電力グリッドの周波数擾乱によるエネルギーロス？

かなり電気工学もしくは力学の専門的な質問です．

電力系統は，周波数 50.0Hzもしくは60.0Hzで運用されていますが，実際は（電力の細かな需給バランスに応じて）すこしずつ揺らいでいます．
ここでは，その擾乱に，ガバナーフリーで対応している状況（その時間スケール）を想定します．

そのような「周波数の擾乱」は，電力系統にぶらさがっている すべての発電所の発電機の回転に，同じように影響するはずですが，知りたいのは，その擾乱の程度によって，どの程度（何％），グリッド全体でエネルギーのロスがあるだろうか？という点です（計算手法を知りたいのです）．

先進国ではおそらく小さくて問題にならないと思いますが，途上国では1Hzくらい揺らいでいますので，それなりの大きさになりそうな気がします．

アナロジーとしては，スムーズな道を50km/hで進む車と，でこぼこ道を50km/hで進む車では，同じ車でも，燃費が後者の方が悪くなるはずですね．

計算のアプローチとしては，2つありそうです：

(1) 電力系統全体で考えた場合，「周波数感応度 (MW/Hz)」から，計算できるのでしょうか？

(2) あるいは発電所の発電機に注目して，一定の(50Hz)周波数で回転している発電機に，たとえば 1Hz？のサインカーブやデルタ関数の小さな外力が加わったときのエネルギー増加分として考えればいいのでしょうか？

その他にもアプローチがありそうな気もします．


ネットで調べてみたのですが，該当する情報を見つけられませんでした．
(1)のアプローチでしたら，単振動や回転体への擾乱として，機械工学手法が使えそうな気もしますが，問題設定の仕方に自信がありません．

計算のロジック，もしくは，参考となる情報や文献をご存じでしたら，教えていただければ幸いです．

当方，この方面のプロではありませんが，ある程度の物理学の知識は持っています．

類似のアナロジーでも助かります．

よろしくお願いいたします．

No.3 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/11/26 23:11

系統「全体」の周波数ズレがエネルギーロスを発生させるとは思えませんが・・・

なぜそう思うのでしょう？

この回答へのお礼

どうもありがとうございます．
周波数のfluctuationsがあると，発電機の回転がスムーズになりません．
その分，一種の摩擦のような効果があると思いますが，いかがでしょうか？
（電気自動車の回生ブレーキも100%回収できるわけではありません）
ちなみに，いま問題にしているのは，fluctuationの大きさによるロスの話で
平均周波数のシフトの話ではありません（これはこれで別の議論ですね）

お礼日時：2017/11/26 23:18

No.2 回答者： tknakamuri 回答日時： 2017/11/26 22:01

そう簡単ではないでしょう。

位相ずれによる電圧差による電流は、発電機間の同期を保とうとする方向に
トルクを発生させるので、発電機間は自ら強固に同期を保とうとします。
つまり、個々の発電機の不安定さほど、同期はズレないらしいです。

この回答へのお礼

どうもありがとうございます．
ただ，問題にしているのは，系統「全体」の周波数が，ターゲット50.0Hzからずれたとき，どの程度，エネルギーロスが発生するか？という点ですので，主旨が異なってきます．発電機間のズレの話ではありません（基本はすべての発電機は，周波数も位相も同期していると理解しています）．

お礼日時：2017/11/26 22:49

No.1 回答者： 富士山兄 回答日時： 2017/11/26 21:22

[周波数の変動]にて検索しましたら、関連の資料(東京電力)があり

ました。
その資料によりますと、周波数の変動範囲は0.2Hzとしているよう
です。また、数％の周波数変動があると発電を停止せざるを得ない
とも記載されていました。
ダウンロードして参考にすることをお勧めします。

「電力会社における周波数調整と会社間連携について／東京電力」
http://www.re-policy.jp/keito/2/030912_09.pdf

この回答へのお礼

どうもありがとうございます．
ただ 知りたかった内容とは異なります．．．

お礼日時：2017/11/26 22:46