Regulace jalového výkonu u fotovoltaických elektráren

Na celkové výrobě elektřiny se FVE podílí v letních měsících, resp. v květnu a červnu, kdy jsou optimální podmínky, max. 4,5 %. Po dobu šesti měsíců dosahuje podíl na výrobě v průměru pouze 1,4 % z celkové výroby. Tedy dalo by se na první pohled říct, že podíl FVE na celkové výrobě elektřiny je prakticky nezajíma-vý. Ovšem jiný, a to zcela zásadní pohled je z hlediska okamžité výroby, resp. z podílu výroby FVE a klasic-kých zdrojů v jednotlivých měsících a denních hodinách. Např. v uvedených měsících květnu a červnu dosa-huje v poledních hodinách maximální spotřeba v ES ČR asi 8 000 MW a v tu chvíli může v případě optimál-ního slunečního svitu dosahovat výroba z FVE téměř 20 % okamžité spotřeby a to zcela náhodně, bohužel bez možnosti jakýmkoliv způsobem tuto výrobu regulovat. K udržení stability distribuční soustavy (DS) je nutno dodržet určitá pravidla pro její provozování, která schvaluje Energetický regulační úřad. Dodržování těchto pravidel pak vyvolává řadu dalších otázek a samozřejmě dále zvyšuje náklady na provoz DS i pro provozovatele FVE.

Elektrizační soustava (ES) a její regulace byla původně navržena na klasickou výrobu, přenos a distribuci elektrické energie od definovaných zdrojů ke spotřebičům. Pro udržení stability poměrně složitého systému elektrizační soustavy je nutno sledovat a regulovat jeden z hlavních parametrů a tím je napětí. Současná regulace napětí postavená na třístupňové hierarchii patří do systémových a podpůrných služeb v elektrizační soustavě.

Administrativním rozhodnutím došlo k tomu, že elektrizační soustava, resp. její distribuční síť se začala mohutně osazovat rozptýlenými zdroji elektrické energie. Tyto ve větší části nepredikova-telné zdroje mají nepochybně vliv na regulační systém napětí v soustavě.

Vzhledem k tomu, že jednou z možností regulace napětí v uzlech sítě je regulace toků jalového výkonu, je nutno rozptýlené zdroje v soustavě doplnit o regulaci jalového výkonu.

Rozptýlené zdroje je také potřeba vybavit regulací činného výkonu, která by se použila v případě dosažení fyzikálních limitů původní regulace napětí.
Předpokládá se, že veškerá regulace jalového a činného výkonu bude prováděna na základě dis-pečerského řízení provozovatelem distribuční soustavy, jehož zavedení je dáno novelou energe-tického zákona č. 211/2011 Sb. platnou od 18. srpna 2011.

Problém mohutného rozmachu instalací FVE, který vznikl, jak již bylo uvedeno administrativním rozhodnutím, se konečně promítl i v části novely energetického zákona. Novela předepisuje pro větší rozptýlené zdroje povinnost zavést dispečerské řízení. Novela energetického zákona v čl. II Přechodná ustanovení uvádí v odstavcích:

14. Výrobce elektřiny je povinen vybavit výrobnu elektřiny s instalovaným výkonem 2 MW a více uvedenou do provozu před nabytím účinnosti tohoto zákona zařízením umožňujícím dispečerské řízení do 30. června 2012.
15. Výrobce elektřiny je povinen vybavit výrobnu elektřiny s instalovaným výkonem od 100 kW do 2 MW uvedenou do provozu před nabytím účinnosti tohoto zákona zařízením umožňujícím dispe-čerské řízení do 30. června 2013.

Na základě potřeb provozovatelů DS a novely energetického zákona vešla koncem roku 2011 v platnost nová „Pravidla provozování distribučních soustav“ (PPDS) zpracovaná provozovateli distribučních soustav a schválená Energetickým regulačním úřadem. Podmínky pro regulaci jalo-vého a činného výkonu jsou v Příloze 4 „Pravidla pro paralelní provoz zdrojů se sítí provozovatele distribuční soustavy“.
Celá pravidla včetně příloh je možné najít a volně stáhnout na //www.eru.cz.

Návrh výkonové části regulace jalového výkonu musí vycházet jednak z vlastního technického řešení FVE a jednak z požadavků provozovatele DS, které jsou obecně stanoveny v podmínkách. Před vlastním návrhem je potřeba sjednotit požadavky provozovatele DS s vlastním technickým řešením dispečerského řízení.
Pokud regulace jalového výkonu již není součástí původního projektu, tak mohou nastat problémy s technickou realizací. Mnoho FVE i větších výkonů nad 2 MWp není osazeno měniči s možností regulace jalového výkonu. Je tedy nutno dovybavit FVE o výkonovou část regulace.
Vzhledem k tomu, že většina FVE je již nainstalována a zprovozněna, není problém zjistit jejich výkonovou bilanci, maximální dodávaný činný výkon a účiník ve společném napájecím bodě, tedy v bodě připojení do DS. Na základě znalosti těchto hodnot je možné vypočítat maximální potřebné jalové výkony, aby mohly být splněny podmínky předepsané PDS. V současné době se požaduje regulace účiníku FVE na hodnoty ±0,95; ±0,97; 1, kde znaménko ± reprezentuje buď kapacitní, nebo induktivní účiník.

