Kompensatory synchroniczne, amortyzatory sieci elektroenergetycznej

Coraz więcej wysp inwestuje w kompensatory synchroniczne, aby móc obsłużyć więcej energii wiatrowej i słonecznej. „Dostęp do rynku szwedzkiego jest trudniejszy, nawet gdyby konieczne było wzmocnienie systemu za pomocą kompensatorów synchronicznych” – mówi Kristina Carlquist z ABB.

Na Wyspach Owczych firma energetyczna SEV chce zrezygnować z wytwarzania energii elektrycznej z silników Diesla i zamiast tego przejść na energię odnawialną, głównie wiatrową. System elektroenergetyczny stoi jednak przed szeregiem poważnych wyzwań, gdy maszyny wirujące klasycznych elektrowni tracą masę zamachową.

Zdjęcie: W Hiszpanii, jak twierdzi Kristina Carlquist z ABB, dodatkowe kompensatory synchroniczne „stały się niemal wymogiem” przy podłączaniu nowej farmy wiatrowej lub słonecznej do sieci przesyłowej. Zdjęcie: ABB.

Bez energii synchronicznej z wirującą energią wiele funkcji bilansujących zanika, a sieć energetyczna jest łatwiej zakłócana przez produkcję energii elektrycznej zależną od pogody. Dlatego mieszkańcy Wysp Owczych zakupili od ABB cztery obrotowe kompensatory synchroniczne , których zadaniem jest stabilizacja częstotliwości i napięcia sieci elektroenergetycznej.

– Celem SEV jest wytwarzanie stuprocentowej ilości zielonej energii do 2030 roku. Są dni, kiedy działamy już w całości w oparciu o energię odnawialną – mówi Kristina Carlquist, menedżer ds. kondensatorów synchronicznych w dywizji dużych silników i generatorów ABB.

 

 

Amortyzator sieci energetycznej.
Potrzeba kompensacji synchronicznej stała się w ostatnich latach szczególnie oczywista dla społeczności wyspiarskich i ma kluczowe znaczenie dla niektórych sieci energetycznych. Podobnie jak Wyspy Owcze, wiele wysp nie ma wsparcia w postaci linii przesyłowych z krajów sąsiednich lub kontynentu.

Dla ABB otworzyło to nowe rynki. Fabryka w Västerås mogła więc bardziej skupić się na kompensatorach synchronicznych, czyli „amortyzatorach sieci elektroenergetycznej”, jak nazywa je Kristina Carlquist.

Maszyny stabilizujące.
Kompensator synchroniczny to elektryczna maszyna wirująca, która obraca się synchronicznie z częstotliwością sieci elektroenergetycznej 50 Hz, stąd jej nazwa. Prędkość „oscylującej” masy generuje energię obrotową, która może być wykorzystana między innymi do stabilizacji częstotliwości i napięcia sieci elektroenergetycznej. Im większa masa, tym większa bezwładność, zwana również inercją, a im większa bezwładność, tym stabilniejsza sieć elektroenergetyczna. Bezwładność występuje w różnych typach maszyn wirujących .

„Sama maszyna synchroniczna jest taka sama, nawet jeśli jest wykorzystywana do różnych celów. Można ją zbudować jako silnik, generator lub kompensator synchroniczny. W razie potrzeby możemy dodać koło zamachowe, które zapewni dodatkową masę zamachową” – mówi Kristina Carlquist.

Wielka Brytania i Irlandia.
Ważnym rynkiem zbytu dla kompensatorów synchronicznych ABB jest Wielka Brytania. Tam kompensatory synchroniczne ABB i GE Power Conversion zostały zakupione przez norweski koncern Statkraft, którego zadaniem jest równoważenie brytyjskiego systemu elektroenergetycznego. Podczas gdy GE Power Conversion realizuje projekt w Szkocji, ABB zainstalowało w Liverpoolu dwa kompensatory synchroniczne o mocy 67 MVAr (megawoltamperów mocy biernej) wraz z własnymi 40-tonowymi kołami zamachowymi każdy . Według Kristiny Carlquist, jest to unikatowy na skalę światową projekt o dużej masie obrotowej.

