Problemy przyłączania do sieci elektroenergetycznej odnawialnych źródeł energii małej mocy

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Problemy przyłączania do sieci elektroenergetycznej odnawialnych źródeł energii małej mocy"

Maria Król
8 lat temu
Przeglądów:

1 Prof. dr hab. inż. Piotr Kacejko Wydział Elektrotechniki i Informatyki Politechniki Lubelskiej Problemy przyłączania do sieci elektroenergetycznej odnawialnych źródeł energii małej mocy Streszczenie. W referacie przedstawiono w syntetyczny sposób podstawowe problemy oddziaływania małych jednostek OZE na sieć rozdzielczą (dystrybucyjną). Zidentyfikowano następujące grupy problemów: oddziaływanie napięciowe, obciążalność torów prądowych, wpływ na warunki zwarciowe, stabilność współpracy z siecią, zagadnienia doboru zabezpieczeń. Wymienione problemy odniesiono do krajowych realiów technicznych. 1 Z siecią, czy bez sieci? Planując budowę elektrowni małej mocy (pisząc o małej mocy przyjęto umownie granicę poniżej jednego megawata = 1000 kilowatów) opartej na odnawialnym źródle energii (OZE) jednym z podstawowych problemów, które powinien rozstrzygnąć inwestor, to sposób i zakres współpracy z publiczną siecią elektroenergetyczną. Istnieje szereg czynników, które decydują o tym, co zrobić z energią elektryczną wytwarzaną w baterii fotoogniw, ogniwie paliwowym, generatorze turbiny wodnej, generatorze napędzanym silnikiem zasilanym biogazem, mikroturbinie, siłowni wiatrowej. Czy zużyć ją samemu, czy wprowadzić do sieci i sprzedać, czy zużyć na własne potrzeby będąc równocześnie samemu przyłączonym do sieci. Są to czynniki natury technicznej i ekonomicznej. Inwestor musi problem przyłączenia starannie rozważyć, jeszcze zanim zacznie wydawać pieniądze, aby później nie stanąć przed koniecznością dokonywania zmian w koncepcji inwestycji. Istnieje grupa źródeł, które muszą współpracować z siecią ze - względów technicznych ich praca autonomiczna nie jest możliwa. Są to generatory indukcyjne (często stosowane są tu po prostu silniki indukcyjne pracujące w reżimie prądnicowym) oraz falowniki (urządzenia zmieniające prąd stały na prąd przemienny) wymagające oddziaływania (komutacji) sieci. Czasami, moc dostarczana ze źródła (z wiatraka) może mieć tak niestabilny poziom, że nie da się jego pracy autonomicznej sensownie wykorzystać. Są jednak przypadki, w których źródło w postaci generatora synchronicznego, falownika specjalnego typu (z tranzystorami IGBT), fotoogniwo z baterią akumulatorów, dla którego istnieje odbiór charakteryzujący się stabilnym poziomem zapotrzebowania energii i brakiem innych wymagań jakościowych. Układ taki może z powodzeniem pracować autonomicznie, a połączenie z siecią publiczną nie jest konieczne. Istnieją też układy współpracujące z siecią, które mogą jednak w płynny sposób przejść do pracy na układ wydzielony (zwany też wyspowym) i utrzymywać się w tym stanie przez długi czas. Odpowiadając na pytanie na wstępie rozdziału trzeba pamiętać, że współpraca z siecią ma zarówno zalety jak i wady. Zalety to stabilizacja pracy źródła i opłacalny (dzięki zielonym certyfikatom ) odbiór produkowanej energii. Wady to uzależnienie pracy źródła od stanu sieci i konieczność (czasem kosztowna i kłopotliwa) spełnienia przez infrastrukturę elektrowni szeregu wymagań związanych z tą współpracą. Ostateczna odpowiedź czasem jest oczywista (w przypadku wiatraka, czy małego hydrogeneratora indukcyjnego TAK, w przypadku ogniwa słonecznego z zasobnikiem bateryjnym NIE), czasem jednak wymaga wielostronnej analizy. Celem niniejszego referatu jest przybliżenie potencjalnym inwestorom problematyki przyłączenia generatorów OZE do sieci, tak aby podjęcie tej decyzji ułatwić. 1

Zidentyfikowano następujące grupy problemów: oddziaływanie napięciowe, obciążalność torów prądowych, wpływ na warunki zwarciowe, stabilność współpracy z siecią, zagadnienia doboru zabezpieczeń.

2 2 Jakie źródło do jakiej sieci? Podstawowym kryterium decydującym o tym, do jakiej sieci ma być przyłączone dane źródło jest jego moc wyrażona w kilowatach (kw), lub bardziej precyzyjnie w kilowoltoamperach (kva). Analizując układy OZE małej mocy można wyróżnić przyłączenie do sieci niskiego napięcia (400V) lub średniego napięcia (10,15,20 kv). W obydwu przypadkach możemy wyróżnić przyłączenie bezpośrednio do sieci lub za pomocą wydzielonej linii do stacji rozdzielczej. Wszystkie 4 możliwości przedstawiono na rys. 1. nn nn 110 kv 110 kv Rys.1 Sposoby przyłączenia źródła małej mocy do sieci rozdzielczej niskiego i średniego napięcia W wielu krajach w wytycznych i przepisach energetycznych podane są wartości graniczne mocy źródeł, które mogą być przyłączone do sieci w każdym z wymienionych przypadków. W Wielkiej Brytanii bezpośrednie przyłączenie do sieci nn stosuje się do mocy 50kVA, do szyn rozdzielnicy nn do mocy kva, do sieci 11 kv do 2-3 MVA, do szyn rozdzielni 11 kv do 8 MVA. W Polsce, granice te (na niższym poziomie) ustala elastycznie operator sieci rozdzielczej. Inwestor na etapie uzyskiwania warunków przyłączenia powinien porównać wymagania operatora z podanymi powyżej, lub typowymi dla innych krajów. Oczywisty jest bowiem fakt, że realizacja przyłączenia w postaci bezpośredniej jest tańsza. 2

Analizując układy OZE małej mocy można wyróżnić przyłączenie do sieci niskiego napięcia (400V) lub średniego napięcia (10,15,20 kv).

3 3 Podstawowe wyposażenie rozdzielnicy w miejscu przyłączenia Większość szczegółowych wymagań związanych z przyłączeniem do sieci układu OZE podają dokumenty zwane instrukcjami eksploatacji sieci rozdzielczej (dystrybucyjnej - IRiESD). Publikują je spółki dystrybucyjne lub koncerny energetyczne. Istota wymagań sprowadza się do tego, aby źródło miało łącznik koordynowany i kontrolowany przez służby ruchowe operatora sieci Poniżej omówiono te wymagania w przypadku najprostszym bezpośrednie go przyłączenia do sieci niskiego napięcia. Na rys. 2. łącznik ten oznaczono jako 2.1b (jest to łącznik zwany rozłącznikiem). a) b) obwód nn obwód nn Lp (2.1b) Lp (2.1b) Lg (2.1a) Lgd (2.2) ~ Lg (2.1a) ~ 3 Rys.2 Sposób przyłączenia do sieci niskiego napięcia źródła generacji rozproszonej a) układ nie przystosowany do pracy na wydzielone odbiory b) układ przystosowany do pracy na wydzielone odbiory Podstawowe funkcje manewrowe pełni wyłącznik główny źródła na rys.2 oznaczony jako 2.1a. Z tym też łącznikiem (nosi on nazwę wyłącznika) współdziałają różnego rodzaju układy automatyki, w które wyposażone jest źródło. Operator sieci proponuje często, aby dla wyraźnego wskazania rozdziału obszaru związanego ze źródłem i obszaru związanego z siecią instalować drugi wyłącznik i skojarzony z nim ograniczony zestaw zabezpieczeń rys. 2b. Zestaw taki tworzą zabezpieczenia pod i nad napięciowe, pod i nad częstotliwościowe oraz zabezpieczenie zerowonadnapięciowe. Z doświadczeń autora wynika, że zastosowania dodatkowego wyłącznika 2.2 uelastycznia współpracę generatora OZE z siecią, nawet wtedy jego autonomiczna praca na sieć wydzielona nie jest możliwa. 4 A co z zakłóceniami od źródła? Niewątpliwie w wielu przypadkach praca generatora OZE może negatywnie oddziaływać na jakość energii odbieranej z sieci przez innych odbiorców. W szczególności praca wiatraków generuje szereg zakłóceń opisanych w specjalistycznej literaturze (wahania napięcia, zapady napięcia, efekt migotania światła). Oddziaływania te są tym bardziej dokuczliwe im bardziej sieć w miejscu przyłączenia źródła jest miękka (ma dużą impedancję wewnętrzną duży opór wewnętrzny). W elektroenergetyce mówi się o wartości mocy zwarciowej tym większej im mniejsza jest ta impedancja. Nieskończona wartość mocy zwarciowej oznacza zerową impedancję wewnętrzną i brak podatności na jakiekolwiek zakłócenia. W rzeczywistości wartość 3

