विद्युत ग्रिड: Difference between revisions

Revision as of 20:48, 14 February 2023

बिजली नेटवर्क का सामान्य लेआउट। विद्युत लाइनों के वोल्टेज और चित्रण जर्मनी और अन्य यूरोपीय पद्धतियों के लिए विशिष्ट हैं।

विद्युत ग्रिड उत्पादकों से उपभोक्ताओं तक बिजली वितरण के लिए एक परस्पर जुड़ा हुआ नेटवरक हैं। विद्युत ग्रिड आकार में भिन्न होते हैं और पूरे देश या महाद्वीपों में फैले हुए हैं। इनमें समिलित हैं:^[1]

पावर स्टेशन: यह प्रायः ऊर्जा के पास और भारी आबादी वाले क्षेत्रों से दूर स्थित होते हैं
विद्युत सबस्टेशन: यह वोल्टेज को बढ़ाने या घटाने के लिए उपयोग किए जाते है
लंबी दूरी तक बिजली ले जाने के लिए विद्युत शक्ति संचरण का उपयोग किया जाता है
अलग-अलग उपभोक्ताओं को बिजली ऊर्जा वितरण करना, जिससे वोल्टेज को फिर से आवश्यक सेवा वोल्टेज तक ले जाया जाता है।

ग्रिड लगभग सदैव तुल्यकालिक ही होते हैं, जिसका अर्थ है कि सभी वितरण क्षेत्र तीन चरण प्रत्यावर्ती धारा (AC) आवृत्तियों के साथ समक्रमिक होते हैं (ताकि वोल्टेज में वृद्धि और कमी लगभग एक ही समय में हो)। यह पूरे क्षेत्र में AC बिजली के संचरण की अनुमति देता है, बड़ी संख्या में बिजली जनरेटर और उपभोक्ताओं को जोड़ता है और संभावित रूप से अधिक कुशल बिजली बाजारों और अनावश्यक उत्पादन को सक्षम करता है।

संयुक्त संचरण और वितरण नेटवर्क बिजली वितरण का एक हिस्सा है, जिसे उत्तरी अमेरिका में "पावर ग्रिड" या "ग्रिड" के रूप में जाना जाता है। यूनाइटेड किंगडम, भारत, तंजानिया, म्यांमार, मलेशिया और न्यूजीलैंड में, इस नेटवर्क को राष्ट्रीय ग्रिड के रूप में जाना जाता है।

यद्यपि विद्युत ग्रिड दूर दूर तक फैला हुआ हैं, दुनिया भर में 1.4 अरब लोग विद्युत ग्रिड से जुड़े नहीं थे।^[2] जैसे-जैसे विद्युतीकरण बढ़ता गया, विद्युत ग्रिड तक पहुंच रखने वाले लोगों की संख्या भी बढ़ती गयी। 2017 में लगभग 840 मिलियन लोगों (ज्यादातर अफ्रीका में) की बिजली ग्रिड तक पहुंच नहीं थी, जो 2010 में 1.2 बिलियन से कम थी।^[3]

विद्युत ग्रिड दुर्भावनापूर्ण घुसपैठ या हमले के लिए प्रवण हो सकते हैं; इसलिए, विद्युत ग्रिड को सुरक्षा की आवश्यकता है। जैसे-जैसे विद्युत ग्रिड कंप्यूटर प्रौद्योगिकी का आधुनिकीकरण और परिचय दे रहे है, साइबर खतरे सुरक्षा के लिए खतरनाक स्थिति उत्पन्न करने लगे हैं।^[4] ग्रिड को प्रबंधित करने के लिए अधिक जटिल कंप्यूटर सिस्टम की आवश्यकता होती हैं।^[5]

इतिहास

ऊर्जा की आवश्यकता वाले उपकरण में प्रारंभिक विद्युत ऊर्जा का उत्पादन किया गया। 1880 के दशक में, बिजली ने भाप, जलगति विज्ञान और विशेष रूप से कोयला गैस के साथ प्रतिस्पर्धा की। कोयला गैस का उत्पादन पहले ग्राहक के परिसर में किया जाता था, लेकिन बाद में यह गैसीकरण के रूप में विकसित हुआ, जिसने बड़े मापदण्ड में अर्थव्यवस्थाओं का आनंद लिया। औद्योगिक दुनिया में, शहरों में पाइप गैस का नेटवर्क था, जिसका उपयोग प्रकाश व्यवस्था के लिए किया जाता था। लेकिन गैस लैंप खराब रोशनी पैदा करते थे, गर्मी बर्बाद करते थे, कमरे को गर्म और धुएँ से भर देते थे और हाइड्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड छोड़ते थे। गैस लैंपों से आग का खतरा भी पैदा हुआ। 1880 के दशक में विद्युतीय लाइटिंग जल्द ही गैस लाइटिंग की तुलना में लाभदायक प्रमाणित हुई।

विद्युत उपयोगी कंपनियों ने बड़े मापदण्ड में अर्थव्यवस्थाओं का लाभ उठाने के लिए केंद्रीय स्टेशन (बिजली) की स्थापना की और केंद्रीकृत बिजली उत्पादन, वितरण और प्रबंधन को स्थानांतरित कर दिया।^[6] करंट के युद्ध के बाद AC पावर के पक्ष में निर्णय निकला, जिससे लंबी दूरी की बिजली संचरण के साथ भार को संतुलित करने और भार कारकों में सुधार करने के लिए स्टेशनों को आपस में जोड़ना संभव हो गया था। ऐतिहासिक रूप से, संचार और वितरण लाइनों का स्वामित्व एक ही कंपनी के पास था, लेकिन 1990 के दशक से प्रारम्भ होकर, कई देशों में विद्युत उदारीकरण ने बिजली बाजार के विनियमन को इस तरह से लागू किया, जिससे बिजली वितरण व्यवसाय से बिजली संचरण व्यवसाय अलग हो गए।^[7]

यूनाइटेड किंगडम में, मर्ज़ एंड मैकलेन कंसल्टिंग पार्टनरशिप के चार्ल्स मेर्ज़ ने 1901 में न्यूकैसल अपॉन टाइन के पास नेप्च्यून बैंक पावर स्टेशन का निर्माण किया,^[8] जो 1912 तक यूरोप में सबसे बड़ी एकीकृत बिजली व्यवस्था में विकसित हो गया था।^[9] मेर्ज़ को एक संसदीय समिति का प्रमुख नियुक्त किया गया था और उनके निष्कर्षों ने 1918 की विलियमसन रिपोर्ट का नेतृत्व किया, जिसने बदले में विद्युत (आपूर्ति) अधिनियम 1919 बनाया। बिल एक एकीकृत बिजली पद्धति की दिशा में पहला कदम था। विद्युत (आपूर्ति) अधिनियम 1926 ने राष्ट्रीय ग्रिड की स्थापना का नेतृत्व किया।^[10] केंद्रीय विद्युत बोर्ड ने देश की बिजली आपूर्ति का मानकीकरण किया और 132 किलोवोल्ट और 50 हर्ट्ज़ पर चलने वाली पहली समक्रमण AC ग्रिड की स्थापना की। इन्होंने 1938 में एक राष्ट्रीय पद्धति, नेशनल ग्रिड (यूके) के रूप में काम करना प्रारम्भ किया।

