.