Istota wymagań sprowadza się do tego, aby źródło miało łącznik koordynowany i kontrolowany przez służby ruchowe operatora sieci Poniżej omówiono te wymagania w przypadku najprostszym bezpośrednie go

4 mocy zwarciowej jest skończona. Orientacyjnym kryterium właściwych relacji pomiędzy mocą OZE (w postaci generatora indukcyjnego) a mocą zwarciową jest relacja 1:20 (moc OZE nie mniejsza niż 1/20 mocy zwarciowej w miejscu przyłączenia). Wykorzystując to kryterium przeprowadzono analizę obliczeniową możliwości przyłączenia OZE z generatorem indukcyjnym do linii niskiego napięcia. Wyniki przedstawiono na rys. 3 i 4, wyróżniając przypadki sieci wiejskiej i miejskiej (w sieciach wiejskich transformatory mają mniejsza moc i przekroje przewodów linii są mniejsze). Widać, że już stosunkowo niedaleko od stacji transformatorowej /nn możliwości takie gwałtownie maleją do kilkunastu, czy nawet kilku kilowatów. Inwestor nie usatysfakcjonowany takimi ograniczeniami może przystąpić do budowy linii wydzielonej (rys.1) o ile pozwoli mu na to sytuacja finansowa (oraz sąsiedzi) S ng [kva] l [km] Trafo 75 kva Trafo 100 kva Trafo 160 kva Rys. 3 Wpływ długości obwodu niskiego napięcia na maksymalną moc generatora indukcyjnego, który zgodnie z zasadami IRiESD może być zainstalowany na jego końcu obliczenia dla sieci wiejskiej S ng [kva] l [km] Trafo 250 kva Trafo 400 kva Trafo 630 kva Rys.4 Wpływ długości obwodu niskiego napięcia na maksymalną moc generatora indukcyjnego, który zgodnie z zasadami IRiESD może być zainstalowany na jego końcu obliczenia dla sieci miejskiej 4

przyłączenia). Wykorzystując to kryterium przeprowadzono analizę obliczeniową możliwości przyłączenia OZE z generatorem indukcyjnym do linii niskiego napięcia. Wyniki przedstawiono na rys.

5 5 Podsumowanie Inwestor planujący przyłączenie OZE małej mocy do publicznej sieci elektroenergetycznej powinien bardzo starannie rozważyć różne aspekty jego pracy w warunkach normalnych i awaryjnych. Powinien do wyników tych analiz dopasować parametry tego źródła i jego wyposażenie. Zasadniczą wytyczną dla projektanta układu połączenia powinna być jego elastyczność. Warunki przyłączenia nie powinny być dyktatem operatora sieci, lecz wynikiem kompromisu uwzględniającego obiektywne uwarunkowania techniczne, które w zakresie OZE mają bogate odzwierciedlenie w literaturze, pomimo stosunkowo niewielkich doświadczeń krajowych. Ostateczna decyzja co do przyłączenia nie powinna być decyzją podejmowaną za wszelką cenę. Jeśli wymagania operatora są trudne do spełnienia a warunki obciążenia lokalnego korzystne, rozważenie pracy w układzie wydzielonym jest także uzasadnione. 5

Warunki przyłączenia nie powinny być dyktatem operatora sieci, lecz wynikiem kompromisu uwzględniającego obiektywne uwarunkowania techniczne, które w zakresie OZE mają bogate odzwierciedlenie w

Podobne dokumenty

Doktorant: Mgr inż. Tomasz Saran Opiekun naukowy: Prof. dr hab. inż. Piotr Kacejko

Doktorant: Mgr inż. Tomasz Saran Opiekun naukowy: Prof. dr hab. inż. Piotr Kacejko Co to jest EAZ??? EAZ możemy zdefiniować jako grupę urządzeń, które zajmują się przetwarzaniem sygnałów oraz wybierają