これに最も近い質問は、過剰発電の線形使用です。
私はエンジニアではないので、これを正確に表現できない場合があり、最小限の背景知識を前提とする回答を高く評価します（電圧、変圧器などの基本的な知識しかありません）。問題は、グリッドを混乱させる可能性のある可変的な風と電力に関するこのすべての話から生じます。
たとえば、2012年の電気接続に関する記事「太陽光発電設備の急速な増加がグリッドに過負荷をかける可能性があります」を参照してください。また、「ハワイの相互接続の悪夢」と「米国の住宅用PV産業にとって重要な理由」についての記事または類似の記事があります。持続電圧スパイク」。
ここでは、大きなグリッドとミクロ環境の両方で何が起こるのか興味があります。たとえば、完全に充電されたバッテリーがあり、そこに電気を流し続けているとします。何が起こるのですか？何も損傷することなく、電気を熱として流用または放散するデバイスはありますか？オンラインで同様の質問をいくつか見つけましたが、答えはあまり明確ではありませんでした。
回答:
主な質問に対する最も単純で直接的な答えは、それがどれほど「過剰」であるかによって異なります。ほとんどの機器は公称値の+/- 5％以内で動作するように設計されているため、「余分なエネルギー」は通常、デバイス自体で熱として放散されます。電球の場合（たとえば）、より多くの光と熱を生成します。過剰なエネルギーがデバイスの許容範囲を超えると、過熱および/または燃焼（損傷の原因）になります。これらの結果は、グリッドの「過剰エネルギー」の原因（雷、太陽の設置、風力など）に関係なく取得されます。
最後の2つの質問について、13vのソースで12vのバッテリーを充電する場合、追加の1vでバッテリーを12vに充電した後も「暖かく」保ちます。24vの無調整電源で充電すると、バッテリーが過熱し、燃え尽きて、爆発する可能性があります。過電圧で電流制限のある電源で充電すると、バッテリーは12vに充電され、余分なエネルギーは電源レギュレーターで熱として消費されます。「余分なエネルギー」を「効率的に」使用する方法の1つは、バッテリーのバンクと「スマート」充電器を使用することです。これにより、充電時に別のバッテリーに充電を切り替え、シャットオフ（切断）します銀行のすべてのバッテリーが充電されたとき。余分なエネルギーを節約することに関心がない場合は、「ダンプ」できます
ご想像のとおり、これはたった1つの解決策ではなく、問題自体もかなり複雑です。分解しましょう。
現在、ほとんどの文明国に存在する送電網は階層構造を持っています。その上に大規模な集中型発電所があり、その下に大規模なMV配電網または配電リングがあり、次に都市の送電網（通常約400kV）がありますこれらは通常、地下HV、近隣ネットワーク（20kVまたは多相電源電圧）、そして115 / 230Vを分配する低電圧「郵便番号」ネットです。もちろん、あなたの質問がすでに示唆しているように、この階層は発電所から家への正味のエネルギーの流れを想定しており、その逆ではありません。
非商用の太陽光パネル、風力タービンなどのほとんどの分散型発電は、住宅レベルで発生します。つまり、115 / 230VACを生成し、それを主電源に送り込みます。生成される電力は消費される電力よりもはるかに少なく、正味のエネルギーの流れは依然として正しい方向にあるため、ほとんどの場合これで問題ありません。まれですが、今日では太陽の価格が低いため、発電量は郵便番号レベルで消費される電力を上回ります。基本的にすべての電源ネットでは、これは実際にはそれほど問題ではありません。MVを115 / 230Vに変換するために使用されるトランスは、単なるリニアトランスであり、他の方向で機能するのと同じ方向で機能します。PFCやその他の流れ方向に依存するパラメーターはほとんどないため、問題ありません。
ほとんどの電力網がうまく対処していないという問題は、その1つ上のステップで起こることです。ここでは、地下の都市グリッドからより小さなブロックへの変換ステップに到達し、これらの変電所は現在、多くの場合、都市グリッドからの干渉がHV電力に戻らないようにするためにPFCまたは少なくとも何らかのデカップリングメカニズムを備えています線形変圧器を通過する場合のようにライン。このユニットが消費するよりも多くの電力を生成する場合、そのエネルギーは（一般に）どこにも行くことができません。システムの反射反応は、スイッチを投げて、このユニットをグリッドの他の部分から分離することです。もちろん、これはこのユニットを「殺す」ことはありません。生成された電力は、このグリッドの電圧を電力インバーターの安全限界（通常は公称電圧+ 5〜7％）まで単純に上げ、非常に頻繁にAC周波数を不安定にします。しかし、クラウドが通過し、グリッドがブラウンアウト電圧を下回り、ソーラーインバーターがすべて自動的にオフになるまで、電力はそのままになります。この問題は、島の生成問題と呼ばれ、電力グリッドとインバーター（スマートグリッドなど）に追加のインテリジェンスがなければ解決が非常に困難です。
ただし、この前の段落でわかるように、余分なエネルギーは必ずしもどこにも行きません。島の状況が発生した場合、インバーターは利用可能なエネルギーをすべてグリッドにダンプするだけでなく、グリッドが特定の電圧に達したときに自身を変調する必要があります。そのクラウドが最終的に通過すると、彼らはオフになり、状況は解決されます。
代替の保護メカニズムがあります。一部の国には、電力線を介して特別な（DTMF）信号を使用できる短絡スイッチがあります。島が作成されると、送電網を短絡して接地し、送電網の一部をすぐに黒くすることができます。ただし、これは非常に安全な方法ではありません。これは、送電網に誘導スパイクを引き起こし、送電網と家庭用電化製品の両方を損傷する可能性があるためです。現在、これはめったに使用されません。ただし、出力を適切に調整せず、過電圧状態を引き起こす可能性のある発電機の重要な保護メカニズムです。
今年5月のドイツでは、再生可能エネルギーの支払いが多すぎたため、実際にマイナスに振られました。言い換えれば、彼らは生産者に過剰なエネルギーを奪うように仕向けていた。そこで、彼らは生産者にエネルギーをグリッドに押し込まないように奨励することで過剰なエネルギーに対処しました。
発電方法が異なれば時定数も異なります。原子力発電所は全開運転し、起動と停止には多くの時間がかかります。水力発電は、水流の方向を変えるか、または窒息させることにより、出力をすばやく変更できます。火力発電所（以前は近くにあった発電所）の時定数は長いため、突然負荷が失われた場合（湿気がタービンの速度を低下させた場合）、発電機を保護するために蒸気に蓄えられたエネルギーを（大声で！）排出する必要があります制御不能。私が知る限り、彼らは電気エネルギーを吸収しようとしませんが、大量のエネルギーを吸収する大規模なエネルギーシンクの計装に関する実行可能性調査を行いました（コモンモード電圧で動作する計器を作るのは楽しいです） 100のkV）。
エネルギーを適度に効率的に大量に保存することは非常に難しい問題であり、明確な解決策はありません。分散型バッテリー/インバーターと、貯水のためにダムに上向きに水を汲み上げて貯水し、タービンと発電機を通って急流させて（一部）回収するという昔ながらの方法は、いくつかの方法です。
これらの記事を、理解しやすくし、文脈に合わせやすい言葉で言い換えてみましょう。これらの記事は「新しいフェラーリを購入したばかりです。ストップライトに近づくとエンジンの出力が大きくなりすぎるため、ブレーキパッドを交換し続ける必要があるという深刻な問題があります」と考えています。
簡単な答えは、「アクセルから足を離す」です。つまり、使用できないときに電力の生成を停止します。
過剰生産には本当に問題はありません。生産者に「グリッドに電力を供給するのをやめる」ように信号を送り返すだけでよい過剰配達には問題があります。実際、一部のソーラーパネルコントローラーは、クラウドシャドウイングを使用して、今後10または15分間にどれだけの電力が生成されるかを予測し、グリッド機関に転送することを通知します。
これらの種類の記事は役に立ちません。メイングリッドと相互接続の関係には重大な問題があり、法律を通過させてお金をかけることで簡単に解決できます。風力発電機の制御システムをオーバーランさせることは、はるかに簡単なソリューションです。
それはさまざまな答えを伴う複雑な問題です。
解決策がない場合でも、需要と供給の不一致にはある程度の耐性があります。需要が多すぎる/供給が少なすぎると）グリッドの電圧と周波数は、通常の50hz / 60hz /国の主電源が何であれ低下します。逆に、供給が多すぎる/需要が少なすぎると、頻度が高くなります。少量の周波数偏差は重大な問題ではありません。ニュージーランドでは、主電源は50 Hzですが、グリッドは約49〜52 Hzの範囲の周波数で正常です。これ以外では、深刻な問題が発生する可能性があります。最も具体的には、49 Hz未満にすると、ジェネレーターが損傷し、自動的に電源が切れたり、隔離されたりする可能性があります。これは、供給量が少ないためにグリッド周波数がさらに低下し、連鎖反応を引き起こし、最終的にグリッド全体が崩壊することを意味します。
これを防ぐために、市場運営者はさまざまなサービスを実行するために人々に支払います。これらは国によって異なりますが、ここでも例としてNZを使用します。
周波数維持-これは、必要に応じてグリッド周波数を増減するように機能します。運転のアナロジーを使用するには、操縦中に誰かを見ます。彼らは絶えず車輪で小さな動きをしており、おそらくこれらを意識していないでしょう。彼らは車輪の位置に反応して、車が道路の小さな段差を乗り越えてまっすぐになるようにします。これは従来、100％未満の容量で実行され、1秒未満の応答時間で出力を変化させることができる発電機によって実行されてきました。
予備-ニュージーランドでは、N-1の状況（最大の発電機の損失、または北と北間の送電線の損失）の場合にグリッドを維持するために、常に「予備」を調達する必要があります。南の島々。ヨーロッパでは、大陸全体がN-2の状況で稼働しており、2つの大きな原子力発電所の損失を表しています。これらの埋蔵量は、容量以下で稼働し、迅速に立ち上げることができる発電機の形をとるか、（より安価かつ迅速に）応答リソースを要求します-グリッドを維持するために必要に応じて負荷を削減するサイトです。これらのリソースは通常、応答時間と変更を維持できる時間によって分離されます。NZには速い市場があります（負荷に対して1秒の応答時間、1分間持続する発電機に対して6秒の応答時間）、持続的な市場（応答時間は60秒ですが、持続時間は最大で約30分）。車の例えに戻って、これはあなたの車が大きな隆起にぶつかり、あなたが木に向かって曲がるところです-あなたは道路に戻るために他の方法でホイールをレンチで戻さなければなりません（しかし、あまり遠くに曲がったり、道路の反対側で木にぶつかってしまいます）。
ピークに対処する-ピーク生成または従来の需要応答-車の類推を使用するには、道路にコーナーがあります。私たちはそれが遠くから来るのを見ることができます、そして私たちは道路にとどまるために大きなターンをする必要があります。これは、夏の熱波、冬の寒波、夕方のピークなどです。これは、さまざまな技術で満たすことができます。通常、バルクは1年に数日しか稼働しないピーク発電機からのものです。繰り返しになりますが、需要への対応が必要になります。1年に20時間工場を閉鎖する方が、まったく新しいピーク発電機を建設して送電線をアップグレードするよりも安くなることがよくあります。
私はこのテーマで働いており、これを説明するのに役立つと思います。
水のアナロジーを使用して説明します。
電流の流れ->水の流れ
電圧->圧力
こう言った
ネットワークにノードとブランチがある場合; ノードは、水が注入されてネットワークから差し引かれる場所であり、ブランチはパイプです。
（電気グリッドでは、パイプは変圧器とラインであり、ノードはノードまたはバスバーです）
元々消費用に設計されたノードに「水」注入がある場合、パイプ内の圧力はパイプが破損するレベルまで上昇する可能性があります。（これは家庭レベルでの太陽光発電です）同様に、ノードでの消費量が多すぎると、パイプの圧力が下がりすぎて、システムが機能しなくなります。
これに対処する方法は、余剰エネルギーを保存し、必要に応じて供給することです。そのため、バッテリーは再生可能エネルギーの最大の目標です。
