Nadmiar energii biernej, której źródłem są m.in. generatory, kable czy transformatory, wpływa negatywnie na
możliwości przesyłowe sieci energetycznych. Operatorzy sieci, zdając sobie z tego sprawę, wymagają, żeby
nowo przyłączane obiekty wyposażone w elektrownie fotowoltaiczne spełniały coraz bardziej restrykcyjne
wymagania. W ich spełnieniu pomagają układy regulacji i kompensacji mocy biernej. Na rynku dostępnych jest
wiele rozwiązań, na czele których stoją układy dynamiczne, wyposażone w algorytmy regulacji mocy czynnej
dopasowujące w czasie rzeczywistym swoje nastawy do aktualnego stanu obiektu. Na szczególną uwagę zasługuje
autorski system EMACS polskiej firmy Electrum, który doskonale współpracuje z inwerterami o zróżnicowanej
mocy, funkcjonalnościach i zastosowaniu.
Wyższy poziom kompensacji mocy biernej.
Samo zagadnienie kompensacji mocy biernej jest tematem złożonym i wymagającym indywidualnej analizy dla
każdego obiektu. W klasycznych układach kompensacji, w których poziom mocy biernej niwelowany jest przez
układy statyczne takie jak dławiki czy baterie kondensatorów, generacja mocy biernej do sieci niwelowana
jest wyłącznie na stałym poziomie, przy założeniu, że poziom napięcia rzeczywiście jest stały. Taki
statyczny układ może jednak okazać się niewystarczający, a ponadnormatywny pobór mocy biernej przekłada się
wprost na wysokość kar za przekroczenie limitu poboru energii biernej. Odpowiedzią na powyższe
niedoskonałości są układy dynamiczne, które z jednej strony wykonują pomiar mocy biernej w punkcie
przyłączenia do sieci, a z drugiej strony sterują urządzeniami aktywnymi w taki sposób, aby moc bierna w
punkcie przyłączenia została ograniczona do minimum.
Jak podkreśla Mateusz Czajkowski, Inżynier Systemów Sterowania z Electrum Solutions: - Chodzi o to, aby w
czasie rzeczywistym obserwować spełnienie warunków dla przesyłu energii elektrycznej wynikających z
postanowień kodeksu sieci NC RfG oraz umowy przyłączeniowej, które uchroni przed karami nakładanymi przez
operatora. Kary te mogą być dotkliwe i odczuwalne dla właściciela instalacji.
Rozwiązania, które umożliwiają skalowanie i dalszą rozbudowę funkcjonalności w zakresie kompensacji mocy
biernej nabierają szczególnego znaczenia dla wszystkich biznesowych inwestorów, którzy zainwestowali we
własne elektrownie fotowoltaiczne i chcą maksymalizować oszczędności i optymalizować działalność swoich
przedsiębiorstw.
Zarządzanie mocą bierną w praktyce
W przypadku obiektów w których zainstalowane są źródła wytwórcze (PV), konieczna jest nie tylko kompensacja
mocy biernej, ale również odpowiedna regulacja całej instalacji. Warunki, jakie należy spełnić są określane
przez kodeksy sieciowe oraz przez konkretyzujące je wymogi ogólnego stosowania. Wymagania operatorów sieci
dystrybucyjnej dla konkretnego obiektu również mają istotne znaczenie dla funkcjonowania całego systemu.
Powyższe wytyczne wprowadzają konieczność zagwarantowania znacznie szerszego spektrum mocy biernej niż jest
to konieczne w przypadku samej kompensacji. Również w tym przypadku można zauważyć zdecydowaną przewagę
układów dynamicznych nad standardowymi układami statycznymi. Wykorzystanie algorytmów umożliwiających
zarządzanie całościowe elektrownią PV, składającą się nawet kilkuset falowników, umożliwia wypełnienie tych
wymagań bez konieczności stosowania dodatkowych urządzeń, które mogłyby znacząco podwyższyć koszt całej
inwestycji.
Cyfrowe wsparcie energetyki
Sektor energetyczny powinien sięgać na większą skalę po cyfrowe narzędzia, które są w stanie zapewnić
optymalny poziom kompensacji i regulacji mocy biernej. Idealnym rozwiązniem zdają się być systemy SCADA
(Supervisory Control And Data Acquisition), stanowiące jeden z podstawowych elementów systemów automatyki.
