Scheiding oost en west VS elektriciteitsnet artikel

Het artikel is ook een stukje Trump bashing maar heeft ook aardig wat interesante details over de stroomvoorziening in de VS. Ik vond het interessant genoeg om hier te posten, los van het politieke geharrewar eromheen.

Samengevat: totaal is het elektriciteitsnet bijna 1TW in de VS. Maar oost en west zijn gescheiden en zitten met een gammel 1GW draadje aan elkaar.

Een overschot in oost kan dus niet naar west en omgekeerd...

https://cdn.theatlantic.com/thumbor/Zr-2UqKiMB6hx9JTy81ctdILzUk=/608x345/filters:format(png)/media/img/posts/2020/08/X9s68WMY3hhA7y79dR2nfcKdYIOkH2S2wZSv6J9ldYMAmz2CCnDHHaKJpyWHdj0BaN7OuQtG3APWtc5ECn2adH8fFnlBSRvvG_WZKr0pUfjwxUPF0W637jV7oU2svKGYzwpAzyx4dl6qKhlZ4Q-1/original.png

Kruimel

Golden Member

De vraag is of dit een drama is, ik denk dat het artikel te zeer een politiek punt wil maken. Het artikel heeft een groot "zie je wel" gehalte, maar de echte overwegingen raken daardoor wat ondergesneeuwd. Als je de kaart van de bevolkingsdichtheid in de VS bekijkt is het wel duidelijk waarom het stroomnetwerk effectief is opgesplitst:

https://www.census.gov/history/img/popdensity2011.jpg
(bron: US census bureau)

In het midden woont gewoon geen kip. Let er op dat de kleuring een logaritmische schaal heeft! Je kunt duizenden kilometers stroomverbindingen aanleggen, maar het lijkt mij efficiënter om gewoon een extra stroomcentrales aan te leggen om in elke regio gewoon een overcapaciteit te hebben. Met wat zinnig management zou dit niet enorm inefficiënt moeten zijn. Ik ben niet zo een fan van de politieke verdeling van de VS, maar ik denk niet dat dit specifieke probleem daarvan het gevolg is. Ik denk dat het feit dat de VS gerund worden als een enkel land het niet per definitie logisch maakt het elektrische netwerk alszodanig te behandelen.

Overigens moet ik kanttekenen dat de capaciteit tussen verschillende landen in Europa ook niet enorm is. Dit bleek toen België een jaar of wat geleden problemen had met zijn kerncentrales, en dat de toevoerlijnen naar de omliggende landen te weinig capaciteit hadden en er georganiseerde blackouts werden overwogen. Ik geloof niet dat dit uiteindelijk is gebeurd, maar het geeft wel aan dat het probleem in de VS minder politiek gestoeld is dan vergelijkbare situaties hier in Europa.

Op 3 september 2020 00:18:11 schreef Kruimel:
Dit bleek toen België een jaar of wat geleden problemen had met zijn kerncentrales, en dat de toevoerlijnen naar de omliggende landen te weinig capaciteit hadden en er georganiseerde blackouts werden overwogen.

Die blackouts zijn er in BE niet gekomen. Dat was geen kwestie van overwegen, maar een voorbereidend scenario voor als het echt nodig zou zijn. Denk dan vooral aan extreem koude nachten waar dan veel extra kacheltjes draaien..

Nu zelfs met kerncentrales wordt het Belgische net op zeer koude nachten overbelast. Vooral door de doorvoer over het BE net van bvb FR naar NL en DE. ( de laatste hele koude winter, das al even geleden, weet het jaar niet meer precies, was het BE net bijna in beveiliging gegaan door extrema overlast door de doorvoer van /naar buurlanden)

Doet me een beetje denken aan onze autowegen.. iedereen klaagt erover.. maar toch wil half EU (bij wijze van spreken) per se door die zelfde tunnel in Antwerpen :-)

Op 3 september 2020 00:18:11 schreef Kruimel:
Als je de kaart van de bevolkingsdichtheid in de VS bekijkt is het wel duidelijk waarom het stroomnetwerk effectief is opgesplitst:

Als je goed kijkt zie je dat de splitsingen in het grid van de VS niet door de onbevolkte gebieden lopen. Zo heeft Texas zijn eigen grid, los van het zuidoosten, terwijl het hele stuk van New Mexico tot Florida bevolkt is.

Los van de capaciteit van de verbindingen, heeft de VS nog een probleem. De grids zijn niet gesynchroniseerd, waardoor het versterken of aanleggen van koppelingen veel moeilijker is.