Současně je potřeba znát výkonovou bilanci při chodu FVE naprázdno, resp. při odebíraném čin-ném výkonu. Tato hodnota pak slouží ke stanovení potřebného jalového výkonu pro dosažení ne-utrálního účiníku ve společném napájecím bodě po většinu doby.

Předřazené impedance, transformátory, kabelová vedení nebo obojí se výrazně podílí na bilanci jalových výkonů. S těmito výkony lze pak s výhodou počítat při dimenzování výkonové části regulá-toru. Bohužel při chodu FVE naprázdno jsou tyto jalové výkony spíše nevýhodou.

Někteří provozovatelé FVE s instalovaným výkonem nad 2 MWp jsou poslední dobou pod časo-vým tlakem ve smyslu novely energetického zákona, viz kapitola 0. Množí se různé studie a návrhy řešení, která jsou v rozporu se zásadami projektování a provozu vysokonapěťových kompenzáto-rů. Uveďme zde alespoň některá hlavní rizika, která mohou nastat při těchto zapojeních:
• Časté spínání velkých kondenzátorových baterií a tlumivek za transformátorem 22/6 kV, který bude mít jen minimální činné zatížení, bude zdrojem přepětí, které může poškodit vinutí transformátoru.
• Zatížení transformátoru velkým kapacitním výkonem může vést, spolu se zvýšeným napětím v síti DS, ke kterému bude jistě docházet, k jeho přesycení.
• Kombinací indukčností transformátoru 22/6 kV a kondenzátorových baterií vznikne vzhledem k síti 22 kV laděný sériový rezonanční obvod s velice malým tlumením. Ten může v náhodné konfiguraci rezonovat na některé harmonické napětí nebo na kmi-točtu signálu HDO v síti DS.
Přitom by mnohdy pomohlo, kdyby se autor návrhu zamyslel nad jednoduchou možností při-pojit regulátory jalového výkonu do nízkonapěťové části jako individuální regulátor pro každý transformátor. Vzhledem k obvyklým rezervám zdánlivého výkonu a přetížitelnosti olejových transformátorů to je ve většině případů možné.

Další problém může v budoucnosti nastat, pokud PDS změní požadavky na regulaci jalového výkonu a regulátor na to nebude přizpůsoben. Současné požadavky u některých PDS na regulaci jalového výkonu jsou zjednodušené a požadují pouze regulaci účiníku. Pokud se podíváme na citované podmínky, PDS je možné, že systém regulace napětí v DS bude v budoucnu požadovat i jiné způsoby regulace jalového výkonu. Při volbě vhodného regulá-toru jalového výkonu je nutné, aby bylo možno změnou parametrů zvolit i jiné uvedené způ-soby regulace. To bohužel u jednoduchého regulátoru nebude možné.

Současnou výhodou pro dodavatele nesprávně navržené regulace jalového na VN je sku-tečnost, že se ještě po jistou dobu nebude v rámci dispečerského řízení prakticky používat, zejména kritická kapacitní část regulace. Je pravděpodobné, že při skutečném začlenění do systému regulace napětí v DS bude už dílo mimo záruku, a tak v případě selhání vzniknou provozovateli FVE další nemalé náklady na odstranění zhavarovaných částí kompenzátorů.

Distribuční soustavu jako takovou je nutno v budoucnosti přebudovat do tzv. Smart Grids (česky chytré, lépe inteligentní sítě), které si samy poradí s rozptýlenou výrobou, akumulací a spotřebou elektrické energie. Budoucnost těchto sítí je zatím vzdálená, ale bez dispečerského řízení jalového a činného výkonu u rozptýlených zdrojů elektřiny to určitě nepůjde.

Ing. Vladimír Korenc

Elcom

vladimir.korenc@elcom.cz

Přední český poskytovatel telekomunikačních služeb Dial Telecom uvedl do provozu nové technologické prostory v pražském datovém centru společnosti CE Colo (dříve známé jako Sitel).

Toto datové centrum po rozšíření z podzimu 2011 má nyní rozlohu 3 200 m2 čisté zákaznické plochy. Využí-vá jej přibližně 150 firem, mezi něž patří T-Mobile, Tesco, Interoute, GTS, MobilKom, Active24, Teleplan nebo samozřejmě Dial Telecom. Zálohováním veškeré použité technologie jsou eliminována všechna SPoF (Single Points of Failure) kritická místa. Elektrická energie je vedena po dvou zcela nezávislých větvích pro napájení střídavým napětím 230 V a stejnosměrným napětím 48 V.

Optická síť je považována za konvergenční medium budoucnosti a Dial Telecom je jedním z nejvýznamněj-ších telekomunikačních operátorů, který poskytuje své portfolio služeb právě na vlastní optické síti a cíleně investuje do nejmodernější technologie v tomto oboru.

-jk-