ANALIZA MOŻLIWOŚCI ZARZĄDZANIA ENERGIĄ W ELEKTROWNIACH WIATROWYCH

Podobne dokumenty
Wykorzystanie farm wiatrowych do operatywnej regulacji parametrów stanów pracy sieci dystrybucyjnej 110 kv

OCENA WPŁYWU PRACY FARMY WIATROWEJ NA PARAMETRY JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Wybrane zagadnienia pracy rozproszonych źródeł energii w SEE (J. Paska)

KOMPENSACJA MOCY BIERNEJ W ELEKTROWNIACH WIATROWYCH Z MASZYNAMI INDUKCYJNYMI

OCENA PARAMETRÓW ELEKTRYCZNYCH WYTWARZANEJ ENERGII WYBRANEJ ELEKTROWNI WIATROWEJ

DIAGNOSTYKA PARAMETRÓW ELEKTRYCZNYCH ELEKTROWNI WIATROWEJ W PROCESIE WYTWARZANIA ENERGII

DYNAMICZNE ASPEKTY PRACY FARMY WIATROWEJ POMIARY I ANALIZY

ANALIZA PRACY FARMY WIATROWEJ W KONTEKŚCIE PARAMETRÓW JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ

OCENA PARAMETRÓW JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ DOSTARCZANEJ ODBIORCOM WIEJSKIM NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADAŃ

ZAŁĄCZNIK A DO WNIOSKU

PGE Dystrybucja S.A. Oddział Białystok

Zdjęcia Elektrowni w Skawinie wykonał Marek Sanok

Procedury przyłączeniowe obowiązujące w PGE Dystrybucja S.A. związane z przyłączaniem rozproszonych źródeł energii elektrycznej

ELEKTROWNIE WIATROWE W SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM. MICHAŁ ZEŃCZAK ZUT WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY

Praktyczne aspekty współpracy magazynu energii i OZE w obszarze LOB wydzielonym z KSE

Farma elektrowni wiatrowych składa się z zespołu wież, na których umieszczone są turbiny generujące energię elektryczną.

ANALIZA ZMIANY PARAMETRÓW TURBIN FARMY WIATROWEJ PRZYŁĄCZANEJ DO SIECI DYSTRYBUCYJNEJ

Katalog sygnałów pomiarowych. Obowiązuje od 10 marca 2015 roku

Progi mocy maksymalnych oraz wymogi ogólnego stosowania NC RfG. Jerzy Rychlak Konstancin-Jeziorna

REGULACJA NAPIĘCIA I MOCY BIERNEJ W SIECI ELEKTROENERGETYCZNEJ Z WYKORZYSTANIEM FARM WIATROWYCH.

KODEKS SIECI RfG. ZBIÓR WYMAGAŃ TECHNICZNYCH DLA MODUŁÓW WYTWARZANIA ENERGII TYPU A

MMB Drives 40 Elektrownie wiatrowe

MMB Drives 40 Elektrownie wiatrowe

Współpraca rozproszonych źródeł energii z sieciami elektroenergetycznymi. dr inż. Marek Adamowicz Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego

GENERACJA ROZPROSZONA ŹRÓDŁEM MOCY BIERNEJ W SIECIACH ŚREDNICH NAPIĘĆ O MAŁEJ IMPEDANCJI

Wpływ mikroinstalacji na pracę sieci elektroenergetycznej

KOMPLEKSOWA REGULACJA NAPIĘCIA I MOCY BIERNEJ FARMY WIATROWEJ

Generacja rozproszona źródłem strat w sieci SN

Elektroenergetyka polska wybrane zagadnienia

Propozycja OSD wymogów ogólnego stosowania wynikających z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/631 z dnia 14 kwietnia 2016 r. ustanawiającego kodeks

Kompensacja mocy biernej indukcyjnej oraz pojemnościowej na farmach wiatrowych

Problematyka mocy biernej w instalacjach oświetlenia drogowego. Roman Sikora, Przemysław Markiewicz

Objaśnienia do formularza G-10.7

UDZIAŁ FARM WIATROWYCH W REGULACJI NAPIĘCIA W SIECI DYSTRYBUCYJNEJ

STRUKTURA SŁUśB DYSPOZYTORSKICH w KSE


BADANIA MOCY W MODELU ELEKTROWNI WIATROWEJ Z GENERATOREM ASYNCHRONICZNYM DWUSTRONNIE ZASILANYM

Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Laboratorium Przetwarzania i Analizy Sygnałów Elektrycznych

G MINISTERSTWO GOSPODARKI, plac Trzech Krzyży 3/5, Warszawa. Agencja Rynku Energii S.A. Portal sprawozdawczy ARE

Regulacja napięcia w stacji elektroenergetycznej ze źródłami lokalnymi analiza systemu zaopatrzenia w energię elektryczną

Tematy prac dyplomowych dla studentów studiów I. stopnia stacjonarnych kierunku. Elektrotechnika. Dr inż. Marek Wancerz elektrycznej

STRUKTURA ORAZ ZASADY STEROWANIA POZIOMAMI NAPIĘĆ I ROZPŁYWEM MOCY BIERNEJ

SZCZEGÓŁOWE WYMAGANIA TECHNICZNE DLA JEDNOSTEK WYTWÓRCZYCH PRZYŁĄCZANYCH DO SIECI ROZDZIELCZEJ

Elektrownie wiatrowe Norma IEC / IRiESD. Mateusz DUTKA

INTEGRATOR MIKROINSTALACJI ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII ZYGMUNT MACIEJEWSKI. Wiejskie sieci energetyczne i mikrosieci. Warszawa, Olsztyn 2014

Rozbudowa stacji 400/220/110 kv Wielopole dla przyłączenia transformatora 400/110 kv. Inwestycja stacyjna

Algorytmy sterowania farmą wiatrową w normalnych i zakłóceniowych stanach pracy systemu elektroenergetycznego

Obszarowe bilansowanie energii z dużym nasyceniem OZE

REGULATORY NAPIĘCIA TRANSFORMATORÓW Z PODOBCIĄŻEIOWYM PRZEŁĄCZNIKIEM ZACZEPÓW - REG SYS

Procedura przyłączania wytwórców

REGULATORY MOCY BIERNEJ DLA SYMETRYCZNYCH I ASYMETRYCZNYCH OBCIĄŻEŃ

ANALIZA WPŁYWU GENERACJI WIATROWEJ NA POZIOM REZERWY MOCY W KRAJOWYM SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM

Modelowanie układów elektroenergetycznych ze źródłami rozproszonymi. 1. Siłownie wiatrowe 2. Generacja PV

Moce interwencyjne we współczesnym systemie elektroenergetycznym Wojciech Włodarczak Wartsila Polska Sp. z o.o.

Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze SIECI 2004 V Konferencja Naukowo-Techniczna

Obliczanie oraz analiza potrzeb w rejonowej sieci średniego i niskiego napięcia.

Sławomir CIEŚLIK Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy Stowarzyszenie Elektryków Polskich, Oddział w Bydgoszczy

Propozycja OSP wymogów ogólnego stosowania wynikających z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/1388 z dnia 17 sierpnia 2016 r. ustanawiającego kodeks

Procedura przyłączania mikroinstalacji

WSPÓŁCZYNNIK WYKORZYSTANIA MOCY I PRODUKTYWNOŚĆ RÓŻNYCH MODELI TURBIN WIATROWYCH DOSTĘPNYCH NA POLSKIM RYNKU

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

PROPOZYCJE TEMATÓW PRAC DYPLOMOWYCH INŻYNIERSKICH NA ROK AKADEMICKI 2012/2013

PROGRAM RAMOWY TESTU ZGODNOŚCI W ZAKRESIE ZDOLNOŚCI:

JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ JAKO PODSTAWA KOMPATYBILNOŚCI ELEKTROMAGNETYCZNEJ W ELEKTROENERGETYCE

Karta aktualizacji IRiESD dotycząca mikroinstalacji. Geneza i najważniejsze zmiany. Warszawa, r.

Efektywne zarządzanie mocą farm wiatrowych Paweł Pijarski, Adam Rzepecki, Michał Wydra 2/16

Załącznik nr 2 do Umowy nr. Charakterystyka odbioru energii elektrycznej

Sieci energetyczne pięciu największych operatorów

Kompensacja zaburzeń JEE Statcom i DVR Szkolenie Tauron Dystrybucja Kraków AGH 2018

Załącznik nr 2 do Umowy nr. Charakterystyka odbioru energii elektrycznej

Układy energoelektroniczne na osłonach kontrolnych rynku horyzontalno- wertykalnego

OCENA STANU TECHNICZNEGO SIECI ELEKTROENERGETYCZNYCH I JAKOŚCI ZASILANIA W ENERGIĘ ELEKTRYCZNĄ MAŁOPOLSKIEJ WSI

Sławomir CIEŚLIK Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Instytut Elektrotechniki

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

Oddziaływanie przemienników częstotliwości na jakość energii elektrycznej w układzie potrzeb własnych elektrowni. Część I - Badania obiektowe

1. Oznaczenie wnioskodawcy:

Pomiary i automatyka w sieciach elektroenergetycznych laboratorium

Minimalizacja strat mocy czynnej w sieci przesyłowej wybrane aspekty problematyki obliczeniowej

Współzależność poziomów generacji wiatrowej i fotowoltaicznej

Wpływ rozwoju elektromobilności na sieć elektroenergetyczną analiza rozpływowa

Jakość energii elektrycznej w oczach Operatora Systemu Przesyłowego. Kraków, 23 października 2014 r.

REGULACJA I STABILNOŚĆ SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO

Mikroinstalacje w sieci dystrybucyjnej - przyłączenie i współpraca z siecią

HALINKA Adrian 1 RZEPKA Piotr 1 SZABLICKI Mateusz 1

Edmund Wach. Bałtycka Agencja Poszanowania Energii

UKŁADY NAPĘDOWE POMP I WENTYLATORÓW - OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII. Mgr inż. Adam Tarłowski TAKOM Sp. z o.o.

RAPORT O JAKOŚCI ENERGII

Bilansowanie mocy w systemie dystrybucyjnym czynnikiem wspierającym rozwój usług systemowych

Zarząd Morskich Portów Szczecin i Świnoujście S.A. z siedzibą w Szczecinie TARYFA dla energii elektrycznej Obowiązuje od 1 stycznia 2013 r

Analiza wpływu lokalnego źródła energii na planowanie pracy elektroenergetycznej sieci rozdzielczej na wybranym przykładzie

Propozycja OSD wymogów ogólnego stosowania wynikających z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/1447 z dnia 26 sierpnia 2016 r. ustanawiającego kodeks

Miejska Energetyka Cieplna w Ostrowcu Św. Sp. z o.o.

O POTENCJALE TECHNICZNYM PRZYŁĄCZENIA ELEKTROWNI WIATROWYCH DO KRAJOWEGO SYSTEMU ELEKTRO- ENERGETYCZNEGO

OCENA JAKOŚCI DOSTAWY ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Współpraca energetyki konwencjonalnej z energetyką obywatelską. Perspektywa Operatora Systemu Dystrybucyjnego

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

MINIMALIZACJA STRAT MOCY CZYNNEJ W SIECI PRZESYŁOWEJ WYBRANE ASPEKTY PROBLEMATYKI OBLICZENIOWEJ

Projekty dofinansowane

Transkrypt:

Nr 1(92) - 211 Rynek Energii Str. 97 ANALIZA MOŻLIWOŚCI ZARZĄDZANIA ENERGIĄ W ELEKTROWNIACH WIATROWYCH Jan Anuszczyk, Ryszard Pawełek, Bogusław Terlecki, Irena Wasiak Słowa kluczowe: elektrownie wiatrowe, wytwarzanie i zarządzanie energią odnawialną, sterowanie mocą czynną i bierną Streszczenie. W referacie zaprezentowano możliwości sterowania produkcją energii elektrycznej farmy wiatrowej przyłączonej do sieci rozdzielczej 11 kv, na przykładzie elektrowni wiatrowej Kamieńsk o mocy zainstalowanej 3 MW. Na podstawie doświadczeń wynikających z trzyletniego okresu eksploatacji elektrowni przedstawiono szereg trudności ograniczających możliwości zarządzania produkcją i sprzedażą energii elektrycznej. Zaprezentowano systemy stosowane do monitorowania pracy elektrowni wiatrowych oraz systemy wykorzystywane do pomiaru ilości wytwarzanej energii zielonej i energii sprzedawanej Operatorowi Systemu Dystrybucyjnego (OSD). Omówiono wpływ rozmaitych czynników o charakterze technicznym na wskaźniki określające dyspozycyjność techniczną oraz produktywność poszczególnych turbin wiatrowych. Sprecyzowano warunki konieczne dla stworzenia możliwości zarządzania energią. 1. WSTĘP W ostatnich latach można zauważyć znaczący wzrost mocy zainstalowanej elektrowni wiatrowych. Stanowią one obecnie realny element krajowego systemu elektroenergetycznego. Farmy wiatrowe o mocach od kilkunastu do nawet kilkuset MW przyłączane są najczęściej do sieci rozdzielczych 11 kv. Turbiny wiatrowe tych farm, są rozmieszczone na rozległym obszarze. Połączenie generatorów wiatrowych z główną stacją zasilającą farmy (GPZ-FW) SN/11 kv jest zrealizowane za pomocą sieci średniego napięcia o łącznej długości rzędu kilkunastu kilometrów. Moc bierna pojemnościowa sieci kablowej może przekraczać poziom wynikający z wymaganego przez energetykę tgφ [1]. W tych warunkach konieczna jest kompensacja mocy biernej W elektrowniach wiatrowych wykorzystuje się różne typy generatorów, poczynając od maszyn asynchronicznych, przyłączonych bezpośrednio do sieci elektroenergetycznej [3, 5]. Coraz częściej budowane są elektrownie z generatorami synchronicznymi, połączonymi z siecią przez przekształtniki energoelektroniczne. Ten ostatni sposób, wykorzystywany w jednostkach dużej mocy, stwarza szerokie możliwości w zakresie monitorowania stanu technicznego urządzeń, akwizycji danych pomiarowych, sterowania pracą poszczególnych turbin wiatrowych oraz zarządzania energią. Do monitorowania i akwizycji danych pomiarowych wykorzystywane są technologie przesyłu informacji poprzez sieci informatyczne, najczęściej wykonane jako światłowodowe. Sieć informatyczna łączy urządzenia sterujące pracą poszczególnych turbin z centralnym serwerem, na którym zainstalowane jest oprogramowanie (zwykle autoryzowane przez producenta turbin), które w wersji podstawowej pełni przede wszystkim funkcję narzędzia do akwizycji, archiwizacji i wizualizacji danych pomiarowych. Oprogramowanie to, oparte najczęściej na systemach typu SCADA, w zależności od dostępnych opcji wyposażenia inwertorów turbin wiatrowych może także: zbierać dane o stanie technicznym poszczególnych urządzeń, dokonywać ocen i określać ich stan eksploatacyjny (tzw. status), realizować algorytm systemu kontroli i sterowania pracą poszczególnych turbin i całej farmy, realizować wiele funkcji dodatkowych, w tym wykorzystanie farmy do świadczenia dodatkowych usług sieciowych. System sterowania i kontroli pracy elektrowni wiatrowej pozwala także na realizację funkcji związanych z zarządzaniem energią, jednak w istniejących instalacjach farm wiatrowych możliwości te są bardzo ograniczone. 2. PARK WIATROWY KAMIEŃSK Elektrownia Wiatrowa Kamieńsk (EWK) o łącznej mocy wytwórczej 3 MW jest zlokalizowana na terenie zwałowiska powstałego w wyniku wydobywczej działalności Kopalni Węgla Brunatnego Bełchatów. Park wiatrowy elektrowni stanowi 15 turbozespołów typu E7 E4 produkcji firmy Enercon Gmbh o znamionowej mocy 2 MW każdy. Turbozespoły podzielone na dwie grupy połączone są liniami kablowymi o napięciu 3 kv z napowietrzną stacją transformatorową 11/3 kv. Dwa z nich (turbiny nr 1 i nr 11) są wyposażone w układy STATCOM pozwalające na wytwarzanie mocy biernej o zadanej wartości. Dodatkowo do rozdzielni 3 kv GPZ-FW przyłączony jest dławik regulacyjny z przełącznikiem zaczepów pod obciążeniem. Na rys. 1 pokazano schematycznie sieć elektroenergetyczną EWK.

Str. 98 Rynek Energii Nr 1(92) - 211 rys. 3 pokazano zmienność mocy wytwarzanej przez wybraną turbinę wiatrową w okresie jednego miesiąca. 25 2 15 1 5 Rys. 1. Sieć elektroenergetyczna EWK 2.1. Wytwarzanie energii elektrycznej Producent turbin wiatrowych firma Enercon Gmbh gwarantuje, że moc (energia w określonym okresie czasu) wyjściowa turbin wiatrowych będzie kształtować się na poziomie nie mniejszym niż 1 % w porównaniu z mocą (energią) wynikającą z Gwarantowanej Krzywej Mocy (GKM). Oszacowania wielkości produkcji energii na podstawie GKM dokonuje się według następującego algorytmu: dokonuje się rozkładu, zmierzonych w danym okresie czasu, uśrednionych w przedziałach 1 minutowych prędkości wiatru, na przedziały o szerokości,5 m/s wypośrodkowane na całkowitych wielokrotnościach,5 m/s, uzyskując histogram prędkości wiatru, liczbę określającą liczebność próbek prędkości wiatru w danym przedziale prędkości mnoży się przez moc, określoną dla środka tego przedziału, na podstawie Gwarantowanej Krzywej Mocy, sumuje się uzyskane wyniki i uwzględniając przedział uśredniania (1 minut) wyznacza się oczekiwaną wielkość produkcji energii elektrycznej. Na rys. 2 pokazano GKM dla turbozespołów E7 E4 o mocy 2 MW oraz przykładowy histogram prędkości wiatru. a) b) 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 n [-] 4 35 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 Rys. 2. GKM turbiny E7 E4 (a) oraz przykładowy histogram wiatru (b) Proces produkcji energii przez elektrownie wiatrowe charakteryzuje się dużą zmiennością w czasie. Na 21-3-1 21-3-8 21-3-15 21-3-22 czas [rrrr-mm-dd/gg:mm] 21-3-29 Rys. 3. Zmiany mocy czynnej wytwarzanej przez turbinę wiatrową w okresie jednego miesiąca Na rys. 4 porównano zmierzoną wartość energii elektrycznej wytworzonej przez wszystkie turbiny EWK z energią obliczoną na podstawie GKM w poszczególnych miesiącach rocznego okresu eksploatacji (od 14.11.29 r. 13.11.21 r.) Energia [MWh] 8 7 6 5 4 3 2 1 Listopad 29 Grudzień 29 Styczeń 21 Luty 21 Marzec 21 Kwiecień 21 Energia z liczników Energia wg krzywej mocy Rys. 4. Porównanie energii wytworzonej z wartościami oszacowanymi na podstawie GKM w poszczególnych miesiącach Z przedstawionego porównania wynika, że prawie dla wszystkich okresów miesięcznych zmierzona wartość wytworzonej energii była większa od wyznaczonej na podstawie GKM, co stanowi realizację gwarancji producenta. Odmienna sytuacja wystąpiła w styczniu 21 r., na skutek niekorzystnych warunków atmosferycznych powodujących oblodzenie łopat turbiny. System nadzoru elektrowni wykrywał stan eksploatacyjny powodujący zagrożenie dla urządzeń wytwórczych i wyłączał poszczególne turbiny. Na rysunku 5 pokazano porównanie zmierzonych charakterystyk P = f(v) dla wybranej turbiny w miesiącach styczniu (najmniejsza produkcja energii) i marcu (największa produkcja energii) na tle GKM. Maj 21 Czerwiec 21 Lipiec 21 Sierpień 21 Wrzesień 21 Październik 21 Listopad 21