Statkraft zapewnia również stabilność irlandzkiej sieci energetycznej. Do 2027 roku operator systemu przesyłowego EirGrid zainstaluje szereg kompensatorów synchronicznych z największymi na świecie kołami zamachowymi dostarczonymi przez Siemens Energy, w tym baterię o mocy 160 MW .

Paradoks paliw kopalnych.
Tłem dla dużych inwestycji Wielkiej Brytanii i Irlandii w synchroniczne rekompensaty jest wspólny los tych krajów, ponieważ nawet te duże państwa wyspiarskie nie mają wystarczającej bezwładności napędzanej turbinami, aby zapewnić napięcie i częstotliwość sieci. W związku z tym są zmuszone do eksploatacji szeregu elektrowni opalanych węglem i gazem.

Paradoks polega, według Statkraft, na tym, że elektrownie na paliwa kopalne muszą być czasami eksploatowane wyłącznie ze względu na niezawodność systemu elektroenergetycznego, a nie na potrzeby rynku energii elektrycznej. W kategoriach energii, wytwarzana jest wówczas wystarczająca ilość energii wiatrowej, ale operatorzy systemów nadal muszą wyłączać turbiny wiatrowe i uruchamiać elektrownie olejowe, aby zapewnić bezpieczeństwo funkcjonowania sieci.

Moc bierna.
Wiele dyskusji na temat energii obrotowej i kompensacji synchronicznej koncentruje się wokół mocy biernej – tej tajemniczej mocy, która nie jest bezpośrednio wykorzystywana przez odbiorców energii elektrycznej. Jest ona tym ważniejsza dla funkcjonowania sieci elektroenergetycznej i systemu elektroenergetycznego.

W dzisiejszej sieci elektroenergetycznej o nieregularnym charakterze zapotrzebowanie na moc bierną jest szczególnie widoczne, ponieważ przyczynia się ona do lepszej regulacji napięcia, umożliwiając podłączenie większej liczby farm fotowoltaicznych i turbin wiatrowych. Jednocześnie, moc bierna stała się niepewnym niedoborem, któremu mogą zaradzić nowoczesne maszyny synchroniczne. Kompensator synchroniczny może dostarczać lub absorbować moc bierną, w zależności od potrzeb regulacji napięcia sieci. Jednak moc bierna nie może być transportowana liniami energetycznymi tak jak energia tradycyjna, dlatego kompensatory synchroniczne muszą być budowane w miejscach, gdzie zapotrzebowanie jest największe.

Częstotliwość i zwarcie.
Oprócz utrzymywania napięcia za pomocą mocy biernej, kompensacja synchroniczna obejmuje również regulację częstotliwości. Koło zamachowe to w zasadzie obrotowy magazyn energii o ograniczonej ilości mocy czynnej, która może być następnie wykorzystana do stabilizacji częstotliwości, dopóki koło się obraca . Według ABB, kompensatory synchroniczne charakteryzują się również szczególnie ważną funkcją zwarciową.

„W sieciach niezbędna jest odporność na zwarcia, aby zapewnić stabilność nawet podczas awarii. Mamy projekty oparte wyłącznie na odporności na zwarcia” – mówi Kristina Carlquist.

Rynek europejski:
Dla ABB droga do rynku nowoczesnych kompensatorów synchronicznych rozpoczęła się od pionierskiego projektu dużych farm słonecznych w Australii. Być może dlatego południowokoreańska firma Kepco zwróciła się niedawno do Szwecji o pomoc w stabilizacji sieci energetycznej na wyspie Dżedżu .

Jednak duży rynek kompensatorów znajduje się w Europie. W Hiszpanii ABB realizuje cztery projekty z kompensatorami synchronicznymi , między innymi na Wyspach Kanaryjskich i Majorce . W Hiszpanii, jak twierdzi Kristina Carlquist, dodatkowe kompensatory synchroniczne „stały się niemal wymogiem” przy podłączaniu nowej farmy wiatrowej lub słonecznej do sieci przesyłowej.

