Propozycje normy, związanej z prosumenckimi instalacjami elektrycznymi jako elementami umożliwiającymi poprawę „elastyczności” lokalnych systemów dystrybucyjnych. Prezentujemy szerzej jeden z tematów seminarium ELSEP`2024.
Przypomnijmy, tegoroczne seminarium szkoleniowe branży elektrycznej odbyło się 23 maja na Wydziale Elektrycznym Politechniki Białostockiej. Relacja – w archiwum, natomiast jeden z bardziej interesujących tematów – poniżej.
Wymagania i zalecenia dotyczące projektowania użytkowania zawarte w normie PN-HD 60364-8-2 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 8-2: Niskonapięciowe instalacje elektryczne prosumenta, są w stanie odciążyć istniejącą infrastrukturę, zapewniając poprawę bezpieczeństwa zasilania odbiorców.
Temat elastyczności systemów elektroenergetycznych nie może funkcjonować bez znajomości zasad funkcjonowania instalacji odbiorczych. Ostatnie lata charakteryzują się dynamicznymi zmianami w tym zakresie. Jeszcze dekadę temu odbiorca końcowy energii elektrycznej traktowany był jako typowy konsument energii elektrycznej. Kierunek przepływu energii był jednostronny z sieci OSD do odbiorcy. W ciągu ostatniej dekady blisko 1,3 mln konsumentów stało się prosumentami, u których moc zainstalowana źródeł wytwórczych przekroczyła 10 GW.
Spowodowało to nieplanowane na etapie projektowania sieci elektroenergetycznej, zmiany w kierunkach przepływu energii. Eksploatowane sieci elektroenergetyczne nie są dostosowane do takich zmian, co wynika np. z przyjmowanych na etapie projektowania współczynników jednoczesności użytkowania energii elektrycznej, które nie pokrywają się ze współczynnikami jednoczesności produkcji energii elektrycznej w prosumenckich instalacjach fotowoltaicznych, które zdominowały system mikroinstalacji OZE. Aktualnie mamy do czynienia z pojawianiem się na rynku energii kolejnej grupy użytkowników. Tą grupą są fleksumenci, którzy oprócz produkcji energii elektrycznej mają także możliwość jej magazynowania.
Dokumentem przedstawiającym możliwe struktury instalacji odbiorczych fleksumentów jest norma PN-HD 60364-8-2 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 8-2: Niskonapięciowe instalacje elektryczne prosumenta, regulująca także zasady współpracy instalacji elektrycznych z sieciami dystrybucyjnymi.
Wdrożenie w praktyce tej normy mogłoby pomóc określić standardy zasilania obiektów umożliwiające poprawę elastyczności sieci dystrybucyjnych z zachowaniem bezpieczeństwa pracy wszystkich elementów systemu elektroenergetycznego.
Norma PN-HD 60364-8-2 instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 8-2: niskonapięciowe instalacje elektryczne prosumenta.
Podstawą zapewnienia elastyczności pracy sieci dystrybucyjnych jest zapewnienie odpowiedniego przepływu informacji. Zgodnie z normą w tym celu konieczne jest wdrożenie standardów „sieci inteligentnej”, tzn. wymaga się, aby sieć OSD i instalacja fleksumenta wykorzystywała technologie wymiany informacji i sterowania oraz rozproszone przetwarzanie z powiązanymi czujnikami i urządzeniami wykonawczymi. Takie rozwiązania umożliwią zintegrowanie zachowań i działań użytkowników sieci oraz innych interesariuszy, a także efektywne zapewnienie zrównoważonych, ekonomicznych i bezpiecznych dostaw energii elektrycznej.
Istotnym elementem jest także inne podejście do zadań realizowanych przez instalacje elektryczne. Do tej pory traktowaliśmy ją jako zbiór aparatów elektrycznych, mających za zadanie dostarczenie energii elektrycznej do końcowych odbiorników. Nadzór nad pracą instalacji ograniczał się z reguły do monitorowania zużycia oraz produkcji energii. W tej chwili nowoczesna instalacja elektryczna powinna zapewniać także prowadzenie bieżącej kontroli nad zużyciem przez sterowanie pracą niektórych odbiorników.
Sterowanie powinno być zapewnione przez system zarządzania energią elektryczną (EEMS), którego zadania skupiają na następujących aspektach:
– preferencjach użytkownika końcowego,
– bieżącego monitorowania zużycia energii,
– dostępności oraz bieżących kosztach energii,
– analizie danych wejściowych z odbiorów, lokalnej produkcji i magazynowania energii elektrycznej, czujników jakości energii i prognoz np. warunków atmosferycznych.
Dodatkowo system zarządzania energią elektryczną powinien zapewniać
możliwość:
– raportowania,
– ostrzegania użytkownika przed np. ograniczeniami w dostępie do energii elektrycznej,
– zarządzania taryfami,
– bezpieczeństwa danych,
– funkcji informacyjnej lub edukacyjnej (jeśli zachodzi taka możliwość).
Dostarczenie do systemu zarządzania EEMS informacji wymaga zastosowania rozbudowanego systemu monitorowania pracy instalacji. Przykład układu monitorowania w obiekcie mieszkalnym w przedstawiono na rys. 1.
Oprócz podstawowych parametrów elektrycznych instalacji system zarządzania EEMS w procesie zarządzania, powinien brać również pod uwagę parametry wymuszające takie jak: obecność ludzi, temperatura, jakość powietrza, światło dzienne oraz prognozy pogody, jak to ma miejsce w przypadku nowoczesnych pomp ciepła.
Cały proces zarządzania instalacją nie może się obyć także bez informacji z sieci dystrybucyjnej. Przecież jednym z powodów integrowania w instalacjach odbiorczych wielu systemów odbiorczych, wytwórczych czy też magazynowania energii jest poprawa elastyczności funkcjonowania systemu dystrybucyjnego. Norma [1] proponuje, aby zakres informacji sieciowych przesyłanych do systemu EEMS w instalacji odbiorcy wynikał z zapisów, jakie powinny się znaleźć w umowie pomiędzy odbiorcą, a OSD. Wśród tych danych oprócz aktualnej ceny energii elektrycznej, powinny być przekazywane informacje np. o wymaganym w danym momencie współczynniku mocy, zakresie napięć, czy też zrzucie obciążenia lub planowanych wyłączeniach w sieci.
Współcześnie stosowane w instalacjach elektrycznych przekształtniki energoelektroniczne integrujące OZE oraz magazyny energii z instalacjami odbiorczymi mają znaczące, z punktu widzenia operatora OSD zdolności regulacyjne. Co prawda pojedyncza instalacja prosumencka, z punktu widzenia lokalnej sieci dystrybucyjnej nie ma dostrzegalnego wpływu na jej stabilność oraz elastyczność. Jednak duża liczba lokalnych instalacji podłączonych do tej samej sieci publicznej może wpływać na jej parametry pracy.
Za pomocą przekształtników energoelektronicznych, możliwe jest monitorowanie i sterowanie mocą czynną i bierną wprowadzaną z instalacji prosumenckich do sieci publicznej. Te elektroniczne urządzenia mogą regulować wartość i kąt fazowy napięcia wyjściowego, dając możliwość sterowania mocą czynną i bierną pobieraną z lub przekazywaną do sieci. Podobnie wygląda sytuacja w zakresie regulacji napięcia. Prawidłowa regulacja napięcia umożliwia uniknięcia krążenia prądu biernego między źródłami zasilania w sieci. Regulacja ta powszechnie odbywa się na poziomie zamkniętych sieci WN, natomiast w sieciach dystrybucyjnych technologia ta nie jest dotychczas stosowana. W niektórych układach sieci źródła energii elektrycznej mogą nie być oddalone od siebie, a indukcyjność linii między każdym ze źródeł może nie być wystarczająca, aby ograniczyć prądy krążące między poszczególnymi źródłami. W przypadku redukcji napięcia zaleca się taki sposób sterowania, za pomocą przekształtników, aby on miał charakter pojemnościowy podczas odbioru energii elektrycznej lub indukcyjny podczas zasilania sieci.
Ze względu na lokalny charakter instalacji fleksumenckich system danych dostarczanych do układów zarządzania EEMS powinien też odzwierciedlać lokalne uwarunkowania. System sieciowych danych wejściowych o charakterze zdecentralizowanym, przygotowanych w lokalnym centrum dyspozycji pozwoliłby na regulację przepływów energii nawet na poziomie miejscowych linii dystrybucyjnych nn lub przynajmniej na poziomie stacji transformatorowych SN/nn.
Regulacja przepływów możliwa jest także za pomocą realizacji zrzutów obciążenia w instalacjach odbiorczych. System zarządzania energią elektryczną (EEMS) powinien mieć możliwość sterowania odbiorami i lokalnym wytwarzaniem energii. W odpowiedzi na potrzeby sieci publicznej za pomocą, np. usług komunikacyjnych lokalny EEMS może odłączać niektóre odbiorniki. Zgodnie z umową zawartą między OSD, a prosumentem, EEMS może w instalacji dostosować zużycie energii z sieci zasilającej i/lub wytwarzanie lokalnej energii, zgodnie z wnioskiem OSD.
System zarządzania energią elektryczną nie musi być przeznaczony do pojedynczej instalacji odbiorcy. Norma przewiduje, że instalacje prosumenckie mogą działać w trybach indywidualnym oraz zbiorowym (wspólnym). W trybie indywidualnym każda instalacja ma oddzielny system EEMS oraz własne źródła energii oraz magazyny energii elektrycznej. W przypadku trybu zbiorowego system EEMS zarządza wspólnym magazynem energii oraz źródłami OZE, przy czym te wspólne elementy systemu mogą być połączone z instalacjami odbiorczymi siecią OSD lub jak to pokazano na rys. 3 – odpowiednią, niezależną od OSD siecią lokalną.
Tryb zbiorowy z wydzieloną infrastrukturą dla wspólnych źródeł oraz magazynów zbliżony jest w formie dopuszczonej przez przepisy dla wspólnot energetycznych czy też klastrów energii. Wymaga on jednak rozbudowanego systemu zarządzania energią EEMS obejmującego znacznie większą liczbę układów pomiarowych, danych wejściowych oraz elementów wymagających sterowania. Niewątpliwą zaletą układu przedstawionego na rys. 3 jest natomiast brak dodatkowych (bilansujących) przepływów energii przez sieć OSD, co daje możliwości lepszego wykorzystania istniejących zasobów.
Podsumowanie: Dostępne w Polsce opracowania normatywne przedstawiają już rozwiązania techniczne umożliwiające poprawę „elastyczności” lokalnych systemów dystrybucyjnych. Jednak wprowadzenie proponowanych rozwiązań do użytkowania wymagać będzie zaangażowania wszystkich użytkowników lokalnych systemów dystrybucyjnych, a przede wszystkim ulokowania przedstawionych rozwiązań w obowiązujących przepisach wykonawczych.
Operator lokalnych sieci dystrybucyjnych powinien opracować szczegółowe wytyczne i standardy dotyczące zasad przyłączania do sieci instalacji fleksumenckich. Operator OSD na poziomie lokalnym powinien także też przygotować platformę, z której przyłączani na danym obszarze odbiorcy mogliby pobierać niezbędne dane dla systemów zarządzania energią EEMS. Dzięki temu operator mógłby mieć realny wpływ na pracę lokalnych źródeł OZE oraz magazynów energii.
Użytkownicy końcowi (fleksumenci) muszą też mieć świadomość, że prawidłowa współpraca z OSD może nie tylko poprawić efektywność ekonomiczną posiadanych źródeł OZE oraz magazynów energii, ale także mogłaby poprawić bezpieczeństwo eksploatowanych przez nich instalacji.
Marcin A. Sulkowski
| Literatura [1] IEC 61557-12:2018 Electrical safety in low voltage distribution systems up to 1.000 V AC and 1 500 V DC – Equipment for testing, measuring or monitoring of protective measures – Part 12: Power metering and monitoring devices (PMD). [2] Lejdy B., M. Sulkowski. 2019. Instalacje elektryczne w obiektach budowlanych. Wydanie V zmienione – I wydanie Warszawa: WN PWN. [3] Platforma internetowa: www.gov.pl/web/klimat/prosumenci-statystyka, (dostęp 20.03.2024 r.) [4] PN-HD 60364-8-2 Instalacje elektryczne niskiego napięcia. Część 8-1: Niskonapięciowe instalacje elektryczne prosumenta. |
