RAZPRŠENI VIRI ELEKTRIČNE ENERGIJE IN

NJIHOVE KARAKTERISTIKE

Seminarska naloga pri predmetu Razdelilna in industrijska omrežja

Poročilo izdelal: JAN JERIHA

Izvajalec predmeta: prof. dr. Grega Bizjak

Študijsko leto 2015/16

RIO 2015/16

JERIHA JAN 1

Povzetek

Seminarska naloga na hitro predstavi različne vrste razpršenih virov ter katere vrste

generatorjev uporabljajo. Po Sistemskih obratovalnih navodilih za distribucijska omrežja so

razpršeni viri razvrščeni v štiri razrede. Kasneje je za vsak razred definirana karakteristika

jalove moči.

Ključne besede: razpršeni viri, karakteristika jalove moči, obnovljivi viri,

RIO 2015/16

JERIHA JAN 2

Kazalo

1. Uvod ................................................................................................................................... 4

1.1 Kjotski sporazum ......................................................................................................... 4

1.2 Izvor in mednarodna uporaba izraza ............................................................................ 4

1.3 Definicija razpršenega vira .......................................................................................... 5

1.3.1 Razpršeni viri proti centraliziranim virom električne energije ............................... 6

2. Klasifikacija razpršenih virov kot elektrarn manjših od 10 MW ....................................... 7

2.1 Klasifikacija razpršenih virov glede na moč elektrarne in mesto vključitve v omrežje

7

2.1.1 Označevanje tipa elektrarn glede na priklop in moč generatorjev ......................... 7

2.2 Klasifikacija glede na smer pretoka energije ............................................................... 8

2.2.1 Označevanje glede na smer pretoka energije ......................................................... 8

2.3 Klasifikacija glede na način obratovanja in vodenja s strani SODO ter tip

kompenzacije .......................................................................................................................... 8

3. Tipi razpršenih virov ........................................................................................................ 10

3.1 Predstavniki razpršenih virov .................................................................................... 10

3.1.1 Male hidroelektrarne............................................................................................. 11

3.1.2 Fotovoltaika .......................................................................................................... 12

3.1.3 Mikroturbine – soproizvodnja toplote in elektrike ............................................... 13

3.1.4 Vetrne elektrarne .................................................................................................. 13

3.1.5 Geotermalna energija ............................................................................................ 16

3.1.6 Pregled prej omenjenih tehnologij ........................................................................ 17

3.2 Električni stroji uporabljeni za proizvodnjo razpršenih virov ................................... 17

3.2.1 Sinhronski stroj ..................................................................................................... 18

3.2.2 Asinhronski stroj .................................................................................................. 18

3.2.2.1 Dvojno napajan asinhronski generator ........................................................ 18

4. Karakteristike jalove moči razpršenih virov ..................................................................... 19

4.1 Naprave za kompenzacijo jalove moči ...................................................................... 19

4.1.1 Razred A (0.0N1-3.7N1, 0.0N2-7.4N2, 0.0N3-10.0N3) ...................................... 19

4.1.2 Razred B (0.0N3-250.0N3) .................................................................................. 21

4.1.3 Razred C (250.0N3-1000.0N3) ............................................................................ 21

4.1.4 Razred D (0.0S3-10000.0S3) ............................................................................... 22

5. Zaključek .......................................................................................................................... 24

6. Viri in literatura ................................................................................................................ 25

RIO 2015/16

JERIHA JAN 3

7. Vprašanja in naloga .......................................................................................................... 27

RIO 2015/16

JERIHA JAN 4

Seznam uporabljenih kratic

RV Razpršeni vir (ang. Distributed energy resource)

EES Elektroenergetski sistem (ang. Electric Power System)

NN nizkonapetostno (ang. low voltage)

SN srednjenapetostno toplote (ang. medium voltage)

Seznam uporabljenih simbolov

U napetost [V]

P moč [W]

E energija [J]

I tok [A]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 4

1. Uvod

V seminarski nalogi se ukvarjam z razpršenimi viri električne energije ter njihovimi

karakteristikami. Že več kot sto let služi trenuten elektroenergetski sistem učinkovito,

zanesljivo in varno svojim uporabnikom. Zaradi naraščanja porabe, starajoče se infrastrukture,

koničnih obremenitev, okoljske problematike in razpršene proizvodnje se sooča z vedno novimi

izzivi. Obstoječi sistem ni pripravljen na ekonomsko upravičeno umeščanje novih elementov

(razpršeni viri električne energije, električna vozila, …) v sistem. [1],[6],[11]

1.1 Kjotski sporazum

Leta 2005 je začel veljati mednarodni sporazum sprejet v Kjotu. Nastajal je med letoma 1995

in 1997. Ta sporazum skuša zmanjšati emisije ogljikovega dioksida in nekaterih drugih

toplogrednih plinov (CH4, N20, HFC, PEC, SF6). Ideja sporazuma je bila do leta 2020

zmanjšati emisije toplogrednih plinov za 20%, izboljšati energetsko učinkovitost za 20% ter

doseči 20% delež obnovljivih virov električne energije v celotni porabi. Ti cilji so bolje znani

kot »cilji 20-20-20«. Ker imamo v Sloveniji v večji meri že izkoriščen ekonomsko upravičen

hidro potencial so edina možnost za dosego teh ciljev razpršeni obnovljivi viri. Ti viri pa s svojo

spreminjajočo se proizvodnjo v elektroenergetskem sistemu ustvarjajo nove probleme s

katerimi se bodo morali operaterji soočiti, ker v nasprotnem primeru masovni prihod teh virov

ne bo mogoč. [15], [16]

1.2 Izvor in mednarodna uporaba izraza

Če pogledamo slovenske strokovne članke na to temo, ki vsebujejo angleške povzetke lahko

zasledimo kar nekaj angleških izrazov. Leta 2015 se je v članku na konferenci CIGRE uporabil

izraz »Intermittent power generation«. Leta 2005 so v članku na konferenci CIGRE uporabili

izraz »Dispersed generation«. Leta 2012 pa se je v članku objavljenem v Elektrotehniškem

vestniku uporabil izraz »Distributed generation«.

Če te izraze prevedemo, vidimo, da prvi, »Intermittent« pomeni občasen/sporadičen in se

uporablja za vir električne energije, ki nam ni zmeraj na voljo zaradi nekega zunanjega

RIO 2015/16

JERIHA JAN 5

dejavnika. Ti viri so lahko dobro napovedljivi, ampak z njimi ne morejo razpolagati, ko

elektroenergetski sistem to potrebuje. Drugi izraz »Dispersed« pomeni v slovenskem prevodu

razpršen in bi bil potemtakem najbolj primerna izbira. Tretji izraz »Distributed« pa pomeni

porazdeljen in se v angleški literaturi najbolj uporablja. [10], [13]

1.3 Definicija razpršenega vira

Kljub temu, da je besedna zveza razpršeni vir dobro poznana (vir električne energije manjše

moči navadno v bližini odjemalca), pa v literaturi ni le ene definicije. Razpršeni vir je pojem,

ki je različno definiran pri različnih organizacijah. »Electric Power Research Institute« je

razpršeni vir definiral kot proizvodnjo od nekaj kilo-Wattov do 50 MW.. Nekatere države

definirajo razpršeno proizvodnjo na podlagi napetostnega nivoja, druge pa na predpostavki, da

je razpršena proizvodnja direktno povezana z bremenom odjemalca. Ena od definicij je tudi ta,

da mora imeti razpršena proizvodna določene lastnosti obnovljivih virov električne energije.

CIGRE je definiral razpršeni vir kot manjši od 50 do 100 MW in priključen na distribucijsko

omrežje ter, da ni centralno planiran in je brez možnosti regulacije. Iz zadnje definicije je možno

sklepati, da pod nadzorom operaterja prenosnega omrežja zgrajene proizvodne enote, ki služijo

kot nadomestilo za ojačitev omrežja in imajo možnost regulacije, ne spadajo pod razpršeno

proizvodnjo. IEEE pa definira enote razpršene proizvodnje kot enote, ki so zadosti majhne v

primerjavi s centralno proizvodnjo, tako da omogoča medsebojno povezovanje na skoraj vsaki

točki elektroenergetskega sistema. [4]. Zadnja definicija pa navaja razpršeno proizvodnjo kot

majhen vir ali hranilnik električne moči (od manj kot kW do nekaj deset MW), ki ni del velikega

proizvodnega sistema in se nahaja blizu bremena. [1], [4]

Širom sveta najdemo kar nekaj različnih definicij, ki so si med seboj različne. Nekatere

sprejemajo vključenost velikih kogeneracijskih enot ali večjih polj z vetrnimi elektrarnami,

priključenimi na prenosno omrežje elektroenergetskega sistema, druge pa predvidevajo samo

manjše proizvodne enote priključene na distribucijsko omrežje. [10]

V zaključku članka [1] je podana neka splošno definicijo za razpršeni vir, kot proizvodnjo

električne energije priključeno na distribucijsko omrežje oziroma priključeno na omrežno stran

odjemalca. V tej definicija ni zajeta ne kapaciteta ne tehnologija vira ter definira tako

RIO 2015/16

JERIHA JAN 6

proizvodnjo v smislu povezave in lokacije namesto proizvodnih zmogljivosti. Zaradi prej

omenjenih razlogov je definicija zelo široka. [1], [4]

1.3.1 Razpršeni viri proti centraliziranim virom električne

energije

Velike proizvodne enote imajo nekaj prednosti proti razpršenim:

Boljši izkoristki

Tehnologije so omogočale izgradnjo večjih elektrarn po nižjih cenah

Boljša zaščita in zanesljivejše obratovanje

Cena

Nekaj prednosti pa imajo tudi razpršeni viri:

Uporaba obnovljivih virov

Majhne izgube, saj se nahajajo blizu porabnikov

Možnost otočnega obratovanja v primeru izgube napajanja iz omrežja

Manj potrebnih investicij v prenosno omrežje

Neodvisnost od enega vira energenta

RIO 2015/16

JERIHA JAN 7

2. Klasifikacija razpršenih virov kot elektrarn

manjših od 10 MW

V navodilih za priključevanje in obratovanje elektrarn inštalirane električne moči do 10 MW

so elektrarne klasificirane gleda na različne kriterije. [12]

2.1 Klasifikacija razpršenih virov glede na moč elektrarne in

mesto vključitve v omrežje

Prvi kriterij je glede na inštalirano moč elektrarne in mesto vključitve v omrežje. [12]

Po prvem kriteriju število generatorjev v skupini ni pomembno, pomembna je le moč skupine

generatorjev na ločilnem mestu ter napetostni nivo vključitve le-teh.

Ločimo štiri različne tipe elektrarn:

Razred A: za skupine elektrarn, ki so priključene na nizko napetostno omrežje

(400/230 V), njihov fazni tok je omejen na 16 A, se kot navidezno moč

elektrarne vedno upošteva cos(𝜑)=0,8 glede na priključeno delovno moč.

Razred B: če je skupina elektrarn priključena na nizko napetostno omrežje

(400/230 V) in je njena skupna moč manjša od 250 kW, se kot navidezno moč

elektrarne vedno upošteva cos(𝜑)=0,8 glede na priključeno delovno moč.

Razred C: če moč skupine elektrarn priključenih na nizko napetostno omrežje

(400/230 V) presega 250 kW, se kot navidezno moč elektrarne vedno upošteva

cos(𝜑)=0,8 glede na priključeno delovno moč.

Razred D: vse elektrarne vključene na srednje napetostni nivo (10 kV, 20 kV,

35 kV, …) spadajo v ta razred.

2.1.1 Označevanje tipa elektrarn glede na priklop in moč

generatorjev

Oznaka je sestavljena iz treh delov, to so:

Delovna moč, zaokroženo na eno decimalko v kW.

RIO 2015/16

JERIHA JAN 8

Napetostni nivo; nizko napetostni (NN, 400/230 V) oz. srednje napetostni (SN, 10 kV,

20 kV, 35 kV, …).

Število faz priklopa; enofazen, dvofazen, trifazen.

Primer: Elektrarna moči 4,36 kW, priključena na nizko napetostni nivo z enofaznim

priklopom. Oznaka za tak tip bila »4.4N1«. [12]

2.2 Klasifikacija glede na smer pretoka energije

Drugi kriterij za klasificiranje teh elektrarn je glede na smer pretoka energije. [12]

Poznamo tri različne priklope:

Klasičen proizvodni priklop, sem sodijo priklopi, katerih lastni odjem na mestu odjema

ne presega 20% inštalirane delovne moči vseh proizvodnih enot v skupini.

Porabniško – proizvodni priklop, sem sodijo priklopi, katerih lastni odjem na mestu

odjema presega 20% inštalirane delovne moči vseh proizvodnih enot v skupini.

Porabniški priklop, sem sodijo porabniki, ki kot pomožen vir električne energije

uporabljajo generatorje, ki proizvajajo električno energijo zadostno za celotno porabo

oz. zadostno za del porabe.

2.2.1 Označevanje glede na smer pretoka energije

Oznaka E predstavlja klasičen proizvodni priklop, oznaka M predstavlja porabniško –

proizvodni priklop, oznaka P pa predstavlja porabniški priklop.

2.3 Klasifikacija glede na način obratovanja in vodenja s

strani SODO ter tip kompenzacije

Pod to klasifikacijo poznamo tri različne kategorije:

Klasičen razpršeni vir: SODO nima neposrednega vpliva na obratovanje elektrarne,

razen splošnih pogojev glede proizvodnje jalove energije, ki so podani v soglasju o

priključitvi.

Sistemski razpršeni vir tip A: v primeru, da ima razpršeni vir s SODO sklenjeno

pogodbo o sistemskih storitvah glede proizvodnje jalove moči, ki presega splošne

pogoje za proizvodnje le-te podane v soglasju o priključitvi.

RIO 2015/16

JERIHA JAN 9

Sistemski razpršeni vir tip B: v primeru, da razpršeni vir s svojimi posebnimi

obratovalnimi lastnostmi služijo sistemskem operaterju distribucijskega omrežja

(proizvodnja jalove moči in otočno obratovanje po potrebi) spada pod tip B.

RIO 2015/16

JERIHA JAN 10

3. Tipi razpršenih virov

V praksi se kot proizvodne enote električne energije razpršenih virov v večini uporablja

obnovljive vire energije, lahko pa se kot primarni vir energije uporabljajo tudi neobnovljivi viri.

Med neobnovljivimi viri se uporabljajo predvsem plin, nafta ter premog. Neobnovljive

tehnologije se uporabljajo izključno kot soproizvodnja toplote in elektrike.

Goriva obnovljivim razpršenim virom po večini ni potrebno dobavljati, saj uporabljajo (sonce,

veter in vodo). Izjema so kogeneracijske enote na biološko gorivo. Ena iz med prednosti teh

virov je, da nimajo spremenljivih stroškov, saj je gorivo zastonj. Tudi okoljski vpliv takih virov

je relativno majhen. [6]

Z vidika sistemskega operaterja se razpršeni viri redko koristijo kot zanesljiva podpora v času

koničnih obremenitev sistema oz. kot podpora napetosti v ruralnem okolju, predvsem zaradi

dolgih vodov povezanih radialno. Največkrat je namen uporabe takšnih virov proizvodnja

»zelene« električne energije ter prispevek k zmanjšanju odvisnosti od velikih proizvodenj. [5]

Geografske okoliščine, kot so relief, vreme, bližina omrežju ter lastnosti le-tega imajo velik

vpliv na velikost, lokacijo ter tip izbrane proizvodne enote. Lastnosti omrežja, kamor se vključi

proizvodna enota, so zelo pomembne, saj vplivajo na zanesljivost obratovanja. Vplivajo tudi na

ekonomiko izgradnje male proizvodne enote.