Trudniej w Szwecji.
Pytanie brzmi, czy kompensatory synchroniczne zostaną wprowadzone do szwedzkiej sieci elektroenergetycznej. Z technicznego punktu widzenia, zarówno usługi systemowe, jak i „praca wyspowa” mogą być absolutnie niezbędne we wszystkich obszarach, od parków przemysłowych i mikrosieci po najwyższe poziomy sieci, ale droga do sensownego biznesu będzie jeszcze długa, mówi Kristina Carlquist. W krajach nordyckich istnieje już wiele kompensatorów synchronicznych różnych typów i modeli, a także stosunkowo duża różnorodność typów mocy synchronicznej.

Zwiększona ekspansja energetyki wiatrowej może otworzyć rynek, jak to miało miejsce w przypadku fińskiego operatora systemu przesyłowego Fingrid, który został zmuszony do zakupu 83-tonowego koła zamachowego, o czym pisał Second Opinion . Koszt w wysokości nieco ponad 450 milionów koron szwedzkich pokrywa wówczas spółdzielnia, a nie firmy wiatrowe.

Doceń koło zamachowe.
Może to przypominać debatę o finansowaniu turbin gazowych, z tą różnicą, że kompensator synchroniczny to po prostu silnik pracujący na biegu jałowym, który nie produkuje niczego, co można by sprzedać. Jednak nie jest prawem natury, że koło zamachowe powinno być bezwartościowe, jak od dawna wskazują przedstawiciele branży energetycznej.

Według Instytutu Badań nad Biznesem, Svenska kraftnät musi stworzyć mechanizm rynkowy dla usług wsparcia biernego z maszyn synchronicznych, aby energia obrotowa trafiała na rynek bilansujący . Jako dostawca, ABB może jedynie stwierdzić, że rynek ten jest wciąż daleko od Västerås.

– Dla nas Szwecja i region nordycki nie są dziś tak oczywistym ani naturalnym rynkiem, jak potrzeby, które dostrzegamy na arenie międzynarodowej. Dostęp do szwedzkiego rynku krajowego jest trudniejszy ze względu na istniejącą energetykę jądrową i wodną – nawet jeśli wzmocnienie systemu za pomocą kompensatorów synchronicznych byłoby konieczne w południowej Szwecji – mówi Kristina Carlquist.

* * *

Korzystne efekty koła zamachowego: Kompensacja synchroniczna polega na przechodzeniu między mocą czynną mierzoną w częstotliwości w MW a mocą bierną powiązaną z napięciem i woltami, mierzoną w MVAr ( var ). Techniczną zależność między mocą czynną a bierną można opisać stosunkowo zrozumiale w języku angielskim (plik PDF) lub w języku szwedzkim za pomocą równania elektrotechnicznego . ABB posiada obszerną bibliotekę poświęconą kompensacji synchronicznej (przewiń w dół).

 

 

https://second-opinion.se/synkronkompensatorer-kraftnatens-stotdampare/

 

 

• Magnus Genrup

  Samma synkronmaskin med svänghjul kan enkelt kombineras med en gasturbin via en SSS-koppling – dvs. kommer också kunna producera aktiv effekt.

  Svara
  •  

    Jan F Westling@Magnus Genrup

    Magnus!
    Pracowałem dla klienta z Azji Południowo-Wschodniej, który kupił dwie turbiny gazowe o mocy 250 MW każda.
    Trzy lata później turbina została przekształcona w turbinę gazowo-parową zasilaną paliwem pierwotnym NG/Diesel.
    Krokiem pośrednim była instalacja tzw.
    „przepustnicy” (kominu obejściowego) przed budową kotłów spalinowych.
    Niewykorzystanie energii spalin w kotle spalinowym HRSG (kotle spalinowym) wiąże się ze znacznymi stratami egzergii. Istniał silny argument za przejściem na turbinę parową bez zakłócania instalacji kotła spalinowego.
    W Szwecji kilka gazowych elektrowni parowych typu „jeden w jednym” (z jednym wałem) byłoby bardzo pomocne dla systemu energetycznego w przeciwdziałaniu wahaniom cen energii elektrycznej i mocy.
    W turbinie jednowałowej turbina gazowa znajduje się na jednym końcu między generatorem, a
    na drugim końcu wirnika turbina parowa ze sprzęgłem SSS.
    Prawdopodobnie bardzo możliwe jest zamontowanie dodatkowego sprzęgła SSS między generatorem a turbiną gazową.
    Efektem jest niezwykle elastyczna produkcja energii elektrycznej o wysokiej wydajności
    pod względem mocy i usług systemowych. Czas pracy w trybie kompensacyjnym będzie
    prawdopodobnie znacznie dłuższy niż w przypadku produkcji aktywnej, o ile występuje nadprodukcja
    energii wiatrowej itp.

