Modernizacja sieci elektroenergetycznych

Na przestrzeni ostatnich stu lat system elektroenergetyczny przeszedł znaczne zmiany. Tworzenie połączeń między niewielkimi, lokalnymi sieciami, pozwoliło na stworzenie obszarów synchronicznych o powierzchni rozciągającej się na niemal całe kontynenty. To, wraz ze stale wzrastającym zapotrzebowaniem na energię oraz zastępowaniem konwencjonalnych źródeł energii odnawialnymi sprawiło, że konieczna była modernizacja sieci elektroenergetycznych. Zachodzi ona przez cały czas. W tym artykule przedstawimy obecne trendy w rozwoju sieci elektroenergetycznych.

Wykorzystywanie odnawialnych źródeł energii

W XX wieku elektrownie pozyskiwały energię głównie ze spalania węgla i rozszczepienia jądra atomowego a także z płynącej wody. Energia ta była przesyłana w jednym kierunku, z elektrowni do odbiorców. Ponad to, elektrownie były w stanie wytwarzać energię elektryczną z maksymalną mocą niemal bez przerwy.

Wszystko to zmieniło się na początku XXI w., kiedy to instalacje OZE, takie jak panele fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe zaczęły zyskiwać popularność. Ich istota działania jest znacząco odmienna od konwencjonalnych elektrowni. Energia jest wytwarzana tylko w okresie sprzyjających warunków pogodowych, z tego powodu większość źródeł odnawialnych można określić jako źródła niesterowalne. Kolejną ważną cechą odróżniającą odnawialne źródła energii od tradycyjnych elektrowni jest ich lokalizacja w systemie elektroenergetycznym. Często nie są to już duże jednostki, ale małe instalacje należące do prosumentów, czyli konsumentów, którzy nie tylko pobierają z sieci prąd, ale także mogą go do niej dostarczać. W takim wypadku mamy do czynienia z generacją rozproszoną, która wymusza dwukierunkowy przepływ prądu przez część sieci elektroenergetycznej.

Coraz większy udział OZE w miksie energetycznym postawił przed systemem elektroenergetycznym problemy zaspokojenia potrzeb konsumentów w szczycie zapotrzebowania, który nie pokrywa się ze szczytem generacji, oraz odbioru energii z instalacji w czasie generacji. Sieci elektroenergetyczne wielu krajów europejskich, w tym Polski, wymagają gruntownej modernizacji w celu umożliwienia bezproblemowego przyłączania generacji rozproszonej. By można było dostosować poziom dostarczanej energii do aktualnego zapotrzebowania, niezbędne jest jej magazynowanie oraz systemy sterowania jej przepływem.

Magazynowanie energii w systemie elektroenergetycznym

Magazynowanie energii umożliwia regulację czasu i intensywności oddawania do sieci energii elektrycznej wyprodukowanej w instalacjach OZE. Magazyny energii mogą gromadzić w sobie energię, która w danym momencie nie może być wykorzystana przez odbiory z powodu nadpodaży lub ograniczonej mocy przyłączeniowej. Następnie zmagazynowana energia może być oddana do sieci z odpowiednią mocą, gdy istnieje na nią zapotrzebowanie.

Magazyny energii są przydatne również w przypadku braku przyłączonych instalacji OZE. Umożliwiają bardziej równomierne obciążenie jednostek wytwórczych w czasie. Gromadzenie energii w czasie niskiego zapotrzebowania, kiedy ceny są niższe, i sprzedawanie jej w szczycie zużycia daje również możliwość zarabiania. Magazyny energii mogą też zapewnić moc wyższą niż przyłączeniowa dla zastosowań takich jak stacja ładowania pojazdów elektrycznych.  Oprócz tego, magazyn energii może posłużyć do regulacji mocy biernej  bez konieczności instalowania baterii kondensatorów oraz do ograniczenia wahań napięcia. Zastosowanie magazynu energii może odsunąć w czasie konieczność rozbudowy lub modernizacji sieci elektroenergetycznej w inny sposób.

Obecnie najbardziej rozpowszechnione jest magazynowanie energii elektrycznej za pomocą baterii litowo-jonowych. Mogą one być wykorzystywane w magazynach prosumenckich (o pojemności kilku kilowatogodzin) lub magazynach energii przy zakładach przemysłowych, obiektach usługowych czy osiedlach mieszkaniowych (zwykle kilkaset kilowatogodzin lub kilka megawatogodzin). Największe magazyny energii, nazywane hubami, mają pojemność liczoną w setkach megawatów lub nawet w gigawatach.

Z uwagi na stale zwiększające się zapotrzebowanie energetyczne odbiorców i równoczesną transformację energetyczną w kierunku wykorzystania OZE potrzebne jest coraz więcej magazynów energii. Tymczasem zasoby podstawowego surowca do produkcji akumulatorów, litu, nieubłaganie maleją. Dlatego konieczny jest rozwój alternatywnych technologii magazynowania energii.

Modernizacja sieci elektroenergetycznych poprzez mikrosieci i wirtualne elektrownie

Transformacji systemu elektroenergetycznego w kierunku szerszego wykorzystania OZE sprzyjają mikrosieci oraz wirtualne elektrownie. Są to systemy wykorzystujące połączenia między źródłami energii, odbiorcami i jednostkami magazynującymi energię. Dzięki systemom sterowania mogą one regulować przepływ energii w zależności od potrzeb. Istnienie mikrosieci jest korzystne ze względu na możliwość odłączenia od zewnętrznej sieci i dostarczania odbiorcom energii w przypadku awarii. Lokalny charakter mikrosieci zakładający wykorzystanie mikroźródeł na niewielkim obszarze pozwala ograniczyć straty przesyłowe energii elektrycznej. Wymiana informacji zachodząca w wirtualnych elektrowniach z kolei umożliwia dostosowywanie nie tylko okresów dostarczania energii do sieci, ale także jej poboru, zmieniając konsumentów w fleksumentów.

Więcej o wirtualnych elektrowniach i ich porównaniu z mikrosieciami można przeczytać w artykule Wirtualne elektrownie – cyfrowa przyszłość energetyki.

Systemy monitoringu i kontroli FLISR i SCADA w inteligentnych systemach elektroenergetycznych

Inteligentne systemy elektroenergetyczne (smart grids) to systemy energii wykorzystujące technologie informacyjne do integracji i zwiększenia efektywności rozproszonych źródeł energii. Zaliczyć można więc do nich także mikrosieci i wirtualne elektrownie.

Do systemów kontrolujących działanie inteligentnych sieci należą FLISR i SCADA. Pierwszy z nich to system lokalizacji usterki, izolacji i samonaprawy (ang. Fault Location, Isolation and Self Restoration). Umożliwia on minimalizację liczby odbiorców dotkniętych skutkami awarii w systemie elektroenergetycznym poprzez izolację usterki i zapewnienie zasilania z innych dostępnych źródeł. W zakresie naprawy system ma możliwość identyfikacji usterki, zaproponowania rekonfiguracji i zapewnienia analizy przepływu mocy.

 Drugi z systemów, SCADA (ang. Supervisor Control and Data Acquisition) umożliwia nadzór i pozyskiwanie danych z systemów automatyki. Ich podstawowym zadaniem jest wizualizacja danych ze wszystkich urządzeń pomiarowych i wykonawczych w czasie rzeczywistym. Systemy SCADA są tworzone indywidualnie na potrzeby konkretnych projektów z wykorzystaniem sterowników programowalnych PLC.

Systemy przesyłowe FACTS i HVDC

Coraz szerzej wykorzystywane są systemy poprawiające efektywność przesyłu energii elektrycznej FACTS (ang. Flexible AC Transmission Systems – elastyczne systemy przesyłu prądu przemiennego) oraz linie wysokiego napięcia prądu stałego HVDC. Na FACTS składają się urządzenia energoelektroniczne i sterowniki statyczne umożliwiające szybką regulację napięcia, zwiększenie przepustowości sieci prądu przemiennego, tłumienie aktywnych oscylacji mocy i kontrolę przepływu obciążenia. Kable HVDC mogą natomiast służyć do przesyłania energii elektrycznej między systemami asynchronicznymi lub synchronicznymi bez przekazywania zakłóceń między nimi. Dodatkową zaletą ich wykorzystania jest niższy koszt przesyłu energii na duże odległości (powyżej 500 km dla linii napowietrznych i 50 km dla podmorskich) niż w przypadku prądu przemiennego. Modernizacja sieci elektroenergetycznych będzie przebiegała więc prawdopodobnie w kierunku zwiększenia udziału linii prądu stałego w systemie elektroenergetycznym.

Modernizacja sieci elektroenergetycznych na potrzeby e-mobility

Przy zwiększającej się świadomości ekologicznej społeczeństwa i rządowych dofinansowaniach do pojazdów elektrycznych oraz równoczesnych podwyżkach cen paliw kopalnych na drogach pojawia się coraz więcej samochodów elektrycznych. Aby możliwy był dalszy rozwój sektora e-mobility, niezbędne jest nie tylko rozbudowywanie struktury ich ładowania, ale także poprawa wygody użytkowania. To ostatnie można osiągnąć poprzez skrócenie czasu ładowania, a więc zwiększenie dostępnej mocy. Obecnie stacje ładowania coraz częściej oferują moce rzędu kilkuset kilowatów, jednak w wielu lokalizacjach nie jest dostępna taka moc przyłączeniowa. Wtedy, w celu uzyskania satysfakcjonującej mocy, niezbędna jest modernizacja sieci elektroenergetycznej w kierunku zwiększenia przepustowości lub zastosowanie magazynu energii, który może ładować się z mniejszą mocą, a rozładowywać z większą.

 

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE

Najnowsze

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

PARTNERZY PORTALU

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE