Sposoby przyłączania źródeł odnawialnych do sieci elektroenergetycznych

Przyłączenie nowego OZE wiąże się ze zmianą charakteru pracy sieci elektroenergetycznej jak i całego systemu [1]. Dotychczas z systematycznym rozwojem dużych zawodowych elektrowni konwencjonalnych, rozwijał się również system elektroenergetyczny, którego podstawowym celem było przesyłanie energii elektrycznej wytworzonej w stosunkowo małej liczbie elektrowni systemowych do wielu rozproszonych odbiorców końcowych. Wraz z rozwojem OZE, jednostki wytwórcze o różnych mocach znamionowych przyłączane są do sieci dystrybucyjnych, do których przyłączeni są także typowi odbiorcy energii elektrycznej. Kolejną zmianę sposobu funkcjonowania sieci (w tym przypadku sieci nN) zdaniem autora spowoduje rozwój energetyki prosumenckiej.

Mając na uwadze moce znamionowe źródeł odnawialnych, przyłączenie tych źródeł następuje zazwyczaj do SN i nN lub do sieci WN (farmy wiatrowe). Wyróżnia się następujące sposoby współpracy źródeł odnawialnych z siecią elektroenergetyczną:

 praca na sieć elektroenergetyczną,  praca wyspowa,

 układ w którym istnieje możliwość współpracy z siecią zasilającą jak również możliwa jest praca na wydzielone odbiory energii elektrycznej. W dalszej części niniejszego rozdziału przedstawiono możliwe sposoby przyłączenia odnawialnych źródeł energii do sieci elektroenergetycznej.

4.3.1. Przyłączenie do sieci nN

Przyłączenie OZE do sieci nN, może nastąpić do jednego z obwodów linii nN, do której przyłączeni są także inni odbiorcy energii elektrycznej. Miejsce przyłączenia, nazywane także punktem wspólnego przyłączenia (PWP) może występować na końcu bądź w środku obwodu. Poziom mocy źródła jest ograniczony przede wszystkim przekrojem przewodów obwodu nN, warunkami napięciowymi, mocą transformatora SN/nN oraz parametrami JDEE. Do sieci nN źródło odnawialne może być również przyłączone bezpośrednio do pola w rozdzielnicy nN w stacji SN/nN lub za pomocą wydzielonego obwodu sieci nN. Punktem przyłączenia są wtedy szyny nN w stacji Sn/nN. W porównaniu do przyłączenia do wspólnego obwodu niskiego napięcia, rozwiązanie to umożliwia przyłączenie źródła o zdecydowanie większej mocy.⁸ Na rysunku 4.1 przedstawiono możliwe sposoby przyłączenia źródeł odnawialnych do sieci nN.

Rys. 4.1. Przyłączenie źródła odnawialnego do sieci nN

W Polsce nie ma ogólnych zasad określających maksymalną moc źródeł jaką można przyłączyć do sieci nN. Każdy z operatorów sieci indywidulanie rozpatrując przyłączenie, posługuje się własnymi kryteriami oceny możliwości przyłączenia. Zdaniem autora, określenie takiej mocy może być kłopotliwe z uwagi na występujące w sieciach nN różnice w zakresie mocy zainstalowanego transformatora SN/nN, przekroju przewodów oraz wielkości obciążenia.

Mając na uwadze kryterium wahań napięcia, bezpośrednie przyłączenie źródła do pola rozdzielnicy nN będzie korzystniejsze z uwagi na poziom mocy zwarciowej jak i brak innych odbiorców bezpośrednio przyłączonych do danego punktu sieci.

4.3.2. Przyłączenie do sieci SN

Możliwe sposoby przyłączenia OZE do sieci SN pokazano na rysunku 4.2 Przyłączenie, podobnie jak w sieci nN może nastąpić w ciągu, na końcu linii lub bezpośrednio do pola rozdzielni SN. Wielkość mocy źródła jest głównie ograniczona poziomem mocy zwarciowej w

8

W Wielkiej Brytanii bezpośrednie przyłączenie do sieci niskiego napięcia stosuje się do mocy 50 kVA,

nN nN PWP SN/nN

punkcie przyłączenia, przekrojem przewodów, warunkami napięciowymi, parametrami JDEE oraz wielkością transformatora WN/SN. Wraz ze wzrostem odległości od stacji WN/SN maleje możliwa moc zainstalowana źródła⁹. W Polsce, wartości graniczne mocy przyłączeniowych w sieci SN ustalane są indywidualnie przez poszczególnych operatorów sieci na etapie określania warunków przyłączenia.

Rys. 4.2. Przyłączenie źródła odnawialnego do sieci średniego napięcia

Mając na uwadze kryterium wahań napięcia, bezpośrednie przyłączenie źródła do pola rozdzielni SN będzie korzystniejsze z uwagi na wielkość mocy zwarciowej, bezpośrednio wpływający na poziom wahań napięcia.

4.3.3. Przyłączenie do sieci WN

Przyłączenie OZE do sieci WN może nastąpić poprzez: napowietrzną lub kablową linię promieniową do pola w głównym punkcie zasilania (GPZ), lub poprzez wydzielony na potrzeby źródła GPZ (rysunek 4.3 i 4.4).

Przyłączenie do sieci WN, umożliwia wyprowadzenie dużo większej mocy (w stosunku do przyłączenia do sieci SN) oraz brak bezpośredniego oddziaływania na innych odbiorców energii elektrycznej na poziomie SN i nN. Ograniczenia wielkości generacji występują głównie z uwagi na warunki napięciowe, rozpływy mocy oraz możliwości przesyłowe (obciążalność prądową) poszczególnych linii WN. Linia łącząca GPZ w sieci OSD ze źródłem może być krótka lub długa, w zależności od lokalizacji źródła względem istniejącego GPZ-tu.

9

W Wielkiej Brytanii do sieci średniego napięcia o napięciu 11 kV można przyłączyć źródła o mocy od 2 do 3

nN SN SN PWP nN PWP nN SN WN/SN WN

Rys.4.3. Przyłączenie źródła odnawialnego do wydzielonego pola w GPZ

Z uwagi na koszty, rozwiązania z długą linią zasilającą są rzadko spotykane. Głównym problemem tego sposobu przyłączenia, jest właściwa koordynacja zabezpieczeń sieci WN OSD, linii łączącej GPZ z rozdzielnią WN źródła oraz urządzeń (transformator, rozdzielnia) w stacji źródła. Przyłączenie krótkim odcinkiem linii WN pozwala wyeliminować te trudności, lecz nie jest także pozbawione wad, głównie związanych z koordynacją obwodów wtórnych urządzeń OSD i wytwórcy, gdyż cześć z urządzeń należących do wytwórcy może być zabudowana w stacji OSD. Innym możliwym sposobem przyłączenia źródeł wytwórczych do sieci WN jest przyłączenie poprzez tzw. odczep od ciągu liniowego WN lub poprzez wydzieloną stację WN na potrzeby źródła (rysunek 4.4). Z uwagi na trudności w prowadzeniu ruchu sieci WN oraz konfiguracji układów zabezpieczeń, rozwiązanie z odczepem nie jest preferowane, a w części OSD wręcz niedozwolone.

Rys. 4.4. Przyłączenie źródła odnawialnego do sieci wysokiego napięcia

SN SN PWP WN/SN WN WN/SN WN SN SN WN/SN SN PWP NN/WN NN NN/WN NN NN/WN NN/WN PWP