Nr 1(92) - 211 Rynek Energii Str. 99 a) b) 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 2 15 1 5 5 1 15 2 Rys. 5. GKM turbiny E7 E4 (a) oraz przykładowy histogram wiatru (b) Porównanie stopnia wykorzystania mocy znamionowej EWK w poszczególnych miesiącach wyznaczonego według zależności [4, 6]: W EWK AEO 15 P EWK znt, (1) T gdzie: AEO EWK energia elektryczna wytworzona przez EWK w czasie T, P znt moc znamionowa turbiny wiatrowej, pokazano na rysunku 6. W EWK [%] 6 5 4 3 2 1 Listopad 29 Grudzień 29 Styczeń 21 Luty 21 Marzec 21 Kwiecień 21 Rys. 6. Porównanie wskaźników wykorzystania mocy znamionowej EWK w poszczególnych miesiącach Stopień wykorzystania mocy zainstalowanej EWK w analizowanym rocznym okresie eksploatacji elektrowni wyniósł 24 %. 2.2. Regulacja mocy biernej Warunki umowy o dostawę i sprzedaż energii elektrycznej, zawartej z OSD, wymagają, aby zarówno pobór jak i oddawanie energii elektrycznej do sieci odbywały się przy współczynniku mocy tgφ,4. Regulacja mocy biernej w sieci EWK podporządkowana jest spełnieniu tego warunku. Do tego celu wykorzystane są wspominane wyżej turbiny nr 1 i 11 wyposażone w opcje STATCOM, oraz dławik regulacyjny. Na rysunku 7 pokazano zmiany mocy biernej farmy wiatrowej EWK w zależności od wartości wytwarzanej mocy czynnej, a na rysunku 8 zmiany wartości współczynnika mocy w PWP (punkcie wspólnego połączenia). Maj 21 Czerwiec 21 Lipiec 21 Sierpień 21 Wrzesień 21 Październik 21 Listopad 21 Q_śr [MVAr] tgf_śr [-r] 1..8.6.4.2 -.2 -.4 -.6 -.8-1..2 -.2 -.4 -.6 -.8-1. 5. 1 15. 2 25. 3 P_śr [MW] Rys. 7. Zależność mocy biernej od mocy czynnej 5. 1 15. 2 25. 3 P_śr [MW] Rys. 8. Zależność współczynnika mocy tgφ od mocy czynnej 2.3. Zarządzanie energią W stanie istniejącym EWK możliwości zarządzania energią są bardzo ograniczone. Podstawową funkcją w tym obszarze jest możliwość ograniczenia, na żądanie OSD, maksymalnej wartości mocy wytwarzanej przez farmę. Takie działanie prowadzi jednak do zmniejszenia efektywności wytwarzania energii elektrycznej [2]. Istotny negatywny wpływ na wielkość produkcji energii elektrycznej mają warunki atmosferyczne, występujące w okresie zimowym, powodujące oblodzenie łopat wirnika turbin wiatrowych. Działania techniczno-organizacyjne mające na celu ograniczenie skutków tego zjawiska można uznać za jedną z form zarządzania pracą elektrowni. 3. STEROWANIE PRACĄ ELEKTROWNI Celem pracy elektrowni wiatrowej jest wytwarzanie energii elektrycznej odpowiadającej dostępnej energii (prędkości) wiatru przy zachowaniu warunków bezpieczeństwa urządzeń wytwórczych. Realizacja tego celu w istotny sposób ogranicza możliwości zarządzania produkcją energii. Jednak możliwość aktywnego sterowania pracą elektrowni wiatrowej stwarza warunki do wykorzystania jej właściwości technicznych do świadczenia usług pomocniczych w zakresie np. dostarczania mocy biernej lub regulacji napięcia.

