Ostatnie lata zaznaczyły się dla przedsiębiorstw energe-tycznych silną presją na wykorzystanie energii odnawialnej. Jedną z najbardziej popularnych form takiej energii jest ener-gia wiatru, przetwarzana na energię elektryczną przy pomo-cy turbin wiatrowych najczęściej zorganizowanych w tzw. farmy wiatrowe. W poszukiwaniu jak najlepszej sprawności, farmy wiatrowe często są lokalizowane na otwartym morzu w coraz większych odległościach od brzegu. Jednakże to, co jawi się jako bardzo korzystne z punktu widzenia sprawności energetycznej przysparza licznych problemów z przyłącze-niem do systemu energetycznego. I właśnie problemom do-tyczącym powiązania farm wiatrowych zlokalizowanych na otwartym morzu z systemem energetycznym poświęcony jest artykuł [B3-201]. Autorzy artykułu zwracają uwagę na zasadnicze aspekty wymiarowania stacji elektroenergetycz-nych przeznaczoelektroenergetycz-nych do podwyższania napięcia z zespołu generatorów wiatrowych do wysokości umożliwiającej prze-syłanie energii elektrycznej na znaczne odległości. Najistot-niejsze kwestie to:
● przyłączanie do sieci farm wiatrowych o ciągle zwiększa-jących się mocach zainstalowanych,
● wyprowadzanie mocy z farm wiatrowych zlokalizowanych na otwartym morzu i coraz dalej od brzegu (10 – 30 km),
● rosnące moce znamionowe jednostek wytwórczych (3 – 5 MW),
● układy kompensacji, w tym pojemności sieci kablowych średniego i wysokiego napięcia,
● konieczność ograniczania wymiarów stacji umieszczanych na platformach zlokalizowanych na otwartym morzu,
● niezawodność pracy gwarantująca pewność wyprowa-dzenia mocy,
● pewność zasilania potrzeb własnych – instalowanie agre-gatów prądotwórczych,
● dostosowanie do specyficznych warunków atmosferycz-nych.
W pierwszej kolejności należy zauważyć, że stacja, która ma się znajdować na platformie powinna mieć maksymalnie zwartą budowę i możliwie najmniejszy ciężar. Nie można jednak zapominać, że przy prowadzeniu prac eksploatacyj-nych, na stacji mogą przebywać ludzie, którym należy zapewnić odpowiednie warunki pracy, a także przewidzieć możliwość dostania się na platformę i jej opuszczenia. Przykładowe zagospodarowanie stacji 132/33 kV przedsta-wia rysunek 2.
Istotnym czynnikiem odróżniającym stacje z otwartego morza od tych z głębi lądu jest obecność agresywnego środo-wiska. Zasolenie wody i powietrza tworzy atmosferę bardzo silnie korozyjną, na co należy zwracać uwagę przy doborze urządzeń i materiałów. Na ostateczny kształt stacji umieszczo-nej na otwartym morzu ma także wpływ sposób, w jaki będą na nią dostarczane elementy stanowiące wyposażenie i jak będzie się dokonywała wymiana aparatury w przypadku zaist-nienia uszkodzenia. Skutkiem przyjętych rozwiązań w tym zakresie może być posadowienia platformy na monopolu bądź systemie wielu pali. Zagadnieniem wymagającym odrębnego potraktowania są także kable łączące stacje zlokalizowane na morzu z lądem. Przede wszystkim muszą one mieć odpowied-nią wytrzymałość mechaniczną, która umożliwi ułożenie na dnie morskim, a także zabezpieczenia przed oddziaływaniem ze strony przepływających statków. Efekt w postaci gotowej stacji elektroenergetycznej posadowionej na monopolu przed-stawiono na rysunku 3.
Artykuł [B3-202] przypomina, że w dobie coraz silniejsze-go dążenia do ograniczania kosztów związanych z wytwa-rzaniem, przesyłem i dystrybucją energii elektrycznej bardzo duże znaczenie ma standaryzacja rozwiązań technicznych.
Zasadnicze korzyści wynikające ze standaryzacji to:
● ułatwienie przewidywania kosztów i określania potrzeb-nego czasu na etapie określania planu i budżetu rozwo-ju systemu elektroenergetycznego,
● ograniczanie czasu potrzebnego na projektowanie i reali-zację,
● zwiększenie potencjału projektowego poprzez wykorzy-stanie lokalnych podmiotów,
● skrócenie czasu budowy i ograniczenie nieporozumień na styku projektu i realizacji,
● poprawa warunków dostawy aparatury i urządzeń po-przez możliwość dokonania wyprzedzających zamó-wień,
● ograniczenie błędów eksploatacyjnych wynikających z od-mienności rozwiązań poszczególnych obiektów,
● możliwość stosowania na czas awarii elementów prze-woźnych i montowalnych w systemie „plug and play”. Wobec takiej argumentacji jest bardzo trudno przejść obojętnie i należałoby przynajmniej zastanowić się, na ile istnieją w polskiej energetyce przesłanki do tego, aby wró-cić do powszechnie kiedyś stosowanej zasady realizowania wy-łącznie rozwiązań typowych.
Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną, w tym także, a może nawet przede wszystkim realizowane przez gospodarstwa domowe, zmusza dostawców energii do wprowadzania coraz to większych mocy do centrów miast. Taka sytuacja pociąga za sobą konieczność budowy stacji elektroenergetycznych zharmonizowanych z otaczającym krajobrazem, czyli wielkomiejską architekturą. Stacje muszą nabierać kształtów zbliżonych do sąsiednich budynków tak, aby nie stanowić odstępstwa dla perspektyw widokowych. Zasadnicze problemy dostrzeżone przez autorów artyku-łu [B3-203], a dotyczące lokalizowania stacji elektroenerge-tycznych w zurbanizowanych obszarach Hiszpanii to:
● trudności w pozyskaniu odpowiedniego terenu: - bardzo wysokie koszty,
- skomplikowane w wykorzystaniu układy geome-tryczne,
- istniejące zagospodarowanie podziemne;
● aspekty socjalne i demograficzne: - duża gęstość zaludnienia,
- niechęć społeczności lokalnych do obiektów prze-mysłowych,
- nawiązanie do istniejącej zabudowy:
● wymagania środowiskowe: - hałas,
- rozprzestrzenianie wibracji, - pole elektromagnetyczne,
- wycieki gazu i cieczy związanych z technologią, - estetyka przestrzeni publicznej,
- archeologiczne badanie terenu.
Wymienione problemy nie oznaczają oczywiście, że w cen-trach miast stacji elektroenergetycznych nie da się w ogóle realizować.
Rys. 2. Rozplanowanie urządzeń stacji elektroenergetycznej zlokalizowanej na platformie
artykułu [B3-205] zaprezentowali propozycję metodologii pro-wadzącej do uzyskaniu rozwiązania optymalnego w zakre-sie kosztów, z uwzględnieniem całego okresu życia obiektu.
Metoda opiera się na następujących filarach:
● zebranie wszelkich wymagań, jakie ma spełniać planowa-ny do realizacji obiekt,
● identyfikacja możliwych do zastosowania rozwiązań,
● analiza techniczna i ekonomiczna,
● stworzenie rankingu rozwiązań i wybór rozwiązania opty-malnego.
Zaproponowana procedura postępowania ma płaszczy-znę informatyczną pozwalającą na uzyskanie propozycji roz-wiązania na podstawie analizy wprowadzonych wcześniej danych.
Artykuł [B3-206] stanowi pewien rodzaj sprawozdania z działalności Grupy Roboczej B3/B1 JWG 09, która zajmo-wała się zastosowaniem linii z izolacją gazową SF6 (GIL). Pełny efekt pracy Grupy Roboczej został opublikowany w formie broszury CIGRE o numerze 351.
Biorąc pod uwagę rosnące wielkości mocy, jakie należy przesyłać obecnie i widoczną tendencję do ich wzrostu w przyszłości, autor artykułu, będący jednocześnie prowa-dzącym Grupę Roboczą zwraca uwagę, iż już dzisiaj przy projektowaniu wszelkiego rodzaju tuneli i przepraw mosto-wych powinno się uwzględniać możliwość przyszłościowe-go poprowadzenia linii elektroenergetycznych z izolacją gazową SF6.
Pogląd wydaje się warty rozważenia, zwłaszcza w sytu-acji, kiedy uzyskanie zgody na realizację połączeń napo-wietrznych wysokiego napięcia napotyka tak wieki opór społeczności lokalnych i obrońców środowiska natural-nego.
Artykuł [B3-207] przybliża walory rozwiązań hybrydo-wych, czyli połączenia modułów gazowych SF6z elementa-mi klasycznych układów napowietrznych. Jako zasadnicze powody, dla których warto stosować te rozwiązania wymie-nia się:
● przydatność przy modernizacji i przebudowie istnieją-cych stacji elektroenergetycznych,
● wysoki stopień prefabrykacji – skrócenie czasu trwania montażu,
● ograniczenie ilości fundamentów, konstrukcji i robót budowlanych,
● ograniczenie ilości zajmowanego miejsca (do 40 %) w po-równaniu z rozwiązaniami z izolacją powietrzną – szcze-gólnie istotne w przypadku prowadzenia przebudowy,
● minimalizowanie zakresu wyłączeń niezbędnych do prze-prowadzenia modernizacji,
● podniesienie poziomu niezawodności pracy w stosunku do klasycznych rozwiązań napowietrznych,
● ograniczenie kosztów rozumianych jako suma kosztów budowy, eksploatacji i likwidacji.
Przykładem popierającym zasadność wprowadzania ze-stawów hybrydowych, zamieszczonym w artykule, jest infor-macja o modernizacji stacji 220/110 kV Gdańsk. Moduły hy-brydowe zostały w tym przypadku zastosowane do całkowi-tej przebudowy rozdzielni 110 kV. Przy ich pomocy możliwe było zmniejszenie wielkości terenu zajmowanego przez roz-dzielnię.
Jeżeli do tego doda się przebudowę rozdzielni 220 kV polegającą na zastąpieniu klasycznego rozwiązania przez rozdzielnicę z izolacją gazową SF6, to stanie się jasne, w jaki sposób, bez zwiększania zajmowanego terenu na stację udało się wprowadzić węzeł 400 kV. Rysunek 6 przybliża roz-wiązanie konstrukcyjne charakterystyczne dla układu hybry-dowego.
Konieczne jest tylko umiejętne wykorzystanie istnieją-cych rozwiązań technicznych, w tym głównie rozdzielnic z izolacją gazową SF6. Potwierdzeniem tego faktu niech będą zamieszczone poniżej rysunki pokazujące fragment terenu przed zbudowaniem stacji i symulację komputerową z wprowadzoną stacją.
W dążeniu do ograniczania wielkości terenu zajmowane-go przez stacje elektroenergetyczne istotnezajmowane-go znaczenia nabiera stosowanie wyłączników z funkcją odłączników, eli-minującą obecność klasycznych odłączników. Korzyści ze stosowania tego typu rozwiązań przypomina artykuł [B3-204]. Za stosowaniem wyłączników z funkcją odłączników mają przemawiać:
● istotne ograniczenie prac eksploatacyjnych przy nowo-czesnych wyłącznikach – inspekcje co 12 – 20 lat,
● uszkodzenia torów prądowych (styków) odłączników na skutek oddziaływań atmosferycznych,
● wykorzystanie doświadczeń z konstruowania i użytko-wania wyłączników i rozdzielni z izolacją gazową,
● zredukowanie wielkości napowietrznych stacji elektro-energetycznych,
● możliwość stosowania klasycznej aparatury napowietrz-nej dla rozwiązań wnętrzowych przy jednoczesnym ogra-niczaniu wielkości budynków – wkomponowywanie budynków w istniejącą zabudowę,
● oszczędności na etapie realizacji obiektu – zmniejszenie ilości niezbędnych fundamentów, konstrukcji, przewo-dów, ciągów uziemiających, ogrodzeń, a także robót budowlanych.
Należy jednak pamiętać, że wprowadzenie tego rozwiąza-nia musi być poprzedzone odpowiednimi zmianami w proce-durach eksploatacyjnych.
Wybór rozwiązania stacji elektroenergetycznej decyduje nie tylko o koszcie jej budowy, ale także o ujawniających się nieco później kosztach jej eksploatacji. Aby użytkownicy stacji nie byli zaskakiwani kosztami eksploatacji, autorzy
Rys. 4. Teren przed zabudowaniem stacji elektroenergetycznej
Przy projektowaniu stacji elektroenergetycznych wyso-kiego napięcia nie powinno się zapominać o ochronie środo-wiska naturalnego, w tym także ochronie krajobrazu. Pro-pozycję dla ułatwienia realizacji tego zadania przedstawiono w artykule [B3-208]. Metoda zaproponowana przez autorów artykułu opiera się na modelowaniu komputerowym, dzięki któremu możliwe jest:
● ograniczanie niekorzystnego wpływu stacji elektroener-getycznych na otaczające środowisko poprzez wykony-wanie wstępnych symulacji komputerowych,
● modelowanie trójwymiarowe pozwalające dostosowy-wać obiekt do otoczenia,
● prezentacja modelu obiektu społeczności lokalnej w celu uzyskania akceptacji wobec realizacji zadania,
● sprawdzanie konfiguracji pól i szyn zbiorczych dla okre-ślenia wielkości pola elektromagnetycznego w poszcze-gólnych miejscach na terenie stacji,
● przygotowywanie wytycznych i sugestii dla producentów aparatury i urządzeń,
● poszukiwanie rozwiązań optymalnych z punktu widzenia estetyki i kosztów.
Zasadę tworzenia wizualizacji komputerowej przedstawia zamieszczony poniżej rysunek 7.
Przyłączanie farm wiatrowych do systemu elektroenerge-tycznego to nie tylko stacje zbierające moc z poszczególnych generatorów i podmorskie kable przesyłające energię na ląd, ale także dostosowanie całego systemu elektroenergetycz-nego do przyjęcia i przesyłu wytworzonych mocy znacznej wielkości. Artykuł [B3-209] przedstawia propozycje układów
stacji elektroenergetycznych proponowanych do stosowania w przypadku przyjmowania mocy z farm wiatrowych. Istot-nymi walorami zaprezentowanych układów jest łatwość ich realizacji i możliwość rozbudowy w przypadku, gdyby taka konieczność zaistniała.
Artykuł [B3-210] stanowi swego rodzaju próbę przekona-nia potencjalnych użytkowników do stosowaprzekona-nia linii wyso-kiego napięcia z izolacją gazową SF6(GIL). Jako podstawowe walory tego rozwiązania wymienia się:
● bardzo duże zdolności przesyłowe, do 4000 A przy 500 kV,
● niewielką pojemność – brak konieczności stosowania kompensacji przy znacznych długościach,
● zbliżenie pod względem elektrycznym do linii napo-wietrznych – możliwość realizowania cyklu SPZ,
● duże bezpieczeństwo w przypadku zwarć wewnętrz-nych – brak oddziaływania łuku elektrycznego i jego pro-duktów poza obszarem obudowy,
● kompatybilność elektromagnetyczna – pomijalne pole magnetyczne,
● zredukowane oddziaływanie wizualne na otoczenie,
● ograniczoną możliwość zaistnienia pożaru,
● dobre właściwości do realizowania wyprowadzenia cy z farm wiatrowych zlokalizowanych na otwartym mo-rzu.
Do stosowania linii wysokiego napięcia z izolacją gazową SF6(GIL) ma zachęcić czytelnika zrealizowany przykład wypro-wadzenia mocy z elektrowni wodnej w Chinach. Układ ten przedstawiono na rysunku 8.
Artykuł [B3-211] omawia zagadnienia dotyczące komuni-kacji w obrębie stacji elektroenergetycznej i z centrami dys-pozytorskimi. Pokazanie infrastruktury informatycznej na tle struktury energetycznej, przeznaczonej do przesyłu energii, pozwala wyrobić sobie pogląd jak bardzo ta pierwsza może być skomplikowana. Na to wszystko nakłada się jeszcze nie-zwykle szybki postęp w informatyce i telekomunikacji. Faktu tego muszą być świadomi w pierwszej kolejności projektan-ci systemu łącznośprojektan-ci, aby projektowane przez nich struktu-ry dawały możliwość łatwej implementacji tych wszystkich unowocześnień i całkowicie nowych rozwiązań, jakie mogą pojawić się w przyszłości.