Doordat het europese net gesynchoniseerd is kan een overschot aan NL windenergie naar Duitsland, waar het een overschot in Beieren veroorzaakt dat naar oostenrijk kan, waar het een overshot in Wenen veroorzaakt dat naar Slovenie kan etc... totdat de lampjes op de acropolis branden op Nederlandse windenergie.
Of de andere kant op als het zonnetje schijnt in Athene.

In de VS moet voor iedere koppeling een AC-DC-AC conversie gemaakt worden. Dat is leuk als je 1000km wil overbruggen, maar niet voor 10km naar het grid van de buren.

Als je een voorbeeld wil van een land waar de bevolkingsdichtheid echt te laag is voor een landelijk grid, kijk dan naar Australie.

High met Henk

Special Member

Hoe moeilijk kan dat syncen zijn als je er een jaar voor uittrekt?

Hier hadden we laatst ook paar minuten verschil door de supply aan Roemenië meen ik..

Maar je hebt voor syncen slechts 20 ms nodig aan looptijd verschil. Dat moet toch in een jaar kunnen.

Kan nooit uit tegen ac-dc-ac converters...

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???
EricP

mét CE

Het probleem zal wel niet zijn om het in sync te krijgen. Het probleem zal wel zijn om het in sync te houden.

Dat probleem ken je van aan boord ook vast wel: 2 generatoren syncen is niet zo spannend. Met 3 wordt het al wat ingewikkelder, zeker als je de load ook nog redelijk wilt verdelen.
Hoeveel powerplants zou de USA hebben? Het zijn er vast meer dan 10, denk je ook niet? Als daar nooit over enige vorm van synchroon houden nagedacht is...

High met Henk

Special Member

ehhmm 3 generatoren syncen aan boord is niet moeilijker dan 2:
je hebt er 2 die je boordnet vormen: zorgt met de syncrometer dat nummer 3 binnen bereik zit en klapt hem erbij. ze houden zichtzelf wel in sync, tot hij eraf klapt als gevolg van overbelasting of andere veiligheid (of menselijk handelen)

2 problemen waar het mogelijk mis kan gaan:

.1 power balans: omdat alles aan elkaar ligt kun je niet meer het vermogen per generator (centrale) regelen, dus in theorie moeten ze allemaal beetje gelijk zijn.

.2 de lengte van je kabels speelt parten, waardoor je teveel verlies hebt en daardoor dus een scheve belasting van je net: bij calamiteiten kan dit heel snel voor overbelasting op de koppelingen (kabels en evt trafo's etc) zorgen.

EDIT:

probleem 1 is wellicht op te lossen door de spanning iets bij te regelen, maar dat is heel tricky met een heleboel generatoren: moet je heel goed kunnen regelen op centraal niveau: Geen gemakkelijke taak. (let op als je er 1 bijregelt bijv naar boven: je net moet rond de 110 V blijven daar)

Probleem 2 is hetzelfde wat in België als doorvoer land gezegd wordt: net wordt overbelast: 2 opties: de koppeling vlamt eruit als een beveiliging (wat zou moeten) maar dan heb je effectief weer die scheiding en omdat er aan 1 kant blijkbaar een tekort was krijg je daar een klap en gaat waarschijnlijk alles uit. (of minimaal spanningsdip)

aan de andere kant krijg je waarschijnlijk een spanningspiek! Vraag is welke erger is...

De volgende optie is alles erin laten zitten en lekker laten overbelasten tot je HT kabels gesmoten op de grond liggen en/of de trafo's een massief blokje koper en weekijzer zijn met plasje olie eronder....

E = MC^2, dus de magnetische compatibiliteit doet kwadratisch mee???
EricP

mét CE

Probleem 1 heb je aan boord dus ook. Er is wel wat te doen met droop. Tegenwoordig zal het wel wat makkelijker zijn met electronische regelingen: spanning een heel klein beetje verlagen levert minder bijdrage aan het geheel op en dus minder vermogen wat geleverd wordt.

Probleem 2 maakt probleem 1 erger bij wisselende belastingen.

Het spul stabiel krijgen bij fors wisselende belastingen is toch al een kunstje op zich...

Dus ja, het is te doen. Nee, het is niet zo simpel als ergens iets max 10mS vertragen of versnellen in een uur. Ik vermoed zomaar dat DAT het probleem is.

[edit]Je zegt zelf in je edit iets soortgelijks :)

Jinny

Golden Member

Waar ik knutsel lopen er 6 gelijk bij vol vermogen, 2 asgeneratoren en 4 humo's.
Dat gaat (meestal) ook goed.

