Atsinaujinančių išteklių elektrinių prijungimo iššūkiai

Autoriai:
UAB Energy Advice vadovas, KTU docentas dr. Vytautas Šiožinys
UAB Energy Advice Projektų vadovas Paulius Paplauskas

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????

Paskutiniuosius penketą metų vyko intensyvi vėjo elektrinių, o vėliau saulės elektrinių plėtra. MB Energy Advice bendradarbiauja su įmonėmis, kurių vadovai, bei inžinierinis – techninis personalas, spręsdami elektrinių prijungimo prie elektros tinklų klausimus, susidūrė su bendrojo pobūdžio ar specifine, liečiančia techninę politiką problematika. Apibendrinant sukauptą patirtį, šiuo straipsniu skirsime dėmesį technologiniams elektrinių prijungimo klausimams. Vėjo elektrinių prijungimo technologinius klausimus reguliuoja „Vėjo elektrinių prijungimo prie Lietuvos elektros energetikos sistemos techninės taisyklės“, kurios savo ruožtu nukreipia į kitus tesisės aktus ir taisykles, o taip pat Lietuvos Respublikos standartus LST EN.

Saulės elektrinių prijungimo prie elektros tinklo techninius klausimus reguliuoja tik skirstomojo tinklo operatoriaus vidinės taisyklės „Elektros energijos gamintojų pasinaudojimo elektros tinklais tvarkos aprašas“, bei kiti Lietuvos Respublikos teisės aktai ir taisyklės. Šiuo atveju specializuotų taisyklų nėra.

Analizuojant vėjo elektrinių prijungimo taisykles matyti, kad nėra aiškios ribos tarp techninių reikalavimų elektrinėms, kurios prijungiamos prie elektros skirstomojo, o kurios prie elektros perdavimo tinklų. Taisyklės apibrėžia ribą, kurios galia lygi 1,5MW prijungimo taškui. Atkreiptinas dėmesys į tai, kad 110kV tinklui vėjo jėgainių įrengtoji galia >1,5MW sąlyginai maža, o tokios galios elektrinių prijungimas prie perdavimo tinklo ekonomiškai nepagrįstas. Tačiau, skirstomajame tinkle vėjo elektrinių įtaką išreikštą MW sudėtinga apibrėžti, nes 100kW galia 10-35kV tinkluose sąlyginai maža, tačiau 1MW galia 0,4kV tinkle pernelyg didelė. Seka išvada, kad Taisyklių reikalavimai elektrinėms, prijungiamoms prie skirstomojo tinklo, galėtų būti pertekliniai, ypač  viršijus 1,5MW galią prijungimo taškui, kuomet įsigalioja Taisyklių papildomieji reikalavimai.

Vėjo jėgainėms keliami aktyvios galios valdymo reikalavimai, kurie apima: galios kitimo greičio valdymą, valdymą pagal užduotą galią ir dažnio valdymą. Galios kitimo greičio ir pagal užduotį valdymas yra nuotoliniai, reikalaujantys ryšių ir tele signalų perdavimo sistemų. Šis reikalavimas taikomas visoms elektrinėms pagal Taisyklių bendruosius reikalavimus. Reikia atkreipti dėmesį, kad smulkioms elektrinėms toks reikalavimas galėtų būti perteklinis ir socio-ekonomiškai ne efektyvus.

Taisyklių p. 24 (papildomieji reikalavimai) nurodo, kad „Vėjo elektrinė ar jų parkas privalo dalyvauti valdant dažnį“, tačiau Taisyklių p. 14 (bendrieji reikalavimai), nurodo, kad „Kiekviena tiek pavienė, tiek parko vėjo elektrinė turi tenkinti Lietuvos elektros energetikos sistemos automatinio generacijos valdymo nuostatus“, kurios savo ruožtu p. 6.1 nurodo, kad „visi generatoriai privalo turėti galimybę dalyvauti pirminiame dažnio reguliavime“. Taigi, galima daryti išvadą, kad 100kW elektrinė turi dalyvauti dažnio valdyme. Toks reikalavimas perteklinis ir socio-ekonomiškai ne efektyvus.

Analizuojant Taisyklių dažnio valdymo reikalavimus, atkreipiame dėmesį į reikalavimą, kad vėjo jėgainė turi reguliuoti aktyviąją galią pagal dažnio nuokrypį. Dažnio nuokrypis įmanomas elektrinei dirbant sistemoje ir salos režimu. Apie dažnio valdymą sistemoje aprašyta aukščiau. Reikėtų išskirti salos režimą perdavimo ir skirstomajame tinkle. Nors salos režimas techniškai galėtų būti įgyvendintas perdavimo tinkle, tačiau skirstomajame tinkle salos režimą realizuoti ekonomiškai neefektyvu, ir jėgainės išjungiamos nuo bet kokio trikdžio.