1920 के दशक में संयुक्त राज्य अमेरिका में, विद्युत उपयोगी कंपनी ने अत्यधिक लोड क्षेत्र और विच्छेद शक्ति साझा करने के लिए संयुक्त संचालन का गठन किया। 1934 में, सार्वजनिक उपयोगी होल्डिंग कंपनी एक्ट (USA) के साथ, विद्युत उपयोगिताओं को सार्वजनिक माल के महत्व के रूप में मान्यता दी गई थी और उन्हें उनके संचालन की रूपरेखा प्रतिबंध और नियामक निरीक्षण दिया गया था। 1992 के ऊर्जा नीति अधिनियम में विद्युत उत्पादन कंपनियों को अपने नेटवर्क तक खुली पहुंच की अनुमति देने के लिए संचरण लाइन मालिकों की आवश्यकता थी^[6]^[11] और बिजली उत्पादन में प्रतिस्पर्धा पैदा करने के प्रयास में बिजली उद्योग कैसे संचालित होता है, इसके पुनर्गठन का नेतृत्व किया। अब विद्युत उपयोगिताओं को एकाधिकार के रूप में नहीं बनाया गया था, जहां एक ही कंपनी द्वारा उत्पादन, संचरण और वितरण का संचालन किया जाता था। अब, उच्च वोल्टेज संचरण तक उचित पहुंच प्रदान करने के प्रयास में, तीन चरणों को विभिन्न कंपनियों के बीच विभाजित किया जा सकता है।^[12]^: 21 2005 के ऊर्जा नीति अधिनियम ने वैकल्पिक ऊर्जा उत्पादन के लिए प्रोत्साहन और ऋण गारंटी की अनुमति दी और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन से बचने वाली नवीन तकनीकों को आगे बढ़ाया।

फ़्रांस में विद्युतीकरण 1900 के दशक में प्रारम्भ हुआ, 1919 में 700 कम्यून्स के साथ और 1938 में 36,528 कम्यून्स के साथ फ्रांस में विद्युतीकरण की शुरुआत हुई। उस समय, नज़दीकी देशों के नेटवर्क आपस में जुड़ने लगे: 1907 में 12 kV पर पेरिस, 1923 में 150 kV पर पाइरेनीस, और अंततः लगभग पूरा देश 1938 तक 220 kV पर आपस में जुड़ गया। उस वर्ष राज्य ने निजी कंपनियों को इलेक्ट्रिसाइट डी फ्रांस के रूप में एकजुट करके उद्योग का राष्ट्रीयकरण किया। आवृत्ति को 50 Hz पर मानकीकृत किया गया था, और 110 kV और 120 kV नेटवर्क को 225 kV पर बदल दिया गया। 1956 से, सेवा वोल्टेज को 220/380 V पर मानकीकृत किया गया, जो पिछले 127/220 V को प्रतिस्थापित करता है। 1970 के दशक के दौरान, 400 kV नेटवर्क और नया यूरोपीय मानक लागू किया गया था।

चीन में, विद्युतीकरण 1950 के दशक में प्रारम्भ हुआ।^[13] अगस्त 1961 में, बाओचेंग रेलवे के बाओजी-फेंग्झौ खंड का विद्युतीकरण पूरा हुआ और संचालन के लिए वितरित किया गया, जो चीन का पहला विद्युतीकृत रेलवे बन गया।^[14] 1958 से 1998 तक, चीन का विद्युतीकृत रेलवे 6,200 मील (10,000 किलोमीटर) तक पहुंच गया।^[15] 2017 के अंत तक यह संख्या 54,000 मील (87,000 किलोमीटर) तक पहुंच गई थी।^[16] चीन की वर्तमान रेलवे विद्युतीकरण पद्धति में, State Grid Corporation of China एक महत्वपूर्ण बिजली आपूर्तिकर्ता है। 2019 में, इसने अपने परिचालन क्षेत्रों में चीन के महत्वपूर्ण विद्युतीकृत रेलवे की बिजली आपूर्ति परियोजना को पूरा किया, जैसे कि जिंगटोंग रेलवे, हाओजी रेलवे, झेंग्झौ-वानझोउ हाई-स्पीड रेलवे आदि 110 ट्रैक्शन स्टेशनों के लिए बिजली आपूर्ति की गारंटी प्रदान करना, और इसके संचयी बिजली लाइन निर्माण की लंबाई 6,586 किलोमीटर तक पहुंच गई।^[17]

अवयव

पीढ़ी

टर्बो जनरेटर

एक विद्युत शक्ति पद्धति का आकृति, उत्पादन पद्धति लाल रंग में

बिजली उत्पादन समान्यतः बिजली स्टेशनों पर प्राथमिक ऊर्जा के स्रोतों से बिजली पैदा करने की प्रक्रिया है। समान्यतः यह ताप इंजनों द्वारा संचालित इलेक्ट्रोमैकेनिकल इलेक्ट्रिक जनरेटर या पानी या हवा की गतिज ऊर्जा के साथ किया जाता है। अन्य ऊर्जा स्रोतों में सौर फोटोवोल्टीय और भूतापीय शक्ति समिलित हैं।

ग्रिड पर जनरेटर के बिजली उत्पादन का योग ग्रिड का उत्पादन है, जिसे समान्यतः गीगावाट (GW) में मापा जाता है।

संचरण

ग्रांड कुली डैम में 500 केवी तीन-चरण विद्युत संचार लाइनें; चार सर्किट दिखाए गए हैं; दो अतिरिक्त सर्किट दाईं ओर के पेड़ों द्वारा अस्पष्ट हैं; बांध की संपूर्ण 7079 मेगावाट (MW) उत्पादन क्षमता इन छह सर्किटों द्वारा समायोजित की जाती है।

विद्युत शक्ति संचरण एक विद्युत सबस्टेशन के एक वेब के माध्यम से, एक उत्पादन स्थल से विद्युत ऊर्जा का थोक संचलन है, जो वितरण पद्धति से जुड़ा है। कनेक्शनों की यह नेटवर्कयुक्त पद्धति हाई-वोल्टेज सबस्टेशनों और ग्राहकों के बीच स्थानीय वायरिंग से अलग है।

क्योंकि बिजली प्रायः जहां खपत की जाती है, वहां से दूर पैदा होती है, संचरण पद्धति काफी दूरी तय कर सकता है। बिजली की दी गई मात्रा के लिए, उच्च वोल्टेज और कम धाराओं पर संचरण दक्षता अधिक होती है। इसलिए, ग्राहकों तक विद्युत वितरण के लिए उत्पादन स्टेशन पर वोल्टेज बढ़ाई जाती हैं, और स्थानीय सबस्टेशनों पर कम कि जाती है।

अधिकांश संचरण तीन-चरण में ही होता है। एकल फेज की तुलना में, तीन फेज तार की दी गई मात्रा के लिए अधिक शक्ति प्रदान कर सकता है, क्योंकि तटस्थ और जमीनी तार सांझा किए जाते हैं।^[18] इसके अतिरिक्त, तीन-चरण जनरेटर और मोटर्स अपने एकल-चरण समकक्षों की तुलना में अधिक कुशल होते हैं।

हालांकि, पारंपरिक कंडक्टरों के लिए मुख्य नुकसान में से एक प्रतिरोधक नुकसान करंट पर वर्ग नियम है, और वह दूरी पर निर्भर करता है। उच्च वोल्टेज AC संचरण लाइनें प्रति सौ मील पर 1-4% वोल्टेज खो सकती हैं।^[19] हालांकि, उच्च-वोल्टेज डायरेक्ट करंट से AC की तुलना में कम नुकसान हो सकते हैं। बहुत लंबी दूरी पर, ये क्षमताएं प्रत्येक छोर पर आवश्यक AC/DC परिवर्तक स्टेशनों की अतिरिक्त लागत को संतुलित कर सकती हैं।

एक उच्च वोल्टेज संचरण सिस्टम का नेटवर्क आकृति, विभिन्न वोल्टेज स्तरों के बीच अंतःसंबंध दिखा रहा है। यह आकृतिभौतिक भूगोल के बजाय नेटवर्क का विद्युत संरचना को दर्शाता है^[20]

संचरण नेटवर्क निरर्थक रास्तों के साथ जटिल हैं। भौतिक लेआउट प्रायः उपलब्ध भूमि और उसके भूविज्ञान द्वारा मजबूर किया जाता है। अधिकांश संचरण ग्रिड विश्वसनीयता प्रदान करते हैं जो अधिक जटिल नेटवर्क प्रदान करते हैं। अतिरेक लाइन की विफलताओं को उत्पन्न करने की अनुमति देता है और सुधार के दौरान बिजली को फिर से चालू कर दिया जाता है।