Het probleem in de VS zal wel de capaciteit vd verbinding zijn...

Hoe doen vrouwen op TV dat toch? Wakker worden met prachtig glanzend haar en mooi gestifte lippen..... Wanneer ik wakker word heb ik een coupe 'Leeg geroofd vogelnest' en een incidenteel straaltje kwijl.. Gaat ook door voor 'Wilt wief' naar horen zeggen
alexandre

Golden Member

Op 3 september 2020 10:37:05 schreef Jinny:
Waar ik knutsel lopen er 6 gelijk bij vol vermogen, 2 asgeneratoren en 4 humo's.
Dat gaat (meestal) ook goed.

Het probleem in de VS zal wel de capaciteit vd verbinding zijn...

Humo? Wat is dat?

Jinny

Golden Member

HUlp MOtor.
Generatorset in de regel.
Maar er kan soms ook een ander ding aan hangen.

Hoe doen vrouwen op TV dat toch? Wakker worden met prachtig glanzend haar en mooi gestifte lippen..... Wanneer ik wakker word heb ik een coupe 'Leeg geroofd vogelnest' en een incidenteel straaltje kwijl.. Gaat ook door voor 'Wilt wief' naar horen zeggen
mvdk

Golden Member

Ik heb twee keer de zuidelijke staten getoerd, van LA - naar Miami, de tweede keer in beide richtingen. Die zuidelijke staten zijn redelijk bewoond. Een andere keer van LA naar Cheyenne Wyoming, om de grootste stoomlok ter wereld met eigen ogen te zien. Dan reis je door een deel van het land waar bijna niemand woont, idd.
Raadpleeg je info over power demand en production van Californië, dan kom je uit op het feit dat ze d'r eigen broek niet kunnen ophouden. Denk dat het komt door de buitendienststelling van San Onofre.
Demand 259 TWh vs production 199 TWH (cijfertjes achter de komma weggelaten)
https://www.energy.gov/sites/prod/files/2015/05/f22/CA-Energy%20Sector…
Kijk je dan naar waar de grote plants staan:
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_largest_power_stations_in_the_Un…
dan zie dat het van ver moet komen.
Het genoemde voorval

Hier hadden we laatst ook paar minuten verschil door de supply aan Roemenië meen ik..

was Slovenië. En ik blijf van mening dat het toen maar een haartje had gescheeld dat heel Europa plat was gegaan. Zij hebben het voor mekaar gekregen de netfrequentie neer te trekken. Dan is er echt iets serieus aan de hand, normaal hoort er dan wat afgeschakeld te worden.
Zuid Afrika heeft een met de US vergelijkbaar netwerk, veel opwek (en verbruik!) in het oosten van het land. Aan de Atlantische kust één nucleair plant, en daar gaan 8 lijnen weg. In het binnenland zijn er daar maar drie van over.

evelo

Golden Member

Maar hoe doen ze dan de synchronisatie in Europa?

Er moet toch een relatief eenvoudig zelfregelende iets zijn die de boel in de hand houdt?

Met eenvoudig bedoel ik als iets robuust, zelfstabiliserend,...

mvdk

Golden Member

eenvoudig zelfregelende

Heel veel draaiend ijzer. En stoken.
Ik kan het niet meer vinden met google, eind jaren 90 hadden ze bij de centrale Lage Weide in Utrecht te kampen met problemen. Ik geloof dat er al een eenheid uit lag, en ze een branderstoring kregen. Arnhem trachtte met regeltrafos nog iets bij te sturen, maar uiteindelijk ging de stad, en een groot deel van de provincie Utrecht in het donker.

Kruimel

Golden Member

Je zou de discussie over de veranderde netfrequentie van een paar jaar terug eens moeten lezen. Het is nu ook weer niet zo simpel, want je moet toch ergens regelen wat de netfrequentie is? Het zou wel raar zijn als die 50Hz toeval was in plaats van intentie. Voor zo ver ik kan zien wordt er in (grote) centrales een zekere fase-voorsprong ingeregeld ten opzichte van een nauwkeurige frequentiebron. Veel simpeler dan dat wordt het niet denk ik, maar dat is IMHO geen belemmerende complexiteit. Dat je vraag en aanbod moet afstemmen is wat mij betreft triviaal.

D'r zijn her-en-der stabiliserende regeltjes.

Enerzijds is het zo dat als de frequentie een procent zakt, er tal van belastingen zijn die ook minder vermogen gaan trekken.

Daarnaast is het zo dat tijdens het zakken van de frequentie energie aan de draaiende massa wordt onttrokken. Die draaiende massa is niet alleen alle energiecentrales maar ook allerlei motoren in de industrie.