Leta 2009 je količina prevzete električne energije proizvedene iz razpršenih virov znašala 687

GWh, kar je predstavljajo 6,4% vse prevzete energije v distribucijskem omrežju. V prihodnosti

lahko pričakujemo porast razpršenih virov na področju fotonapetostnih elektrarn ter

soproizvodnje toplote in električne energije. [11]

3.1 Predstavniki razpršenih virov

V sistemu so kot razpršeni viri prisotni različni viri električne energije, to so na primer:

Male hidroelektrarne

Mikroturbine

Vetrne turbine

RIO 2015/16

JERIHA JAN 11

Fotovoltaika

Gorivne celice

Geotermalna energija

[7], [8]

3.1.1 Male hidroelektrarne

V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja se je zaradi svetovne energetske krize uveljavila

umestitev malih hidroelektrarn v Sloveniji. Večina danes delujočih malih hidroelektrarn je bila

zgrajena takrat. Program se je imenoval »SLO – 100 malih HE v SR Sloveniji«. [5]

Slika 1: Mala hidroelektrarna Ruše z 159 kVA, Vir: www.dem.si

Kljub temu, da ima Slovenija veliko vodnih virov, kjer je mogoče zgraditi veliko malih

hidroelektrarn, je potrebno upoštevati njihov vpliv na okolje. Zaradi hudourniških lastnosti

večine vodotokov, primernih za male HE, so te večino časa predimenzionirane in pomembno

vplivajo na okolje. Upoštevati je potrebno tudi ekonomsko upravičenost investicij v take

projekte. [6]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 12

Pri malih hidroelektrarnah se izkorišča enega od obnovljivih virov električne energije, s tem se

prihrani pri porabi fosilnih goriv. Tudi stroška za gorivo ni. Ne onesnažujejo okolja in ne

zahtevajo gradnje velikih infrastrukturnih objektov. Taki objekti imajo po [6] dolgo življenjsko

dobo. Ob kvalitetni izvedbi se predvideva 30 let delovanja, po generalni obnovitvi pa še 20 let.

Sposobne so izboljševati napetostne razmere. Sistemu pomagajo tudi z manjšanjem izgub. [2],

[4]

Tehnologija proizvodnje hidroelektrarn je v zrelem obdobju, kar pomeni, da je čas izgradnje

kratek, življenjska doba malih hidroelektrarn je dolga, stroški vzdrževanja so obvladljivi in

predvidljivi. Elektrarne tega tipa lahko delujejo povsem avtomatizirano.

V letu 2007 je imelo koncesijsko razmerje urejeno 487 upravljalcev malih hidroelektrarn.

Vsako leto proizvedejo približno 340 GWh električne energije (proizvodnja je pogojena s

hidrologijo), kar je približno 70% ekonomsko upravičenega hidroenergetskega potenciala.

Skupna inštalirana moč teh elektrarn je približno 85 MW. Delež proizvodnje celotne električne

energije v Sloveniji je leta 2005 znašal 2,7%.

3.1.2 Fotovoltaika

Razpršeni viri, ki kot vir električne energije uporabljajo sonce se imenujejo fotonapetostni oz.

fotovoltaični sistemi. Ti sistemi pretvarjajo sončno energijo direktno v elektriko. Sončni moduli

so po večini postavljeni na strehe hiš odjemalcev, lahko pa so postavljeni tudi na druga sončna

področja. Prednosti fotovoltaičnih sistemov so, da proizvajajo elektriko brez rotirajočih se

delov, delujejo tiho in potrebujejo zelo malo vzdrževanja. Primarni vir energije (sonce) je

brezplačen. V želji po boljših izkoristkih je možnost nameščanja enoosnih oz. dvoosnih

sledilnikov. Sledilniki so nujni pri visoko koncentriranih fotovoltaičnih sistemih, na hišah

odjemalcev pa jih po večini ni moč zaslediti. [7],

[11]

Proizvodnja fotovoltaičnih sistemov je največja

takrat, ko so cene električne energije najvišje, tako,

da njihova proizvodnja vpliva tudi na cene

električne energije na trgu.

Slika 2: Rezidenčna uporaba sončnih celic,

Vir: http://www.ci.bellevue.wa.us

RIO 2015/16

JERIHA JAN 13

V Sloveniji so s soncem najbolj obsijana področja Primorske in Goriške. Ta so zato tudi najbolj

primerna za postavitev sončnih elektrarn. Ker izkoristek sončnih modulov pada s temperaturo

lahko pričakujemo boljše obratovanje na Goriškem. Na Primorskem in Goriškem je povprečno

sončno obsevanje nad 1300 kWh/m2, povprečje v osrednji Sloveniji pa je 1195 kWh/m2. [5]

3.1.3 Mikroturbine – soproizvodnja toplote in elektrike

Tehnologija mikro turbin je relativno nova oblika razpršene proizvodnje. Uporabljajo se kot

stacionarne proizvodne enote in so vrsta turbin na notranje izgorevanje, ki proizvaja tako

elektriko kot toploto in so relativno majhne.