सबस्टेशन

सबस्टेशन कई अलग-अलग कार्य कर सकते हैं लेकिन समान्यतः वोल्टेज को निम्न से उच्च (स्टेप अप) और उच्च से निम्न (स्टेप डाउन) में बदलते हैं। जनरेटर और अंतिम उपभोक्ता के बीच, वोल्टेज को कई बार बदला जा सकता है।^[21]

कार्यों के आधार पर तीन मुख्य प्रकार के सबस्टेशन, हैं:^[22]

स्टेप-अप सबस्टेशन: ये जनरेटर और बिजली संयंत्रों से आने वाले वोल्टेज को बढ़ाने के लिए ट्रांसफार्मर का उपयोग करते हैं ताकि छोटी धाराओं के साथ बिजली को अधिक कुशलता से लंबी दूरी तक प्रेषित किया जा सके।
स्टेप-डाउन सबस्टेशन: ये ट्रांसफॉर्मर लाइनों से आने वाले वोल्टेज को कम करते हैं जिनका उपयोग उद्योग में किया जा सकता है या जिनको वितरण सबस्टेशन में भेजा जा सकता है।
वितरण सबस्टेशन: ये उपयोगकर्ताओं को वितरण के समय वोल्टेज को फिर से कम कर देते हैं।

ट्रांसफार्मर के अतिरिक्त, अन्य प्रमुख घटकों या सबस्टेशनों के कार्यों में समिलित हैं:

सर्किट ब्रेकर: स्वचालित रूप से एक सर्किट को तोड़ने और सिस्टम में गलती को अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है।^[23]
स्विच: बिजली के प्रवाह को नियंत्रित करने और उपकरणों को अलग करने के लिए।^[24]
सबस्टेशन बसबार: समान्यतः तीन कंडक्टरों का एक सेट, करंट के प्रत्येक चरण के लिए एक। सबस्टेशन बसों के चारों ओर व्यवस्थित है, और वे आने वाली लाइनों, ट्रांसफार्मर, सुरक्षा उपकरण, स्विच और आउटगोइंग लाइनों से जुड़े हैं।^[23]
बिजली निरोधक
शक्ति कारक सुधार के लिए कैपेसिटर
शक्ति कारक सुधार और ग्रिड स्थिरता के लिए समकालिक कंडेनसर

विद्युत शक्ति वितरण

विद्युत शक्ति प्रतिपादन में वितरण अंतिम चरण है; यह सिस्टम से अलग-अलग उपभोक्ताओं तक बिजली पहुंचाता है। सबस्टेशन संचरण सिस्टम से जुड़ते हैं और संचरण वोल्टेज को मध्यम वोल्टेज के बीच में कम करते हैं। 2 kV और 35 kV प्राथमिक वितरण लाइनें इस मध्यम वोल्टेज की शक्ति को ग्राहक के परिसर के पास स्थित वितरण ट्रांसफार्मर तक ले जाती हैं। वितरण ट्रांसफार्मर फिर से वोल्टेज को उपयोग वोल्टेज में कम करते हैं। अधिक मात्रा में बिजली की मांग करने वाले ग्राहक सीधे प्राथमिक वितरण स्तर या सबसंचरण स्तर से जुड़े हो सकते हैं।^[25]

वितरण नेटवर्क को दो प्रकारों में बांटा गया है, रेडियल और नेटवर्क।^[26]

उत्तरी अमेरिका के शहरों और कस्बों में, ग्रिड उत्कृष्ट त्रिज्यत सिंचित रूपांकन का पालन होता है। एक सबस्टेशन संचरण नेटवर्क से अपनी शक्ति प्राप्त करता है, बिजली को एक ट्रांसफॉर्मर के साथ नीचे ले जाया जाता है और एक बसबार में भेजा जाता है जिससे सहायक पूरे देश में सभी दिशाओं में फैल जाते हैं। ये सहायक तीन चरण की शक्ति लेते हैं, और सबस्टेशन के निकट प्रमुख रास्तों का अनुसरण करते हैं। जैसे-जैसे सबस्टेशन से दूरी बढ़ती है, निर्गमांक जारी रहता है क्योंकि सहायकों द्वारा छोड़े गए क्षेत्रों को कवर करने के लिए छोटे पार्श्व फैल जाते हैं। यह पेड़ जैसी संरचना सबस्टेशन से बाहर की ओर बढ़ती है, लेकिन विश्वसनीयता कारणों से, समान्यतः पास के सबस्टेशन में कम से कम एक अप्रयुक्त विच्छेद संपर्क होता है। आपातकालीन स्थितिओं में यह संपर्क सक्षम किया जा सकता है, ताकि सबस्टेशन के सेवा क्षेत्र का एक हिस्सा वैकल्पिक रूप से दूसरे सबस्टेशन द्वारा सिंचित किया जा सके।

भंडारण

ऊर्जा भंडारण के साथ सरलीकृत विद्युत ग्रिड

एक दिन के दौरान आदर्शीकृत ऊर्जा भंडारण के साथ और उसके बिना सरलीकृत ग्रिड ऊर्जा प्रवाह

ग्रिड ऊर्जा भंडारण (जिसे बड़े मापदण्ड पर ऊर्जा भंडारण भी कहा जाता है) एक ग्रिड (बिजली) के भीतर बड़े मापदण्ड पर ऊर्जा भंडारण के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों का एक संग्रह है। विद्युत ऊर्जा ऐसे समय में संग्रहीत की जाती है जब बिजली प्रचुर मात्रा में और सस्ती होती है (विशेष रूप से पवन ऊर्जा, ज्वारीय शक्ति और सौर ऊर्जा) या जब मांग कम होती है, और बाद में मांग अधिक होने पर ग्रिड में वापस आ जाती है, और बिजली की दाम अधिक होती हैं।

As of 2020^[update], ग्रिड ऊर्जा भंडारण का सबसे बड़ा रूप जलविद्युत है, जिसमें पारंपरिक जलविद्युत उत्पादन के साथ-साथ पंप-भंडारण जलविद्युत दोनों समिलित हैं।

बैटरी भंडारण में विकास ने व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य परियोजनाओं को चरम उत्पादन के दौरान ऊर्जा को संग्रहित करने और अत्यधिक मांग के दौरान जारी करने में सक्षम बनाया है और उपयोग के लिए जब उत्पाद अप्रत्याशित रूप से गिरता है तो धीमी प्रतिक्रिया वाले संसाधनों को उपलब्ध कराने के लिए समय दिया जाता हैं।

ग्रिड भंडारण के दो विकल्प आपूर्ति अंतराल को भरने के लिए चरम बिजली संयंत्रों का उपयोग और दूसरी बार लोड को स्थानांतरित करने की मांग प्रतिक्रिया है।

कार्यक्षमता

मांग

विद्युत ग्रिड पर मांग या भार, ग्रिड के उपयोगकर्ताओं द्वारा निकाली जा रही कुल विद्युत शक्ति है।

समय के साथ मांग के ग्राफ को मांग वक्र कहा जाता है।

बेसलोड किसी भी अवधि में ग्रिड पर न्यूनतम लोड है, अत्यधिक मांग अधिकतम लोड है। ऐतिहासिक रूप से, बेसलोड समान्यतः उन उपकरणों द्वारा पूरा किया जाता था जो चलाने के लिए अपेक्षाकृत सस्ते थे, जो एक समय में हफ्तों या महीनों तक लगातार चलते थे, लेकिन विश्व स्तर पर यह कम आम होता जा रहा है। अतिरिक्त अत्यधिक मांग आवश्यकताओं को कभी-कभी महंगे शिखरण प्लांट्स द्वारा उत्पादित किया जाता है जो जेनरेटर जल्दी से ऑन-लाइन आने के लिए अनुकूलित होते हैं लेकिन ये भी कम आम होते जा रहे हैं।

