Netfrequentie-wiebelstroom

Waarom gaan de generators sneller draaien

Omdat ze minder belast worden. Bij gelijkblijvend ingaand mechanisch vermogen op de as (geleverd door de turbines), maar dalend afgenomen electrisch vermogen, zal het toerental toenemen.

Net als wanneer ik op de fiets zit en continu met 100W trap. Op het moment dat het berg-af gaat (i.e., dat de benenmotor minder zwaar belast wordt), neemt m'n trap-toerental toe.

Ik heb ooit een hometrainer omgebouwd met een electrische generator. Dat is de beste illustratie van het principe dat een mens kan krijgen: hoe heerlijk licht het trapt met een kleine belasting, en hoe zwaar het trapt met 300W aan halogeenlampen. En wat er gebeurt als plots omgeschakeld wordt van nullast naar vollast (het traptoerental zakt in elkaar, tot de fietser het bijregelt), en omgekeerd van vollast plots naar nullast, waarbij het traptoerental omhoog schiet (tot de fietser het weer bij kan regelen; dit bijregelen kost tijd.)

En hoe stuurt men dit bij?

Door de stokers in de kolencentrale opdracht te geven wat minder kolen op het vuur te scheppen. Of de regelstaven in de kerncentrale wat verder in te schuiven. Of ....

Maar dat zijn allemaal zaken die tijd kosten tot het systeem zich weer gestabiliseerd heeft, en in de tussentijd kan het toerental (en dus ook de netfrequentie) oplopen of inzakken.

Heeft iemand een iets diepzinniger technisch antwoord dan Grok?

Geen idee wat een Grok is, maar diepzinnig technisch zou ik m'n antwoord zeker niet willen noemen. Dan moeten de differentiaalvergelijkingen van stal gehaald worden. Zelf vind ik juist de simpele, direct te ervaren ervaringen, zoals met die hometrainer-generator, veel illustratiever. Een beetje de 'Jip-en-Janneke'-uitleg.

Ik zou bijna zeggen: probeer het zelf eens uit met een Wilesco stoommachientje. Laat het op druk komen. Druk met de vinger tegen het vliegwiel (toenemende belasting) en het toerental zal dalen. Neem de vinger weg (belasting wordt verlaagd) en het toerental zal weer toenemen.

Eigenlijk heel logisch, toch?

[Edit: en voor een echt diepzinnig technisch antwoord zou ik eerder een goed boek nemen, zie bijlage.]

Wat snap je niet precies?
Veruit de meeste elektriciteit wordt opgewekt door generatoren.

Die hangen aan een aandrijving:
Dat kan een verbrandingsmotor zijn (generator), maar ook een turbine (stoom) door het verbranden van iets of het vervallen van radioactief materiaal, maar kan ook door windmolens.

in elk geval geld:a ls er MINDER stroom afgenomen wordt, gaan ze allemaal harder draaien: vergelijk het met fietsen: Met wind mee ga je harder als met wind tegen.

Nu wil je altijd net zo hard blijven fietsen, dus heb je een paar opties:
andere versnelling kiezen of gewoon minder kracht zetten.

Dat doen we bij verbrandingsmotoren ook: we geven minder gas
bij stoomturbines, geven we minder stoom, maar dit is lastig, want een traag proces: de stoomketel mag niet smelten
Bij windmolens geeft men de wieken minder pitch.
Echter deze processen zijn niet direct: je kunt niet meteen bij of afschakelen, er is enige vertraging en wellicht zelfs overshoot.

Echter zonnepenlen KUNNEN niet zomaar minder gas geven, das beetje lastiger.

Maar nu even terug naar je vraag:
meer energiebronnen, maakt dat het lichter wordt. krachtigere energiebronnen zorgen voor minder last op de andere bronnen. Als jij in je eentjes sjouwt, of met een ander hangt het ervanaf hoe sterk die ander is, voor hoeveel jij moet tillen.

Grok is musk's variant op chatgpt.

Niet alleen de generatoren, maar ook alle motoren gaan sneller (*) draaien. Op een continent-breed elektriciteitsnet als waar wij op zitten is de hoeveelheid energie die daarin zit ENORM.

https://www.mainsfrequency.com/

Als ik het goed zie willen ze nu 158MW meer vermogen hebben... Er wordt 49.954 Hz gemeten op dit moment.

De mythe dat het alleen de generatoren zijn kan je blijkbaar ook op "mainsfrequency.com" lezen.

Haha! Een bericht, waarschijnlijk van voor 2015: juli 2012, geeft aan dat er vaak op de hele uren ineens een schommeling is. Dat komt dus onderandere omdat er meer mensen zijn die op basis van de energieprijzen (die op de hele uren kunnen veranderen) hun boiler in- of uitschakelen.

(*) of langzamer, zoals nu.

Zonnepanelen, maar ook windturbines, zijn volgers. Alleen de grote stoom aangedreven centrales bepalen de netfrequentie. Een windturbine maakt elektriciteit die gelijkgericht word, en die daarna met een zelfde soort omvormer als in de zonnepanelen techniek word gebruikt, in het net word "geduwd".
Ik heb me dit alles laten vertellen door een windturbine specialist.
Wat ik me wél afvraag: hoe groot mag het percentage "volgers" in het elektriciteitsnetwerk worden. We hebben het daar al eens lang geleden hier op het forum over gehad, de term "draaiend ijzer" kwam toen voorbij.
Ik vergelijk de netfrequentie weleens met een galeischip: die roeiers moesten toch echt wel elk de gewenste frequentie aanhouden. Die werd bepaald door een trommelslager. En als je niet voldoende meehielp, was er de zweep.

Alle zonnepaneelomvormers zouden wellicht via een 'moederklok' (GPS of langegolf) kunnen worden aangestuurd, en op die manier - rekening houdend met de faseverschuiving over de grote afstanden - als één geheel kunnen draaien. Daardoor kan je vermijden dat de netfrequentie weg kan lopen, of zelfs dat zíj de trommelaar worden.

Iedere omvormer op zich kan geen gewicht in de strijd gooien, maar samen 'wegen' ze heel wat.

[Bericht gewijzigd door Ledlover op woensdag 8 januari 2025 16:25:59 (33%)

Op woensdag 8 januari 2025 16:24:36 schreef Ledlover:
Alle zonnepaneelomvormers zouden wellicht via een 'moederklok' (GPS of langegolf) kunnen worden aangestuurd, en op die manier - rekening houdend met de faseverschuiving over de grote afstanden - als één geheel kunnen draaien.

Nee. Idioot plan. Gaat nooit werken.

Enerzijds, de zonneomvormers zijn gewoon spanning gestuurde stroombronnen. Dus dat ding heeft helemaal geen idee van de "fase" van het net en kan die niet beinvloeden.

Daarnaast, zoals ik dus al gemeld heb, zelfs als (vrijwel) alle generatoren uitstaan omdat het hartje zomer over een groot deel van europa zonnig is, dan nog is er een enorme hoeveelheid motoren die de frequentie vasthouden en kunnen "bufferen".

In theorie als de frequentie van 50 naar 49 zakt, dan is dat 2% minder snel. Alle motoren leveren dan 1/2 m v² ... 4% van de opgeslagen draaienergie terug aan het net. Als je het snel doet is dat daadwerkelijk teruglevering, als het langzaam gaat dan zie je het in precies die hoeveelheid energie die minder afgenomen wordt.

Op woensdag 8 januari 2025 16:00:40 schreef mvdk:
Wat ik me wél afvraag: hoe groot mag het percentage "volgers" in het elektriciteitsnetwerk worden. We hebben het daar al eens lang geleden hier op het forum over gehad, de term "draaiend ijzer" kwam toen voorbij.

Ik hou het op 100% "draaiend ijzer", dwz de aluminiumsmelterij in Delfzijl doet niet mee en je antieke synchroonklokje op je nachtkastje doet wel mee. En uiteraard motoren op frequentieomvormers doen ook niet mee.
Maar je hebt een probleem als iedereen tegelijk hun motoren uitzetten omdat het koffiepauze is.
Misschien toch een andere waarde. Altijd moet er meer vermogen uit het net opgenomen worden dan dat de volgers leveren, maar zonnepanelen worden afgeschakeld als de spanning te hoog wordt. Dat zou dus betekenen dat je eigenlijk onbeperkt zonnepanelen kunt plaatsen.

Op woensdag 8 januari 2025 19:12:51 schreef rew:
[...]Nee. Idioot plan. Gaat nooit werken.

Het kan wel als de zonnepanelen de mogelijkheid hebben om energie uit het net op te slaan, dus dat wordt een zonnepaneel/thuisbatterij-combinatie.

en dit hoeft niet eens in dit land te gebeuren, net zoals het exact 4 jaar terug ging op deze dag in roemenie, waar alle eigen centrales afgeschakeld werden en men maar op het koppelnet bleef draaien zonder communicatie met andere landen. ofwel er kwam toen ineens 3,8GW aan last bij op het europese koppelnet. toen zakte ook hier in NL ook de netfrequentie flink in en gingen klokken achter lopen. 3,8GW is dan ook half het verbruik van belgie op die dag. echter moest roemenie toen wel de opgenomen energie weer terugleveren. feitelijk als je dus je 50hZ klok niet al goed had gezet liep die na plm een paar weken toch weer goed omdat er ook een tijdje meer als 50hZ is geleverd om de te lage frequentie weer gelijk te trekken. dat ging toen maar net goed, het reserve vermogen van de EU was niet afdoende om die 3,8GW aan vermogen op te vangen, dus werd in italie en frankrijk in seconden 2400 MW afgeschakeld.

Op woensdag 8 januari 2025 14:54:39 schreef nonius:
[...]

Omdat ze minder belast worden. Bij gelijkblijvend ingaand mechanisch vermogen op de as (geleverd door de turbines), maar dalend afgenomen electrisch vermogen, zal het toerental toenemen.

Je verwijst hierbij dus naar een onvolkomendheid van de regeling van de generatoren. Dat geloof jezelf niet. Men zou de generatoren met de sturing nauwkeurig op hetzelfde toerental en faze kunnen houden.

Mijn inziens laat men bij een teveel aan energie het toerental bewust lichtjes toenemen. alle "roterende" verbruikers gaan dan meer energie afnemen, behalve de genratoren zelf, die nemen extra kinetische energie op.
Omgekeerd kan je bij een overbelasting het verbruik wat temperen door het toerental lichtjes te laten afnemen.

dit alles in beperkte mate en met beperkt regelbereik, net zoals je de inflatie tracht onder controle te houden door met de rente te spelen.

Ik vraag me toch af hoe dat in de toekomst gaat, naarmate er meer energie van zon en wind komt. Moet het draaiend ijzer van (nucleare of whatever) stoomturbines en waterkracht deze rol houden?

Op woensdag 8 januari 2025 15:23:32 schreef Ledlover:
Grok is musk's variant op chatgpt.

Die naam heeft ie niet zelf bedacht...

Heinlein, Stranger in a strange land (1961)

[Bericht gewijzigd door joopv op donderdag 9 januari 2025 00:51:15 (30%)

Op donderdag 9 januari 2025 00:17:24 schreef kris van damme:
Men zou de generatoren met de sturing nauwkeurig op hetzelfde toerental en faze kunnen houden.

Door het teveel aan stoom van de turbines te halen?
Of de temp. van de stoomketel omlaag te regelen?
Denk niet dat dat 1-2-3 zo snel kan.
Het momentaan toegevoerde mechanische vermogen op de generator as regel je niet meteen of zomaar terug daar zitten volgens mij afspraken en planningen en inschattingen achter voor het te leveren vermogen aan het net per tijdseenheid (dag of dagen) per centrale.

In principe is elk systeem een volger, ook een centrale.
Een enkele centrale is nooit sterk genoeg om de frequentie veel te beinvloeden.

Een centrale levert energie en probeert daarmee de frequentie te verhogen, maar heeft nooit genoeg power om dat daadwerkelijk voor elkaar te krijgen.

Daarnaast zijn er systemen die energie opnemen en daarmee proberen de frequentie omlaag te trekken.

Het probleem is nu om alle leveranciers samen exact in evenwicht te houden met alle afnemers samen.

Centrales kunnen 'gas' terugregelen als de frequentie te hoog dreigt te worden. Maar een centrale kan nooit lager dan 0 leveren. In dat geval gaat de generator als motor werken en dan wordt de stoomturbine door de generator aangedreven, en dat wil je niet.

Een zonne-omvormer kan niet anders dan kijken naar de net-frequentie en daar tegenaan duwen. Als de omvormer op een andere frequentie zou gaan draaien dan vliegen alle zekeringen om je oren. Wel of geen batterij maakt daarbij geen enkel verschil.

Mooi uitgelegd.
Zo heb ik het ook altijd begrepen, energie vraag en energie aanbod zo goed als mogelijk in balans houden door onderlinge afspraken en overleg tussen centrales en hun verbruikers / afnemers over of binnen een bepaalde periode. Een continu herhalend proces...

Op donderdag 9 januari 2025 00:53:21 schreef Bobosje:
[...]

Door het teveel aan stoom van de turbines te halen?
Of de temp. van de stoomketel omlaag te regelen?
Denk niet dat dat 1-2-3 zo snel kan.
Het momentaan toegevoerde mechanische vermogen op de generator as regel je niet meteen of zomaar terug daar zitten volgens mij afspraken en planningen en inschattingen achter voor het te leveren vermogen aan het net per tijdseenheid (dag of dagen) per centrale.

Het terugregelen van een centrale is een langzaam proces. Je kan "minder brandstof" in de ketel stoppen. Maar dan duurt het nogal een tijdje voordat eea goed afgekoeld is en er minder stoom gaat komen.

Je bent bij je auto gewend dat als je "gas terugneemt" dat je dan binnen 1s ook vaart begint te minderen. Als je je kookplaat terugdraait stopt het ook binnen een paar seconden met (over)koken. Op industriele schaal is alles veel langzamer: De buitenkant van de ketel moet zeg 500 graden zijn om de waterbak binnenin op 400 te houden. Die buitenkant kan beginnen met afkoelen als je de energietoevoor stopt, maar de binnenkant van 400 graden begint dan nog niet! Dat duurt effe. En dan zit je dus met oververhit water op 400 graden wat ook nog wel "effe" stoom wil blijven produceren. De ketel klapt als je zomaar een klep dichtzet. Dat kan dus niet.

Een gascentrale is 1 van de snelste: dat kan in iets van een kwartier tot een halfuur wat bijgeregeld worden. Andere centrales zijn langzamer.

Alle grote centrales krijgen dagelijks een richtfrequentie aangegeven. Dat kan 50,00 Hz zijn, maar ook b.v. 50,05 of 49,90. Hangt af van de verwachte belasting ne van het beschikbare opwekvermogen en van het weer.

Dat is dus de frequentie waar alle generatorsturingen op worden ingesteld
In de turbogeneratoren is een heleboel kinetische energie aanwezig. Als de belasting afneemt zal die kinetische energie leiden tot een toerentalverhoging. In eerste instantie zal de stoomregelklep van de turbine dan een stukje dicht worden gezet. Dat verhoogt de stoomdruk in de ketel, waarop de ketelregeling reageert door de branders terug te regelen.
Dat alles kost tijd. Geen uren, maar wel seconden tot minuten voordat alles weer stabiel is.

Er kunnen ook frequentiesprongen optreden door vermogensomkering. Dat gebeurt bij waterkrachtcentrales. Die putten uit een stuwmeer. Maar als er 's nachts weinig afname is, dan worden pompen ingezet om een deel van dat water weer omhoog het stuwmeer in te pompen. Het bijschakelen en afschakelen van die pompen veroorzaakt ook een frequentiesprong.

Op donderdag 9 januari 2025 00:35:56 schreef joopv:
Ik vraag me toch af hoe dat in de toekomst gaat, naarmate er meer energie van zon en wind komt. Moet het draaiend ijzer van (nucleare of whatever) stoomturbines en waterkracht deze rol houden?

Ik denk het niet. Met de voortschrijding van de (vermogens)electronica verwacht ik eigenlijk dat men overgaat op gelijkspanning. Ouderwetse synchroonklokken zijn er dan niet meer behalve in musea, dus daarvoor hoef je geen 50 of 60 Hz te handhaven. Je ziet nu al dat in de consumentenelectronica grote ijzeren transformatoren zijn vervangen door kleine goedkope omvormertjes.
Gelijkspanning heeft als groot voordeel dat bij dezelfde infrastructuur 40% meer vermogen over het (bestaande) electriciteitsnet vervoerd kan worden.

Hoe zie je dat voor je? Gelijkspanning op alle spanningsniveaus?
Ik zie het nog niet zo gauw gebeuren.

Gelijkspanning kan op hoog en misschien middenspanningsniveau, maar vereist wel een complete vervanging van alle transformatoren door omvormers, en alle zekeringen en schakelaars moeten vervangen worden door gelijkstroomgeschikte versies.

M.a.w. ik zie het niet binnen 50 jaar gebeuren. Wat wel realistisch is, is dat over zeg 15 jaar nieuw aan te leggen distributielijnen op gelijkspanning draaien met een omvormer aan beide kanten, waarbij in de loop van 50 a 100 jaar alles langzaam over gaat naar gelijkspanning met lokale omvormers om woningen te blijven voorzien van wisselspanning. In woningen zie ik het helemaal niet gauw veranderen van wissel naar gelijkstroom, vanwege het moeten vervangen van iedere meterkast, en op dit moment ongeveer de helft van alle huishoudelijke apparatuur. Alles met een synchroon of asynchroonmotortje (koelkasten, magnetrons, ventilatoren, CV's) en alles met traditionele transformator (versterkers, radio's, magnetrons...) of ballast (naar LED omgebouwde TL verlichting) of condensatorvoeding (een aanzienlijk deel van de pas geïnstalleerde led verlichting, koffiezetters, standby voedingen) moet immers vervangen worden.

Mensen beginnen al te mekkeren als ze een nieuw fornuis moeten kopen als je van het gas af moet. Laat staan als dat bedrag x10 moet worden uitgegeven aan nieuwe apparatuur.

Het kan allemaal alleen als de harde eis wordt gesteld dat ieder nieuw geproduceerd apparaat en iedere nieuwe meterkast geschikt is voor gelijkstroom, en dat je misschien over 50-100 jaar nog maar 5% aan niet gelijkspanningsgeschikte apparatuur in huis hebt.

Op donderdag 9 januari 2025 10:48:05 schreef ohm pi:
Je ziet nu al dat in de consumentenelectronica grote ijzeren transformatoren zijn vervangen door kleine goedkope omvormertjes.
.

die omslag is al minstens 30 jaar aan de gang, idd prijs.

Op donderdag 9 januari 2025 10:48:05 schreef ohm pi:

Gelijkspanning heeft als groot voordeel dat bij dezelfde infrastructuur 40% meer vermogen over het (bestaande) electriciteitsnet vervoerd kan worden.

het heeft naast dat voordeel ook een paar ernstige nadelen, ik zie het aan de laagspanningskant nog niet direct gebeuren. Aan de productiezijde, das een ander verhaal. DC wordt al sinds jaar en dag toegepast voor transport over hele lange afstanden. En als ik me niet vergis nu ook transport van windparken op zee? (of het zit eraan te komen)

Op donderdag 9 januari 2025 10:42:46 schreef KlaasZ:
In de turbogeneratoren is een heleboel kinetische energie aanwezig. Als de belasting afneemt zal die kinetische energie leiden tot een toerentalverhoging.

Volgens mij kan dit niet. Ze gaan wel sneller draaien door gelijkblijvende stoomdruk, maar de kinetische energie zal zichzelf niet versnellen.

Netgekoppeld in NL.
Dan is een frekwentie-wiebeling uitgesloten.

Op donderdag 9 januari 2025 19:15:12 schreef maus0611:
Volgens mij kan dit niet. Ze gaan wel sneller draaien door gelijkblijvende stoomdruk, maar de kinetische energie zal zichzelf niet versnellen.

Je hebt gelijk. Ik heb het verkeerd omschreven.
Als de elektrische belasting vermindert stijgt het toerental doordat de stoomdoorstroming nog blijft. Die moet verminderd worden door de regelklep een stukje dichter te zetten.

Op woensdag 8 januari 2025 14:56:42 schreef High met Henk:
Echter zonnepenlen KUNNEN niet zomaar minder gas geven, das beetje lastiger.

Integendeel, zonnepanelen zijn de snelst regelbare elektriciteitsbron die we kennen. Zelfs een windmolen kun je niet binnen een netperiode uitschakelen.

Extra voordeel van omvormers (zowel wind als zon) is dat ze blindstroom kunnen levereren/opnemen, waardoor ze de power factor kunnen corrigeren. Dat gaat je met draaiend ijzer nooit lukken.

Probleem is dat er nog geen goed regelsysteem is voor al die losse PV invertertjes die overal bij de mensen thuis hangen is.

Er zijn wel ontwikkelingen, zowel in het frequentie-afhangelijke maken van inverters (minder vermogen leveren als de frequentie hoger word), als in controle vanuit het net. (DERD etc).

Alleen: Het is nu nog beperkt tot de grotere zonneparken en windparken, en het is nieuw, onbekent en netwerkbeheerders zijn (terecht) voorzichtig met zomaar nieuwe technologie implementeren.