巨大な再生可能エネルギーの普及は、グリッド事業者と電力会社が反対している状況です。なぜなら、彼らは、彼らが行う必要があるような急進的な変化をほとんど伴わずに、彼らが一世紀行ってきた仕事に新しいアプローチを採用することを強いるからです。（私の意見）
これが十分に明確であることを望みます。そうでなければ、これは私の日常の仕事なので、さらに説明することができます。
[編集：パイプが壊れるのはなぜですか？]
ご要望どおり、ここでもう少し詳しく説明します。
各分岐要素（ラインとトランス）には、過熱せずに発火できる電流量に制限があります。この公称電流は、限られた時間で超過する可能性があるため、過負荷は長続きしない場合、生死のイベントではありません（また、過負荷は要素の寿命を減少させます）
一方、電圧はノードの公称電圧の+ -5％以内である必要があります。これはフェーズごとに230V + -5％です（ヨーロッパでは、米国では125？）。ノードで電力を生成すると、そのノードと隣接ノードの電圧が増加します（同じ負荷状況の場合）ノードの需要が増加すると、そのノードとその近隣の電圧が減少します。このため、自宅に大量のソーラーパネルを設置すると、家や近所の家で電圧の問題が発生する可能性があります。この問題は、適切なインバーターファームウェアプログラミングによって軽減できますが、多くの国では規制が存在しないため、聞いたことがないが非常に現実的な問題があります。
しかし、なぜ電圧はそのような制限内にある必要がありますか？まあ、この制限は、グリッドオペレーターによって設定されたセキュリティ制約です。自宅のソケットの電圧が高すぎると、デバイス（PCのテレビなど）のパワーエレクトロニクスが破損する可能性があります。電圧が低すぎると、電子デバイスが機能しないか、破損する可能性があります。白熱電球は、高電圧では明るく、低電圧では明るくなりません。
詳細が必要かどうか教えてください。サンティ。
エネルギーを輸送するための高電圧レベルと、配電用の230Vなどの低電圧レベルがあります。グリッドが構築され、今日のほとんどの時間、電力はグリッドの高電圧部分から低電圧部分に移ります。1人のtarnsformerは、村または町の複数の家に電力を分配します。この低電圧では、N-1-セーフティはなく、トランスが1つだけで、その周りにたくさんの家があります。電流は高電圧から低電圧に変化するため、最高電圧はトランスで発生します。せいぜい（私が知っている限り）、古い変圧器はこの電圧が一定です。+/- 5％の範囲を完全に使用するには、tarnsformerの電圧は約+ 4/5％です。家に行く途中で、電圧は最大10％低下する可能性があり、-5％ではすべて問題ありません。現在、多くの太陽光発電がこの地域で消費されるよりも多くの電力を生成する場合、電力はトランスフォーマーを介してグリッドに入らなければなりません。まだ、電流は変圧器に向かって流れます。つまり、最高電圧ではなく最低電圧のポイントになります。したがって、電圧は簡単に高くなり、光起電装置をシャットダウンする必要があります（高電圧になると、この領域のすべての内蔵デバイスが損傷する可能性があります）。調整可能な変圧器を使用/インストールすることにより、この場合は問題なく、tarnsformerの電圧をたとえば-4％に調整するだけで済みます。しかし、それらは非常に高価です。
もう1つの良い例えは、フルスロットルで丘を登る車のような大きな（基本負荷）発電所を考えることができるということです。特定の速度（グリッド周波数）に達すると、その速度で無限にその速度を維持するために、ペダルを床に固定する必要があります。丘が水平になり始め、足を床に置いたままにすると、速度が上がります。速度を下げるには、ガスを持ち上げる必要があります。これは、グリッド周波数が増加し、発電量が減少するようなものです（ピークユニットはシャットダウンします）。一方、丘が急勾配になった場合（グリッドの負荷が増加した場合）、車の速度は低下します（周波数は低下します）が、既に全開になっています。スピードを取り戻すために今できることは、もう一度車を押すことです。それはライン上に来るピーキングユニットになります。