हालांकि, अगर बिजली की मांग स्थानीय पावर ग्रिड की क्षमता से अधिक हो जाती है, तो इससे जलने जैसी सुरक्षा समस्या पैदा होगी।^[27]

वोल्टेज

ग्रिड को अपने ग्राहकों को बड़े मापदण्ड पर स्थिर वोल्टेज पर बिजली की आपूर्ति करने के लिए रूपांकन किया गया है। यह जेनरेटर और वितरण और संचरण उपकरण द्वारा प्रदान की जाने वाली बिजली के साथ अलग-अलग मांग, परिवर्तनीय प्रतिक्रियाशील बिजली भार और यहां तक कि गैर-रैखिक भार के साथ प्राप्त किया जाना चाहिए जो पूरी तरह विश्वसनीय नहीं हैं।^[28] वोल्टेज को समायोजित करने और इसे विनिर्देशों के भीतर रखने के लिए प्रायः ग्रिड उपभोक्ताओं के पास ट्रांसफार्मर पर टेप परिवर्तक का उपयोग करते हैं।

फ्रीक्वेंसी

एक तुल्यकालिक ग्रिड में सभी जनरेटर को एक ही आवृत्ति पर चलना चाहिए, तथा एक-दूसरे और ग्रिड के साथ लगभग चरण में रहना चाहिए। उत्पादन और खपत को पूरे ग्रिड में संतुलित किया जाना चाहिए, क्योंकि ऊर्जा उत्पादन के साथ ही खपत होती है। जनरेटर को घुमाने के लिए, एक स्थानीय गवर्नर आघूर्ण बल को नियंत्रित करता है, लोड परिवर्तन के रूप में लगभग स्थिर रोटेशन गति को बनाए रखता है। जनरेटर की घूर्णी गतिज ऊर्जा द्वारा ऊर्जा को तत्काल अल्पावधि में संग्रहित किया जाता है।

हालांकि गति को बहुत हद तक स्थिर रखा जाता है, व्यक्तिगत जनरेटर को विनियमित करने में नाममात्र पद्धति आवृत्ति से छोटे विचलन बहुत महत्वपूर्ण होते हैं और ग्रिड के संतुलन का आकलन करने के तरीके के रूप में उपयोग किया जाता है। जब ग्रिड को हल्के ढंग से लोड किया जाता है तो ग्रिड की आवृत्ति नाममात्र आवृत्ति से ऊपर चलती है, और इसे पूरे नेटवर्क में स्वचालित जनरेशन कंट्रोल सिस्टम द्वारा एक संकेत के रूप में लिया जाता है कि जनरेटर को अपना आउटपुट कम करना चाहिए। इसके विपरीत, जब ग्रिड पर भारी लोड होता है, तो आवृत्ति स्वाभाविक रूप से धीमी हो जाती है, और यह अपने जनरेटर को समायोजित करते हैं ताकि अधिक बिजली उत्पादन हो सके (ड्रॉप गति नियंत्रण)। जब जनरेटर के पास समान ड्रॉप गति नियंत्रण व्यवस्थाएं होती हैं, तो यह सुनिश्चित करता है कि समान व्यवस्थाएं वाले कई समानांतर जनरेटर उनकी रेटिंग के अनुपात में लोड साझा करते हैं।

इसके अतिरिक्त, प्रायः केंद्रीय नियंत्रण होता है, जो क्षेत्रीय नेटवर्क प्रवाह और ग्रिड की परिचालन आवृत्ति को और समायोजित करने के लिए एक मिनट या उससे अधिक समय में AGC सिस्टम के मापदंडों को बदल सकता है।

समयनिर्धारक उद्देश्यों के लिए, नाममात्र आवृत्ति को अल्पावधि में भिन्न होने की अनुमति दी जाएगी, लेकिन लाइन-संचालित घड़ियों को पूरे 24 घंटे की अवधि के दौरान महत्वपूर्ण समय प्राप्त करने या खोने से रोकने के लिए समायोजित किया जाता है।

एक संपूर्ण तुल्यकालिक ग्रिड एक ही आवृत्ति पर चलता है, पड़ोसी ग्रिड एक ही नाममात्र आवृत्ति पर चलने पर भी समकालिक नहीं होंगे। हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट लाइन या परिवर्तनीय-फ्रीक्वेंसी ट्रांसफॉर्मर का उपयोग दो वैकल्पिक करंट परस्पर नेटवर्क को जोड़ने के लिए किया जा सकता है जो एक दूसरे के साथ समक्रमिक नहीं होते हैं। यह एक व्यापक क्षेत्र को समक्रमिक करने की आवश्यकता के बिना अंतरायोजन का लाभ प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, HVDC लाइनों के मानचित्र के साथ यूरोप के विस्तृत क्षेत्र तुल्यकालिक ग्रिड मानचित्र की तुलना करें।

क्षमता और दृढ़ क्षमता

विद्युत ग्रिड से जुड़े जनरेटर के अधिकतम बिजली उत्पादन (नेमप्लेट क्षमता) का योग ग्रिड की क्षमता माना जा सकता है।

हालाँकि, व्यवहार में, वे कभी भी एक साथ थकते नहीं हैं। समान्यतः, कुछ जनरेटर विफलताओं के साथ-साथ मांग में भिन्नता से निपटने के लिए कम आउटपुट पावर (स्पिनिंग आरक्षण) पर चलते रहते हैं। इसके अतिरिक्त जनरेटर रखरखाव या अन्य कारणों से ऑफ-लाइन भी हो सकते हैं, जैसे कि ऊर्जा इनपुट (ईंधन, पानी, हवा, सूरज आदि) की उपलब्धता या प्रदूषण की कमी।

दृढ़ क्षमता एक ग्रिड पर अधिकतम बिजली उत्पादन है जो एक निश्चित समय अवधि में तुरंत उपलब्ध होता है, और यह कई अधिक उपयोगी आंकड़ा है।

उत्पादन

अधिकांश ग्रिड कोड निर्दिष्ट करते हैं कि जनरेटर के बीच लोड को उनकी सीमांत लागत (यानी सबसे पहले सबसे सस्ता) और कभी-कभी उनके पर्यावरणीय प्रभाव के अनुसार योग्यता क्रम में साझा किया जाता है। इस प्रकार सस्ते बिजली प्रदाताओं को लगभग हर समय बाहर चलाने की प्रवृत्ति होती है, और अधिक महंगे उत्पादकों को केवल तभी चलाया जाता है जब आवश्यक हो।

प्रबंधन विफलता

विफलताएं समान्यतः जनरेटर या पावर संचरण लाइन ट्रिपिंग सर्किट ब्रेकरों से जुड़ी होती हैं, जो ग्राहकों के लिए उत्पादन क्षमता के नुकसान या अतिरिक्त मांग के कारण होती हैं। यह प्रायः आवृत्ति को कम करने का कारण बनता है, और शेष जनरेटर प्रतिक्रिया करेंगे और एक साथ न्यूनतम से ऊपर स्थिर करने का प्रयास करेंगे। यदि यह संभव नहीं है तो कई परिदृश्य हो सकते हैं।

ग्रिड के एक हिस्से में एक बड़ी विफलता यह है कि जब तक जल्दी से क्षतिपूर्ति नहीं की जाएगी - अपर्याप्त क्षमता की संचरण लाइनों पर उपभोक्ताओं के लिए शेष जनरेटर से प्रवाहित होने के लिए वर्तमान को फिर से रूट करने का कारण बन सकता है, जिससे आगे विफलताएं हो सकती हैं। व्यापक रूप से जुड़े ग्रिड के लिए एक नकारात्मक पक्ष इस प्रकार व्यापक विफलता और व्यापक बिजली विसर्जन केंद्र की संभावना है। एक स्थिर ग्रिड को बनाए रखने के लिए संचार को सुविधाजनक बनाने और विज्ञप्ति विकसित करने के लिए एक केंद्रीय प्राधिकरण को समान्यतः नामित किया जाता है। उदाहरण के लिए, उत्तरी अमेरिकी विद्युत विश्वसनीयता निगम ने 2006 में संयुक्त राज्य अमेरिका में बाध्यकारी शक्तियां प्राप्त की, और कनाडा और मैक्सिको के लागू भागों में सलाहकार शक्तियां प्राप्त की। अमेरिकी सरकार ने नेशनल इंटरेस्ट इलेक्ट्रिक संचरण कॉरिडोर को भी नामित किया है, जो यह मानता है कि संचरण बाधाएं विकसित हुई हैं।

