บริการเสริม

บริการเสริมคือ บริการที่จำเป็นต่อการสนับสนุนการส่งกระแสไฟฟ้าจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ไปยังผู้บริโภค โดยคำนึงถึงภาระผูกพันของเขตควบคุมและหน่วยงานส่งกระแสไฟฟ้าภายในเขตควบคุมเหล่านั้น ในการรักษาการทำงานที่เชื่อถือได้ของ ระบบส่งกระแสไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกัน

"บริการเสริมคือบริการทั้งหมดที่ผู้ดำเนินการระบบส่งหรือจำหน่ายไฟฟ้าต้องการเพื่อให้สามารถรักษาความสมบูรณ์และเสถียรภาพของระบบส่งหรือจำหน่ายไฟฟ้า ตลอดจนคุณภาพของพลังงานได้" ^{[ 1 ]}

บริการเสริมคือบริการและฟังก์ชันเฉพาะที่จัดหาโดยผู้เกี่ยวข้องภายในโครงข่ายไฟฟ้าซึ่งอำนวยความสะดวกและสนับสนุนการไหลของไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ความต้องการพลังงานไฟฟ้าได้รับการตอบสนองแบบเรียลไทม์ คำว่าบริการเสริมใช้เพื่ออ้างถึงการดำเนินงานที่หลากหลายนอกเหนือจากการผลิตและการส่งกระแสไฟฟ้า ซึ่งจำเป็นต่อการรักษาเสถียรภาพและความปลอดภัยของโครงข่าย บริการเหล่านี้โดยทั่วไปรวมถึงการควบคุมกำลังไฟฟ้าแอคทีฟหรือการควบคุมความถี่ และการควบคุมกำลังไฟฟ้าเชิงปฏิกิริยาหรือการควบคุมแรงดันไฟฟ้า ในช่วงเวลาต่างๆ ตามธรรมเนียมแล้ว บริการเสริมจะจัดหาโดยหน่วยการผลิตขนาดใหญ่ เช่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสด้วยการบูรณาการการผลิตที่ไม่ต่อเนื่องมากขึ้นและการพัฒนา เทคโนโลยี โครงข่ายไฟฟ้าอัจฉริยะการจัดหาบริการเสริมจึงขยายไปยัง หน่วย การผลิตและการบริโภค แบบกระจายขนาดเล็ก ^{[ 2 ]}

ประเภทของบริการเสริม

บริการเสริมสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภทหลักๆ ดังนี้:

ที่เกี่ยวข้องกับความถี่: ความเฉื่อย , การควบคุมความถี่หลัก เช่น ความถี่สำรองเพื่อการคงไว้ (Frequency Containment Reserve: FCR), การควบคุมความถี่รอง เช่น ความถี่สำรองเพื่อการฟื้นฟู (Frequency Restoration Reserve: FRR)
ด้านที่ไม่เกี่ยวข้องกับความถี่: การควบคุมกำลังไฟฟ้าเชิงปฏิกิริยาและแรงดันไฟฟ้าและการจัดการความแออัด

บริการเสริมประเภทอื่นๆ ได้แก่:

การรีสตาร์ทระบบ
การจัดตารางเวลาและการจัดส่ง
ค่าชดเชยความเสียหาย
โหลดต่อไปนี้
การป้องกันระบบ
ความไม่สมดุลของพลังงาน

การควบคุมความถี่

ความถี่ของกระแสไฟฟ้ามีความเชื่อมโยงโดยตรงกับความสมดุลของการบริโภคและการผลิตพลังงานไฟฟ้า ( $\Delta P=P_{generation}-P_{consume}$ ) และพลังงานการหมุนทั้งหมด ( $W_{tot,kin}$ ) ของระบบไฟฟ้าแบบซิงโครนัส ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของ $\Delta P$ ความถี่ในเบื้องต้น (ก่อนที่จะมีการดำเนินการแก้ไขใดๆ) จะเปลี่ยนแปลงไปตามสมการต่อไปนี้:

${\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot W_{kin}}}$

สามารถเขียนสมการใหม่ได้โดยใช้ค่าคงที่ความเฉื่อยแบบนอร์มาไลซ์ $H$ :