    Waga
•  

  Ulf Westberg

  Ilustracją artykułu jest następujący fragment:
  „Fingrid został zmuszony do zakupu 83-tonowego koła zamachowego, o czym pisał Second Opinion. Koszt nieco ponad 450 milionów koron pokrywa spółdzielnia, a nie firmy wiatrowe”.
  Zwolennicy energii wiatrowej i słonecznej nigdy nie uwzględniają takich kosztów w swoich kalkulacjach. Skoro energia wiatrowa była impulsem do zakupu koła zamachowego, dlaczego spółdzielnia miałaby za to płacić?

  Waga
•  

  Lennart Nilsson

  Ładny artykuł reklamowy dla ABB, która oczywiście ma nadzieję, że w przyszłości będzie mogła czerpać zyski z nordyckiego obszaru synchronicznego, gdy i on stanie się dysfunkcyjny.

  Waga
•  

  Carl Erik Magnusson

  Dziękuję Kristinie Carlquist za merytoryczną i opartą na faktach historię o funkcjach sieciowych, które do niedawna istniały jako „dobra publiczne”, o których niewielu wiedziało, których wszyscy pragną, ale za które nikt nie chce płacić. Dobra te muszą teraz zostać zakupione, aby ustabilizować wiele sieci, a koszty obciążają ogół, a nie producentów, którzy je tworzą. Dziwne, że polityka, ekonomia czy biurokracja nie mają siły, aby to zmienić, tak aby te ważne usługi były wyceniane i rozliczane u źródła, a nie od przeciętnego człowieka.
  Ale tak właśnie jest: to, czego nie (widzisz), nie istnieje i dlatego powinno być darmowe.

  Waga
•  

  Christer Daleskog

  Artykuł po raz kolejny wskazuje na komponenty i właściwości, które muszą być obecne w krajowym systemie elektroenergetycznym. Nie mamy tu do czynienia z małą skrzynką elektryczną Kalle'a, jak sądzą szwedzcy politycy i media, ale z ogólnokrajowym systemem prądu przemiennego.
  Wymaga on nie tylko ciągłej produkcji czynnej (najlepiej synchronicznej), ale także MASY LATAJĄCEJ i MOCY BIERNEJ, aby system mógł funkcjonować. Jest to niemal całkowicie pomijane w debacie o tym, jakie źródła produkcji powinniśmy mieć.
  Szwecja posiadała już wcześniej kompensatory synchroniczne. Zniknęły one wraz z rozwojem energetyki jądrowej. Dlaczego? Ponieważ elektrownie jądrowe mogły dostarczać zarówno aktywną produkcję synchroniczną, masę koła zamachowego, jak i moc bierną. Trzy pieczenie na jednym ogniu. Dotyczy to również elektrowni cieplnych i wodnych, ale nie elektrowni wiatrowych.
  Dlatego zamknięcie sześciu elektrowni jądrowych, które pełniły tę „podwójną” funkcję, i próba „zastąpienia” ich energią wiatrową było lekkomyślne. Dlatego jesteśmy w tak złej sytuacji. Moglibyśmy rozwiązać ten problem za pomocą kompensatorów synchronicznych, ale po co to robić, skoro możemy budować nowe elektrownie jądrowe i uzyskać pełną funkcjonalność w systemie energetycznym.