Str. 1 Rynek Energii Nr 1(92) - 211 Sterowanie elektrycznymi wielkościami wyjściowymi farmy wiatrowej może być realizowane w otwartym bądź zamkniętym układzie regulacji. 3.1. Sterowanie w otwartym układzie regulacji Sterowanie w otwartym układzie regulacji oznacza brak sprzężenia zwrotnego, tzn. uzyskiwana wartość wyjściowa nie jest porównywana z wartością zadaną. Ten tryb sterowania jest realizowany poprzez wprowadzenie wartości zadanych dotyczących np. maksymalnej mocy czynnej i współczynnika mocy. Możliwe jest wprowadzenie wartości zadanych w postaci tabel zdefiniowanych dla określonych przedziałów czasowych np. w okresie tygodnia. 3.2. Sterowanie w zamkniętym układzie regulacji Sterowanie w zamkniętym układzie regulacji stwarza możliwość wykorzystania farmy wiatrowej do świadczenia usług dodatkowych w zakresie regulacji napięcia lub rozpływów mocy biernej w sieci zasilającej. Takie działania realizowane mogą być jedynie w uzgodnieniu z lokalnym operatorem sieci, dając mu jednocześnie możliwość ingerencji w wartości zadane wielkości podlegających regulacji. Możliwości regulacyjne farmy wiatrowej omówiono poniżej na podstawie oferty firmy Enercon Gmbh (Niemcy) [7]. Opcje sterowania zdefiniowane są oddzielnie dla pracy farmy w warunkach normalnych i zakłóceniowych 3.3. Regulacja w warunkach normalnych Centralny system sterowania, współpracuje z regulatorami pojedynczych turbin. System zapewnia regulację mocy czynnej oraz opcjonalnie: regulację mocy biernej, regulację współczynnika mocy lub regulację napięcia. Regulacja mocy czynnej odbywa się na poziomie pojedynczej turbiny, zgodnie z zadaną charakterystyką statyczną regulacji. W przypadku wzrostu częstotliwości powyżej wartości maksymalnej następuje automatyczna redukcja mocy czynnej. Na życzenie operatora systemu istnieje możliwość obniżenia poziomu mocy przy częstotliwości nie przekraczającej f max, dla stworzenia rezerwy regulacyjnej. Regulacja mocy biernej zapewnia utrzymanie stałej wartości generowanej mocy biernej. Regulacja współczynnika mocy zapewnia stałą lub ustalaną przez operatora sieci wartość cos w punkcie PWP, z jakim pracuje farma wiatrowa. Regulacja napięcia umożliwia kompensację statycznych i dynamicznych zmian napięcia w PWP. Statyczna charakterystyka regulacji powinna być określona przez operatora sieci. Sterowanie pracą farmy wiatrowej pozwala na współpracę z nadrzędnymi układami regulacji napięcia i mocy biernej. Wymagany rodzaj regulacji powinien określić operator systemu elektro-energetycznego. Generacja mocy czynnej W czasie pracy normalnej generowana jest maksymalna moc czynna, zależna od prędkości wiatru oraz moc bierna według wybranego kryterium. Normalna praca ciągła turbiny ma miejsce w zakresie napięcia (,9 +1,2)U n oraz w zakresie częstotliwości f n ±7 Hz. W zakresie napięcia (,8,9)U n następuje ograniczenie mocy generowanej; turbina może pracować przy takiej wartości napięcia przez czas do 6 s, z uwagi na możliwość przeciążenia elementów półprzewodnikowych inwertora. W wymaganym czasie powinno nastąpić zadziałanie przełącznika zaczepów w stacji GSZ-FW. Przy wzroście napięcia powyżej 1,2 U n oraz przy zapadach napięcia do wartości poniżej,8 U n uruchamiana jest opcja pracy turbiny w warunkach zakłóceń w systemie elektroenergetycznym, odpowiednio - Overvoltage Ride Through (OVRT) i Undervoltage Ride Through (UVRT). Pracę turbin wiatrowych w zależności od częstotliwości i napięcia przedstawiono na rysunku 9. f [Hz] f n +7Hz f n f n -7Hz UVRT: -ZPM - PQM - PAM - QUM Praca normalna OVRT: - ZPM 8% 9% 12% 145% Rys. 9. Zakres pracy turbiny w zależności od częstotliwości i napięcia sieci Generacja mocy biernej Odłączenie od sieci U [%U n ] Pojedyncza turbina wiatrowa ma możliwość generacji lub konsumpcji mocy biernej w zadanych granicach przy produkcji mocy czynnej w zakresie (1% 8%)P n, zgodnie z charakterystyką eksploatacyjną P-Q. Przy zerowej wartości mocy czynnej moc bierna równa się zeru, a zatem nie ma możliwości kompensacji mocy pojemnościowej w punkcie przyłączenia, generowanej przez wewnętrzne linie kablowe farmy. Turbiny wiatrowe z opcją STATCOM zapewniają możliwość generacji mocy biernej w pełnym zakresie generacji mocy czynnej. Opcja STATCOM pozwala na wykorzystanie farmy wiatrowej do poprawy stabilności napięciowej systemu w warunkach głębokich zakłóceń. Celowość takiego wykorzystania farmy