${\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot H\cdot S}}$

ที่ไหน $S$ คือการแลกเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าทั้งหมด และ $H$ คือค่าคงที่ความเฉื่อยปกติของระบบ^{[ 3 ]} ระบบที่มีพลังงานจลน์การหมุนรวมน้อยจะมีความไวต่อการเบี่ยงเบนใน มากขึ้น $\Delta P$ เนื่องจากอนุพันธ์ของความถี่จะได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญมากขึ้น

เนื่องจากความเฉื่อยโดยรวมของโครงข่ายซิงโครนัสลดลงเนื่องจากการบูรณาการแหล่งผลิตพลังงานหมุนเวียนที่เพิ่มขึ้น วิธีการและข้อกำหนดสำหรับการเปิดใช้งานหน่วยผลิตพลังงานแบบใช้ตัวแปลงเพื่อควบคุมความถี่ของโครงข่ายด้วยความเร็วและความแม่นยำที่มากขึ้นจึงมีความสำคัญมากขึ้น^{[ 4 ]}

การควบคุมความถี่หมายถึงความจำเป็นในการตรวจสอบให้แน่ใจว่าความถี่ของโครงข่ายไฟฟ้ายังคงอยู่ในช่วงความถี่ที่กำหนด ความไม่สอดคล้องกันระหว่างการผลิตไฟฟ้าและความต้องการทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงความถี่ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีบริการควบคุมเพื่อนำความถี่กลับมาสู่ค่าที่กำหนดและตรวจสอบให้แน่ใจว่าความถี่ไม่เปลี่ยนแปลงออกนอกช่วง^{[ 5 ]}

ถ้าเรามีกราฟแสดงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยที่ความถี่อยู่บนแกนตั้ง และกำลังอยู่บนแกนนอน:

$slope=-R={\frac {\Delta f}{\Delta P_{m}}}$

โดยที่ P mคือการเปลี่ยนแปลงกำลังของระบบ ถ้าเรามีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายเครื่อง แต่ละเครื่องอาจมีค่า R ของตัวเอง ค่าเบต้าสามารถหาได้โดย:

$\beta ={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}$

การเปลี่ยนแปลงความถี่เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงกำลังไฟฟ้าสามารถหาได้จากสูตร:

$\Delta f={\frac {\Delta P_{m}}{\beta }}$

สมการง่ายๆ นี้สามารถจัดเรียงใหม่เพื่อหาการเปลี่ยนแปลงของกำลังที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่กำหนด^{[ 6 ]}

การควบคุมกำลังไฟฟ้าเชิงปฏิกิริยาและแรงดันไฟฟ้า

อุปกรณ์ไฟฟ้าของผู้บริโภคคาดหวังแรงดันไฟฟ้าที่อยู่ในช่วงที่กำหนด และหน่วยงานกำกับดูแลกำหนดให้แรงดันไฟฟ้าต้องอยู่ในช่วงเปอร์เซ็นต์ที่กำหนดของแรงดันไฟฟ้าที่ระบุ (ตัวอย่างเช่น ในสหรัฐอเมริกาคือ ±5%)

กำลังปฏิกิริยาสามารถใช้เพื่อชดเชยแรงดันตกได้ แต่ต้องจัดหาให้ใกล้กับโหลดมากกว่าความต้องการกำลังจริง (เนื่องจากกำลังปฏิกิริยามีแนวโน้มที่จะเดินทางผ่านโครงข่ายได้ไม่ดี) โปรดทราบว่าสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้โดยใช้แท็ปหม้อแปลงและตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าด้วย^{[ 7 ]}

การจัดตารางเวลาและการจัดส่ง

การวางแผนและการจ่ายพลังงานมีความจำเป็น เนื่องจากระบบไฟฟ้าส่วนใหญ่แทบไม่มีการจัดเก็บพลังงาน ดังนั้นในทุกขณะ พลังงานที่เข้าสู่ระบบ (ผลิตโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) จะต้องเท่ากับพลังงานที่ออกจากระบบ (ความต้องการจากผู้บริโภค) เนื่องจากการผลิตต้องตรงกับความต้องการอย่างใกล้ชิด การวางแผนและการจ่ายพลังงานอย่างรอบคอบจึงเป็นสิ่งจำเป็น

โดยปกติแล้ว บริการเหล่านี้จะดำเนินการโดยผู้ควบคุมระบบอิสระหรือผู้ควบคุมระบบส่งไฟฟ้าซึ่งทั้งสองบริการนี้มีหน้าที่ในการควบคุมและประสานงานหน่วยผลิตและส่งไฟฟ้า เพื่อรักษาระดับความน่าเชื่อถือของโครงข่ายไฟฟ้า

การวางแผนตารางเวลาหมายถึงการดำเนินการล่วงหน้า (เช่น การวางแผนให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าผลิตพลังงานในปริมาณที่กำหนดในสัปดาห์ถัดไป) ในขณะที่การจ่ายพลังงานหมายถึงการควบคุมทรัพยากรที่มีอยู่แบบเรียลไทม์

เงินสำรองในการดำเนินงาน

เนื่องจากการผลิตและความต้องการต้องสอดคล้องกันอย่างสมบูรณ์แบบ (ดูหัวข้อ การวางแผนและการจัดส่ง ) ปริมาณสำรองในการดำเนินงานจึงช่วยชดเชยส่วนที่ขาดหายไปเมื่อการผลิตต่ำเกินไป

กำลัง การผลิตสำรอง (Operating Reserve)คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่สามารถเรียกใช้งานได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้มั่นใจว่ามีการผลิตพลังงานเพียงพอต่อความต้องการใช้ไฟฟ้า กำลังการผลิตสำรองแบบหมุนเวียน (Spinning Reserve)คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เปิดใช้งานอยู่แล้วและสามารถเพิ่มกำลังการผลิตได้อย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของความต้องการอย่างรวดเร็ว กำลังการผลิตสำรองแบบหมุนเวียนมีความจำเป็นเนื่องจากความต้องการสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในระยะเวลาสั้นๆ และจำเป็นต้องมีการตอบสนองอย่างรวดเร็ว กำลังการผลิตสำรองอื่นๆ คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผู้ควบคุมสามารถเรียกใช้งานได้เพื่อตอบสนองความต้องการ แต่ไม่สามารถตอบสนองได้เร็วเท่ากับกำลังการผลิตสำรองแบบหมุนเวียน และระบบจัดเก็บพลังงานแบตเตอรี่ของโครงข่ายไฟฟ้าที่สามารถตอบสนองได้ภายในไม่กี่มิลลิวินาที ซึ่งโดยทั่วไปเร็วกว่ากำลังการผลิตสำรองแบบหมุนเวียนเสียอีก

การผลิตพลังงานหมุนเวียน

การบูรณาการการผลิตพลังงานหมุนเวียนเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้าพร้อมกันนั้น จำเป็นต้องมีบริการเสริมเพิ่มเติม และมีศักยภาพที่จะให้บริการเสริมแก่โครงข่ายไฟฟ้าได้ อินเวอร์เตอร์ที่ติดตั้งในระบบผลิตไฟฟ้าแบบกระจายและระบบโซลาร์เซลล์บนหลังคา มีศักยภาพที่จะให้บริการเสริมหลายอย่างที่แต่เดิมให้บริการโดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบหมุนและตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า บริการเหล่านี้รวมถึงการชดเชยกำลังไฟฟ้าเชิงปฏิกิริยา การควบคุมแรงดันไฟฟ้า การควบคุมการกระพริบ การกรองกำลังไฟฟ้าแอคทีฟ และการยกเลิกฮาร์มอนิก^{[ 8 ]}กังหันลมที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบปรับความเร็วได้ มีศักยภาพที่จะเพิ่มความเฉื่อยสังเคราะห์ให้กับโครงข่ายไฟฟ้าและช่วยในการควบคุมความถี่^{[ 9 ]}^{[ 10 ]}^{[ 11 ]} CAISOได้ทดสอบซิงโครนอินเวอร์เตอร์ของฟาร์มกังหันลม Tule ขนาด 131 เมกะวัตต์ในปี 2018 และพบว่าสามารถให้บริการโครงข่ายไฟฟ้าบางอย่างได้คล้ายคลึงหรือดีกว่าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบดั้งเดิม^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} Hydro-Québec เริ่มกำหนดให้ใช้ความเฉื่อยสังเคราะห์ในปี 2548 ในฐานะผู้ดำเนินการโครงข่ายไฟฟ้ารายแรก โดยเรียกร้องให้มีการเพิ่มกำลังไฟฟ้าชั่วคราว 6% เมื่อแก้ไขปัญหาการลดลงของความถี่โดย การรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังเข้ากับความเฉื่อยในการหมุนของใบพัดกังหันลม^{[ 14 ]}ข้อกำหนดที่คล้ายกันนี้มีผลบังคับใช้ในยุโรปในปี 2559 ^{[ 15 ]}