Pośród systemów dostępnych na rynku wyróżnia się autorski system firmy Electrum – EMACS, dedykowany dla
branży energetycznej. Rozwiązanie to stanowi odpowiedź na problemy związane z integracją, przetwarzaniem i
prezentacją danych z wielu źródeł w jeden spójny system, opracowany specjalnie pod kątem specyficznych
wymagań dotyczących uczestników sektora OZE, również tych w obszarze kompensacji mocy biernej. Pomocne w
interpretacji i przetwarzaniu danych z systemu mogą okazać się tu również wskaźniki takie jak PR
(Performance Ratio), czyli stosunek energii wyprodukowanej do teoretycznej) oraz AV (availability), czyli
dostępność falowników.
EMACS – więcej niż SCADA
System EMACS łączy w sobie zalety klasycznego systemu SCADA, platformy Internet of Things i systemu do
modelowania mikrosieci z oprogramowaniem Business Intelligence. EMACS to również zaawansowana usługa, dzięki
której w jednym, spójnym systemie można integrować, przetwarzać i prezentować dane z obiektów o różnym
poziomie mocy oraz napięcia. Dzięki temu rozwiązaniu można monitorować i kontrolować dowolne procesy
związane z generacją, magazynowaniem i wykorzystaniem energii z OZE, a także pozyskać dane do analizy
biznesowej na różnych poziomach szczegółowości.
Jak podkreśla Michał Gryc, Inżynier ds. Systemów SCADA z Electrum Solutions: - System EMACS to nie tylko
samo rozwiązanie software‘owe, ale również wsparcie specjalistów – począwszy od doboru rozwiązań i
wdrożenia, przez pomoc w interpretacji danych po doradztwo w decyzjach związanych z rozbudową i regulacją
posiadanych przez klienta aktywów energetycznych. System zbiera aktualne dane i pomiary, wizualizuje je,
steruje procesami, alarmuje i raportuje. Raporty aktualizowane w czasie rzeczywistym są dostępne w każdej
chwili w przeglądarce www na dowolnym urządzeniu.
Rys. 1. Widok umożlwiający podgląd działania wszystkich instalacji OZE jednego
właściciela.
Narzędzia i algorytmy gwarancją optymalnego wykorzystania systemu
Autorski system EMACS stworzony przez Electrum, wyposażony został w zaawansowane algorytmy pracujące na
wysokiej jakości danych w połączeniu ze specjalistycznymi rozwiązaniami sprzętowymi, dzięki czemu stanowi
gwarancję sukcesu inwestora w zakresie dynamicznej kompensacji i regulacji mocy biernej. Dynamiczna
regulacja to regulacja całą instalacją. System EMACS doskonale współpracuje z falownikami łańcuchowymi
Huawei SUN2000-215KTL-H0. W standardowych rozwiązaniach ten trójfazowy falownik PV podłączony do sieci
przekształca prąd stały generowany przez łańcuchy fotowoltaiczne na prąd przemienny i dostarcza energię do
sieci energetycznej w układzie IT.
Rys. 2. Schemat instalacji, 3.x ,4.x, 5.x są podpięte do GPO na WN
Jako pierwszy dostawca na rynku firma Electrum Solutions wykorzystała falowniki łańcuchowe Huawei
SUN2000-215KTL-H0 do zbudowania dynamicznego układu kompensacji mocy biernej. Dzięki zastosowaniu
dodatkowych komponentów umożliwiających pracę falowników bez zainstalowanych obwodów DC, udało się zbudować
niezawodny, dynamiczny układ kompensacji, pozwalający na regulację mocy biernej w punkcie przyłączenia
Rys. 3. Widok na GPO i stan pracy algorytmu sterowania mocą czynną i bierną
obiektu oraz możliwość sterowania pracą algorytmu.
Jak podkreśla Marcin Kłomski, Solution Manager z firmy Huawei: - Zaprojektowanie instalacji wykorzystującej
falowniki do regulacji mocy biernej musi uwzględniać ich ilość, którą trzeba określić tak, aby spełniała
wymagania kodeksu NC RfG. Wyzwaniem przy stosowaniu falowników łańcuchowych jest to, że potrzebują zasilania
prądem stałym, aby wbudzić się do pracy. Współpraca z Electrum Solutions pokazuje, że falowniki w połączeniu
z dobrym systemem informatycznym są w stanie spełniać swoją funkcję, nawet w najbardziej wymagających
warunkach.
Rys. 4. Widok na część dynamiczną algorytmu kompensacji mocy biernej i
możliwość wyboru inwerterów oraz wyłączenia stacji z działania algorytmu.
