Poznaj atom

Praca elektrowni w systemie elektroenergetycznym [część 1]

Środa 09 stycznia 2013

Ze względu na bardzo specyficzny charakter pracy systemu elektroenergetycznego, a mianowicie stosunkowo bardzo dynamicznie zmieniające się jego obciążenie w czasie oraz konieczność zapewnienia w każdej chwili równowagi pomiędzy podażą i popytem na energię elektryczną, konieczne jest zastosowanie różnych rodzajów elektrowni przyłączonych do tego systemu.

Zróżnicowanie zapotrzebowania na moc w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym (KSE) najprościej przedstawić przy pomocy maksymalnego zapotrzebowania zimą i minimalnego latem – różnica ta wynosi w KSE na chwilę obecną około 15 000 MW, przy zapotrzebowaniu maksymalnym ok. 25 000 MW. Operator Systemu Przesyłowego (OSP) musi tak kierować pracą elektrowni, aby móc w każdych warunkach zapewnić zbilansowanie systemu (zapewnić równowagę pomiędzy podażą i popytem).

Wynika z tego, że zadaniem elektrowni (patrząc ogólnie na cały podsystem wytwarzania energii elektrycznej) jest nie tylko produkcja energii elektrycznej, ale również zapewnienie możliwości regulowania ich mocy w danym przedziale czasu. Przy czym różne rodzaje elektrowni charakteryzują różne właściwości eksploatacyjne i wynikające z nich ograniczenia pracy.

W niniejszym artykule postaramy się, upraszczając niektóre zagadnienia, przybliżyć w jaki sposób kieruje się pracą elektrowni oraz jakie właściwości eksploatacyjne posiadają najpopularniejsze rodzaje elektrowni.

Elektrownie w systemie elektroenergetycznym można podzielić na jednostki wytwórcze, które :
- podlegają sterowaniu przez Operatora Systemu Przesyłowego tzw. jednostki wytwórcze centralnie dysponowane (JWCD),
- jednostki wytwórcze niepodlegające sterowaniu przez OSP lub podlegające, ale w ograniczonym zakresie – tzw. jednostki wytwórcze niebędące jednostkami centralnie dysponowanymi (nJWCD).

Jednostki z pierwszej grupy wyżej wymienionych charakteryzują się stosunkowo dużymi mocami (od 100 MW) oraz możliwością sterowania mocą w szerokim zakresie. Należą do nich:
- Bloki elektrowni węglowych,
- Bloki elektrowni jądrowych,
- Bloki dużych elektrowni wodnych,
- Bloki elektrowni szczytowo-pompowych (również wodnych),
- Bloki dużych elektrowni gazowych.

Do jednostek wytwórczych nJWCD można zaliczyć:
- Elektrociepłownie,
- Elektrownie fotowoltaiczne,
- Elektrownie wiatrowe,
- Elektrownie na biogaz.

W celu zaplanowania pracy elektrowni w systemie elektroenergetycznym OSP (Operator Systemu Przesyłowego) układa tzw. Plan Koordynacyjny Dobowy (PKD). Jest to harmonogram generacji mocy w elektrowniach planowany w odstępach piętnastominutowych wynikający m. in. ze spodziewanego zapotrzebowania na moc w systemie elektroenergetycznym. Ponieważ nie można przewidzieć wielu sytuacji ruchowych – w trakcie trwania danej doby jest na bieżąco aktualizowany.

Nie da się też idealnie przewidzieć zapotrzebowania na moc. OSP musi mieć do dyspozycji tzw. Rezerwę Mocy, czyli mówiąc w uproszczeniu jednostki wytwórcze muszą również podlegać bieżącej regulacji. Zapas rezerwy mocy we wszystkich elektrowniach musi wynosić ok. 10% aktualnego zapotrzebowania na moc. Gdy zapotrzebowanie na moc w systemie jest mniejsze w stosunku do aktualnej generacji mocy zostaje wysłany sygnał do JWCD biorących udział w tym rodzaju regulacji z centralnego regulatora ARCM – (Automatyczna regulacja częstotliwości i mocy), aby zmniejszyły swoją moc generowaną. Podobny proces ma miejsce w sytuacji odwrotnej - jeśli ma miejsce deficyt mocy generowanej regulator wysyła sygnał do elektrowni, aby zwiększyły moc. Ten rodzaj regulacji odbywa się w stosunkowo łagodny sposób. Można ten proces porównać do działania tempomatu w samochodzie – bez względu na to czy jedziemy pod górkę czy z górki tempomat delikatnie zwiększa lub zmniejsza moc silnika aby utrzymać zadaną prędkość. W przypadku systemu elektroenergetycznego odpowiednikiem prędkości jest częstotliwość – jeżeli moc generowana jest za mała to częstotliwość spada i odwrotnie.

W pewnych nieprzewidzianych sytuacjach (np. awaria dużego bloku energetycznego) powyższe działania nie wystarczą, dlatego do systemu elektroenergetycznego muszą być przyłączone elektrownie regulacyjne. W przypadku Krajowego Systemu Elektroenergetycznego tę funkcję obecnie pełnią elektrownie szczytowo pompowe, które są w stanie bardzo szybko (w ciągu 2-3 minut) uruchomić się, a przy gwałtownych zmianach mocy (jak nagła awaria bloku w dużej elektrowni) nadal prawidłowa praca systemu elektroenergetycznego może być zagrożona, dlatego wymagana jest również tzw. regulacja częstotliwości – polegająca na gwałtownym zwiększeniu mocy wybranych elektrowni.


Rys 1. Dobowe zapotrzebowanie na moc w Krajowym Systemie Elektroenergetycznym w przykładową letnią niedzielę oraz zimową środę. (Dane: PSE-Operator.pl )
Facebook