ब्राउनआउट

टोक्यो, जापान में टोक्यो टॉवर के पास एक ब्राउनआउट

ब्राउनआउट एक विद्युत शक्ति आपूर्ति पद्धति में वोल्टेज में जानबूझकर या अनजाने में गिरावट है। किसी आपात स्थिति में भार घटाने के लिए जानबूझकर ब्राउनआउट का उपयोग किया जाता है।^[29] अल्पकालिक वोल्टेज सैग (या डिप) के विपरीत, यह कमी मिनटों या घंटों तक रहती है। ब्राउनआउट शब्द वोल्टेज शिथिल होने पर तापदीप्त प्रकाश द्वारा अनुभव किए गए डिमिंग से आता है। वोल्टेज में कमी एक विद्युत ग्रिड के विघटन का प्रभाव हो सकता है, या कभी-कभी लोड को कम करने और बिजली विसर्जन केंद्र को रोकने के प्रयास में लगाया जा सकता है, जिसे ब्लैकविसर्जन केंद्र के रूप में जाना जाता है।^[30]

ब्लैकआउट

एक पावर विसर्जन केंद्र (जिसे पावर कट, पावर आउट, पावर ब्लैकआउट, पावर विफलता या ब्लैकआउट भी कहा जाता है) किसी विशेष क्षेत्र में विद्युत शक्ति की हानि है।

बिजली की विफलता बिजली स्टेशनों पर दोषों के कारण हो सकती है, विद्युत संचरण लाइनों को नुकसान, विद्युत सबस्टेशन या बिजली वितरण पद्धति के अन्य भागों, एक शॉर्ट सर्किट, कैस्केडिंग विफलता, फ़्यूज़ या सर्किट ब्रेकर ऑपरेशन, और मानवीय त्रुटि के कारण हो सकती हैं।

बिजली की विफलता उन जगहों पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां पर्यावरण और सार्वजनिक सुरक्षा खतरे में है। अस्पतालों, सीवेज उपचार संयंत्रों, खनन, आश्रयों और जैसे संस्थानों में समान्यतः विच्छेद पावर स्रोत होंगे जो विद्युत शक्ति चले जाने पर भी स्वचालित रूप से प्रारम्भ हो जाएंगे।अन्य महत्वपूर्ण पद्धतियों, जैसे दूरसंचार, के लिए भी आपातकालीन शक्ति की आवश्यकता होती है। एक टेलीफोन के बैटरी रूम में समान्यतः विच्छेद के लिए लेड-एसिड बैटरी की सरणी होती है और विसर्जन केंद्र की विस्तारित अवधि के दौरान जनरेटर को जोड़ने के लिए एक सॉकेट भी होता है।

लोड शेडिंग

विद्युत उत्पादन और सनचारण सदैव चरम मांग आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती हैं - किसी दिए गए क्षेत्र के भीतर सभी उपयोगिता ग्राहकों द्वारा बिजली की सबसे बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है। इन स्थितियों में, अनियंत्रित सेवा अवरोधों जैसे बिजली आउटलेट, या उपकरणों क्षति को रोकने के लिए, कुछ उपकरणों की सेवा बंद करके या आपूर्ति वोल्टेज को कम करके समग्र मांग को कम किया जाना चाहिए। यूटिलिटी लक्षित ब्लैकआउट्स, रोलिंग ब्लैकआउट्स के माध्यम से या सिस्टम-वाइड अत्यधिक मांग के समय उपकरणों को बंद करने के लिए विशिष्ट उच्च-उपयोग वाले औद्योगिक उपभोक्ताओं के साथ समझौतों के माध्यम से सेवा क्षेत्रों पर लोड शेडिंग लगा सकती हैं।

ब्लैक स्टार्ट

2003 के पूर्वोत्तर ब्लैकआउट के दौरान टोरंटो, जिसके लिए जनरेटिंग स्टेशनों को ब्लैक-स्टार्ट करने की आवश्यकता थी।

एक ब्लैक स्टार्ट कुल या आंशिक कामबंदी से उबरने के लिए बाहरी संचरण नेटवर्क पर भरोसा किए बिना एक विद्युतीय शक्ति स्टेशन या विद्युत ग्रिड के एक हिस्से को पुनर्स्थापन करने की प्रक्रिया है।^[31]

समान्यतः, संयंत्र के भीतर उपयोग की जाने वाली विद्युत शक्ति स्टेशन के अपने जनरेटर से प्रदान की जाती है। यदि संयंत्र के सभी मुख्य जनरेटर बंद हो जाते हैं, तो स्टेशन सेवा शक्ति संयंत्र की संचरण लाइन के माध्यम से ग्रिड से बिजली खींचकर प्रदान की जाती है। हालांकि, एक विस्तृत क्षेत्र विसर्जन केंद्र के दौरान, ग्रिड से ऑफ-साइट बिजली उपलब्ध नहीं होती है। ग्रिड पावर के अभाव में, पावर ग्रिड को संचालन में लाने के लिए एक तथाकथित ब्लैक स्टार्ट की आवश्यकता होती है।

एक ब्लैक स्टार्ट प्रदान करने के लिए, कुछ बिजली स्टेशनों में छोटे डीजल जनरेटर होते हैं, जिन्हें समान्यतः ब्लैक स्टार्ट डीजल जनरेटर (BSDG) कहा जाता है, जिसका उपयोग बड़े जनरेटर (कई मेगावाट क्षमता के) को प्रारम्भ करने के लिए किया जा सकता है, जो बदले में मुख्य पावर स्टेशन जनरेटर को चालू करने के लिए उपयोग किए जा सकता है। भाप टर्बाइनों का उपयोग करने वाले संयंत्रों को बॉयलर फीडवाटर पंप, बॉयलर फोर्स-ड्राफ्ट दहन एयर ब्लोअर और ईंधन की तैयारी के लिए उनकी क्षमता के 10% तक की स्टेशन सेवा शक्ति की आवश्यकता होती है। प्रत्येक स्टेशन पर इतनी बड़ी आधार क्षमता प्रदान करना असंवैधानिक है, इसलिए दूसरे स्टेशन से निर्दिष्ट जुड़ी लाइनों पर ब्लैक-स्टार्ट पावर प्रदान की जानी चाहिए। नेटवर्क अंतःसंबंध को पुनर्स्थापन करने के लिए प्रायः जलविद्युतीय संयंत्रों को ब्लैक-स्टार्ट स्रोतों के रूप में नामित किया जाता है। एक जलविद्युतीय स्टेशन को प्रारम्भ करने के लिए बहुत कम प्रारंभिक शक्ति की आवश्यकता होती है (इनटेक गेट खोलने के लिए और जनरेटर फील्ड कॉइल्स को उत्तेजना (चुंबकीय) करंट प्रदान करने के लिए पर्याप्त), और जीवाश्म-ईंधन या परमाणु स्टेशन को स्टार्ट-अप की अनुमति देने के लिए बिजली का एक बड़ा ब्लॉक बहुत जल्दी लाइन पर रख सकता है। कुछ प्रकार के दहन टर्बाइन को ब्लैक स्टार्ट के लिए किए जा सकता है, जो उपयुक्त जलविद्युतीय संयंत्रों के बिना स्थानों में एक और विकल्प प्रदान करता है।^[32] 2017 में, एक निष्क्रिय अवस्था से एक संयुक्त चक्र गैस टरबाइन को प्रज्जवलित कर, दक्षिणी कैलिफोर्निया में एक यूटिलिटी ने ब्लैक स्टार्ट प्रदान करने के लिए बैटरी ऊर्जा भंडारान पद्धति के उपयोग का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया।