Nr 1(92) - 211 Rynek Energii Str. 11 może być wskazana przez operatora systemu. Obszary pracy turbiny bez i z opcją STATCOM przedstawiono na rysunku 1. a) P b) 1% P n 1% P n 2% P n Q Rys. 1. Obszary pracy turbiny: a) bez opcji STATCOM, b) z opcją STATCOM 3.4. Regulacja w stanach zakłóceniowych Farma wiatrowa ma możliwość utrzymania się w pracy w czasie zakłóceń w systemie elektroenergetycznym (opcja Fault Ride Through FRT). Opcja FRT jest uruchamiana automatycznie, gdy napięcie w punkcie PWP U > 1,2 U n (Overvoltage Ride Through OVRT) lub U <,8 U n (Undervoltage Ride Through (UVRT). W obu przypadkach zakłócenia farma może utrzymać się w pracy przez czas do 5 s. Przy nadmiernym wzroście napięcia tj. powyżej 12 % U n (OVRT) farma zaprzestaje produkcji mocy czynnej i biernej, choć turbiny pozostają nadal w stanie załączenia; następuje przejście do trybu pracy ZPM (Zero Power Mode). Ponowne uruchomienie generacji mocy jest realizowane natychmiastowo lub według zadanej szybkości narastania w przedziale 2 s. Przy wzroście napięcia powyżej 145% U n następuje wyłączenie turbin wiatrowych. W opcji UVRT możliwe są cztery tryby pracy: tryb generacji mocy czynnej i biernej (P and Q mode PQM) - farma wiatrowa stara się utrzymać zadany poziom mocy pozornej, przy czym wartość prądu nie może przekraczać wartości maksymalnej, wynikającej z obciążalności elementów półprzewodnikowych przekształtników turbin; tryb utrzymania stałego kąta fazowego (Phase Angle Mode PAM) - farma stara się utrzymać moc pozorną na poziomie takim jak przed zakłóceniem, generując prąd o zadanym kącie fazowym w zakresie: 88 ; przy kącie generowana jest tylko moc czynna, zaś przy kącie 88 - tylko moc bierna; tryb generacji prądu biernego w funkcji zapadu napięcia (Reactive Current according to Voltage Dip - QUM) - farma generuje moc bierną o wartości zmiennej, zależnej od poziomu napięcia P Q w punkcie PCC, przy czym im większy jest zapad napięcia tym większa jest wartość tej mocy; tryb mocy zerowej ZPM. Tryb ZPM możliwy jest do zastosowania także jako drugi dla dowolnego innego - z niezależnym nastawieniem progu napięciowego. Na rysunku 11 przedstawiono obszar pracy turbiny w opcji UVRT oraz charakterystykę wymaganego zakresu pracy farmy wiatrowej w przypadku wystąpienia zakłóceń w sieci zasilającej [1]. 1,8,15 U/U n [jw] Moment zakłócenia Wymagana charakterystyka operatora Obszar UVRT,6 3 5 6 Rys. 11. Obszar pracy turbiny w warunkach zakłóceń w systemie elektroenergetycznym 4. PODSUMOWANIE W referacie zaprezentowano faktycznie dostępne oraz potencjalne możliwości sterowania pracą farmy wiatrowej dotyczące zarządzania energią elektryczną. Głównym ograniczeniem w tym zakresie jest dążenie do wytwarzania maksymalnej ilości energii elektrycznej, wynikającej z dostępnej energii wiatru. Istniejące przepisy prawne wymagają wyposażenia farm wiatrowych o mocach zainstalowanych powyżej 5 MW w urządzenia umożliwiające ich udział w procesach regulacji napięcia. Wymagania faktyczne, szczególnie w odniesieniu do elektrowni wiatrowych o mniejszych mocach sprowadzają się w zasadzie do utrzymania wymaganego współczynnika mocy. Ze względu na średni stopień wykorzystania mocy zainstalowanej (około 25 %) turbiny elektrowni wiatrowych połączone z siecią za pośrednictwem inwertorów mogą stanowić źródła mocy biernej o dowolnym charakterze (indukcyjnej bądź pojemnościowej). Zatem istnieje potencjalna możliwość wykorzystania elektrowni wiatrowych do świadczenia usług dodatkowych, np. aktywnego udziału w procesie regulacji napięcia w PWP. t [s]