Prisiminkime kitą vėjo jėgainių techninę ch-ką, kuri anglų kalba vadinama „Fault Ride Through”, arba “Perlėk per tinkle vykstantį sutrikimą”. Tokį reikalavimą kelia visų be išimties šalių perdavimo tinklų operatoriai, skiriasi tik techninės detalės. Tinkle įvykus trumpajam jungimui (TJ) elektrinė neišsijungs, o pašalinus TJ generuos galią į tinklą. Ši elektrinės charakteristika ypač svarbi siekiant užtikrinti stabilų sistemos darbą, o perdavimo tinklo operatorius gedimą tinkle gali charakterizuoti kaip (N-1).

Priešingai, jei TJ metu elektrinė išsijungtų, perdavimo tinklo operatorius vertintų kaip (N-2) gedimą, bent teoriškai. Elektrinės su „Fault Ride Through“ ch-ka po TJ gali likti ir salos režime, kas atitiktų vėjo elektrinėms keliamus Taisyklių Papildomuosius reikalavimus. Be to, daugeliu atveju, perdavimo tinkle relinė apsauga ir automatika (RAA) išpildyta taip, kad gali elektros perdavimo linijas saugoti nepriklausomai nuo elektros energijos srauto krypties, be to, turi sinchronizmo kontrolės įtaisus ir kitą, būtinąją automatiką. Tačiau tokių techninių priemonių nėra skirstomajame tinkle, todėl vėjo elektrinėms dirbti salos režimu negalima, netikslinga, o nuo bet kokio sutrikimo jėgainės privalomai išjungiamos. Tokiu atveju, elektrinėms veikiančioms skirstomajame tinkle „Fault Ride Through“ charakteristika nebūtina.

Elektrinių reaktyvios galios valdymo reikalavimai neatsiejami nuo įtampų valdymo tinkle klausimo. Atkreipsime dėmesį į įtampų valdymo reikalavimus. Taisyklėse nurodoma, kad „Vėjo elektrinių prijungimo prie bendro naudojimo skirstomojo elektros tinklo projektuose pakanka apskaičiuoti… įtampos kitimo ribas vėjo elektrinių prijungimo taške“. Tuomet klausiame, koks leistinas įtampos kitimas elektrinės prijungimo taške, kad būtų išpildyti standarto LST EN 50160 reikalavimai? Standartas LST EN 50160 apibrėžia žemos įtampos visų tinklo naudotojų įtampos kokybės reikalavimus. Pabrėžiamas žodis visų, t.y. elektrinėms gaminant elektros energiją bet kokiu apkrovos režimu, įtampos svyravimas pas kiekvieną vartotoją neturi viršyti ±10% (Taisyklės griežtina reikalavimą +6%/-10%). Iliustruokime pavyzdžiu, kai skaičiavimai atlikti pagal Taisyklių reikalavimus: apkrovų 0,4kV tinkle nėra, generatorius veikia vardiniu režimu. Skaičiavimai atlikti programa EA-PSM:

Straipsnio_pav1

Prijungimo taške generatoriaus gnybtų įtampa siekia +6%. Prijungus tik vartotojų apkrovą ir išjungus generatorių:

staripsnio pav2

Vartotojo gnybtuose įtampa siekia vos 84÷85% vardinės įtampos. Šiuo režimu, skirstomojo tinklo operatorius privalo pakeisti galios transformatoriaus atšaką, pavyzdžiui -2. Vartotojų įtampos patenka į diapazoną +6%/-10%, tačiau prie transformatoriaus atšakos -2, nesant vartojimui, o generatoriui veikiant vardine galia, tinklo mazgų įtampos siekia +10%.

straipsnio pav3

Priklausomai nuo generatoriaus prijungimo taško, 10/0,4kV transformatoriaus atšakos, galios srauto per 10/0,4kV transformatorių, vidutinės įtampos tinkle apkrovos kitimo diapazono, galios transformatoriaus įtampos reguliavimo periodu įtampa vartotojo gnybtuose gali netenkinti LST EN 50160 standarto reikalavimų. Kitų šalių skirstomojo tinklo operatoriai leidžia prijungti vėjo jėgainę prie skirstomojo tinklo tik tuo atveju, jei prijungimo taške įtampos kritimas neviršija 2÷3%.