współpraca z siecią

Współpraca z siecią elektroenergetyczną

Aby elektrowni oddawać prąd musimy mieć elektrownie lub farme elektrowni, która da nam min 250 kW dlatego każdy może zainstalować sobie koło domu mini elektrownie wiatrową.

Zdecydowana większość dużych elektrowni wiatrowych oddaje wytworzoną moc do publicznych sieci elektroenergetycznych.

W umiarkowanych strefach klimatycznych w lecie wiatry są generalnie słabsze niż zimą. Konsumpcja energii w tych rejonach jest także w lecie słabsza niż w zimie. W chłodniejszych obszarach globu idealne jest połączenie ogrzewania elektrycznego z energią wiatrową. Kiedy rośnie wiatr, rośnie wychłodzenie mieszkań, ale również rośnie produkcja energii elektrycznej.

Jak wskazują doświadczenia, elektrownie wiatrowe mają także niekorzystne z punktu widzenia systemu cechy techniczne. Zależność obciążenia od prędkości wiatru powoduje:

• konieczność zwiększenia rezerw mocy w innych źródłach,
• utrudnione prowadzenie ruchu systemu, np. wskutek gwałtownych zrzutów obciążenia i zmian kierunków przepływu energii w sieciach,
• trudności w planowaniu bilansu mocy i energii.

Występować mogą problemy z regulacją napięcia i mocy biernej, pogarszaniem jakości energii elektrycznej, opanowaniem mocy zwarcia i stabilnością pracy systemu. Problemy te łagodzić może odpowiednie wyposażenie elektrowni wiatrowych w nowoczesne jednostki wytwórcze przystosowane do regulacji parametrów w szerokim zakresie.

Należy zatem postawić pytanie o wpływ pracy elektrowni wiatrowej na jakość energii. Wśród czynników pogarszających parametry jakości energii w sieci elektroenergetycznej powodowanych pracą elektrowni wiatrowych można rozpatrzyć cztery rodzaje:

• wahania mocy,
• wahania napięcia,
• migotanie,
• wyższe harmoniczne.

Wahania mocy. Wahanie mocy czynnej występuje w elektrowniach na skutek zmienności prędkości wiatru. Wahania mocy biernej pobieranej przez prądnice asynchroniczne są wynikiem zmian generowanej mocy czynnej.

Wahania napięcia. Zmiany napięcia występujące jako następstwo powolnych zmian mocy generowanej przez prądnice (mogą być kompensowane regulacją zmian zaczepów transformatorów w GPZ, do których są przyłączone elektrownie wiatrowe). Wahania napięcia mogą być także spowodowane zmiennością mocy biernej pobieranej przez prądnice asynchroniczne (kompensacja za pomocą regulatora mocy biernej z odpowiednią baterią kondensatorów) oraz prądami rozruchowymi.

Migotanie (flicker). Gwałtowne zmiany mocy wyjściowej z turbiny wiatrowej, załączanie generatora i łączenie baterii kondensatorów powodują zmiany wartości skutecznej napięcia. Powyżej pewnego poziomu takie zmiany powodują tzw. migotanie oświetlenia elektrycznego.

Wyższe harmoniczne. Zawartość wyższych harmonicznych pochodzących z prądnic siłowni wiatrowych może powodować zakłócenia w działaniu automatyki i zabezpieczeń w układach elektroenergetycznych. Drgań harmonicznych należy szukać w przemiennikach częstotliwości. Jednak nowoczesne układy energoelektroniczne, praktycznie dla każdego typu współcześnie produkowanych elektrowni wiatrowych dużej mocy (powyżej 1 MW), nie wnoszą swojego udziału składowych harmonicznych ponad dopuszczalne przepisami.

Energetyka wiatrowa jest zaliczana do tzw. generacji rozproszonej (nie planowanej centralnie, o ograniczonej centralnej dyspozycji, współpracującej na ogół z siecią dystrybucyjną, o mocy zainstalowanej na ogół mniejszej niż 500-1000 MW). Wprowadzenie generacji rozproszonej do istniejących systemów elektroenergetycznych ma znaczący wpływ na planowanie i eksploatacje systemu w czasie rzeczywistym. Zdolność systemu do integracji tej formy generacji charakteryzuje się szeregiem czynników nieokreśloności, tak więc wpływ rozproszenia źródeł musi być uwzględniany przy ocenie charakterystyk systemu tak, aby jego funkcjonowanie i bezpieczeństwo nie zostały zakłócone. Generacja rozproszona zwiększa stopień komplikacji sterowania, automatyki zabezpieczeniowej i procedur eksploatacji systemów dystrybucyjnych. Przykładowo selektywność zabezpieczeń musi być zmodyfikowana, gdyż rozproszone źródła mogą zmieniać wartość, czas trwania i rozpływ prądów zwarciowych. Ponadto przy każdym włączeniu nowego źródła konieczne jest sprawdzenie działania automatyki zabezpieczeniowej i jej dostrojenie w sposób zapobiegający powstawaniu zakłóceń.

Krajem o największym nasyceniu energetyką wiatrową jest Dania. Stawia to przed tamtejszym operatorem systemu przesyłowego poważne wyzwania techniczne. Elektrownie wiatrowe i elektrociepłownie stanowią kluczową rolę w produkcję energii w zachodniej części Danii stanowiąc 50% produkcji energii w roku 2001, co doprowadziło do kilku sytuacji przeciążenia sieci. Obecnie bilansowanie energią w sieci, jaką posiada Dania jest możliwe tylko dzięki połączeniu jej z innymi obszarami, które posiadają jednostki produkcyjne innego rodzaju, ale nie jest to rozwiązanie, które może być długoterminowe. Nadmiar energii powstały ponad przyjętym poziomem może być eksportowany do Szwecji, Norwegii, a nawet Niemiec. Jeśli jednak wyprodukowana nadwyżka będzie większa od pojemności sieci importujących, nastąpi krytyczne przeciążenie sieci. Może to spowodować wystąpienia zakłóceń i załamania systemu.