Nekaj prednosti omenjene tehnologije v primerjavi z drugimi manjšimi proizvodnimi enotami:

Majhno število rotirajočih se delov

Kompaktnost

Boljši izkoristek

Manj emisij

Nižji stroški proizvodnje

Z izkoriščanjem odpadne toplote lahko

dosežejo skupni izkoristek nad 80%. Delujejo

kot letalske turbine, le, da proizvajajo elektriko

namesto potiska.

Zaenkrat je omenjena tehnologija še v povojih a pri [18] pričakujejo, da bodo v prihodnosti

predstavljale nek del razpršenih virov, vendar pa ne spadajo pod obnovljive vire.

3.1.4 Vetrne elektrarne

Ocenjeno je, da Zemlja od Sonca prejme približno 1,8∙1011 MW. Le dva odstotka se naj bi

transformirala v vetrno energijo in približno 35% vetrne energije se naj bi razpršile do 1000

metrov do Zemljine površine. V teoriji nam na razpolago ostane še 1,26∙109 MW moči vetra,

ki jo lahko v določenem trenutku izkoristimo. Večino te energije je nemogoče dobro izkoristiti.

Slika 3: Primer mikroturbine,

Vir: https://www.wbdg.org

RIO 2015/16

JERIHA JAN 14

Predvideva pa se, da bo v prihodnosti vetrna energija imela pomembnejšo nalogo kot jo ima

danes.

Slika 4: Primer male vetrne elektrarne, vir: http://www.pnnl.gov

Vetrnice spreminjajo vetrno energijo v mehansko energijo in nato v električno.

S fizikalno enačbo je definirana kinetična energija vetra, ki je uporabljena za izhodišče

določitve moči vetrne elektrarne.

𝐸 =1

2∙ 𝑚 ∙ 𝑣2 𝑃 =

1

2∙

𝑑𝑚

𝑑𝑡∙ 𝑣2

𝑑𝑚

𝑑𝑡= 𝜌 ∙ 𝑣 ∙ A

Z odvodom energije E po času t dobimo moč vetrne turbine P. Masni pretok se lahko definira

kot produkt hitrosti zraka v, z gostoto ρ, čez površino A.

Večinoma se pri izračunih upošteva povprečno hitrost vetra skozi neko časovno obdobje, saj se

le-ta lahko sunkovito spreminja. Moč vetra P lahko tako zapišemo kot:

𝑃 =1

2∙ 𝜌 ∙ 𝐶𝑝 ∙ 𝑣3 ∙ 𝐴

Cp predstavlja Betzov faktor. Betz je leta 1920 ugotovil, da nobena turbina ne more pretvoriti

več kot 16/27 kinetične energije vetra v mehansko. V praksi se izkoristki vetrnik elektrarn

gibljejo med 30% in 40%. [3]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 15

Pri vetrnih elektrarnah je sinhronski generator priključen na omrežje preko AC/AC pretvornika,

ki mora biti primerno dimenzioniran.

Slika 5: Odvisnost moči vetrne elektrarne od števila vrtljajev na minuto ter hitrosti vetra

Moč vetrnice se spreminja s hitrostjo vrtenja le-te. Na sliki 5 je družina krivulj moči vetrnice v

odvisnosti od hitrosti vrtenja turbine, ki je predstavljena s številom vrtljajev na minuto. Rdeča

krivulja predstavlja največje moči v odvisnosti od hitrosti vrtenja vetrnice. [3]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 16

Slika 6: Moč vetrne turbine v odvisnosti od vetra

Vetrne turbine običajno pričnejo delovati pri hitrostih vetra nekje nad 5 m/s, na tem grafu pa

vidimo, da se turbina izklopi (in zaščiti pred premočnim vetrom) pri 29 m/s. [3]

3.1.5 Geotermalna energija

Trenutno obstajaj več možnosti izrabe geotermalnih virov. Razvitih je tudi več tehnologij, ki

omogočajo to izrabo. Voda s temperaturami nad 140°C oz. njena energija shranjena v obliki

toplote omogoča njeno izkoriščanje za proizvodnjo električne energije

Geotermalna energija predstavlja v Sloveniji enega večjih energetskih potencialov. Ocenjujejo,

da ima Slovenija na razpolago 12000 PJ zalog toplote, ki se jih lahko izkoristi, nahajajo pa se

v geotermalnih vodonosnikih. Danes je ekonomsko upravičena proizvodnja električne energije

mogoče le v severovzhodni Sloveniji. Vendar ta del Slovenija še ni dovolj dobro raziskan in

območja, kjer so v globini geotermalni vodonosniki ter voda z primerno temperaturo nam niso

dobro poznana. [5], [6]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 17

Slika 7: Nesjavellir geotermalne elektrarne na Islandiji., vir: https://sl.wikipedia.org

Prav tako poznamo štiri različne tipe geotermalnih elektrarn:

Elektrarna na suho paro

Enostopenjska elektrarna

Dvostopenjska elektrarna

Dvosistemska elektrarna

3.1.6 Pregled prej omenjenih tehnologij

Male hidroelektrarne, kogeneracija ter fotovoltaični sistemi so okoljsko dobro sprejemljivi. Pri

[7] so ocenili investicijske stroške takih elektrarn in rezultat je pokazal, da sta najbolj poceni

tehnologiji, tehnologija izrabe vetra ter geotermalne energije.

