¿Cuándo funciona una central eléctrica con su máxima eficiencia?

Como principio general, el escalado es uno de los mayores obstáculos en la generación de energía.

Las centrales eléctricas no solo necesitan generar algo de electricidad, sino que también deben generar suficiente electricidad para manejar la demanda actual de electricidad. La electricidad en la mayoría de los casos es demasiado costosa para almacenar. Eso requeriría baterías masivas con circuitos de carga sofisticados y terminaría siendo demasiado costoso.

Piense en cómo se usa la energía durante un período de 24 horas. La gente se despierta y enciende todas las luces y cuando sale el sol y se calienta, todos los acondicionadores de aire se ponen en marcha juntos, la gente pone la ropa en la secadora, enciende sus estufas y hornos eléctricos, y casi la mayor parte de todos actividades que consumen energía que tienen lugar. Luego, la noche rueda y la mayoría de la gente se va a dormir, apaga las luces, sus aires acondicionados están apagados, ya que se enfría afuera, y se usa un mínimo de electricidad.

No es suficiente decir que las personas usan un promedio de x kilovatios hora por día, ya que en algunas partes del día puede ser muchas veces más que eso, mientras que otras horas del día son muchas veces menos.

La compañía eléctrica tiene que intentar predecir el uso en función del uso estadístico para tratar de evitar la producción excesiva o insuficiente. En realidad, puede ser peligroso para las compañías eléctricas producir más electricidad de la que necesitan, porque tiene que consumirse en algún lugar. Además, la mayoría de los procesos que generan electricidad no pueden encenderse y apagarse de manera simple, por ejemplo, haciendo hervir el agua a alta presión con carbón y turbinas giratorias o causando una reacción nuclear.

Como resultado, la mayoría de las compañías eléctricas resuelven este problema con incentivos financieros. A los clientes industriales, empresariales e institucionales generalmente se les factura no solo por el consumo de kilovatios-hora como lo hacen los consumidores, sino que también se les factura por su uso ‘pico’, que es la cantidad de energía que usaron en su nivel de consumo más alto durante ese período de facturación. Esto incentiva a esas compañías a consumir energía de la manera más uniforme posible. Si hay que hacer un trabajo de alta potencia que se puede hacer en cualquier momento, son propensos a hacerlo de noche cuando no se está utilizando. En algunos casos, las centrales eléctricas pueden incluso pagar a los clientes para que consuman electricidad, ya que dañarían sus equipos si no pudieran quemarlos a tiempo.

He oído hablar de una compañía que instala sistemas industriales de HVAC que básicamente crean hielo durante toda la noche y lo almacenan en contenedores aislados y lo usan para el aire acondicionado durante el día para reducir su consumo de energía cuando es costoso y usarlo cuando El poder es barato.

Entonces, la respuesta directa a la pregunta es que las centrales eléctricas son más eficientes cuando predicen con precisión la demanda de energía actual, y están produciendo exactamente la energía suficiente para satisfacer la demanda actual, pero no más.

Esta pregunta es bastante ambigua y está sujeta a una amplia gama de interpretaciones, pero como ingeniero de sistemas de energía, intentaré responder.

Si por “cuándo” quieres decir a qué nivel de salida de potencia, la respuesta es relativamente simple. Las centrales eléctricas tienen una gama de salidas entre lo que se llama “EcoMax” y “EcoMin”. Cuando un generador hace una oferta en el mercado (en un sistema de energía descentralizado basado en el mercado), estos valores corresponden a salidas en las cuales la eficiencia de la planta está dentro de un rango aceptable. El punto de operación más eficiente se encuentra entre estas salidas, generalmente sesgado hacia el valor EcoMax. Los generadores pueden reflejar esto estableciendo bloques de ofertas, es decir, su costo marginal puede variar dependiendo de la producción de MW. El costo marginal puede ser más alto en EcoMax, disminuir en salidas más bajas, luego aumentar ligeramente a medida que la producción cae hacia EcoMin. El punto particular de máxima eficiencia dependerá de la planta específica. Un nivel del 85% de la producción máxima es probablemente una buena regla general para las plantas de turbinas de gas de ciclo combinado recientemente construidas.

Si por “cuándo” quieres decir durante qué estación o temperatura ambiente, la respuesta también es simple: el horario de invierno. Para las turbinas de gas, la potencia máxima de salida está limitada por una temperatura de combustión máxima basada en el ablandamiento de las palas. La eficiencia está en parte dictada por la temperatura delta entre el aire de la salida de la sección del compresor y la temperatura de combustión máxima permitida. La reducción de las temperaturas de entrada del compresor reduce las temperaturas de salida del compresor, por lo que la eficiencia aumenta cuando las temperaturas de entrada son más bajas. Las turbinas de vapor tienen una sensibilidad a la temperatura similar, al poder reducir las temperaturas del condensado de manera más efectiva cuando la temperatura ambiente es baja.

Si por “cuándo” quieres decir a qué hora del día, la respuesta es complicada. A medida que el sistema carga rampas a lo largo del día, varios generadores reciben instrucciones de despacho para conectarse, o pasan gradualmente de EcoMin a EcoMax gradualmente para seguir la carga. Las plantas también operan un poco menos eficiente cuando se mueven de un nivel de salida a otro.

Las formas de carga durante el otoño, el invierno y la primavera implican una rampa empinada por la mañana, una meseta diurna, luego una rampa más empinada por la noche hasta el pico del día, después de lo cual la carga disminuye al mínimo durante la noche. De las plantas que se envían durante el transcurso del día, el período diurno entre las 11 a.m. y las 3 p.m. generalmente implica el menor movimiento y muchas plantas se instalan en puntos de carga eficientes en función de sus ofertas.