Klaster energii: system, który naprawdę działa
Pierwsza polska spółka dystrybucyjna działająca w ramach klastra energii oraz pionier w zakresie dystrybucji
i bilansowania energii, Electrum Solutions zrealizowało pod klucz 49 farm fotowoltaicznych o łącznej mocy 49
MWp, a wszystkie prace wykonane zostały w formule EPC. W celu uzyskania wymaganego stopnia skompensowania
sieci dystrybucyjnej, w każdym projekcie niezbędne było przeprowadzenie analizy możliwości wykorzystania
dodatkowych dławików oraz falowników fotowoltaicznych Huawei do kompensacji sieci bez generacji mocy czynnej
oraz sprawdzenie możliwości zabudowy układu na farmie. Jak podkreśla Marcin Kłomski, Solution Manager z
Huawei: - Elektrownie fotowoltaiczne zrealizowane w ramach klastra energii oparte są o falowniki łańcuchowe
Huawei SUN2000-105KTL-H1, które służą do generowania mocy czynnej, ale również produkcji mocy biernej w
zakresie wymagań określonych przez warunki przyłączenia.
Warto również podkreślić, iż układ regulacji wykorzystuje statyczne urządzenia takie jak dławiki i
transformatory w celu optymalizacji pracy całego układu, dzięki czemu możliwe jest maksymalne wykorzystanie
mocy czynnej generowanej przez zainstalowane generatory.
Rys. 5. Przykładowa charakterystyka z kompensacji.
Takie zaprojektowanie systemu dynamicznej kompensacji mocy biernej, które wykorzystuje optymalne narzędzia
dostosowane do konkretnych wymagań, algorytmy oraz systemy analizy danych, zapewnia realne wyniki w
kompensacji mocy biernej z korzyścią dla inwestora.
Wysokiej klasy falownik to podstawa
Dynamiczna regulacja mocy biernej w omawianych przypadkach opiera o falowniki Huawei SUN2000. Jak zaznacza
Marcin Kłomski, Solution Manager z Huawei: - Falowniki powinny harmonijnie współpracować i wspierać sieć
elektroenergetyczną. Odpowiedzią Huawei na wyzwania polskiej energetyki są falowniki z serii SUN2000, które
stanowią inteligentne centrum zarządzania energią elektryczną i znacząco przyczyniają się do zwiększenia
uzysków energetycznych i zapewniają optymalną pracę elektowni fotowoltaicznych.
Zaawansowane technologiczne falowniki, będące jednocześnie intuicyjne w obsłudze, mogą być połączone z
instalacją dynamicznej kompensacji mocy biernej. Charakteryzuje je wysoka wydajność, niezawodność i
bezpieczeństwo, co potwierdzają liczne opinie inwestorów. W połączeniu z zaawansowanymi systemami, takimi
jak EMACS, wypadają znakomicie – czyniąc wyposażone w nie instalacje bardziej wydajnymi i w dużej mierze
bezobsługowymi.
Rozwiązania dla optymalizacji
W energetyce obecnie liczy się takie działanie, które umożliwi kontrolę nad źródłami wytwarzania, spełniając
wymagania kodeksu NC RfG z uwzględnieniem warunków krajowych. W przypadku kompensacji i regulacji mocy
biernej celem jest nie tylko uniknięcie kar, ale generowanie realnych oszczędności, które szczególnie w
przypadku fotowoltaiki mogą być ogromne, sięgające setek tysięcy złotych. Idealnym rozwiązaniem jest
dynamiczna kompensacja mocy biernej, która bez wątpienia korzystnie wpłynie na IRR inwestycji.
- Nieustanny rozwój i doskonalenie rozwiązań Huawei dla branży fotowoltaicznej to kierunek, w jakim
zmierzamy. Aktywne wpieranie sieci elektroenergetycznej przez rozwiązania Huawei to jeden z kluczowych
priorytetów działów R&D Huawei, które skutecznie wdrażamy na polskim rynku. – zaznacza Marcin Kłomski,
Solution Manager z Huawei, z kolei Mateusz Czajkowski z Electrum Solutions dodaje: - Cel oszczędności
przyświeca projektowaniu instalacji, które wyciągają wszystko, co najlepsze od dostawców ich komponentów.
Tak było w przypadku klastra energii i tak będzie przy wielu kolejnych projektach. Teraz nadszedł czas na
rozwiązania umożliwiające współdzielenie infrastruktury energetycznej pomiędzy farmami wiatrowymi a
słonecznymi, tzw. cable pooling oraz wspomaganie instalacji OZE magazynami energii. Również w tym obszarze
jesteśmy przygotowani na nowe wyzwania.