Za slovensko gospodarstvo so razpršeni viri lahko dobra priložnost saj imamo na področju

gradnje malih hidroelektrarn ter sončnih elektrarn izkušnje.

3.2 Električni stroji uporabljeni za proizvodnjo razpršenih

virov

Poleg standardnih električnih strojev (sinhronski generator, asinhronski generator, ter za prenos

transformator) uporabljajo za proizvodnjo razpršenih virov posebne tipe le-teh. Nekaj teh

strojev je v sledečem podpoglavju tudi opisanih.

RIO 2015/16

JERIHA JAN 18

3.2.1 Sinhronski stroj

Večina električne energije je proizvedene s pomočjo sinhronskih strojev. Sinhronski stroj

običajno obratuje pri sinhronski vrtilni hitrosti, ki je v sinhronizmu z omrežno frekvenco.

Pri razpršenih virih pa se večina sinhronskih strojev uporablja pri vetrnih elektrarnah ter pri

proizvodnji iz malih hidro elektrarn. Kljub temu, da bi lahko sodelovali pri regulaciji frekvence

pa se izkaže, da v praksi po navadi temu ni tako. Manjši sinhronski stroji imajo po večini

namesto rotorskega navitja vgrajene trajne magnete, kar pa onemogočijo regulacijo napetosti.

Ker se plačuje proizvodnjo delovne moči obratujejo tu stroji v PQ načinu, obratujejo z

maksimalno možno proizvodnjo delovne energije ter z vrednostjo proizvodnje proizvodnje

jalove moči nič.

Pri vetrnih elektrarnah je sinhronski generator priključen na omrežje prek AC/AC pretvornika,

ko mora biti ustrezno dimenzioniran. Agregatu je omogočen velik razpon hitrosti obratovanja,

kar omogoča obratovanje pri vrtljajih z najvišjim izkoristkom. [4], [8]

3.2.2 Asinhronski stroj

Večinoma so uporabljeni za manjše proizvodnje električne energije s pomočjo obnovljivih

virov. Uporabljamo jih predvsem pri malih hidroelektrarnah ter vetrnih elektrarnah. Nekaj

prednosti pri apliciranju teh strojev pri razpršeni proizvodnji je, da rotor absorbira spremembe

vrtilne hitrosti, so cenejši, robustnejši ter lahki za zagon.

V generatorskem načinu pa porabljajo jalovo moč, ki jo je potrebno zagotoviti s kompenzacijo.

Ko so priključeni na med seboj dobro povezano omrežje to ni problematično, če obratujejo

samostojno pa je potrebno jalovo moč zagotoviti. Ne morejo sodelovati pri regulaciji napetosti

in imajo negativen vpliv na kakovost dobavljene elektrike. [4], [8]

3.2.2.1 Dvojno napajan asinhronski generator

To je običajen asinhronski stroj z rotorskim navitjem dostopnim preko drsnih obročev, kar nam

omogoča regulacijo rotorskega tokokroga. Največkrat srečamo dvojno napajan asinhronski

generator pri vetrnih elektrarnah. Stator je priključen na omrežje, rotor pa je napajan preko

AC/AC pretvornika. Tudi ob spremenljivi hitrosti rotorja lahko na izhodu dobimo napetost s

konstantno amplitudo ter frekvenco. [4], [8]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 19

4. Karakteristike jalove moči razpršenih virov

Leta 2011 so s sprejetjem »Sistemskih obratovalnih navodil za distribucijsko omrežje električne

energije« v veljavo stopila »Navodila za priključevanje in obratovanje elektrarn inštalirane

moči do 10 MW«. V navodilih so zapisani tehnični pogoji in karakteristike, ki jih je potrebno

upoštevati pri priključevanju in obratovanju z elektrarnami nazivnih moči pod 10 MW, ki so

priključene na distribucijsko omrežje. [4]

Čeprav razpršeni viri ne sodelujejo pri sistemskih storitvah obstajajo zahteve, ki so pogoj za

priklop elektrarne na omrežje, pri pomoči vzdrževanju zadovoljivega napetostnega profila. Za

vsak razred elektrarn je določena statična karakteristika jalove moči v odvisnosti od napetosti

na priklopnem mestu. V primeru, da razpršeni vir tehnično ni zmožen proizvajati oz. porabljati

jalove moči, mora imeti dograjeno primerno kompenzacijsko napravo. [12]

tan(𝜑) =𝑄𝐿𝑀

𝑃𝐿𝑀

Faktor trenutne jalove moči na ločilnem mestu in trenutne delovne moči na ločilnem mestu nam

posredujeta tangens faznega kota 𝜑. Če delovna moč teče v omrežje (P>0) in je tan(𝜑) pozitiven

potem elektrarna proizvaja jalovo moč, v primeru, da je tan(𝜑) negativen pa elektrarna porablja

jalovo moč. [12]

4.1 Naprave za kompenzacijo jalove moči

V primeru, da so generatorji zmožni proizvajati jalovo moč, se priporoča, da se jih v ta namen

tudi uporabi. Uporaba dodatnih kompenzacijskih naprav tako ni potrebna.

Glede na različne tipe razpršenih virov (definiranih v poglavju 2.1) ločimo različne

karakteristike jalove moči.

4.1.1 Razred A (0.0N1-3.7N1, 0.0N2-7.4N2, 0.0N3-10.0N3)

V razred A spadajo razpršeni viri z nazivnim tokom do 16 A, ki so fazno vključeni v

nizkonapetostno omrežje.

RIO 2015/16

JERIHA JAN 20

Večina mikro-generacij ima vgrajene asinhrone generatorje, ki pa morajo obratovati v skladu z

nekaterimi zahtevami.[12]

Slika 8: Karakteristika jalove moči za razred A

Karakteristika jalove moči je histerezne oblike. S takšno obliko dosežemo da pri visoki porabi

v omrežju razpršeni vir pomaga pri napetostnih razmerah, medtem, ko pri nizki porabi in

posledično povišani napetosti izključi del kompenzacije ter prepreči pojav feroresonanc v

omrežju. [12]

Lastnik razpršenega vira mora pridobiti soglasje od SODO za vgradnjo pasivnih

kompenzacijskih naprav oz. se dogovori s SODO o ceni porabljene jalove energije potrebne

za postroj. [12]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 21

4.1.2 Razred B (0.0N3-250.0N3)

V tem razredu imajo razpršeni viri največkrat vgrajene asinhronske generatorje. Ti postroji

morajo biti izključno trifazni, pretoki jalove moči pa so definirani na ločilnem mestu.

Slika 9: Karakteristika jalove moči za razred B

Dokaj širok pas odstopanja je določen zato, da se izognemo velikim in kompleksnim

kompenzacijskim napravam.

Kakor pri razredu A, se mora lastnik razpršenega vira s SODO dogovoriti za ceno porabljene

jalove energije oz. mora pridobiti soglasje od SODO za vgradnjo kompenzacijskih elementov.

[12]

4.1.3 Razred C (250.0N3-1000.0N3)

Pri razredu C gre običajno za kompleksnejše elektrarne. Vpliv na omrežje je večji kot pri prvih

dveh, zato so tudi zahteve bolj stroge. [12]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 22

Slika 10: Karakteristika jalove moči razpršenega vira razreda C

V primeru, da se napetost zniža toliko, da generator preseže svoje tokovne meje, je dovoljeno

omejevati jalovo moč na naslednji način:

Jalovo moč se lahko omeji takoj in toliko, da generator obratuje z nazivno navidezno

močjo zvečano za faktor 1,2.

Po desetih sekundah se sme omejiti jalovo moč toliko, da generator obratuje z nazivno

navidezno močjo.

Lastnik in SODO se dogovorita o napetosti UCG, pri kateri je pretok jalove moči 0 VAr ob

pretoku delovne moči 0 W. [12]

4.1.4 Razred D (0.0S3-10000.0S3)

Te elektrarne so običajno večjih moči. Vsaka ima v lasti transformator SN/NN, na katerega niso

priključeni drugi odjemalci.

RIO 2015/16

JERIHA JAN 23

Minimalne zahteve od razpršenega vira glede proizvodnje jalove moči:

Proizvodnja jalove moči mora biti vsaj 60 % nazivne navidezne moči razpršenega vira

Sposobnost porabe jalove moči pa vsaj -0,15 od proizvodnje jalove moči

Slika 11:Karakteristika jalove moči razpršenega vira razreda D

RIO 2015/16

JERIHA JAN 24

5. Zaključek

Prisotnost razpršenih virov je z vidika splošnega pomanjkanja električne energije, težav pri

umeščanju veliki proizvodnih enot v prostor ter zmanjševanja izpustov CO2 dobrodošla, vendar

lahko preveč razpršenih virov povzroči, da se elektroenergetskem sistemu, grajanemu za

enosmerne pretoke energije, zmanjšajo zanesljivost, varnost ter ekonomičnost oskrbe z

električno energijo. V kolikor bi delež razpršenih virov ostal v velikostnem razredu nekaj

promilov oz. nekaj odstotkov teh težav ni, v primeru, da bi se delež povečal na nekaj deset

odstotkov, pa bi bilo potrebno ukrepanje na področju vzdrževanja, načrtovanja in obratovanja

elektroenergetskega sistema. Številni razpršeni viri so odvisni od naravnih dejavnikov (veter,

sonce, voda) in njihova proizvodnja se lahko s časom spreminja, kar pa onemogoča

izenačevanje proizvodnje in porabe.[5]

Podatki iz prakse kažejo, da v povprečju, priključen kW razpršenih virov pomeni 450 €

potrebnih novih investicij v distribucijsko omrežje. [6]

RIO 2015/16

JERIHA JAN 25

6. Viri in literatura

[1] T. Ackermann, G. Andersson, L. Söder, »Distributed generation: a

definition«, Junij 2000

[2] DNV GL, »A Review of Distributed Energy Resources«, September 2014

[3] M. Čepin, »Prosojnice predavanj pri predmetu Alternativni viri

električne energije in energetski trgi«

[4] M. Kolenc, »Koordinirana regulacija napetosti v distribucijskih omrežjih

z razpršeno proizvodnjo ob različnih kriterijih regulacije jalove moči«,

Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana 2015

[5] »Program razvoja pametnih omrežij v Sloveniji«, SODO, Elektroinštitut

Milan Vidmar, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko

[6] Program razvoja pametnih omrežij v Sloveniji – Izhodišča, Dek I:

Distribucijsko omrežje, Elektroinštitut Milan Vidmar, Univerza v

Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko, SODO, Ljubljana, marec 2012

[7] T.A. Short, »Electric Power Distribution Handbook«, CRC Press

[8] A.A. Sallam, OM P. Malik, »Electric Distribution Systems«, Wiley

[9] B. Uljanić, T. Pfajfar, I. Papič, B. Blažič, »Regulacija napetosti v

distribucijskih omrežjih s pomočjo razpršenih virov

[10] Spletna stran http://www.epri.com/Our-Work/Pages/Distributed-

Electricity-Resources.aspx, Nazadnje obiskano 27.5.2016

RIO 2015/16

JERIHA JAN 26

[11] Spletna stran »Načrt razvoja distribucijskega omrežja električne energije

v republiki Sloveniji za desetletno obdobje od leta 2011 do 2020«,

Dosegljivo na:

http://www.sodo.si/_files/374/NRO_2011_2020_SODO_soglasje.pdf.

Nazadnje obiskano dne 27.5.2016

[12] Spletna stran SODO, »Sistemska obratovalna navodila distribucijskega

omrežja«. Dosegljivo:

http://www.sodo.si/_files/361/SONDO%202011.pdf., Nazadnje

obiskano dne 26.5.2016

[13] Spletna stran

http://www.hitachi.com/rd/portal/glossary/d/dispersed_power_source.ht

ml

Nazadnje obiskano dne 26.5.2016

[14] Spletna stran http://everything.explained.today/Intermittent/,

Nazadnje obiskano dne 25.5.2016

[15] Spletna stran https://sl.wikipedia.org/wiki/Kjotski_protokol, Nazadnje

obiskano dne 26.5.2016

[16] Spletna stran http://www.consilium.europa.eu/sl/policies/climate-

change/, Nazadnje obiskano dne 26.5.2016

[17] Spletna stran https://www.wbdg.org/resources/der.php, nazadnje

obiskano dne 26.5.2016

[18] Spletna stran https://www.wbdg.org/resources/microturbines.php#ar

nazadnje obiskano dne 27.5.2016

RIO 2015/16

JERIHA JAN 27

7. Vprašanja in naloga

1. Katero definicijo razpršenega vira uporabljajo pri SODO?

SODO definira vir kot razpršenega, če je priključna moč vira električne energije

manjša od 10 MW in če je priključen na distribucijsko omrežje (srednje napetostno

oz. nizko napetostno).

2. Na katere razrede ločimo elektrarne glede na mesto vključitve v omrežje in

inštalirano moč?

Razred A: za skupine elektrarn, ki so priključene na nizko napetostno omrežje

(400/230 V), njihov fazni tok je omejen na 16 A, se kot navidezno moč

elektrarne vedno upošteva cos(𝜑)=0,8 glede na priključeno delovno moč.

Razred B: če je skupina elektrarn priključena na nizko napetostno omrežje

(400/230 V) in je njena skupna moč manjša od 250 kW, se kot navidezno moč

elektrarne vedno upošteva cos(𝜑)=0,8 glede na priključeno delovno moč.

Razred C: če moč skupine elektrarn priključenih na nizko napetostno omrežje

(400/230 V) presega 250 kW, se kot navidezno moč elektrarne vedno upošteva

cos(𝜑)=0,8 glede na priključeno delovno moč.

Razred D: vse elektrarne vključene na srednje napetostni nivo (10 kV, 20 kV,

35 kV, …) spadajo v ta razred

3. Naštej nekaj predstavnikov razpršenih virov.

Male hidroelektrarne

Mikroturbine

Vetrne elektrarne

Fotonapetostni sistemi

Geotermalna energija

4. Ali spadajo karakteristike jalove moči razpršenih virov pod sistemske storitve?

Ne. Karakteristike jalove moči so pogoj za priklop na distribucijsko omrežje, s

tem pomagajo pri vzdrževanju napetostnega profila.

RIO 2015/16

JERIHA JAN 28

Naloga:

V knjigi »Electric Distribution Systems« (stran 499) od A.A. Sallam-a in OM P.

Malika oz. na internetu ali pa v tej seminarski si poglejte prednosti in slabosti

razpršenih virov

Nekatere prednosti oz. primeri dobre uporabe RV

Vključevanje razpršenih virov je na nekaterih lokacijah ekonomsko bolj

smiselno kot pa nov daljnovod

Pri soproizvodnji toplote in elektrike lahko dobro oskrbujemo bremen

kot so bolnišnice ter nekatere industrije

Ponujajo redundanco pri izgubi napajanja iz omrežja (naravne nesreče,

žled)

Zmanjševanje emisij z pri uporabi obnovljivih virov električne energije

Zmanjševanje izgub na prenosu in distribuciji

Problemi, ki nastajajo pri povezovanju RV na distribucijsko omrežje

Nekateri transformatorji niso dobro prilagojeni na pretok moči v obe

smeri

Poveča se število mest kjer lahko pride do napake

Zaščita distribucijskega omrežja ni narejena za pretok moči v obe smeri