Rys. 6. Rozdzielnia 110 kV z modułami hybrydowymi
Rys. 7. Wizualizacja stacji w terenie na etapie poprzedzającym projektowanie
Rys. 8. Wyprowadzenie mocy z elektrowni wodnej z zastosowaniem linii z izolacją gazową
Przy projektowaniu struktur przekazywania informacji na-leży także mieć na uwadze bezpieczeństwo przesyłanych danych. Autor artykułu zawraca uwagę, że pewnym ułatwie-niem dla projektantów może być norma IEC 61850 zawiera-jąca wytyczne dla tworzenia systemów przekazywania infor-macji.
Niezawodność dostawy energii elektrycznej do odbiorcy końcowego oznacza konieczność ograniczania wszelkiego rodzaju wyłączeń. W sieci mogą się jednak zdarzać stany awaryjne i związane z nimi przerwy w dostawie energii. Rozwiązanie polegające na automatycznej odbudowie połą-czeń, pozwalającej na skrócenie czasu wyłączeń przedsta-wiono w artykule [B3-211]. System oparty jest na automa-tycznym procesie wykrywania miejsca zwarcia i automatycz-nym dokonywaniu przełączeń, dzięki którym następuje wznowienie zasilania wyłączonych obszarów. Według auto-rów artykułu zastosowanie tego rodzaju rozwiązania pozwa-la na skrócenie czasu całej operacji aż o 90%, w stosunku do realizacji przełączeń w systemie ręcznym.
Elementem nieodłącznie związanym z przesyłem energii elektrycznej jest występowanie pola elektromagnetycznego. Czynnik ten jest coraz bardziej widoczny wraz ze wzrostem poziomu napięcia. Artykuł [B3-213] przedstawia propozycję trójwymiarowego modelowania elementów napowietrznej stacji elektroenergetycznej o napięciu 800 kV, pozwalającego na ograniczanie niekorzystnych skutków ekspozycji pola elektromagnetycznego. W pierwszej kolejności zwraca się uwagę na zachowanie wartości dopuszczalnych natężeń pola elektrycznego i magnetycznego na poziomie terenu, pozwalających w sposób bezpieczny prowadzić eksploata-cję. Drugi aspekt podniesiony przez autorów artykułu to zagadnienia dotyczące osiągnięcia pewnego rodzaju równo-wagi pracy układów wysokiego napięcia w aspekcie ulotu i sklejania się przewodów skojarzonych w wiązki.
Zagadnieniom rozkładu pola elektromagnetyczne-go wewnątrz napowietrznej stacji elektroenergetycznej, w tym przypadku 400/220 kV, został także poświęcony arty-kuł [B3-214]. W ramach projektowanej modernizacji stacji opracowano model matematyczny pozwalający na przepro-wadzenie symulacji ekspozycji pola elektromagnetycznego w zależności od proponowanej konfiguracji szyn zbiorczych i rozplanowania aparatury w polach. Wyniki obliczeń pozwo-liły na dokonanie wyboru optymalnego rozwiązania, następ-nie zaprojektowanego i zrealizowanego w ramach przebudo-wy przebudo-wyeksploatowanego obiektu. Po całkowitym zrealizowa-niu prac i podazrealizowa-niu napięcia zostały wykonane pomiary natę-żenia pola elektrycznego i magnetycznego. Pomierzony roz-kład pola elektromagnetycznego pozwolił zauważyć bardzo dużą zbieżność pomiędzy wynikami pochodzącymi z symu-lacji i obliczeń a uzyskanymi z pomiarów. Pozwoliło to uznać metodę za przydatną do dalszych zastosowań.
Artykuł [B3-215] dotyczy poprawnej współpracy zabez-pieczeń w obszarze generacji, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej. Poprawna praca systemu elektroenergetyczne-go jest uzależniona od właściwej koordynacji pracy zabezpie-czeń w ramach każdego z tych obszarów, ale także pomiędzy nimi. Podstawą do zapewnienia odpowiedniej koordynacji jest synchronizacja pracy urządzeń poprzez uzyskanie zgod-ności czasowej. Można to osiągnąć poprzez centralizację ujednolicenia czasu pracy. Wynikające z tego tytułu korzyści to przede wszystkim:
● lepsze wykorzystanie inwestycji i zasobów,
● gwarancja jakości i dostępności,
● poprawa odwzorowania systemu elektroenergetycznego,
● eliminacja wielokrotnego stosowania urządzeń do kontro-li czasu.
Zdaniem autorów artykułu są to wystarczające powody do wdrożenia proponowanego rozwiązania.