รถยนต์ไฟฟ้า

รถยนต์ไฟฟ้าแบบเสียบปลั๊กมีศักยภาพที่จะนำมาใช้เพื่อให้บริการเสริมแก่โครงข่ายไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งการควบคุมโหลดและการสำรองพลังงาน รถยนต์ไฟฟ้าแบบเสียบปลั๊กสามารถทำหน้าที่เหมือนการจัดเก็บพลังงานแบบกระจาย และมีศักยภาพที่จะส่งพลังงานกลับคืนสู่โครงข่ายไฟฟ้าผ่านการไหลแบบสองทิศทาง ซึ่งเรียกว่า ยานพาหนะสู่โครงข่ายไฟฟ้า (V2G) รถยนต์ไฟฟ้าแบบเสียบปลั๊กมีความสามารถในการจ่ายพลังงานในอัตราที่รวดเร็ว ซึ่งทำให้สามารถใช้เป็นแหล่งสำรองพลังงานและสร้างเสถียรภาพให้กับโครงข่ายไฟฟ้าด้วยการใช้งานการผลิตพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องเพิ่มมากขึ้น เช่น พลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ จากการศึกษาที่อ้างถึงในเอกสารอ้างอิง^{[ 16 ]}ซึ่งเปรียบเทียบผลกำไรของการให้บริการเสริมสำรองการดำเนินงานกับการขายพลังงาน V2G จากกลุ่มยานพาหนะ พบว่าการให้บริการควบคุมสำรองการดำเนินงานมีกำไรมากกว่าการขายพลังงาน V2G เพียงอย่างเดียว อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีในการใช้รถยนต์ไฟฟ้าเพื่อให้บริการเสริมยังไม่ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย แต่มีความคาดหวังอย่างมากถึงศักยภาพของเทคโนโลยีเหล่านี้^{[ 17 ]}^{[ 18 ]}

ดูเพิ่มเติม

แหล่งที่มา

คณะกรรมการกำกับดูแลพลังงานแห่งสหรัฐอเมริกา พ.ศ. 2538 การส่งเสริมการแข่งขันในระดับค้าส่งผ่านบริการส่งไฟฟ้าแบบเปิดกว้างและไม่เลือกปฏิบัติโดยหน่วยงานสาธารณูปโภค หมายเลขเอกสาร RM95-8-000 วอชิงตัน ดี.ซี. 29 มีนาคม
E. Hirst และ B. Kirby, “บริการเสริม,” ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์, รายงานทางเทคนิค ORNL/CON 310, กุมภาพันธ์ 1996. https://web.archive.org/web/20150225160053/http://web.ornl.gov/~webworks/cpr/rpt/84170.pdf
ฝ่ายปฏิบัติการ ตลาดซื้อขายไฟฟ้า “คู่มือบริการเสริมในตลาดไฟฟ้าแห่งชาติ” (2010)
ARENAWIRE, “บริการเสริมควบคุมความถี่คืออะไร?” กุมภาพันธ์ 1996. https://arena.gov.au/blog/what-is-frequency-control-ancillary-services/
Xu, Chengjian; Behrens, Paul; Gasper, Paul; Smith, Kandler; Hu, Mingming; Tukker, Arnold; Steubing, Bernhard (2023-01-17). "แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าเพียงอย่างเดียวสามารถตอบสนองความต้องการการจัดเก็บพลังงานระยะสั้นของโครงข่ายได้เร็วที่สุดในปี 2030" (PDF) Nature Communications . 14 (1) 119. Bibcode : 2023NatCo..14..119X . doi : 10.1038/s41467-022-35393-0 . ISSN 2041-1723 . PMC 9845221 . PMID 36650136 . สืบค้นเมื่อ2025-04-14 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]