Współpraca z siecią elektroenergetyczną.
Aby elektrowni oddawać prąd musimy mieć elektrownie lub farme elektrowni, która da nam min 250 kW dlatego każdy
może zainstalować sobie koło domu mini elektrownie wiatrową.
Zdecydowana większość dużych elektrowni wiatrowych oddaje wytworzoną moc do publicznych sieci
elektroenergetycznych.
Zmiany produkcji energii w elektrowni wiatrowej w ciągu doby.
Wykres powyżej pokazuje przebiegi mocy wyjściowej turbiny wiatrowej (650 MW) w czasie tygodnia, zainstalowanej na
zachodzie Danii. Niebieska krzywa pokazuje przebieg mocy 25 lipca 1997 roku. Na dole wykresu znajdują się przebiegi
dla pięciu poprzednich dni. Jak widzimy, zachowanie wiatru dla większości dni jest takie, że jest on słabszy w nocy, a
silniejszy w dzień. Oznacza to, że zmiany produkcji energii wiatrowej w ciągu dnia pasują do zmian dobowej konsumpcji
energii. W nocy, kiedy zapotrzebowanie na energię spada, produkcja energii w elektrowniach wiatrowych również spada.
W umiarkowanych strefach klimatycznych w lecie wiatry są generalnie słabsze niż zimą. Konsumpcja energii w tych
rejonach jest także w lecie słabsza niż w zimie. W chłodniejszych obszarach globu idealne jest połączenie ogrzewania
elektrycznego z energią wiatrową. Kiedy rośnie wiatr, rośnie wychłodzenie mieszkań, ale również rośnie produkcja
energii elektrycznej.
Jak wskazują doświadczenia, elektrownie wiatrowe mają także niekorzystne z punktu widzenia systemu cechy
techniczne. Zależność obciążenia od prędkości wiatru powoduje:
" konieczność zwiększenia rezerw mocy w innych z
ródłach,
" utrudnione prowadzenie ruchu systemu, np. wskutek gwałtownych zrzutów obciążenia i zmian kierunków
przepływu energii w sieciach,
" trudności w planowaniu bilansu mocy i energii.
1
Występować mogą problemy z regulacją napięcia i mocy biernej, pogarszaniem jakości energii elektrycznej,
opanowaniem mocy zwarcia i stabilnością pracy systemu. Problemy te łagodzić może odpowiednie wyposażenie
elektrowni wiatrowych w nowoczesne jednostki wytwórcze przystosowane do regulacji parametrów w szerokim zakresie.
Należy zatem postawić pytanie o wpływ pracy elektrowni wiatrowej na jakość energii. Wśród czynników pogarszających
parametry jakości energii w sieci elektroenergetycznej powodowanych pracą elektrowni wiatrowych można rozpatrzyć
cztery rodzaje:
" wahania mocy,
" wahania napięcia,
" migotanie,
" wyższe harmoniczne.
Wahania mocy. Wahanie mocy czynnej występuje w elektrowniach na skutek zmienności prędkości wiatru. Wahania
mocy biernej pobieranej przez prądnice asynchroniczne są wynikiem zmian generowanej mocy czynnej.
Wahania napięcia. Zmiany napięcia występujące jako następstwo powolnych zmian mocy generowanej przez prądnice
(mogą być kompensowane regulacją zmian zaczepów transformatorów w GPZ, do których są przyłączone elektrownie
wiatrowe). Wahania napięcia mogą być także spowodowane zmiennością mocy biernej pobieranej przez prądnice
asynchroniczne (kompensacja za pomocą regulatora mocy biernej z odpowiednią baterią kondensatorów) oraz prądami
rozruchowymi.
Migotanie (flicker). Gwałtowne zmiany mocy wyjściowej z turbiny wiatrowej, załączanie generatora i łączenie baterii
kondensatorów powodują zmiany wartości skutecznej napięcia. Powyżej pewnego poziomu takie zmiany powodują tzw.
migotanie oświetlenia elektrycznego.
Wyższe harmoniczne. Zawartość wyższych harmonicznych pochodzących z prądnic siłowni wiatrowych może
powodować zakłócenia w działaniu automatyki i zabezpieczeń w układach elektroenergetycznych. Drgań harmonicznych
należy szukać w przemiennikach częstotliwości. Jednak nowoczesne układy energoelektroniczne, praktycznie dla
każdego typu współcześnie produkowanych elektrowni wiatrowych dużej mocy (powyżej 1 MW), nie wnoszą swojego
udziału składowych harmonicznych ponad dopuszczalne przepisami.
Energetyka wiatrowa jest zaliczana do tzw. generacji rozproszonej (nie planowanej centralnie, o ograniczonej centralnej
dyspozycji, współpracującej na ogół z siecią dystrybucyjną, o mocy zainstalowanej na ogół mniejszej niż 500-1000 MW).
Wprowadzenie generacji rozproszonej do istniejących systemów elektroenergetycznych ma znaczący wpływ na
planowanie i eksploatacje systemu w czasie rzeczywistym. Zdolność systemu do integracji tej formy generacji
charakteryzuje się szeregiem czynników nieokreśloności, tak więc wpływ rozproszenia z
ródeł musi być uwzględniany
przy ocenie charakterystyk systemu tak, aby jego funkcjonowanie i bezpieczeństwo nie zostały zakłócone. Generacja
rozproszona zwiększa stopień komplikacji sterowania, automatyki zabezpieczeniowej i procedur eksploatacji systemów
dystrybucyjnych. Przykładowo selektywność zabezpieczeń musi być zmodyfikowana, gdyż rozproszone z
ródła mogą
2
zmieniać wartość, czas trwania i rozpływ prądów zwarciowych. Ponadto przy każdym włączeniu nowego z
ródła
konieczne jest sprawdzenie działania automatyki zabezpieczeniowej i jej dostrojenie w sposób zapobiegający
powstawaniu zakłóceń.
Krajem o największym nasyceniu energetyką wiatrową jest Dania. Stawia to przed tamtejszym operatorem systemu
przesyłowego poważne wyzwania techniczne. Elektrownie wiatrowe i elektrociepłownie stanowią kluczową rolę w
produkcję energii w zachodniej części Danii stanowiąc 50% produkcji energii w roku 2001, co doprowadziło do kilku
sytuacji przeciążenia sieci. Obecnie bilansowanie energią w sieci, jaką posiada Dania jest możliwe tylko dzięki połączeniu
jej z innymi obszarami, które posiadają jednostki produkcyjne innego rodzaju, ale nie jest to rozwiązanie, które może
być długoterminowe. Nadmiar energii powstały ponad przyjętym poziomem może być eksportowany do Szwecji,
Norwegii, a nawet Niemiec. Jeśli jednak wyprodukowana nadwyżka będzie większa od pojemności sieci importujących,
nastąpi krytyczne przeciążenie sieci. Może to spowodować wystąpienia zakłóceń i załamania systemu.
Znaczenie prognozy pogody w rynku bilansującym w zachodniej części Danii. Przedstawiono trzy charakterystyczne
sytuacje: gdy wiatr wzrasta póz
niej niż przewidziano (doprowadza to do braku około 800 MW), gdy prędkość wiatru
wzrasta przed przewidywaniami, doprowadzając do nadwyżki, gdy prędkość wiatru rośnie zgodnie z przewidywaniami.
3