Jakość energii elektrycznej z siłowni wiatrowej.pdf
(
1129 KB
)
Pobierz
377832229 UNPDF
ANALIZY – BADANIA – PRZEGLĄDY
Jakość energii elektrycznej z siłowni wiatrowej
Andrzej Iwaniak, Przemysław Chojnowski
Jednym z najważniejszych problemów użytkowania siłowni
wiatrowych jest stabilność napięcia. Jest to szczególnie
ważne, gdy elektrownia wiatrowa jest obiektem dużej mocy
i jest oddalona od miejsc koncentracji konwencjonalnych
elektrowni. Nie bez znaczenia pozostaje też sztywność sieci
elektroenergetycznej w miejscu przyłączenia elektrowni
wiatrowej.
Większość małych i średnich elektrowni wiatrowych nie ma wca-
le lub ma bardzo ograniczone zdolności regulacyjne i najczęściej
pracuje przy współczynniku mocy cos
φ
= 1, z uwagi na ekonomicz-
ne uwarunkowania taryfy energetycznej. Siłownie zaopatrzone są
w baterie do kompensacji mocy biernej – często sterowane kompu-
terowo, chociaż oparte na tradycyjnych łącznikach kondensatorów.
Wadą generatorów indukcyjnych powszechnie stosowanych
w wiatrownicach jest zapotrzebowanie na moc bierną. Stąd po-
wszechne stosowanie baterii kondensatorów o przeróżnych kon-
strukcjach. Spotyka się systemy regulacji indywidualnej turboze-
społów lub centralnej regulacji w stacjach przyelektrownianych,
w miejscach przyłączenia do sieci. Problem stabilności napięciowej
jest ważny również z uwagi na indukcyjny charakter generatorów
i ich sposób podłączenia do sieci elektroenergetycznej średnich na-
pięć. Siłownia wiatrowa stanowi obciążenie ujemne, które w przy-
padku zwarcia może być nagle odłączone, zwiększając wartość
zapadu napięcia.
Ważnym problemem regulacyjnym są skutki rezerwowania jedno-
stek z generatorami synchronicznymi w okresach dolin obciążenia.
W tym przypadku ograniczona jest zdolność regulacji mocy biernej,
szczególnie jeżeli elektrownia wiatrowa jest oddalona od elektro-
wni konwencjonalnych. Wzrost napięcia w miejscach węzłowych
doprowadza wówczas do przepływu dużych wartości prądów wy-
równawczych, które są prądami biernymi.
Miejsce przyłączenia elektrowni do sieci elektroenergetycznej jest
z reguły również miejscem przyłączenia baterii kondensatorowej do
kompensacji mocy biernej. W przypadku długich kabli średniego
napięcia rodzi się też problem kompensacji mocy pojemnościowej
kabli przez zastosowanie odpowiednich dławików energetycznych.
Stąd konieczność stosowania odpowiednich baterii kondensatoro-
wych i regulowanych dławików.
Elektrownie wiatrowe wpływają bardziej na jakość energii elek-
trycznej niż pogarszające jakość napięcia odbiorniki z przekształtni-
kami. Duże znaczenie ma typ elektrowni wiatrowej oraz ich różno-
rodność w systemie. W przypadku zastosowania w systemie dużej
liczby elektrowni wiatrowych o identycznej budowie, należy spo-
dziewać się głębszych zmian jakościowych wynikających z budowy
Rys. 1. Szacowana moc elektryczna elektrowni wiatrowej na podstawie jej
rozmiaru
Rys. 2. Stopień obciążenia elektrowni wiatrowej w ciągu roku
Rys. 3. Prędkość wiatru w Polsce i najbliższym sąsiedztwie, z podziałem na
strefy
i sposobu regulacji napięcia. Jednak największym problemem jest
stosowanie elektrowni wiatrowych w sieciach o małej sztywności,
czyli w słabych sieciach wiejskich.
Elektrownie wiatrowe mogą wywoływać migotanie i stany przej-
ściowe napięcia, wynikające z wyłączania i załączania siłowni oraz
manewrowania baterią kondensatorów.
Dr inż. Andrzej Iwaniak – Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
dr inż. Przemysław Chojnowski – Przedsiębiorstwo Badawczo-Wdrożenio-
we OLMEX SA, Wójtowo
14
Rok LXXVII 2009 nr 11
ANALIZY – BADANIA – PRZEGLĄDY
Do tego, aby elektrownia wiatrowa posiadała odpowiednią moc,
potrzebna jest odpowiednia prędkość wiatru. Rozkład stopnia ob-
ciążenia elektrowni wiatrowej zależy od strefy posadowienia elek-
trowni. Osiągnięcie pełnego obciążenia zdarza się w elektrowniach
morskich w okresie zimowym, gdzie ok. 10% czasu zapewnia pełne
obciążenie. Elektrownie lądowe rzadko dochodzą do 60% obciąże-
nia, a dodatkowo zaledwie połowa okresu przypadającego na rok
nadaje się do uruchamiania śmigła elektrowni (rys. 2).
Spośród stosowanych w Polsce typów elektrowni wiatrowych wy-
różnia się osiem różnych rozwiązań technicznych (rys. 4). Badania
przeprowadzono przez okres trzech tygodni, badając jakość ener-
gii elektrycznej zgodnie z limitami normy europejskiej i polskiej
EN/PN 50 160 w torze zasilania elektrowni wiatrowej o mocy 400 kW.
Wyniki badań przedstawiono na rysunku 5.
Wszystkie wyróżniki jakości energii elektrycznej, określane dla
średnich 10-minutowych, spełniają wymagania normy i są zachowa-
ne co najmniej w 98% tych średnich. Wartość napięcia po stronie ge-
neratora wiatrowni przedstawiono na rysunku 6. Nie odbiega ona od
wartości znamionowej, poza jednym przypadkiem zapadu o więcej
niż 10% wartości napięcia. Jest to bardzo dobry wynik jakościowy.
Problemem stają się stany przejściowe napięcia, które na rysunku 7
przedstawione są w postaci wartości pikowych (szczytowych) prze-
biegu sinusoidy napięciowej. Liczne zaburzenia wartości szczytowej
napięcia dowodzą występowania przepięć do wartości szczytowej
dochodzącej do 1000 V.
Rys. 4. Typy elektrowni wiatrowych stosowanych w Polsce
Rys. 5. Ocena jakości napięcia wg normy EN 50 160
Migotanie jest wynikiem zmienności
prędkości wiatru, a konieczność nadążania
za zapotrzebowaniem na moc bierną wy-
wołuje częste rezerwowanie i załączanie
poszczególnych członów baterii konden-
satorowych. Niestety, dość często załą-
czanie baterii kondensatorowych o dużej
mocy wywołuje poważne chwilowe zmia-
ny napięcia w przypadku tzw. twardego
załączania kondensatorów.
Powszechne stosowanie łączników
w postaci styczników zamiast łączników
tyrystorowych znacznie zmniejsza koszty
baterii kondensatorowych, lecz jest źród-
łem poważnych przepięć. Ocena jakości
napięcia zawiera również poziom wyż-
szych harmonicznych za pomocą stoso-
wanego wskaźnika THD (Total Harmonic
Distortion). Zawartość wyższych har-
monicznych jest normowana, a jej limit,
liczony do harmonicznej rzędu 40., nie
powinien przekraczać 8%.
Moc elektrowni wiatrowej jest zależna
od jej obiektywnej wielkości i prędkości
wiatru występującego na danym terenie.
Gdyby moc elektryczną określać tylko pa-
rametrem wysokości i rozpiętości śmigła,
to można ją łatwo oszacować na podsta-
wie rysunku 1.
Rok LXXVII 2009 nr 11
15
ANALIZY – BADANIA – PRZEGLĄDY
Rys. 6. Wartość skuteczna napięcia po stronie generatora wiatrowni
Rys. 7. Przepięcia generowane w elektrowni wiatrowej
Rys. 8. Wartości mocy czynnej i biernej elektrowni wiatrowej
w okresie dwóch tygodni
Rys. 9. Przepięcia łączeniowe baterii kondensatorowej do poprawy
współczynnika mocy po stronie niskiego napięcia elektrowni wiatrowej
16
Rok LXXVII 2009 nr 11
ANALIZY – BADANIA – PRZEGLĄDY
Wartości mocy biernej i czynnej pobieranej (dodatnia nad osią
czasu) i oddawanej (ujemna pod osią czasu) oraz mocy biernej
przedstawiono na rysunku 8. W okresie dwóch tygodni maksymal-
na moc oddawana dochodziła do 200 kW, czyli stanowiła zaledwie
50% wydajności, a w przeważającym czasie pracy nie przekraczała
50 kW. Pobór mocy biernej był regulowany za pomocą baterii kon-
densatorowej niwelującej pobór mocy biernej przy oddawaniu mocy
czynnej do tg
φ
< 0,4.
Brak kompensacji indywidualnej transformatora prowadził do
bardzo wysokich wartości współczynnika mocy, dochodzących do
tg
φ
= 13, co generowało opłaty za pobór mocy biernej dochodzące
do połowy zapłaty za moc czynną oddaną.
Problem przepięć generowany przez elektrownie wynikał z za-
stosowania nieodpowiednich styczników do kondensatorów i miał
bezpośredni związek z kompensacją mocy biernej (rys. 9).
LITERATURA
[1] Akerman T. Sder L.: Wind Energy and Current Status: a Reviev. Royal Institut
of Technology. Stockholm 2000
[2] Babdzul W.: Wpływ elektrowni wiatrowych na niezawodność elektroenergetyczne-
go systemu przesyłowego. Rozprawa doktorska. Politechnika Warszawska 2004
[3] Paska J.: Jakość energii elektrycznej, niezawodność zasilania, bezpieczeństwo
energetyczne.
Elektroenergetyka
2003 nr 4
[4] Sozański J.: Niezawodność i jakość pracy systemu elektroenergetycznego. WNT,
Warszawa 1990
WYDAWNICTWA
Farmy wiatrowe w systemie elektroenergetycznym
Praca farm wiatrowych w systemie elektro-
energetycznym
– zmiany strukturalne syste-
mów elektroenergetycznych, lokalizacja farm
wiatrowych, przesłanianie elektrowni wiatro-
wych w farmie, wpływ farm na jakość energii,
stabilności systemu elektroenergetycznego,
minimalizacja wahań mocy czynnej na wyj-
ściu farmy wiatrowej,
Regulacja napięcia i mocy biernej w syste-
mie elektroenergetycznym
– regulacja na-
pięcia, nadrzędna regulacja napięcia i mocy
biernej, koncepcja wykorzystania farm wia-
trowych w procesie regulacji napięcia i mocy
biernej, farmy wiatrowe w procesie regulacji
napięć i mocy biernej, farmy wiatrowe w ukła-
dach regulacji nadrzędnej,
Regulacja częstotliwości i mocy czynnej
w systemie elektroenergetycznym
– wahania
mocy czynnej i częstotliwości, regulacja pier-
wotna, regulacja wtórna, wymagania UCTE
w zakresie regulacji częstotliwości, koncepcja
wykorzystania farm wiatrowych w procesie
regulacji częstotliwości i mocy czynnej, farmy
wiatrowe w procesie regulacji częstotliwości
i mocy czynnej,
Obrona i odbudowa systemu elektroener-
getycznego
– udział farm wiatrowych w awa-
riach systemowych, koncepcja wykorzystania
farm wiatrowych w obronie systemu elektro-
energetycznego,
Wymagania stawiane farmom wiatrowym.
Książka zawiera wykaz oznaczeń, sko-
rowidz oraz bogaty zestaw literatury. Sza-
ta graiczna książki jest bardzo staranna
i czytelna.
Zbigniew Lubośny: Farmy wiatrowe
w systemie elektroenergetycznym.
Wydaw-
nictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa
2009
elektroenergetycznych są realizowane,
a także możliwości oraz konieczności udzia-
łu elektrowni i farm wiatrowych w obronie
i odbudowie systemu elektroenergetycznego
po black out’cie.
Książka jest dedykowana studentom wy-
działów elektrycznych i energetycznych
wyższych uczelni technicznych, inżynie-
rom w zakładach energetycznych i irmach
konsultingowych prowadzących analizy
wpływu elektrowni wiatrowych na system
elektroenergetyczny, operatorom różnych
systemów opracowujących wymagania dla
elektrowni i farm wiatrowych, inwestorom
farm wiatrowych.
W poszczególnych rozdziałach Autor
omawia następujące zagadnienia:
W przedmowie do książki Autor pisze:
Wiatr jako źródło energii,
Elektrownie wiatrowe
–
konstrukcje, turbiny
wiatrowe, układy sterowania elektrowni wia-
trowej, automatyka zabezpieczeniowa elek-
trowni wiatrowej,
Praca elektrowni wiatrowych w systemie
elektroenergetycznym
– lokalizacja elektro-
wni wiatrowych, wahania napięcia, migotanie
światła, harmoniczne prądów i napięć, straty
mocy,
Farmy wiatrowe
– struktura, układy sterowa-
nia farm, automatyka zabezpieczeniowa farm
wiatrowych,
Moim celem jest właśnie przybliżenie czytel-
nikom
(
…
)
problematyki związanej z pracą
elektrowni i farm wiatrowych w systemie
elektroenergetycznym. Zależało mi przede
wszystkim na opisaniu oddziaływania elek-
trowni i farm wiatrowych na system elek-
troenergetyczny, przedstawieniu możliwości
oraz konieczności sterowania elektrownia-
mi i farmami wiatrowymi w podstawowych
procesach regulacyjnych, jakie w systemach
K.W.
Rok LXXVII 2009 nr 11
17
Plik z chomika:
e-lola
Inne pliki z tego folderu:
Tomasz Boczar - Energetyka wiatrowa - Aktualne mozliwosci wykorzystania.pdf
(116281 KB)
Elektroenergetyka_4_04 Elektrownie Wiatrowe.pdf
(2231 KB)
Elektrownie wiatrowe(1).pdf
(142 KB)
Elektrownie wiatrowe.pdf
(140 KB)
Małe turbiny wiatrowe. Co na to don Kichot.pdf
(106 KB)
Inne foldery tego chomika:
Baby Einstein - Kolysanki klasyczne
Budownictwo studia
CD
czesław śpiewa - debiut
Dokumenty
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin