Die Nasionale Elektrisiteitsvoorsieningstelsel

Elektrisiteit as 'n nasionale stelsel

In Graad 8 het jy geleer hoe elektrisiteit van 'n kragstasie na jou huis toe beweeg. In Graad 9 zoem ons verder uit: elektrisiteit is nie net 'n plaaslike pyplyn nie, dit is 'n nasionale stelsel wat voortdurend moet balanseer hoeveel elektrisiteit opgewek word teenoor hoeveel daarvan gebruik word (die vraag) deur huise, besighede, fabrieke, hospitale en skole regoor die land, op elke oomblik van die dag.

Stelseldenke: 'n Stelsel is 'n stel onderling verbonde dele wat saam werk. Suid-Afrika se elektrisiteitsvoorsieningstelsel het drie hoofdele — opwekking (die maak van elektrisiteit), oordrag (dit oor lang afstande teen hoë spanning vervoer), en verspreiding (dit teen bruikbare spannings aan individuele gebruikers lewer). As enige deel nie kan byhou nie, word die hele stelsel geraak.

Opwekking: waar Suid-Afrika se elektrisiteit vandaan kom

Die meeste van Suid-Afrika se elektrisiteit word deur Eskom, die staatsbeheerde kragvoorsiener, opgewek deur 'n mengsel van bronne te gebruik:

Bron	Hoe dit werk	Aandeel van voorsiening
Steenkool	Die verbranding van steenkool laat water in stoom kook, wat turbines wat aan opwekkers verbind is, laat draai. Suid-Afrika het groot steenkoolreserwes (bv. Mpumalanga).	Grootste aandeel — die basislading
Kernkrag	Koeberg-kragstasie (naby Kaapstad) kloof uraan-atome (kernsplyting) om hitte te produseer, wat stoom maak om turbines aan te dryf.	Klein maar bestendige basislading
Waterkrag	Vallende of vloeiende water laat turbines draai, bv. by die Gariep- en Vanderkloofdamme op die Oranjerivier.	Klein aandeel
Hernubare bronne (son & wind)	Fotovoltaïese panele skakel sonlig om na elektrisiteit; windturbines skakel bewegende lug om na rotasie-energie.	Vinnig groeiende aandeel

"Basislading"-kragstasies (steenkool, kern) loop deurlopend en verskaf 'n bestendige, betroubare minimum voorsiening. Hernubare bronne is veranderlik — hulle hang af van of die son skyn of die wind waai.

Oordrag: elektrisiteit oor die land vervoer

Kragstasies is dikwels ver van stede af. Elektrisiteit word met transformators tot baie hoë spannings (honderde duisende volt) verhoog, en dan oor lang afstande langs die nasionale netwerk vervoer — 'n netwerk van pilone en oordraglyne wat kruis-en-dwars oor die land loop. Hoë spanning word gebruik omdat dit energieverliese oor lang afstande verminder.

Verspreiding: krag by die eindgebruiker kry

Naby dorpe en stede verlaag transformators die spanning weer by substasies. Munisipaliteite versprei dan hierdie laer-spanning-elektrisiteit deur plaaslike netwerke na huise, skole, plase en besighede. Dit is die "laaste myl" van die stelsel.

Opwekking (kragstasie) → Oordrag (nasionale netwerk, hoë spanning) → Verspreiding (munisipaliteit, laer spanning) → Eindgebruiker

Voorsiening en vraag: 'n voortdurende balanseertoertjie

Elektrisiteit is moeilik en duur om in groot hoeveelhede te stoor, dus moet dit amper op presies dieselfde oomblik opgewek word as wat dit gebruik word. Dit beteken die hoeveelheid elektrisiteit wat na die netwerk toe vloei (voorsiening) moet noukeurig ooreenstem met die hoeveelheid wat daarvan afgetap word (vraag), op elke oomblik.

Vraag styg en daal regdeur die dag — dit is byvoorbeeld gewoonlik hoër vroegoggend en saans (mense kook, verhit, gebruik toestelle) en laer laataand.
Vraag wissel ook volgens seisoen — winteraande in Suid-Afrika ondervind tipies die hoogste vraag van die jaar, weens verhitting en vroeër donkerte.
As voorsiening groter as of gelyk aan vraag is, loop die stelsel normaalweg.
As vraag die beskikbare elektrisiteit oorskry, word die netwerk onstabiel en kan dit heeltemal faal ('n totale kragonderbreking), tensy stappe gedoen word.

Beurtkrag: 'n werklike voorbeeld van 'n wanverhouding tussen voorsiening en vraag

Beurtkrag is die beheerde, beplande afskakeling van elektrisiteit na bepaalde gebiede, volgens 'n rotasieskedule, wanneer die totale vraag op die nasionale netwerk groter is as die beskikbare elektrisiteit om dit te voorsien. Dit word as 'n laaste uitweg gebruik om die hele netwerk teen 'n onbeheerde ineenstorting te beskerm.

Waarom dit gebeur: Suid-Afrika se opwekkingskapasiteit (grotendeels verouderende steenkoolkragstasies wat instandhouding benodig en wat onderbrekings ondervind) kon op verskeie tye nie by die nasionale vraag byhou nie.
Hoe dit werk: Eskom en munisipaliteite verdeel die land in groepe ("stadiums"). Namate die tekort tussen voorsiening en vraag groei, word hoër beurtkragstadiums verklaar, en meer gebiede word vir beplande tydperke afgeskakel om die totale vraag terug te bring na 'n vlak wat die beskikbare voorsiening kan hanteer.
Waarom nie net meer maak nie? Die bou van nuwe groot kragstasies of die instandhouding van ou kragstasies neem jare en enorme belegging — voorsiening kan nie oornag vermeerder word om 'n skielike tekort te dek nie.

Sleutelidee: Beurtkrag is 'n beplande, beheerde reaksie op 'n wanbalans tussen voorsiening en vraag — dit word spesifiek gebruik om 'n totale, onbeheerde nasionale kragonderbreking te voorkom, waarvan herstel veel langer sou neem.

Voorsiening diversifiseer vir die toekoms

Om 'n meer betroubare elektrisiteitsvoorsiening te verseker, werk Suid-Afrika daaraan om sy energiebronne te diversifiseer — deur op 'n wyer mengsel van opwekkingsmetodes te steun eerder as net steenkool:

Sonkrag: Suid-Afrika het van die hoogste vlakke sonskyn ter wêreld, wat fotovoltaïese en sontermiese kragstasies hoogs doeltreffend maak, veral in provinsies soos die Noord-Kaap.
Windkrag: Kus- en binnelandse windplase (bv. in die Oos- en Wes-Kaap) word gebou om elektrisiteit by die netwerk te voeg.
Onafhanklike kragprodusente (OKP's): Private maatskappye word toenemend gelisensieer om elektrisiteit op te wek (dikwels hernubaar) en dit langs Eskom se voorsiening in die nasionale netwerk in te voer.
Huishoudelike en besigheidsonenergie: Al hoe meer huise, plase en besighede installeer hul eie sonpanele en batterystoorsisteme, wat die vraag wat hulle op die nasionale netwerk plaas, verminder.

Om voorsiening te diversifiseer verminder afhanklikheid van enige enkele bron, versprei risiko, en voeg kapasiteit by — wat help om voorsiening tred te hou met die land se groeiende vraag oor tyd.

Beantwoord al die vrae in jou oefeningboek. Skryf in volsinne waar verduidelikings vereis word.

Vraag 1 · (3 punte)

Noem die DRIE hoofdele van die nasionale elektrisiteitsvoorsieningstelsel en beskryf kortliks die funksie van elkeen.

Vraag 2 · (3 punte)

Noem DRIE verskillende bronne wat Suid-Afrika gebruik om elektrisiteit op te wek. Gee vir elkeen aan of dit 'n bestendige basislading-voorsiening of 'n veranderlike voorsiening verskaf, en verduidelik waarom.

Vraag 3 · (2 punte)

Verduidelik waarom elektrisiteit teen baie hoë spannings oor die land vervoer word, en wat met die spanning moet gebeur voordat dit huise bereik.

Vraag 4 · (4 punte)

Definieer beurtkrag. Verduidelik waarom dit gebruik word, en waarom Eskom 'n beplande, roterende benadering gebruik eerder as om 'n onbeheerde kragonderbreking toe te laat.

Vraag 5 · (3 punte)

Stel DRIE maniere voor waarop Suid-Afrika probeer om sy toekomstige elektrisiteitsvoorsiening te diversifiseer en te verseker. Verduidelik kortliks vir elkeen hoe dit help om voorsiening en vraag te balanseer.

Vraag 6 · (6 punte)

Op 'n bepaalde dag is die volgende opwekkingsbronne vir die netwerk beskikbaar:

Bron	Kapasiteit	Vandag aanlyn?
Steenkool	18 000 MW	Ja
Kern	1 800 MW	Ja
Waterkrag	1 200 MW	Nee (instandhouding)
Son & wind	4 500 MW	Ja

Nasionale vraag op hierdie dag is 23 000 MW.
(a) Bereken die totale beskikbare voorsiening van SLEGS die bronne wat aanlyn is. Wys jou berekeninge. (2 punte)
(b) Vergelyk jou antwoord met die vraag van 23 000 MW. Is daar 'n tekort of 'n reserwemarge, en hoe groot is dit? (2 punte)
(c) Gebaseer op jou antwoord by (b), sal beurtkrag op hierdie dag nodig wees? Verduidelik jou redenasie. (2 punte)

Die Nasionale Elektrisiteitsvoorsieningstelsel

Elektrisiteit as 'n nasionale stelsel

Opwekking: waar Suid-Afrika se elektrisiteit vandaan kom

Oordrag: elektrisiteit oor die land vervoer

Verspreiding: krag by die eindgebruiker kry

Voorsiening en vraag: 'n voortdurende balanseertoertjie

Beurtkrag: 'n werklike voorbeeld van 'n wanverhouding tussen voorsiening en vraag

Voorsiening diversifiseer vir die toekoms

Voorsiening-teenoor-vraag-simulator

Netwerkbalans