Str. 12 Rynek Energii Nr 1(92) - 211 LITERATURA [1] Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Przesyłowej. Warunki korzystania, prowadzenia ruchu, eksploatacji i planowania rozwoju sieci. PSE - Operator S.A. Wersja 1.2. Tekst jednolity obowiązujący od dnia 5 listopada 27 r. [2] Kacejko P., Wydra M.: Energetyka wiatrowa w Polsce realna ocena możliwości wytwórczych. Rynek Energii, nr 6, 21, ss. 1-14. [3] Lubośny Z.: Farmy wiatrowe w systemie elektroenergetycznym. WNT 29. [4] Mieński R., Pawełek R., Wasiak I., Terlecki B.: Jakość energii elektrycznej w punkcie wspólnego połączenia (PWP) farmy wiatrowej i sieci elektroenergetycznej. IV Konferencja Jakość energii elektrycznej w sieciach elektroenergetycznych w Polsce, w tym wymagania jakościowe obsługi odbiorców. 18-19 czerwca 29 r., Ryn, ss. 181 189. [5] Paska J., Kłos M.: Elektrownie wiatrowe w systemie elektroenergetycznym stan obecny i perspektywy, stosowane generatory i wymagania. Rynek Energii, nr 5, 29. [6] Pawełek R., Mieński R., Terlecki B.: Efektywność wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych. W: IX Konferencja Elektrownie Cieplne: Eksploatacja - Modernizacje - Remonty, 1 3 czerwca 29, Słok k/bełchatowa, ss. 69-78. [7] www.enercon.com. ANALYSIS OF ENERGY MAMAGEMENT POSIBILITIES IN POWER WIND PLANTS Key words: wind power plant, renewable energy management, renewable energy production, active and reactive power control Summary. The paper presents the possibilities of controlling electric energy production in a wind power plant, on the example of Kamieńsk wind power plant of 3 MW installed power, connected to 1 kv network. Based on the experience of 3-year period of the power plant exploitation, the series of difficulties is presented, which limits possibilities for the management of energy production and sales. Systems are presented, that are used to monitor the wind power plant operation as well as to measure the amount of produced green energy and energy sold to the Distribution System Operator (OSD). The influence of various technical factors on indexes describing the technical availability and productivity of individual wind turbines is discussed. Necessary conditions are specified for creating the possibilities of energy management. Jan Anuszczyk, dr hab. inż., zatrudniony w Instytucie Elektroenergetyki Politechniki Łódzkiej na stanowisku profesora nadzwyczajnego. Pełni funkcję kierownika Zakładu Transportu i Przetwarzania Energii. Obszar jego zainteresowań naukowych obejmuje: stany dynamiczne maszyn elektrycznych w energetyce, elektrownie wiatrowe, układy napędowe w transporcie. E-mail: jan.anuszczyk@p.lodz.pl Ryszard Pawełek, dr inż., zatrudniony w Instytucie Elektroenergetyki Politechniki Łódzkiej na stanowisku adiunkta. Pełni funkcję z-cy dyrektora Instytutu. Obszar zainteresowań naukowych obejmuje: jakość energii elektrycznej, generację rozproszoną. E-miał: Ryszard.pawelek@p.lodz.pl Bogusław Terlecki, mgr inż. zatrudniony w Elektrowni Wiatrowej Kamieńsk Sp. z o.o. na stanowisku Prezesa Zarządu. Obszar zainteresowań naukowych obejmuje: możliwości regulacyjne turbin wiatrowych (mocy czynnej i biernej), jakość energii elektrycznej. E-miał: bogusław.terlecki@ewk.pl Irena Wasiak, dr hab. inż., zatrudniona w Instytucie Elektroenergetyki Politechniki Łódzkiej na stanowisku profesora nadzwyczajnego. Pełni funkcję kierownika Zakładu Sieci Elektroenergetycznych. Obszar zainteresowań naukowych obejmuje: mikrosystemy elektroenergetyczne, jakość energii elektrycznej. E-mail: irena.wasiak@p.lodz.pl