Verder weten alle centrales in heel europa dat ALS de frequentie onder 49.9 ligt ze geacht worden alles te geven wat ze hebben.

Dan is er echt iets serieus aan de hand, normaal hoort er dan wat afgeschakeld te worden.

De situatie was volgens mij zo dat ze overdag de normale afname pieken zagen die er voor zorgden dat er een paar cycles achtergelopen werd. Dat wordt normaliter in de nacht weer bijgedraaid, maar dat laatste dat lukte steeds niet. Dus dan onstond de situatie dat er iedere dag wat te langzaam gedraaid werd en men steeds verder achter kwam.

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Op 3 september 2020 07:33:20 schreef High met Henk:
Maar je hebt voor syncen slechts 20 ms nodig aan looptijd verschil.

In de VS maar 17ms (60Hz vs 50Hz)

Op 3 september 2020 07:42:20 schreef EricP:
Hoeveel powerplants zou de USA hebben? Het zijn er vast meer dan 10, denk je ook niet? Als daar nooit over enige vorm van synchroon houden nagedacht is...

Ze hebben uiteindelijk maar drie netten, die intern wel synchroon lopen.

Probleem is natuurlijk niet technisch, maar vooral politiek.

mvdk

Golden Member

Net frequentie is één ding. Netten aan elkaar koppelen, ook al is de netfrequentie hetzelfde, is altijd opletten. Bij het bedrijf waar ik werkte, was de netfilosofie een beetje zuinig: 25/10kV trafo's met een vermogen van 13MVA en een kortsluitspanning van 9%. Toen werd het bedrijf overgenomen, nieuwe inzichten, er werden trafo's 18MVA neergezet, met een kortsluitspanning van 12%. Grotere trafo's, met een hogere impedantie dus.
Dat geeft wel eens complicaties, zo moesten we een keer een net-uitbreiding overzetten van de ene 25/10kV trafo naar een andere. De bobo's hadden uitgerekend dat op de "normale" manier dat problemen met overstroom zou geven. We hadden opdracht "door het donker te gaan". Dat betekende iets van 3000 afnemers schriftelijk in kennis gaan stellen. Dat hebben we toen maar niet gedaan, er is gewoon parallel gegaan, en het licht bleef bij iedereen aan. Een oud collega had een andere keer minder geluk, bij het opstellen van de schakelbrief was over het hoofd gezien dat er parallel gegaan moest worden met verschillende trafo's, met verschillende impedanties. Die collega stond plots in het donker. Te grote vereffeningstroom, en een te krap ingestelde beveiliging.

mvdk

Golden Member

Op 3 september 2020 11:24:39 schreef mvdk:

[...]
was Slovenië. En ik blijf van mening dat het toen maar een haartje had gescheeld dat heel Europa plat was gegaan. Zij hebben het voor mekaar gekregen de netfrequentie neer te trekken. Dan is er echt iets serieus aan de hand, normaal hoort er dan wat afgeschakeld te worden.
Zuid Afrika heeft een met de US vergelijkbaar netwerk, veel opwek (en verbruik!) in het oosten van het land. Aan de Atlantische kust één nucleair plant, en daar gaan 8 lijnen weg. In het binnenland zijn er daar maar drie van over.

ben maar niet bang, dat de netfrequentie te laag was, wist de koppelnetbeheerder al lang voor het in het nieuws kwam. die hebben een netfrequentie meter op de comma hangen pal in het zicht. het punt was dat de veroorzaker dat zelf recht weer moest trekken, en dat betekende nogal wat vermogen terug in het net steken die er eerst uit was getrokken. ik meen dat in het betreffende land er teveel centrales plat waren gegaan, ook wat in onderhoud.

BE is wat dat betreft geen punt, die gammele kerncentrales zijn ook al vaker platgegaan, dat werd ook opgevangen vanuit NL. in BE en F voeren de koppelnetten veel lagere spanningen, wat het nadeel heeft dat je hogere stromen hebt. dat koppelnet in de basis hier in NL loopt tegen de 50-55 jaar aan, vooruitziende blik op de toekomst geweest.

in de states is het elk jaar weer raak, hete zomers, dan gaat er er een bak airco's aan wat dat onderberekende net niet trekt daar. men laat het op 100% van zn kunnen draaien tot het foutgaat, een centrale klapt eruit of een trafostation en hoppa, dan valt het achter elkaar plat, want serie gekoppeld en niet in ster zoals dat hier is. evengoed, het is ook een enorm land, die afstanden is niet te vergelijken..

waar rook was, werkt nu iets niet meer
mvdk

Golden Member

Ik kan geen reden bedenken waarom koppelnetbeheerders en eigenaren van centrale's met een bedoeling (intentionally) een lagere frequentie gaan draaien, anders dan in een noodsituatie.
Ik denk dat tijdens het incident alle centrale's in europa full power draaiden, (mogelijk was er nog wel draaiend reserve vermogen, maar dat kost tijd) Dan zakt eerst de spanning, komt er geen vermogen bij, dan gaat de boel door z'n hoeven. Een generator gaat niet gauw uit door overbelasting, die moet ook op een zware kortsluiting in het net door blijven draaien, beveiligingen elders de tijd geven om te trippen.

En ik blijf van mening dat het toen maar een haartje had gescheeld dat heel Europa plat was gegaan

Zou toch wel verwachten dat er een beveiliging op zit voor dat, niet binnen de specs automatisch afschakelen.

Denk dat termijn toch een centraal/decentraal systeem moet komen dat ook de consument gaat betrekken in het verhaal vraag/aanbod. Maar je zou een heel eng centraal systeem moeten hebben, dat gaat bijschakelen direct in centrales, centrales automatisch kan in/afschakelen, nettten automatisch ontkoppeld, en load ergens anders vandaan haalt, maar aangezien consumenten nu ook leverancier is geworden, zonnepalen, powerwalls, auto's, zit er nog wel iets aan te komen, je hebt ook vliegtuigen die door ontwerp alleen door computers bevlogen kunnen worden (geen airbus, die us wing dingen), moet een power gridje dat ook wel kunnen. :)

Noem het Skynet, ik ken nog wel een bedrijf, Cyberdyne Systems

Alles met een knipoog ;-)

Op 3 september 2020 14:38:48 schreef testman:
evengoed, het is ook een enorm land, die afstanden is niet te vergelijken..

De VS is een land, met een taal, met een munt en een president.

Het europese koppelnet is 39 landen, met veel talen, meerdere munten, en meerdere premiers, presidenten en weet ik veel wat.

Het europese koppelnet koppelt ongeveer 1TW, evenveel als de drie amerikaanse netten samen.

En de afstand tussen noord-noorwegen en zuid portugal is verder dan Los Angeles-New York, dus aan de afstand ligt het ook niet.

De enige reden dat de amerikanen geen landelijk koppelnet hebben is organisatorische (of politieke, maar in ieder geval niet technische) incompetentie.

Er is geen enkele technische reden waarom er in de VS geen koppelnet kan zijn.

maartenbakker

Golden Member

De kosten? Het gebrek aan noodzaak? Een zwaar koppelnet bouwen over grote afstand zou zomaar duurder kunnen zijn dan een paar centrales erbij. Je zou dat voor politieke overwegingen uit kunnen maken, maar eigenlijk zijn ze ook gewoon technisch.

Bedenk daarbij dat er tussen Zuid-Portugal en Noord-Noorwegen veel meer bevolkingskernen en centrales zullen liggen, de langste "loze" verbindingen door "niemandsland" zijn fors korter. Ik denk dat je Europa als geheel beter kunt vergelijken met de Amerikaanse oostkust dan met de VS als geheel.

Zou je op federaal niveau iets willen oplossen, dan zet je een grote hoeveelheid kern-, zonne-, wind-, schaliegas- etc. centrales neer in het dunner bevolkte midden en ga je van daaruit naar de kustgebieden. Dan moet je wel even serieus politiek gaan bedrijven, en of de kosten tegen de baten opwegen?

Op veel organisatorische punten zijn de VS trouwens niet één land, maar 50 landen en nog een handjevol overzeese gebiedsdelen. In Duitsland heten de staten ook niet voor niets "Bondslanden", dat is een veel duidelijker woord.

www.elba-elektro.nl | "The mind is a funny thing. Sometimes it needs a good whack on the side of the head to jar things loose."

De kosten van synchroniseren zijn niet technisch, daar heb je geen 10Gw koppeling voor nodig.

Overigens is die koppeling er (als AC-DC-AC link) er wel!
Zou je echter synchroon zijn, dan kun je makkelijker nieuwe koppelingen maken, omdat het dan echt alleen maar een draadje is.

Dat de VS in sommige opzichten 50 landjes zijn klopt, maar dat is de EU toch echt meer. En het europese koppelnet is groter dan de EU: het verschil tussen Turkije en Nederland is echt groter dan tussen welke twee amerikaanse staten dan ook. Maar Turkije en Nederland hebben wel synchrone netten.