स्केल

माइक्रोग्रिड

माइक्रोग्रिड एक स्थानीय ग्रिड है जो समान्यतः क्षेत्रीय विस्तृत क्षेत्र तुल्यकालिक ग्रिड का हिस्सा होता है लेकिन जो स्वायत्त रूप से डिस्कनेक्ट और संचालित हो सकता है।^[33] यह ऐसे समय में होता है जब मुख्य ग्रिड विसर्जन केंद्र से प्रभावित होता है। इसे आइलैंडिंग के रूप में जाना जाता है, और यह अनिश्चित काल तक अपने संसाधनों पर चल सकता है।^[33]

बड़े ग्रिड की तुलना में, माइक्रोग्रिड समान्यतः कम वोल्टेज वितरण नेटवर्क और वितरित जनरेटर का उपयोग करते हैं।^[34] माइक्रोग्रिड न केवल अधिक लचीला होता है, बल्कि पृथक क्षेत्रों में लागू करने के लिए सस्ता भी होता है।

उदाहरण कार्यान्वयन में समिलित हैं:

हज्जाह और लाहिज, यमन: समुदाय के स्वामित्व वाले सौर माइक्रोग्रिड्स।^[35]
आइल डी'यु पायलट कार्यक्रम: पांच घरों पर 23.7 kW की अधिकतम क्षमता वाले चौंसठ सौर पैनल और 15 kWh की भंडारण क्षमता वाली एक बैटरी।^[36]^[37]
लेस एगलाईस, हैती:^[38] में ऊर्जा चोरी का पता लगाना समिलित है।^[39]
मपेकेटोनी, केन्या: एक समुदाय-आधारित डीजल-संचालित माइक्रो-ग्रिड पद्धति।^[40]
स्टोन एज फार्म वाइनरी: सोनोमा, कैलिफोर्निया में माइक्रो-टरबाइन, फ्यूल-सेल, मल्टीपल बैटरी, हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलाइजर और PV सक्षम वाइनरी।^[41]^[42]

विस्तृत क्षेत्र सिंक्रोनस ग्रिड

एक व्यापक क्षेत्र तुल्यकालिक ग्रिड, जिसे उत्तरी अमेरिका में एक "इंटरकनेक्शन" के रूप में भी जाना जाता है, कई उपभोक्ताओं को समान सापेक्ष आवृत्ति के साथ AC बिजली देने वाले कई जनरेटर को सीधे जोड़ता है। उदाहरण के लिए, उत्तरी अमेरिका में चार प्रमुख अंतर्संबंध हैं (पश्चिमी अंतर्संबंध, पूर्वी अंतर्संबंध, क्यूबेक अंतर्संबंध और टेक्सास अंतर्संबंध)। यूरोप में एक बड़ा ग्रिड अधिकांश महाद्वीपीय यूरोप को जोड़ता है।

एक विस्तृत क्षेत्र तुल्यकालिक ग्रिड (जिसे उत्तरी अमेरिका में "इंटरकनेक्शन" भी कहा जाता है) एक क्षेत्रीय मापदण्ड पर यह एक विद्युत ग्रिड है जो एक समकालिक आवृत्ति पर संचालित होता है और सामान्य पद्धति स्थितियों के दौरान विद्युत रूप से एक साथ बंधा होता है। इन्हें "सिंक्रोनस ज़ोन" के रूप में भी जाना जाता है, जिनमें से सबसे बड़ा महाद्वीप यूरोप (ENTSO-E) का समकालिक ग्रिड है जिसमें 667 गीगावाट (GW) उत्पादन होता है, और IPS/UPS सिस्टम पूर्व सोवियत संघ के देशों को सेवा प्रदान कर रहा है। पर्याप्त क्षमता वाले समकालिक ग्रिड व्यापक क्षेत्रों में बिजली बाजार व्यापार की सुविधा प्रदान करते हैं। 2008 में ENTSO-E में, यूरोपीय एनर्जी एक्सचेंज (EEX) पर प्रतिदिन 350,000 मेगावाट घंटे से अधिक का विक्रय हुआ था।^[43]

उत्तरी अमेरिका में प्रत्येक परस्पर मामूली 60 हर्ट्ज पर चलता है, जबकि यूरोप में 50 हर्ट्ज पर चलता है। एक ही आवृत्ति और मानकों के साथ पड़ोसी अंतःसंबंध को समकालिक किया जा सकता है और सीधे एक बड़ा अंतःसंबंध बनाने के लिए जोड़ा जा सकता है, या वे उच्च वोल्टेज डायरेक्ट करंट पावर संचरण लाइनों (DC संबंधों) के माध्यम से या चर-आवृत्ति ट्रांसफार्मर (VFT) के साथ समकालन के बिना बिजली साझा कर सकते हैं, जो प्रत्येक पक्ष की स्वतंत्र AC आवृत्तियों को कार्यात्मक रूप से अलग करते हुए ऊर्जा के नियंत्रित प्रवाह की अनुमति देता है।

समकालिक क्षेत्रों के लाभों में उत्पादन की संयोजन समिलित है, जिसके परिणामस्वरूप उत्पादन लागत कम होती है; लोड का संयोजन, जिसके परिणामस्वरूप महत्वपूर्ण समान प्रभाव पड़ता है; आरक्षण का सामान्य प्रावधान, जिसके परिणामस्वरूप सस्ती प्राथमिक और द्वितीयक आरक्षित बिजली लागत होती है; बाजार का खुलना, जिसके परिणामस्वरूप लंबी अवधि के अनुबंध और अल्पावधि बिजली एक्सचेंजों की संभावना है; और गड़बड़ी की स्थिति में आपसी सहायता समिलित है।^[44]

विस्तृत क्षेत्र समकालिक ग्रिड का एक नुकसान यह है कि एक हिस्से में समस्या का असर पूरे ग्रिड पर पड़ सकता है। उदाहरण के लिए, 2018 में कोसोवो ने सर्बिया के साथ विवाद के कारण उत्पन्न होने वाली शक्ति से अधिक शक्ति का उपयोग किया, जिसके कारण महाद्वीपीय यूरोप के पूरे तुल्यकालिक ग्रिड में यह चरण पीछे रह गया और फ़्रीक्वेंसी घटकर 49.996 Hz हो गई। इसके कारण कुछ प्रकार की घड़ियाँ छह मिनट धीमी हो गईं।^[45]

The synchronous grids of Europe
The two major and three minor interconnections of North America
Major WASGs around the world

सुपर ग्रिड

उत्तरी अफ्रीका, मध्य पूर्व और यूरोप में नवीकरणीय स्रोतों को जोड़ने वाले सुपर ग्रिड की एक वैचारिक योजना। (डेसर्टैक)^{[citation needed]}

एक सुपर ग्रिड या सुपरग्रिड एक विस्तृत क्षेत्र का संचरण नेटवर्क है जिसका उद्देश्य बड़ी दूरी पर बिजली की उच्च मात्रा के व्यापार को संभव बनाना है। इसे कभी-कभी मेगा ग्रिड भी कहा जाता है। सुपर ग्रिड पवन ऊर्जा और सौर ऊर्जा के स्थानीय उतार-चढ़ाव को सुचारू करके वैश्विक ऊर्जा संक्रमण का समर्थन कर सकते हैं। इस संदर्भ में उन्हें जलवायु परिवर्तन शमन ग्लोबल वार्मिंग के लिए एक महत्वपूर्ण तकनीक माना जाता है। सुपर ग्रिड समान्यतः बिजली को लंबी दूरी तक पहुंचाने के लिए हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC) का उपयोग करते हैं। HDVC बिजली लाइनों की नवीनतम पीढ़ी केवल 1.6% प्रति 1000 किमी के नुकसान के साथ ऊर्जा संचारित कर सकती है।^[46]

उत्तम अर्थव्यवस्था और विश्वसनीयता के लिए क्षेत्रों के बीच विद्युत उपयोगिताओं को कई बार आपस में जोड़ा जाता है। विद्युतीय अंतरायोजक मापदण्ड की अर्थव्यवस्थाओं के लिए अनुमति देते हैं, जिससे बड़े और कुशल स्रोतों से ऊर्जा खरीदी जा सकती है। उपयोगिताएँ निरंतर, विश्वसनीय शक्ति सुनिश्चित करने और उनके भार में विविधता लाने के लिए एक अलग क्षेत्र से जनरेटर भंडार से बिजली खींच सकती हैं। इंटरकनेक्शन भी विभिन्न स्रोतों से बिजली प्राप्त करके क्षेत्रों को सस्ती थोक ऊर्जा तक पहुंच प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, एक क्षेत्र उच्च पानी के मौसम के दौरान सस्ते जल विद्युत का उत्पादन कर सकता है, लेकिन कम पानी के मौसम में, दूसरा क्षेत्र हवा के माध्यम से सस्ती बिजली का उत्पादन कर सकता है, जिससे दोनों क्षेत्रों को वर्ष के अलग-अलग समय के दौरान एक दूसरे से सस्ते ऊर्जा स्रोतों का उपयोग करने की अनुमति मिलती है। पड़ोसी यूटिलिटीज दूसरों को समग्र सिस्टम फ्रीक्वेंसी को बनाए रखने में मदद करती हैं और यूटिलिटी क्षेत्रों के बीच जुड़े ट्रांसफर को प्रबंधित करने में भी मदद करती हैं।^[12]

ग्रिड का इलेक्ट्रिसिटी इंटरकनेक्शन लेवल (EIL) ग्रिड की स्थापित उत्पादन क्षमता से विभाजित ग्रिड के लिए कुल अंतरायोजक पावर का अनुपात है। यूरोपीय संघ के भीतर, इसने 2020 तक 10% और 2030 तक 15% तक पहुंचने वाले राष्ट्रीय ग्रिड का लक्ष्य निर्धारित किया है।^[47]

रुझान

मांग प्रतिक्रिया

मांग प्रतिक्रिया एक ग्रिड प्रबंधन तकनीक है जहां खुदरा या थोक ग्राहकों से उनके लोड को कम करने के लिए विद्युतीय या हस्तचलित रूप से अनुरोध या प्रोत्साहन दिया जाता है। वर्तमान में, संचरण ग्रिड संयोजक औद्योगिक संयंत्रों जैसे प्रमुख ऊर्जा उपयोगकर्ताओं से लोड में कमी का अनुरोध करने के लिए मांग प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं।^[48] स्मार्ट मापक जैसी प्रौद्योगिकियां चर मूल्य निर्धारण की अनुमति देकर ग्राहकों को बिजली का उपयोग करने के लिए प्रोत्साहित कर सकती हैं।

एजिंग इन्फ्रास्ट्रक्चर

विद्युत ग्रिड की नई संस्थागत व्यवस्थाओं और नेटवर्क डिजाइन के उपरांत, इसकी बिजली वितरण अवसंरचना विकसित दुनिया में उम्रदराज होती जा रही है। इलेक्ट्रिक ग्रिड की वर्तमान स्थिति और इसके परिणामों में योगदान करने वाले कारकों में समिलित हैं:

पुराने उपकरण - पुराने उपकरणों की विफलता दर अधिक होती है, जिससे अर्थव्यवस्था और समाज को प्रभावित करने वाले ग्राहकों की रुकावट दर बढ़ जाती है; इसके अतिरिक्त, पुरानी संपत्तियों और सुविधाओं के कारण उच्च निरीक्षण रखरखाव और आगे की सुधार, संचालन और नवीनीकरण लागतें होती हैं।
अप्रचलित पद्धति लेआउट - पुराने क्षेत्रों में गंभीर अतिरिक्त सबस्टेशन साइटों और राइट-ऑफ-वे (परिवहन) की आवश्यकता होती है। राइट्स-ऑफ-वे जो वर्तमान क्षेत्र में प्राप्त नहीं किए जा सकते हैं और मौजूदा, अपर्याप्त सुविधाओं का उपयोग करने के लिए मजबूर हैं।
अप्रचलित इंजीनियरिंग - बिजली वितरण योजना और इंजीनियरिंग के लिए पारंपरिक उपकरण पुराने उपकरणों, अप्रचलित पद्धति लेआउट और आधुनिक अविनियमित लोडिंग स्तरों की वर्तमान समस्याओं को दूर करने में अप्रभावी हैं।
पुराने सांस्कृतिक मूल्य - नियोजन, इंजीनियरिंग, अवधारणाओं और प्रक्रियाओं का उपयोग करके सिस्टम का संचालन जो लंबवत एकीकृत उद्योग में काम करते हैं, एक विनियमित उद्योग के तहत समस्या को बढ़ाते हैं।^[49]

वितरित पीढ़ी

जब सभी चीजें परस्पर आपस में जुड़ी हुई है, और मुक्त बाजार अर्थव्यवस्था में होने वाली खुली प्रतिस्पर्धा के साथ, यह वितरित पीढ़ी (DG) को अनुमति देने और यहां तक कि प्रोत्साहित करने के लिए समझ में आता है। छोटे जनरेटर, समान्यतः उपयोगिता के स्वामित्व में नहीं होते हैं, उन्हें बिजली की आवश्यकता को पूरा करने में मदद के लिए ऑनलाइन लाया जा सकता है। छोटी पीढ़ी की सुविधा एक घर-मालिक हो सकती है जिसके पास अपने सौर पैनल या पवन टरबाइन से अतिरिक्त बिजली होती है। यह डीजल जनरेटर वाला एक छोटा कार्यालय हो सकता है। इन संसाधनों को या तो यूटिलिटी के आदेश पर या बिजली बेचने के प्रयास में पीढ़ी के मालिक द्वारा ऑनलाइन लाया जा सकता है। कई छोटे जनरेटर को उसी दाम पर ग्रिड को बिजली वापस बेचने की अनुमति है जो वे इसे खरीदने के लिए भुगतान करेंगे।

जैसे-जैसे 21वीं सदी आगे बढ़ रही है, विद्युत उपयोगी उद्योग ऊर्जा की बढ़ती मांग को पूरा करने के लिए नवीन दृष्टिकोणों का लाभ उठाना चाहते है। वितरित पीढ़ी को समायोजित करने के लिए उपयोगिताओं पर अपनी क्लासिक टोपोलॉजी विकसित करने का दबाव है। जैसे-जैसे रूफटॉप सौर और पवन जनरेटर से उत्पादन अधिक सामान्य होता जाएगा, वितरण और संचरण ग्रिड के बीच अंतर धुंधला होता रहेगा। जुलाई 2017 में मर्सिडीज-बेंज के सीईओ ने कहा कि केंद्रीय और वितरित पीढ़ी (DER) को एकीकृत करने के लिए ऊर्जा उद्योग को अन्य उद्योगों की कंपनियों के साथ उत्तम काम करने की जरूरत है ताकि वे ग्राहकों को जो चाहें दे सकें। विद्युत ग्रिड का मूल रूप से निर्माण किया गया था ताकि बिजली प्रदाताओं से उपभोक्ताओं तक बिजली प्रवाहित हो। हालांकि, DER की प्रारम्भआत के साथ, बिजली को विद्युत ग्रिड पर दोनों तरफ बहने की जरूरत है, क्योंकि ग्राहकों के पास सौर पैनल जैसे बिजली स्रोत हो सकते हैं।^[50]

स्मार्ट ग्रिड

स्मार्ट ग्रिड 20वीं शताब्दी के विद्युत ग्रिड का एक संवर्द्धन होगा, जिसमें दोतरफा संचार और वितरित तथाकथित मेधावी उपकरणों का उपयोग किया जाएगा। बिजली और सूचना के दो-तरफ़ा प्रवाह वितरण नेटवर्क में सुधार कर सकते हैं। अनुसंधान मुख्य रूप से एक स्मार्ट ग्रिड की तीन पद्धतियों पर केंद्रित है - अवसंरचना पद्धति, प्रबंधन पद्धति और सुरक्षा पद्धति।^[51]

अवसंरचना सिस्टम स्मार्ट ग्रिड की अंतर्निहित ऊर्जा, सूचना और संचार अवसंरचना है जो निम्न का समर्थन करता है:

उन्नत बिजली उत्पादन, वितरण और खपत
उन्नत सूचना मापन, निगरानी और प्रबंधन
उन्नत संचार प्रौद्योगिकियां

एक स्मार्ट ग्रिड बिजली उद्योग को समय और स्थान में उच्च संकल्प पर सिस्टम के हिस्सों को देखने और नियंत्रित करने की अनुमति देगा।^[52] स्मार्ट ग्रिड के उद्देश्यों में से एक ऑपरेशन को यथासंभव कुशल बनाने के लिए वास्तविक समय सूचना विनिमय है। यह एक दशक के मापदण्ड पर बिजली उत्पादन द्वारा उत्पन्न कार्बन उत्सर्जन के भविष्य के प्रभावों के लिए, एक माइक्रोसेकंड मापदण्ड पर उच्च-आवृत्ति स्विचिंग उपकरणों से लेकर एक मिनट के मापदण्ड पर पवन और सौर उत्पादन विविधताओं तक सभी समय के मापदण्ड पर ग्रिड के प्रबंधन की अनुमति देगा।

प्रबंधन पद्धति स्मार्ट ग्रिड में उपपद्धति है जो उन्नत प्रबंधन और नियंत्रण सेवाएं प्रदान करती है। अधिकांश मौजूदा कार्यों का उद्देश्य अनुकूलन, मशीन लर्निंग और गेम थ्योरी का उपयोग करके बुनियादी ढांचे के आधार पर ऊर्जा दक्षता, मांग प्रोफ़ाइल, उपयोगिता, लागत और उत्सर्जन में सुधार करना है। स्मार्ट ग्रिड के उन्नत बुनियादी ढांचे के भीतर, अधिक से अधिक नई प्रबंधन सेवाओं और अनुप्रयोगों के उभरने और अंततः उपभोक्ताओं के दैनिक जीवन में क्रांति आने की उम्मीद है।

स्मार्ट ग्रिड की सुरक्षा पद्धति ग्रिड विश्वसनीयता विश्लेषण, विफलता, सुरक्षा और गोपनीयता सुरक्षा सेवाएं प्रदान करती है। जबकि एक स्मार्ट ग्रिड का अतिरिक्त संचार ढांचा अतिरिक्त सुरक्षात्मक और सुरक्षा तंत्र प्रदान करता है, यह बाहरी हमले और आंतरिक विफलताओं का खतरनाक स्थिति भी प्रस्तुत करता है। 2010 में पहली बार निर्मित और बाद में 2014 में अपडेट की गई स्मार्ट ग्रिड तकनीक की साइबर सुरक्षा पर एक रिपोर्ट में, US नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी ने बताया कि ग्राहक स्मार्ट मीटर से ऊर्जा के उपयोग के बारे में अधिक डेटा एकत्र करने की क्षमता भी प्रमुख गोपनीयता संबंधी चिंता को उठाती है, चूंकि मीटर पर संग्रहीत जानकारी, जो संभावित रूप से डेटा उल्लंघनों के लिए असुरक्षित है, ग्राहकों के बारे में व्यक्तिगत विवरण के लिए खनन किया जा सकता है।^[53]

अमेरिका में, 2005 का ऊर्जा नीति अधिनियम और 2007 का ऊर्जा स्वतंत्रता और सुरक्षा अधिनियम का शीर्षक XIII स्मार्ट ग्रिड विकास को प्रोत्साहित करने के लिए धन उपलब्ध करा रहा है। इसका उद्देश्य उपयोगिताओं को उनकी जरूरतों का उत्तम अनुमान लगाने में सक्षम बनाना है, और कुछ मामलों में उपभोक्ताओं को समय-समय पर टैरिफ में समिलित करना है। अधिक मजबूत ऊर्जा नियंत्रण प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए धन भी आवंटित किया गया है।^[54]^[55]

ग्रिड दलबदल

जैसा कि विद्युत उपयोगिता क्षेत्र में विभिन्न नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों और सूक्ष्म कोजेन इकाइयों के साथ वितरित उत्पादन की अवधारणाओं के लिए कुछ प्रतिरोध है, कई लेखकों ने चेतावनी दी है कि बड़े मापदण्ड पर ग्रिड दोष^{[definition needed]} संभव है क्योंकि उपभोक्ता मुख्य रूप से सौर प्रकाशवोल्टीय प्रौद्योगिकी से बने ऑफ ग्रिड सिस्टम का उपयोग करके बिजली का उत्पादन कर सकते हैं।^[56]^[57]^[58]

रॉकी माउंटेन इंस्टीट्यूट ने प्रस्ताव दिया है कि बड़े मापदण्ड पर ग्रिड की खराबी हो सकती है।^[59] यह मध्योउत्तर अमेरिका में अध्ययन द्वारा समर्थित है।^[60] हालाँकि, पेपर बताता है कि जर्मनी जैसे देशों में ग्रिड दल बदल की संभावना कम हो सकती है, जहाँ सर्दियों में बिजली की माँग अधिक होती है।^[61]

यह भी देखें

ग्रिड कोड: ग्रिड से जुड़े उपकरणों के लिए एक विनिर्देश
उत्तर अमेरिकी बिजली संचार ग्रिड
उत्तर अमेरिकी विद्युत विश्वसनीयता निगम (एनईआरसी)
ग्रामीण विद्युतीकरण अधिनियम

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बाहरी कड़ियाँ

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 विद्युत ग्रिड से जुड़े जनरेटर के अधिकतम बिजली उत्पादन (नेमप्लेट क्षमता) का योग ग्रिड की क्षमता माना जा सकता है।
-हालाँकि, व्यवहार में, वे कभी भी एक साथ थकते नहीं होते हैं। समान्यतः, कुछ जनरेटर विफलताओं के साथ-साथ मांग में भिन्नता से निपटने के लिए कम आउटपुट पावर (स्पिनिंग आरक्षण) पर चलते रहते हैं। इसके अतिरिक्त जनरेटर रखरखाव या अन्य कारणों से ऑफ-लाइन हो सकते हैं, जैसे कि ऊर्जा इनपुट (ईंधन, पानी, हवा, सूरज आदि) की उपलब्धता या प्रदूषण की कमी।
+हालाँकि, व्यवहार में, वे कभी भी एक साथ थकते नहीं हैं। समान्यतः, कुछ जनरेटर विफलताओं के साथ-साथ मांग में भिन्नता से निपटने के लिए कम आउटपुट पावर (स्पिनिंग आरक्षण) पर चलते रहते हैं। इसके अतिरिक्त जनरेटर रखरखाव या अन्य कारणों से ऑफ-लाइन भी हो सकते हैं, जैसे कि ऊर्जा इनपुट (ईंधन, पानी, हवा, सूरज आदि) की उपलब्धता या प्रदूषण की कमी।
-'''दृढ़ क्षमता''' एक ग्रिड पर अधिकतम बिजली उत्पादन है जो एक निश्चित समय अवधि में तुरंत उपलब्ध होता है, और यह कहीं अधिक उपयोगी आंकड़ा है।
+'''दृढ़ क्षमता''' एक ग्रिड पर अधिकतम बिजली उत्पादन है जो एक निश्चित समय अवधि में तुरंत उपलब्ध होता है, और यह कई अधिक उपयोगी आंकड़ा है।
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