Elastyczność systemu elektroenergetycznego

Operatorzy systemów dystrybucyjnych stoją obecnie przed niełatwym zadaniem nie tylko zaspokojenia stale rosnącego zapotrzebowania energetycznego odbiorców, ale także umożliwienia przyłączania coraz to nowych rozproszonych źródeł energii. Jest to niezbędny element postępującej coraz bardziej dynamicznie transformacji energetycznej w kierunku zwiększenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii w krajowym miksie energetycznym. Wobec tego dziś bardziej niż kiedykolwiek ważne jest zapewnienie elastyczności systemu elektroenergetycznego.

Czym jest elastyczność systemu elektroenergetycznego?

Elastyczność to cecha każdego systemu elektroenergetycznego. Określa ona jego zdolność do dostosowywania się do zmian w zapotrzebowaniu na energię oraz jej generacji. Im większa elastyczność danego systemu, tym efektywniej zaspokaja on potrzeby odbiorców oraz wykorzystuje źródła energii elektrycznej. Tak więc jest to cecha ważna nie tylko w kwestii zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego, ale także odpowiedniego gospodarowania energią, pozwalającego unikać strat.

Elastyczność systemu elektroenergetycznego może mieć charakter pierwotny bądź wtórny. Ten pierwszy odnosi się do właściwości samego systemu elektroenergetycznego, natomiast drugi do zachowania użytkowników. Na to ostatnie mogą wpływać wysyłane konsumentom sygnały, np. zmienne w czasie ceny energii, skłaniające do dostosowania godzin użytkowania urządzeń.

W jaki sposób operatorzy utrzymują elastyczność systemu elektroenergetycznego?

Dla zapewnienia odbiorcom wymaganego napięcia niezbędne jest utrzymanie prawidłowej częstotliwości sieciowej. W Europie wynosi ona 50 Hz ±1,5 Hz. Występowanie na dużym obszarze zgodności nie tylko częstotliwości, ale także fazy generowanego prądu umożliwia istnienie wielkoobszarowych sieci synchronicznych. Ich istnienie pozwala na bardziej ekonomiczną dystrybucję elektryczności i zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego.

Generowana energia ma częstotliwość nieznacznie wyższą od znamionowej ze względu na straty, do jakich dochodzi podczas jej przesyłu. Energia, która dociera do odbiorców, ma z kolei zazwyczaj częstotliwość mniejszą od znamionowej. Wyższe pobory mocy oznaczają spadek tej częstotliwości. W celu wyrównywania jej konieczne może być dostarczenie większej ilości mocy z jednostek wytwórczych.

Regulacja częstotliwości i mocy kiedyś i obecnie

Istniejące systemy elektroenergetyczne powstały w dużej mierze w ubiegłym wieku, a obecnie są modernizowane i rozbudowywane. Nie jest to jednak łatwe zadanie, ponieważ ich centralne elementy są przystosowane do starego modelu usług systemowych. Zakłada on generację energii w jednostkach wytwórczych centralnie dysponowanych (tradycyjnych elektrowniach, np. węglowych), skąd trafia ona do OSP (operatorów systemów przesyłowych), później do OSD (operatorów systemów dystrybucyjnych) i wreszcie do odbiorców. Za elastyczność takiego systemu odpowiadają układy automatycznej regulacji częstotliwości i mocy (ARCM). Jednostki wytwórcze dostosowują swoją moc do poboru mocy w danej chwili. W celu usprawnienia procesu regulacji stosowane są prognozy zużycia prądu oparte na danych statystycznych.

Gdy system elektroenergetyczny powstawał, nie istniały prawie żadne źródła generacji rozproszonej, które musiałyby być brane pod uwagę w bilansie mocy. Tymczasem obecnie, w związku z postępem technicznym, wzrostem świadomości ekologicznej, kryzysem na rynku paliw kopalnych i dążeniem do niezależności energetycznej pojawia się takich źródeł coraz więcej. Należą do nich m.in. farmy fotowoltaiczne i wiatrowe oraz rozmaite formy kogeneracji. W zdecentralizowanym systemie elektroenergetycznym elastyczność ma jeszcze większe znaczenie, ale jednocześnie jest trudniejsza do osiągnięcia. Wymaga ona bardziej skomplikowanych, inteligentnych systemów automatyki, współpracy konsumentów, a także efektywnego magazynowania energii.

Rozproszone źródła energii

Obecnie większość rozproszonych źródeł energii w Polsce stanowią OZE, w szczególności instalacje fotowoltaiczne. Cechą charakterystyczną tych źródeł jest niesterowalność, a także niemożliwość dokładnego przewidzenia krzywej generacji energii, jaką można z nich uzyskać. Istnienie generacji rozproszonej oznacza również dwukierunkowy przepływ energii przez sieć dystrybucyjną. W przypadku systemów elektroenergetycznych, w których produkcji energii znaczny udział mają instalacje OZE, oprócz prognoz zużycia niezbędne są także prognozy warunków pogodowych. Jednak jak wiemy, nie zawsze można na nich polegać. To wszystko oznacza konieczność bardzo precyzyjnego reagowania na lokalne zmiany przepływu mocy, ponieważ przy ich braku może dojść do zbyt wysokich wzrostów napięcia i częstotliwości, co skutkuje wyłączaniem instalacji OZE i chwilowym brakiem generacji akurat w czasie, gdy mają one największy potencjał wytwórczy. Takie sytuacje są bardzo niekorzystne dla prosumentów ze względu na straty, a także dla lokalnych odbiorców (wahania napięcia).

Przy obecnej popularności instalacji OZE trudno jest nadążyć z modernizacją sieci do takiego poziomu, aby wszystkie koncepcje przyłączeniowe mogły zostać zrealizowane. Dlatego, w zależności od lokalizacji planowanej instalacji, przyszli prosumenci otrzymują nieraz trudne do spełnienia wymagania pod względem przyłączanej mocy. Innym sposobem na skłonienie właścicieli instalacji generacji rozproszonej do utrzymywania wysokiego poziomu autokonsumpcji (zużycia na potrzeby własne) wytworzonej energii jest niedawna zmiana sposobu rozliczania za energię oddaną do sieci, za którą przysługują teraz znacznie niższe rekompensaty.

Wpływ magazynowania energii na elastyczność systemu elektroenergetycznego

Magazynowanie energii jest coraz bardziej powszechnym sposobem utrzymywania stabilności parametrów prądu dostarczanego odbiorcom oraz efektywnego gospodarowania generowaną energią elektryczną. W czasach dużego udziału generacji rozproszonej stają się one wręcz niezbędnym elementem sieci elektroenergetycznej.

Magazyny energii gromadzą ją w czasie, gdy generacja jest wyższa niż zapotrzebowanie, a oddają w sytuacji odwrotnej. Możliwe jest także wykorzystanie ich gdy cena energii jest zmienna do ładowania w tańszej taryfie, a rozładowywania w droższej. To wszystko oznacza, że magazynowanie energii przyczynia się do zwiększenia elastyczności systemu elektroenergetycznego. Jeżeli prosument posiadający instalację OZE użyje magazynu energii do gromadzenia nadwyżek, to nie będzie już konieczne wyłączanie instalacji przy nadmiernej generacji. Magazynowanie energii może również opóźnić konieczność rozbudowy i modernizacji systemu elektroenergetycznego w celu przyłączenia nowych instalacji.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

KONFERENCJA E-MAGAZYNY 2023

Najnowsze

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE

Najnowsze

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE