Upload
vuongque
View
249
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Sutartis Nr. 79-09/8540
K. Donelaičio g. 73, LT-44029, Kaunas Tel. (8-37) 300000/300099/324140 Faksas (8-37) 324144
Elektros ir valdymo inžinerijos fakultetas Elektros sistemų katedra
Sutartis Nr. 79-09/21-1099.9.9
Sistemų valdymo ir automatizavimo laboratorija Energetikos kompleksinių tyrimų laboratorija
VĖJO ELEKTRINIŲ PLĖTROS GALIMYBIŲ ANALIZĖ S T U D I J A
(Antros dalies ataskaita)
2009 m. rugsėjo 1 d.
Visos teisės rezervuojamos
KAUNO TECHNOLOGIJOS UNIVERSITETAS Elektros ir valdymo inžinerijos fakultetas Elektros sistemų katedra LIETUVOS ENERGETIKOS INSTITUTAS Sistemų valdymo ir automatizavimo laboratorija Energetikos kompleksinių tyrimų laboratorija
VĖJO ELEKTRINIŲ PLĖTROS GALIMYBIŲ ANALIZĖ
S T U D I J A
(Antros dalies ataskaita)
KTU vadovas: Prof. dr.Rimantas Pranas Deksnys
LEI vadovas Dr. Virginijus Radziukynas
Antros dalies ataskaita parengta 2009 m. gruodžio 1 d. Kauno technologijos universiteto mokslo prorektorius Rymantas Jonas Kažys Elektros sistemų katedros vedėjas Alfonsas Morkvėnas
Lietuvos energetikos instituto direktorius Eugenijus Ušpuras Sistemų valdymo ir automatizavimo Laboratorijos vadovas Virginijus Radziukynas
Tyrimai atlikti pagal LEO LT, AB užsakymą Sutartis Nr. 79-09/8540 ir 79-09/21-1099.9.9
Kauno technologijos universitetas Elektros ir valdymo inžinerijos fakultetas Elektros sistemų katedra Lietuvos energetikos institutas Sistemų valdymo ir automatizavimo laboratorija Energetikos kompleksinių tyrimų laboratorija
REFERATYVINĖS INFORMACIJOS LAPAS Parengimo data 2009-09-01 Užsakymo data 2009-07-01
Nr. 79-09/8540 Nr. 79-09/21-1099.9.9 LEO LT, AB
Užsakovas: LEO LT, AB
Pavadinimas Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizės studija
KTU autoriai: Prof. R.P. Deksnys (4-8 sk.; 13 sk.) Dr. A. Bačauskas (4.4 d.) Dr. V. Ažubalis (4.1-4.6 d., 5; 14 sk., Dr. M. Ažubalis (3.2 d.) Dr. A. Jonaitis (3.2 d.) Dr. D. Slušnys (4.4-4.6 d.) Dr. R. Staniulis (4 sk.) Dr. E.V. Nevardauskas (6; 7; 13 sk.) K. Juočiūnas (7.2, 7.3 d.) V. Adomavičius (15 sk.)
LEI autoriai: Dr. V. Radziukynas Dr. A. Klementavičius Dr. S. Kadiša A. Leonavičius N. Rutkauskaitė V. Nezvanova
Referatas Europos energetikos politikos viena iš svarbiausių gairių yra atsinaujinančių energijos šaltinių plėtrą. Vykdant Europos Parlamento ir Tarybos atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo elektros gamybai direktyvą 2001/77/EC sparčiai didėja vėjo elektrinių (VE) įrengta galia Europoje. Studijos tikslas – ištirti VE plėtros galimybes atsižvelgiant į elektros energetikos sistemos specifiką. Studijoje tiriami pagrindiniai techniniai veiksniai ir jų charakteristikos, lemiančios tikslingas VE statybos apimtis Lietuvos elektros energetikos sistemoje investuojant ir neinvestuojant į elektros sistemos infrastruktūrą, esant ir nesant naujosios atominės elektrinės, numatomos VE technines projektavimo ir eksploatacijos sąlygos, nagrinėjamos jūrinių vėjo parkų plėtros ir prijungimo galimybės, tiriami VE reaktyviosios galios ir įtampos reguliavimo, dalyvavimo dažnio reguliavime klausimai, trumpalaikio elektros energijos kaupimo galimybės. Tyrimai pagrįsti reguliavimo galių rezervų skaičiavimais, galių balansų analize, normalių ir poavarinių režimų skaičiavimais. Raktažodžiai: elektros energetikos sistema, generuojantys šaltiniai, galios rezervai, techniniai reikalavimai, dažnio reguliavimas, vėjo energetika Kvalifikacijos sistema Sistemos indeksas Papildomi bibliografiniai duomenys ISSN ISBN
Kalba (lietuvių) Lapų skaičius
Kopijų skaičius
lietuvių 170 3
4
TURINYS
SANTRUMPOS 6 4. LIETUVOS ELEKTROS TINKLŲ IŠPLĖTIMAS IR REIKALINGI PAKEITIMAI VĖJO ELEKTRINIŲ GALIAI DIDĖJANT IKI 2000 MW SUMINĖS GALIOS
8
4.1. Elektros tinklų plėtros galimybės 8
4.2. Visų rūšių galios rezervų plėtros galimybės 15 4.3. Visų rūšių galios rezervų teikėjų nustatymo analizė (LEI) 18
4.4. Visų rūšių galios rezervų teikėjų nustatymo analizė (KTU) 23 4.5. Vėjo elektrinių galios esant naujajai atominei elektrinei 26
4.6. Tarpsisteminių pjūvių papildomų pralaidumų įvertinimas ir nustatymas 30
4.7. Tolygus apkrovos grafiko sekimas ir visapusiško rezervavimo užtikrinimas 33 4.8. Elektros tinklų investicijų nustatymas 39
4.9. Papildomų investicijų papildomiems reikiamiems galių rezervams įvertinimas 48
4.10. Neprognozuojamų vėjo elektrinių galių svyravimų balansavimo galimybės 48 4.11. Vėjo elektrinių reaktyviosios galios ir įtampos valdymas 49
4.12. Vėjo elektrinių suminės galios didinimo iki 2000 MW galimybės 53
5. JŪROJE STATOMŲ VĖJO ELEKTRINIŲ PRIJUNGIMO PRIE ELEKTROS TINKLŲ VIETOS IR GALIOS ĮVERTINIMAS
73
5.1. Jūroje statomų vėjo elektrinių prijungimo galimybių analizė 73
5.2. Vėjo elektrinių galių svyravimų balansavimas Lietuvos EES 77
5.3. Tarpsisteminių pjūvių papildomų pralaidumų įvertinimas ir nustatymas 77 5.4. Tolygus apkrovos grafiko sekimas ir visapusiško rezervavimo užtikrinimas 77
5.5. Vėjo elektrinių reaktyviosios galios ir įtampos valdymas 77 5.6. Visų rūšių galios rezervų plėtros galimybės 77
5.7. Visų rūšių galios rezervų teikėjų nustatymo analizė 77
5.8. Tarpsisteminių pjūvių papildomų pralaidumų įvertinimas ir nustatymas 77 5.9. Tolygus apkrovos grafiko sekimas ir visapusiško rezervavimo užtikrinimas 78
5.10. Elektros tinklų investicijų nustatymas 78
5.11. Papildomų investicijų papildomiems reikiamiems galių rezervams įvertinimas 78 5.12. Neprognozuojamų vėjo elektrinių galių svyravimų balansavimo galimybės 78
5.13. Vėjo elektrinių reaktyviosios galios ir įtampos valdymas 78
6. MAŽOS GALIOS VĖJO ELEKTRINIŲ IŠIMČIŲ TAIKYMO ANALIZĖ 80 6.1. Vėjo elektrinių suminės instaliuotos galios apribojimų taikymo būtinumas 81
6.2. Būtinos informacijos iš mažųjų vėjo elektrinių 87
6.3. Informacijos perdavimo reikalavimų rekomendacijos 88 6.4. Vėjo elektrinių suminės instaliuotos galios kiekio apribojimų tyrimai 93
7. PASKIRSTYTOJO GENERAVIMO IR SUMANIŲJŲ TINKLŲ PRINCIPAI PAGAL TARPTAUTINĘ PRAKTIKĄ
95
7.1. Sumaniųjų elektros tinklų informacinių ryšių sandara 101
7.2. Reikalavimai vėjo elektrinių prijungimui prie skirstomųjų tinklų 104
7.3. Reikalavimai skirstomiesiems tinklams ir reikiami pertvarkymai 108 7.4. Sumaniųjų tinklų projektavimo ir įgyvendinimo etapai 112
5
8. VĖJO ELEKTRINIŲ PRIJUNGIMO PRIE ELEKTROS TINKLŲ TECHNINIŲ SĄLYGŲ KRITERIJAI
116
8.1. Aktyviosios galios valdymo kriterijus 116
8.2. Reaktyviosios galios valdymo kriterijus 118
8.3. Vėjo elektrinių apsaugų kriterijus 120 8.4. Vėjo elektrinės valdymo kriterijus 122
8.5. Vėjo elektrinių elektros kokybės kriterijus 122
8.6. Vėjo elektrinių parko informacijos apimties ir mainų kriterijus 123 8.7. Vėjo elektrinių parko patikros ir bandymų kriterijus 123
9. VISŲ RINKOS DALYVIŲ DALYVAVIMO VĖJO ELEKTRINIŲ PLĖTROS PROGRAMOJE GALIMYBIŲ ĮVERTINIMAS (LEI)
125
10. PAPILDOMŲ IR SISTEMINIŲ PASLAUGŲ OPTIMALAUS TEIKIMO STRUKTŪROS NUSTATYMAS
126
11. EFEKTYVI, DARNI IR EKONOMIŠKAI PASITEISINANTI VĖJO ELEKTRINIŲ PLĖTRA LIETUVOJE
127
12. REAKTYVIOSIOS GALIOS IR ĮTAMPOS VALDYMAS ELEKTROS TINKLUOSE
129
12.1. Vėjo elektrinės prijungimo prie skirstomojo elektros tinklo galimybės 130
12.2. Vėjo elektrinių generatorių ir jų valdymo sistemų galimybės 137
12.3. Skirstomojo elektros tinklo su vėjo elektrinėmis galimybės 140 12.4. Vėjo elektrinių paplitimo skirstomajame elektros tinkle galimybės 142
13. VĖJO ELEKTRINIŲ ĮTAKOS ELEKTROS ENERGIJOS KOKYBEI ANALIZĖ 145
13.1. Vėjo elektrinių įtaka dažnio valdymo kokybei 145 13.2. Vėjo elektrinių įtaka elektros tiekimo patikimumui 148
13.3. Vėjo elektrinių įtakos įtampos kokybei priežastys 150 13.4. Nuostoviosios tinklo įtampos kitimų leistinumas 151
13.5. Tinklo įtampos staigiųjų kitimų leistinumo skaičiavimas 154
13.6. Tinklo įtampos mirgėjimų leistinumo skaičiavimas 155 13.7. VE skleidžiamų aukštesniųjų harmonikų leistinųjų lygių skaičiavimas 157
14. VĖJO ELEKTRINIŲ DALYVAVIMO DAŽNIO VALDYME BŪTINUMO TYRIMAS
160
15. VĖJO ELEKTRINIŲ energijos trumpalaikio kaupimo galimybės 165 15.1. Energijos kaupimo technologijos 165
15.2. Energijos kaupimo technologijų palyginimas 180
15.3. Elektros energijos kaupimo priemonių tinkamumas ir jų naudojimo galimybės 184 IŠVADOS 188
LITERATŪRA 191
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU, LEI
6
SANTRUMPOS AE – atominė elektrinė AEI – atsinaujinantys energijos ištekliai AR – antrinis reguliavimo galios rezervas ARĮ – automatinis rezervo įvedimas BALTSO – Baltijos šalių perdavimo sistemų operatorių organizacija BY – Baltarusija BRELL – Baltarusijos, Rusijos, Estijos, Latvijos, Lietuvos elektros žiedas BVP – bendrasis vidaus produktas Centr – Centras (Rusijos Centro EES) CŠT – centralizuotas šilumos tiekimas DĮS – didelės įkrovos superkondensatoriai DTE – dujų turbininė elektrinė E – elektrinė EE – Estija EES – elektros energetikos sistema EirGrid – Airijos perdavimo tinklas El – elektrinė Estlink – aukštos įtampos nuolatinės srovės kabelis tarp Estijos ir Suomijos elektros
energetikos sistemų GTE – garo turbininė elektrinė HAE – hidroakumuliacinė elektrinė HE – hidroelektrinė HVDC – aukštos įtampos nuolatinė srovė (angl. high voltage direct current) IAE – Ignalinos atominė elektrinė IPS/UPS – Jungtinė vieninga elektros energetikos sistema (angl. Integrated Power System/
United Power System) IŠ – idealus šaltinis Kal – Kaliningrado sritis (Rusijos Kaliningrado srities EES) KCDT – kombinuoto ciklo dujų turbinos KCE – kombinuoto ciklo elektrinė KE – Kauno elektrinė; kuro elementas KHAE – Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė KHE – Kauno hidroelektrinė KL – kabelinė linija KTE – Kauno termofikacinė elektrinė LE – Lietuvos elektrinė LitPolLink – asinchroninė elektros jungtis tarp Lietuvos ir Lenkijos elektros energetikos sistemų LT – Lietuva LV – Latvija ME – Mažeikių elektrinė NAE – nauja atominė elektrinė NordBalt – aukštos įtampos nuolatinės srovės kabelis tarp Lietuvos ir Švedijos elektros
energetikos sistemų NORDEL – Šiaurės Europos šalių jungtinė elektros energetikos sistema OL – oro linija PE – Panevėžio elektrinė
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU, LEI
7
PHE – Pliavinių hidroelektrinė PR – pirminis reguliavimo galios rezervas PSB – polisulfido bromido srautinė baterija PSO – perdavimo sistemos operatorius RHE – Rygos hidroelektrinė RMŠ – rezervinis maitinimo šaltinis RTE – Rygos termofikacinė elektrinė SCADA – dispečerinis valdymas ir duomenų surinkimas (angl. supervisory control and data
acquisition) SEK – smagratinis energijos kaupiklis SMEK – superlaidininkų magnetinės energijos kaupiklis snt. vnt. – santykiniai vienetai SOEK – suspausto oro energijos kaupiklis STO – skirstomųjų tinklų operatorius ŠE – šiluminė elektrinė; Šiaulių elektrinė ŠV – Šiaurės Vakarai (Rusijos Šiaurės Vakarų EES) TE – termofikacinė elektrinė TenneT – Nyderlandų perdavimo sistemos operatorius TP – transformatorių pastotė TR – tretinis reguliavimo galios rezervas TRM – saugumo užtikrinimo atsarga (angl. transmission reliability margin) UA – Ukraina UCTE – Vakarų Europos ir Centrinės Europos šalių elektros perdavimo koordinavimo sąjunga
(angl. Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity) UPS – rezervinis maitinimo šaltinis VAE – Visagino atominė elektrinė VE – vėjo elektrinė VE2 – Vilniaus antroji elektrinė VE3 – Vilniaus trečioji elektrinė VP – vėjo parkas VRB – vanadžio redukcijos-oksidacijos srautinė baterija (angl. vanadium redox flow battery)
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
8
4. LIETUVOS ELEKTROS TINKLŲ IŠPLĖTIMAS IR REIKALINGI PAKEITIMAI VĖJO
ELEKTRINIŲ GALIAI DIDĖJANT IKI 2000 MW SUMINĖS GALIOS
4.1. Elektros tinklų plėtros galimybės
Pagal Vėjo elektrinių prijungimui išduotų projektavimo sąlygų žurnalą (2009-08-17), prie
110 kV elektros perdavimo tinklo yra prijungta, išduota projektavimo sąlygų ir išduota išankstinių
techninių sąlygų 1968,9 MW vėjo parkams, prie 330 kV elektros perdavimo tinklo yra išduota
išankstinių techninių sąlygų 2100 MW, iš viso 4068,9 MW.
Norimos vėjo parkų prijungimo vietos yra koncentruotos vakarinėje Lietuvos EES
perdavimo tinklo dalyje, todėl gali persikrauti vakarinės perdavimo tinklo dalies 110 kV ir 330 kV
linijos bei 330/110 kV TP autotransformatoriai (4.1. pav.).
- 110 kV linijos, galinčios persikrauti dėl vėjo parkų
- vėjo parkai, neperkraunantys 110 kV linijų
- prie 330 kV tinklo prijungti vėjo parkai
200 MW(1,9x)
123 MW (1,4x)
431 MW (3,6x)
357 MW (3,2x)
320 MW (2,1x)
135 MW (1,5x)
4.1. pav. Galinčios persikrauti 110 kV linijos, prijungus didelės galios vėjo parkus vakarinėje Lietuvos EES perdavimo tinklo dalyje (nurodyta vėjo parkų galia pagal projektavimo arba išankstines
technines sąlygas, MW; skliausteliuose nurodyta, kiek kartų norima prijungti galia viršija didžiausią leistiną galią neplečiant tinklo)
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
9
4.1 lentelėje pateiktos prie atskirų linijų prijungiamų vėjo parkų didžiausios galios, kurioms
nereikia plėsti 110 kV tinklo, ir pagal išduotas projektavimo ir išankstines technines sąlygas norimų
prijungti vėjo parkų galios.
4.1 lentelė. Didžiausios leistinosios ir norimų prijungti vėjo parkų suminės galios atskiroms 110 kV linijoms
Eil. Nr.
Linijos ir jų grupės Didžiausia leistina VP galia neplečiant tinklo,
MW
Norima prijungti VP galia, MW
1 Klaipėda-Pagėgiai, Pagėgiai-Sovetskas, Pagėgiai-Jurbarkas
110 357,1
2 Klaipėda-Kelmė, Kelmė-Šiauliai, Kelmė-Jurbarkas
150 320
3 Klaipėda-Telšiai 120 431 4 Mažeikių E-Klaipėda 85 123,1
5 Mažeikių E-Varduva-Telšiai, Mažeikių E-Kuršėnai
106,8* 200
6 Jurbarkas-Kybartai, Kybartai-Kapsai 90 135
7 Kruonio HAE-Kaišiadorys-Žasliai-Vilniaus E3, Žasliai-Kruonis
90 85
8 Kaunas-Kėdainiai, Kėdainiai-Panevėžys, Kėdainiai-Jonava
140 57,6
9 Jonava-Ukmergė, Ukmergė-Utena 160 50 10 Jurbarkas-Vytėnai 60 50 11 Klaipėda-Marios 95 75 12 Klaipėdos pastotė ** 85
Pastabos: *–didžiausia leistina galia priklauso nuo linijos Klaipėda-Mažeikių E apkrovos (žr. 3.33 lentelę). **– didžiausia leistina galia yra ribojama Klaipėdos 330/110 kV TP autotransformatorių ir 330 kV linijų pralaidumo.
Elektros perdavimo tinklo plėtrai nustatyti yra ištirti tokie skaičiuojamieji scenarijai:
2012 m. – prijungta 500 MW vėjo parkų:
- Baltijos EES dirba sinchroniškai su IPS/UPS, be UCTE;
2016 m. – prijungta 1000 MW arba 1500 MW vėjo parkų:
- Baltijos EES dirba sinchroniškai su IPS/UPS , be UCTE,
- Baltijos EES dirba sinchroniškai su IPS/UPS, asinchroniškai su UCTE,
- Baltijos EES dirba asinchroniškai su IPS/UPS, asinchroniškai su UCTE;
2020 m. – prijungta 2000 MW vėjo parkų:
- Baltijos EES dirba sinchroniškai su UCTE, be IPS/UPS,
- Baltijos EES dirba sinchroniškai su UCTE, asinchroniškai su IPS/UPS.
Tiriant elektros tinklo plėtros sąlygas 2012 metams, daryta prielaida, kad prie perdavimo
tinklo bus prijungta 500 MW vėjo parkų. Pagal esamas prijungtas vėjo elektrines ir išduotas
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
10
projektavimo sąlygas, prie 110 kV linijos Klaipėda-Mažeikių E bus prijungta 103,2 MW, Klaipėda-
Pagėgiai-Jurbarkas – 65,8 MW, Klaipėda-Kelmė – 35 MW vėjo parkų. Daroma prielaida, kad prie
330 kV linijos Klaipėda-Sovietskas bus prijungtas 250 MW vėjo parkas. Elektros tinklo plėtra
priklausys ir nuo to, kuriose linijose bus prijungiamos kitos vėjo elektrinės, kurių suminė galia būtų
lygi 46 MW. Jei pastarasis 46 MW galios vėjo parkas būtų prijungtas prie 110 kV linijos Klaipėda-
Pagėgiai-Tauragė, ši linija persikrautų 1,2 karto. Linija Klaipėda-Mažeikių E gali persikrauti
1,4 karto. Kitos 110 kV linijos nepersikrautų. Linijų, kurios persikrautų prijungus 500 MW vėjo
parkus, sąrašas bei reikalingi skerspjūviai yra pateikti 4.2 lentelėje.
4.2 lentelė. Elektros perdavimo tinklo rekonstrukcijų suvestinė, siekiant prijungti 500 MW suminės galios vėjo parkus
Eil. nr.
110 kV linija Esamas linijos
skerspjūvis Persikrovimas
Reikalingas linijos
skerspjūvis, mm2 1 Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas AS-150 1,2 karto 240* 2 Klaipėda-Mažeikių E AS-150 1,4 karto 240
Pastaba: *–skerspjūvis parinktas, atsižvelgiant į perspektyvines vėjo elektrines (žr. 4.3 lentelę).
Nustatant elektros perdavimo tinklo plėtrą, kai prijungiami 1000 MW, 1500 MW ir
2000 MW suminės galios vėjo parkai, daryta prielaida, kad naujai prijungiamų vėjo parkų vardinės
galios bus proporcingai mažesnės lyginant su išduotų išankstinių techninių sąlygų galiomis.
Prijungiant 1000 MW suminės galios vėjo parkus, būtų reikalingos papildomos perdavimo
tinklo rekonstrukcijos: 110 kV linijos Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas skerspjūvis turėtų būti
padidintas iki 2x240 mm2; Klaipėdos 330/110 kV TP 125 MVA galios autotransformatorius turėtų
būti pakeistas į 200 MVA galios autotransformatorių (jei vėjo parkų suminė galia būtų planuojama
1500 MW ir daugiau, tikslinga vietoje esamo autotransformatoriaus įrengti 250 MVA galios
autotransformatorių).
VP suminei galiai pasiekus 1500 MW, būtų reikalingos tokios papildomos rekonstrukcijos:
110 kV linijų Klaipėda-Kretinga-Telšiai skerspjūvis turėtų būti padidintas iki 240 mm2; 330 kV
linijos Klaipėda-Sovietskas skerspjūvis turėtų būti padidintas iki 2x(2x400) mm2, linijos Telšiai-
Mūša skerspjūvis turėtų būti 2x(2x300) mm2. Klaipėdos 330/110 kV TP įrengtų
autotransformatorių galia turėtų būti lygi 2x250 MVA, Jurbarko 330/110 kV TP 2x125 MVA galios
autotransformatoriai turėtų būti pakeisti į 2x200 MVA galios autotransformatorius.
VP suminei galiai pasiekus 2000 MW, būtų reikalingos tokios papildomos rekonstrukcijos:
110 kV linijos Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas skerspjūvis turėtų būti padidintas iki 2x240 mm2;
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
11
330 kV linijos Jurbarkas-Kaunas skerspjūvis turėtų būti padidintas iki 2x(2x400) mm2; Klaipėdos
330/110 kV TP turėtų būti įrengtas trečias 250 MVA galios autotransformatorius.
Elektros perdavimo tinklo rekonstrukcijų, reikalingų 500 MW, 1000 MW, 1500 MW ir
2000 MW suminės galios vėjo parkams prijungti, suvestinė yra pateikta 4.3-4.5 lentelėse.
Atsižvelgiant į tai, kad vėjo parkai gali būti jungiami koncentruotai prie keleto linijų, o ne plačioje
geografinėje teritorijoje, reikėtų nustatyti reikiamą elektros tinklo plėtrą kaip būtų prijungiamos
visos projektavimo ir išankstines technines sąlygas gavusios vėjo elektrinės (4.3-4.5 lentelių 8
stulpelis).
Jei vėjo parkų galios būtų paskirstytos ne proporcingai sumažinant projektavimo ir
išankstines technines sąlygas gavusių vėjo parkų galias, o koncentruotos atskirose linijose, tos
linijos arba linijų grupės gali persikrauti, priklausomai nuo vėjo parkų prijungimo vietų.
Prie 110 kV linijos Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas yra išduota projektavimo arba išankstinių
techninių sąlygų 358,9 MW suminės galios vėjo parkams. Maksimalus galios srautas, tekantis šia
linija, gali siekti 336 MVA. Tam, kad linija nepersikrautų, esančią liniją (AS-150) reikėtų pakeisti
trijų grandžių linija 3x240 mm2. Linija Pagėgiai-Sovietskas turi būti pakeista į 3x185 mm2 arba
išjungta.
Prie 110 kV linijos Klaipėda-Kretinga-Telšiai yra išduota projektavimo arba išankstinių
techninių sąlygų 452 MW suminės galios vėjo parkams. Esančias viengrandes linijas Klaipėda-
Kretinga I, Klaipėda-Kretinga II, Kretinga-Kartena (AS-150) reikėtų pakeisti 2x240 mm2, o
Kartena-Telšiai – 3x240 mm2 linijomis.
Prie 110 kV linijos Klaipėda-Kelmė-Šiauliai yra išduota projektavimo arba išankstinių
techninių sąlygų 194 MW suminės galios vėjo parkams. Esančią viengrandę liniją (AS-150, AS-
185) reikėtų pakeisti 2x185 mm2 linija.
Esanti 110 kV linija Jurbarkas-Kelmė (AS-185, AS-150) persikrautų 1,2 karto, todėl turėtų
būti pakeista linija 240 mm2.
Prie Varduvos 110 kV skirstyklos prijungti 200 MW vėjo parką yra rengiamos išankstinės
techninės sąlygos. Parkui veikiant vardine galia, linija Mažeikių E-Varduva I (AS-240) persikrautų
1,9 karto, todėl turėtų būti pakeista dvigrande linija 2x240 mm2, Mažeikių E-Varduva II (AS-185)
persikrautų 1,2 karto, todėl turėtų būti pakeista linija 240 mm2 (padaryta prielaida, kad Varduvos
110 kV skirstyklos sekcijinis jungtuvas yra išjungtas, o vėjo parkas jungiamas prie tos pačios
sekcijos, kaip ir linija Varduva-Seda). Linija Mažeikių E-Kuršėnai (AS-185, AS-150) persikrautų
1,2 karto, todėl turėtų būti pakeista linija 240 mm2. Linija Varduva-Naujoji Akmenė (AS-240)
persikrautų 1,4 karto, todėl turėtų būti pakeista 2x185 mm2 linija. Linija Varduva-Telšiai (AS-150)
persikrautų 1,7 karto, todėl turėtų būti pakeista dvigrande 2x150 mm2 linija. Dvigrandė linija
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
12
Kuršėnai-Šiauliai (AS-150 ir AS-185) persikautų 1,3 karto, todėl turėtų būti pakeista 2x240 mm2
linija.
Linija Klaipėda-Mažeikių E (AS-150) persikrautų 1,4 karto, todėl turėtų būti pakeista linija
240 mm2.
Prijungus didelės galios vėjo parkus, 110 kV linija Nesterovas-Kybartai į Lietuvos EES
normaliai gali tekėti iki 60 MVA galios srautas, dėl to persikrautų linija Kybartai-Kapsai.
Rekomenduojama liniją Nesterovas-Kybartai išjungti arba įrengti dalijimo automatiką.
Kitos 110 kV linijos, prie kurių numatoma prijungti vėjo parkus, nepersikrautų.
330 kV tinkle persikrautų šios linijos: Klaipėda-Sovietskas, Sovietskas-Jurbarkas-Kaunas,
Sovietskas-Kruonio HAE. 330 kV Klaipėda-Sovietskas linija turėtų būti pakeista dvigrande
2x(2x400) mm2 linija, Sovietskas-Jurbarkas – 2x(2x300) mm2, Jurbarkas-Kaunas – 2x(2x400) mm2,
Sovietskas-Kruonio HAE – 2x(2x300) mm2.
4.3 lentelė. 110 kV elektros perdavimo tinklo rekonstrukcijų suvestinė 500 MW, 1000 MW, 1500 MW, 2000 MW ir 4062,2 MW suminės galios vėjo parkams prijungti
Reikalingas linijos skerspjūvis, mm2 Eil. nr.
Linija Esamas linijos
skerspjūvis 500 1000 1500 2000 4062,2
1 Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas AS-150 240 2x240 2x240 3x240 3x240 2 Pagėgiai-Sovietskas 2xAS-150 - - - - 3x185* 3 Klaipėda-Kretinga I,
Klaipėda-Kretinga II, Kretinga-Kartena
AS-150 - - 240 240 2x240
4 Kartena-Telšiai AS-150 - - 240 240 3x240 5 Klaipėda-Kelmė-Šiauliai AS-150,
AS-185 - - - - 2x185
6 Jurbarkas-Kelmė AS-185, AS-150
- - - - 240
7 Mažeikių E-Varduva I AS-240 - - - - 2x240 8 Mažeikių E-Varduva II AS-185 - - - - 240 9 Mažeikių E-Kuršėnai AS-185,
AS-150 - - - - 240
10 Varduva-Naujoji Akmenė AS-240 - - - - 2x185 11 Varduva-Telšiai AS-150 - - - - 2x150 12 Kuršėnai-Šiauliai I, II AS-150 ir
AS-185 - - - - 2x240
13 Klaipėda-Mažeikių E AS-150 240 240 240 240 240
Pastaba: *– esant padidėjusiam galios srautui, šią liniją galima išjungti.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
13
4.4 lentelė. 330 kV elektros perdavimo tinklo rekonstrukcijų suvestinė 500 MW, 1000 MW, 1500 MW, 2000 MW ir 4062,2 MW suminės galios vėjo parkams prijungti
Reikalingas linijos skerspjūvis, mm2 Eil. nr.
Linija Esamas linijos
skerspjūvis 500 MW
1000 MW
1500 MW
2000 MW
4062,2 MW
1 Klaipėda-Sovietskas AS-3x150 - - 2x(2x400) 2x(2x400) 2x(2x400) 2 Jurbarkas-Sovietskas ASO-2x330 - - - - 2x(2x300) 3 Jurbarkas-Kaunas ASO-2x300 - - - 2x(2x400) 2x(2x400) 4 Kruonio HAE-Sovietskas AS-2x300 - - - - 2x(2x300) 5 Telšiai-Mūša AS-2x300 - - 2x500 2x500 2x500
Klaipėdos 330/110 kV TP vietoje esančių 125 MVA ir 200 MVA galios autotransformatorių
reikėtų įrengti 3 po 250 MVA galios autotransformatorius.
Jurbarko 330/110 kV TP vietoje dviejų esančių 125 MVA galios autotransformatorių reikėtų
įrengti 2 po 200 MVA galios autotransformatorius.
Šiaulių 330/110 kV TP reikėtų įrengti trečią 200 MVA galios autotransformatorių.
4.5 lentelė. 330/110 kV TP rekonstrukcijų suvestinė 500 MW, 1000 MW, 1500 MW, 2000 MW ir 4062,2 MW suminės galios vėjo parkams prijungti
Suminė vėjo parkų galia, MW Eil. nr.
Autotransformatoriai Esama galia,
MVA 500 MW
1000 MW
1500 MW
2000 MW
4062,2 MW
1 Klaipėdos 330/110 kV TP 125 MVA, 200 MVA
- 2x200 MVA*
2x250 MVA
3x250 MVA
3x250 MVA
2 Jurbarko 330/110 kV TP 2x125 MVA - - 2x200 MVA
2x200 MVA
2x200 MVA
3 Šiaulių 330/110 kV TP 2x200 MVA - - - - 3x200 MVA
Pastaba: *– jei būtų planuojama prijungti 1500 MW ir didesnės suminės galios vėjo parkus, tikslinga būtų įrengti 2x250 MVA galios autotransformatorius.
Reikia atkreipti dėmesį, kad Baltijos EES dirbant sinchroniškai su UCTE ir vėjo parkams
2020 m. dirbant vardine galia, pagal 2009 m. rugpjūčio mėn. 17 dienai išduotas išankstines
technines sąlygas, 4062,2 MW galia vasaros minimalių apkrovų metu, tarpsisteminis galios srautas
iš Lietuvos EES į Lenkijos EES gali siekti 2700 MVA. Tam reiktų sustiprinti ne tik Lietuvos, bet ir
Lenkijos elektros tinklą, kad būtų pakankamas pralaidumas.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
14
Skyriaus išvados
1. Siekiant prijungti 500 MW suminės galios vėjo parkus, turėtų būti rekonstruotos 110 kV
linijos Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas ir Klaipėda-Mažeikių E, jų skerspjūvis turėtų būti
padidintas iki 240 mm2.
2. Siekiant prijungti 1000 MW suminės galios vėjo parkus, turėtų būti rekonstruotos 110 kV
linijos Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas (skerspjūvis turėtų būti padidintas iki 2x240 mm2) ir
Klaipėda-Mažeikių E (skerspjūvis turėtų būti padidintas iki 240 mm2), ir Klaipėdos 330/110
kV TP autotransformatorių galia turėtų būti ne mažesnė kaip 2x200 MVA.
3. Siekiant prijungti 1500 MW suminės galios vėjo parkus, papildomai turėtų būti rekonstruota
110 kV linija Klaipėda-Telšiai (skerspjūvis turėtų būti padidintas iki 240 mm2), 330 kV
linijos Klaipėda-Sovietskas ir Telšiai-Mūša (skerspjūviai turėtų būti padidinti atitinkamai iki
2x(2x400) mm2 ir 2x500 mm2), Klaipėdos 330/110 kV TP autotransformatorių galia turėtų
būti ne mažesnė kaip 2x250 MVA ir Jurbarko 330/110 kV TP autotransformatorių galia
turėtų būti ne mažesnė kaip 2x200 MVA.
4. Siekiant prijungti 2000 MW suminės galios vėjo parkus, papildomai turėtų būti rekonstruota
110 kV linija Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas (skerspjūvis turėtų būti padidintas iki
3x240 mm2), 330 kV linija Jurbarkas-Kaunas (skerspjūvis turėtų būti padidintas iki
2x(2x400) mm2) ir Klaipėdos 330/110 kV TP turėtų būti įrengtas trečias 250 MVA galios
autotransformatorius.
5. Vėjo parkams reguliuojant reaktyviąją galią ±0,2×PN ribose, 330 kV ir 110 kV tinklo
įtampos yra leistinose ribose be papildomų naujų reguliavimo priemonių.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
15
4.2. Visų rūšių galios rezervų plėtros galimybės
Šiame poskyryje nagrinėjamos Lietuvos EES galimybės prijungti iki 2020 metų iki
2000 MW vėjo elektrinių suminės galios ir įvertinamas papildomas sistemos plėtros poreiks, kad
vėjo elektrinės būtų visapusiškai rezervuotos Lietuvos elektrinių pajėgumais. Nagrinėjamas atvejis,
kai vėjo elektrinės statomos tik sausumoje.
1 prielaida. Vėjo parkų diegimo ribinės apimtys. Pagal skatinimo tvarką [12], 2010 m.
suminė įrengtoji vėjo parkų galia turėtų pasiekti 200 MW. Tolimesnė vėjo energetikos plėtra dar
nėra patvirtinta planiniu dokumentu, bet šio darbo techninėje užduotyje nurodomas ribinis
2000 MW įrengtosios galios variantas 2020 metais. Daroma priekaida, kad 2016 m. įrengtoji galia
pasieks 1500 MW, o 2020 m. – 2000 MW.
2 prielaida. Lietuvos EES poreikio grafikai. Naudojami tie patys grafikai, kaip ir 3.4-3.6
poskyriuose, o kontrolinių parų minimumo ir maksimumo reikšmės – kaip pateiktos 3.1 lentelėje.
3 prielaida. Vėjo parkų generuojamos galios eksportas. Ribines vėjo parkų įrengtąsias
galias (2000, 1500 MW) įterpti į Lietuvos EES poreikio grafiką bus neįmanoma, nes poreikis
atskiromis valandomis bus mažesnis, bet to grafike turės dalyvauti ir kitos elektrinės, ir pirmiausia –
būtinosios (ang. must-run) elektrinės. Netilpusi į grafiką VE generuojama galia turės būti arba
išjungta arba eksportuojama. Susirasti rinką vėjo energijos eksportui teks patiems vėjo parkų
valdytojams. Tai bus sunkiai pasiekima, nes ir kitose šalyse (Latvijoje, Estijoje, Lenkijoje,
Suomijoje, Švedijoje) vėjo energetikos skverbtis didės ir jos taip pat bandys eksportuoti elektrą iš
VE.
Šiame poskyryje kiekvieniems skaičiuojamiesiems metams pirmiausia nustatoma, kurią
dalį ribinės VP galios galima įterpti į Lietuvos poreikio paros grafiką. Tai būtų didžiausia įmanoma
dalis, kuriai „lieka vietos“ šalia būtinųjų elektrinių. Tokia dalis toliau vadinama VE galia Lietuvos
poreikiui dengti. Likusi ribinės VP galios dalis laikoma pertekline ir eksportuojama į kitas sistemas.
Vėjo parkų valdytojams svarbesnė yra VE galia Lietuvos poreikiui dengti, nes ji dirbtų
vidaus rinkai ir reikštų sąlyginai garantuotus pardavimus (dėl viešųjų interesų prioriteto).
Eksportuojamai galiai teks didesnė rinkos rizika (gali neatsirasti pirkėjų), nes ji nesusiejama su
viešaisiais interesais ir bus parduodama konkurencinėmis sąlygomis.
4 prielaida. Vėjo parkų generuojamos galios kitimas kontrolinėmis paromis. Daroma
prielaida, kad visą kontrolinę parą pūs pastovus vėjas, garantuojantis vienodą suminę VE galią.
Lietuvos vartotojai perka iš VE perka skirtingo dydžio galias minimumo ir maksimumo
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
16
valandomis, tačiau sudėjus tas galias su atitinkamomis eksportuojamomis galiomis, gaunama ribinė
VE generacijos reikšmė (1500 MW 2016 m. arba 2000 MW 2020 m.).
5 prielaida. Kruonio HAE įkrova. Laikoma, kad Lietuvos sistemoje VP dengia tik
Lietuvos EES poreikio grafiką, taigi neįkrovinėja Kruonio HAE. Pastarąją elektrinę įkrovinėja tik
Lietuvos elektrinės.
6 prielaida. Nauja atominė (NAE) ir kiti generatoriai. Prielaida tokia pati, kaip 4
prielaida 3.4.3 poskyryje.
7 prielaida. Rezervavimas. Prielaida tokia pati, kaip 5 prielaida 3.4.3 poskyryje.
8 prielaida. Vėjo prognozės. Prielaida tokia pati, kaip 6 prielaida 3.4.3 poskyryje.
4.6 lent. pateikiamos išvados dėl antrinio ir tretinio rezervų Lietuvoje pakankamumo vėjo
elektrinių suminės generacijos svyravimams padengti. Jos gautos iš sumodeliuotų generuojančių
galių struktūros lentelių (žr. Priedą 2) pagal visas pirmiau minėtas prielaidas. Taip pat pateikiami
vėjo elektrinių ribinių suminių galių (1500 MW ir 2000 MW) paskirstymo eksportui ir Lietuvos
poreikiui rezultatai.
Tos galios yra patikrintos paros grafiko sekimo principu, t.y. patikrinta, ar elektrinių
techninės galimybės leidžia keisti Lietuvos generaciją pagal poreikio kitimą. Paros grafikų sekimo
lentelės pateiktos 4.6 poskyryje (4.12-4.15 lent.).
0.6 lentelė. 1500 MW ir 2000 MW suminės vėjo elektrinių galios paskirstymo eksportui ir Lietuvos poreikiui bei rezervavimo Lietuvos elektrinių pajėgumais galimybės
2016 2020 žiemos
maksimumas vasaros
minimumas žiemos
maksimumas vasaros
minimumas
4 h 18 h 5 h 10 h 4 h 18 h 5 h 10 h VE galia Lietuvos poreikui, MW 534 521 118 48 143 167 0 0
VE galia Lietuvos eksportui, MW 966 979 1382 1452 1857 1833 2000 2000
EES antrinio (ir tretinio) rezervo poreikis, MW* 750 750 1000 1000
Lietuvos EES galimybės padengti rezervų poreikius planuojamais pajėgumais (be investicijų papildo-miems galios rezervams)
įmanoma įmanoma įmanoma, nors ir
nelengvai įmanoma, nors
ir nelengvai
Pastaba žr. P2.1 lent. žr. P2.2 lent žr. P2.3 lent žr. P2.4 lent
* – esant 50% didžiausiai vėjo prognozės paklaidai (nuo įrengtosios galios) ir tuo pačiu rezervu rezervuojant didžiausio generatoriaus avarinį atsijungimą arba vėjo elektrinių generacijos nuokrypį nuo prognozės
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
17
Iš 4.6 lentelės (detaliau – iš 2 Priedo lentelių) matyti, kad ribinės 1500 MW (2016 m.) ir
2000 MW galios (2020 m.) būtų praktiškai visos eksportuojamos (išskyrus 2016 m. žiemos
maksimumo parą), nes didžiąją poreikio grafiko dalį dengtų tretinį rezervą teikiančios elektrinės.
Pastebėtina, kad siekiant „rasti“ daugiau vietos vėjo elektrinėms Lietuvos poreikio grafike, Vilniaus
Elektrinė-3 žiemą modeliuota minimalia 1 bloko galia, o vasarą nedirbtų abu blokai (šiluma būtų
gaminama katilais). 2000 MW galia rezervuojama 1000 MW antrinio/tretinio rezervo, taigi atitiktų
didžiausią prognozės paklaidą, lygią 50% įrengtosios 2000 MW galios.
Iš 4.6 lentelės ir ją pagrindžiančių lentelių Priede 2 matyti, kad planuojamų antrinės ir
tretinės galios rezervų sistemoje dar užteks nurodytoms ribinėms VE galioms prijungti. Palyginus
juos su sistemos rezervo poreikiu scenarijuje be VE plėtros, galima pastebėti, kad 2020 m. žiemą
rezervų poreikis smarkiai išaugtų – vėjo elektrinių rezervavimui reikės sistemoje užsakyti po 600
MW papildomos galių (nes NAE rezervuoti užtektų 400 MW!).
Eksportuoti 4.6 lent. nurodytus vėjo elektrinių galias praktiškai yra nerealu – tai galima
vertinti kaip hipotetinius variantus.
Pažymėtina, kad nustatant antrinio ir tretinio rezervavimo galimybes, buvo įvertinta ir
„smulkieji rezervai“ Lietuvoje, kurių palaikymas mažino laisvą Lietuvos generatorių galią:
pirminio reguliavimo rezervas (±30 MW žiemą ir ±25 MW vasarą);
antrinio rezervo poreikis smulkiems neplanuotiems poreikio ir generacijos svyravimams
dengti (±60 MW 2020 m. ir ±50 MW 2016 m.).
Jeigu Lietuvos sistemoje antrinis ir tretinis rezervai būtų sudaromi A metodu (atskiri
rezervai vėjo elektrinėms ir didžiausio bloko atsijungimui, žr. 3.4.2 poskyrį), tai 2020 m. žiemą
rezervų poreikiai būtų po 1400 MW, ir Lietuvoje reikėtų įrengti po 400-500 MW papildomų
rezervinės galios šaltinių.
Galios rezervų poreikis, kai dalis ribinių vėjo elektrinių galių (1500-2000 MW) būtų statoma
jūroje, bus toks pats, kaip aprašytas vėjo elektrinių scenarijuje šiame poskyryje. Rezervai būtų
išdėstomi analogiškai (žr. Priedo 2 lenteles).
Poskyrio išvados
1. Prijungus Lietuvoje 1500-2000 MW galios vėjo elektrinių, tas galias dar įmanoma rezervuoti
antriniu ir tretiniu rezervais Lietuvos elektrinių pajėgumais, jeigu tuo pačiu rezervu dengiamas
didžiausio generatoriaus avarinis atsijungimas arba vėjo elektrinių generacijos nuokrypis nuo
prognozės, o didžiausia prognozės paklaida neviršija 50% VE įrengtosios galios dydžio.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
18
2. Prijungus Lietuvoje 1500-2000 MW galios vėjo elektrinių, ją tektų eksportuoti, o tai laikytina
hipotetiniu variantu, nes kitos šalys Baltijos regione vargu ar pirks iš Lietuvos iki 2000 MW
galią iš vėjo elektrinių.
3. Jeigu Lietuvos sistemoje antrinis ir tretinis rezervai būtų sudaromi atskirai vėjo elektrinėms ir
didžiausio bloko atsijungimui, tai 2020 m. žiemą rezervų poreikiai būtų po 1400 MW, ir
Lietuvoje reikėtų įrengti po 400-500 MW papildomų rezervinės galios šaltinių.
4.3. Visų rūšių galios rezervų teikėjų nustatymo analizė (LEI)
Perdavimo sistemos operatorius visada naudos antrinį ir tretinį n-1 tipo galios rezervus vėjo
elektrinių sukeliamiems jų galios nuokrypiams nuo valandinės prognozės kompensuoti. Tačiau,
jeigu vėjo elektrinės turės savo rezervų (užsakytų, nuosavų), antrinio ir tretinio rezervo dydžiai
galėtų būti mažinami vėjo elektrinių turimų rezervų dydžiais. Kuo didesnis tokių turimų rezervų
dydis, tuo mažesnė turėtų būti vėjo generacijos prognozavimo paklaida (mažesnė už 50%). Tačiau
pagal kitų šalių praktiką, atskiras rezervų statymas vėjo elektrinėse, o ne centralizuotas sprendimas,
yra brangesnis ir sunkiai kontroliuojamas.
Sistemos antrinio ir tretinio rezervo dydis priklauso nuo 4 veiksnių, kaip parodyta 4.2 pav.
VP „susikooperavimo laipsnis“
visi šalies VP
keli VP
atskiri VP
5 %
10 %
15 %
20 %
25 %
neapmokestinamas valandinis nebalansas
D-1
h-12
h-6
h-4h-2
bal.-PSO rez.-PSO rez.-El.
(virt.El.)bal.raj. šeš.El.
diena prieš
12 h prieš
6 h prieš
4 h prieš2 h prieš
1 2 3 4 5
rezervo teikėjas
rinkos modelis
0.2 pav. Vėjo parkams reikalingų antrinio/tretinio rezervų dydį lemiantys veiksniai
Vertikalioji diagramos ašis VP „susikooperavimo laispnis” atitinka skirtingus VP
integracijos laipsnius. Jei VP nesijungia į bendrus (virtualius) parkus, kiekvienam jam reikės
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
19
didesnio rezervo (nes prognozės paklaida didesnė mažesnėje teritorijoje). Keliems parkams
susijungus į vieną virtualų parką, rezervo dydis atskiram parkui mažėja, nes virtualiam parkui
prognozės tikslumas didesnis (dėl tolygesnio vidutinio vėjo greičio kitimo didesnėje teritorijoje).
Mažiausiai rezervo parkui reikės tada, kai jis bus vieno virtualaus parko visoje šalies teritorijoje
dalyvis.
Įstrižoji diagramos ašis Neapmokestinamas valandinis nebalansas atitinka skirtingus
balansavimosi atsakomybės laipnius. Jeigu VP leidžiama nesibalansuoti ±5% prognozuojamos
galios ribose, jis pradeda „prekiauti“ balansavimo energija tik esant didesniems nei 5%
nebalansams (arba gali užsakyti atitinkamai mažiau rezervų, kad sumažintų nebalansus iki 5%).
Įstrižoji diagramos ašis Rinkos modelis nusako rinkos sandarą: ar „dienos prieš“ aukcionas
yra paskutinis prieš realią valandą, ar po jo dar būna prekybos dienos aukcionas. Esant pastarajam,
VP galėtų patikslinti savo generacijos prognozę. Kuo vėliau baigiasi prekybos dienos aukcionas
prieš realią valandą (pvz., h-2, reiškia 2 h prieš), tuo mažesnė būna VP prognozės paklaida.
Horizontalioji diagramos ašis Rezervo teikėjas nusako vėjo parkui reikalingo rezervo gavimo
schemą ir rezervo teikėją. Nurodomos 5 schemos.
1 rezervų teikimo schema (bal-PSO). Vėjo parkas nesirūpina rezervais ir tik stengiasi
tiksliai prognozuoti generacijos grafiką. Susidariusius nebalansus padengia PSO sistemos rezervais
(antriniu, tretiniu), kuriuos, pvz., nupirko reguliavimo aucione. VP atsiskaito už balansavimo
paslaugą pirkdamas/parduodamas balansavimo energiją iš operatoriaus/operatoriui (4.3 pav.). Ši
schema vėjo parkui turėtų būti brangiausia.
VP
PSO
balansavimoenergija
reguliavimo aukcionas
0.3 pav. Vėjo parko rezervavimas pagal 1 schemą, kai parkas tik perka/parduoda balansavimo energiją
2 rezervų teikimo schema (rez-PSO). Vėjo parkas iš anksto užsako rezervines galias pas
savo PSO ir jam moka už rezervinės galios teikimo paslaugą, tačiau sutaupo lėšų dėl sumažėjusios
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
20
„prekybos“ balansavimo energija. PSO perka parkui reikalingas galias rezervinių galių rinkoje (4.4
pav.) ir parkas, formuojantis valandiniam nuokrypiui nuo prognozės, jas aktyvuoja (per PSO). Ši
schema rekomenduotina, nes labiausiai tikėtina, kad bus pigiausia ir optimaliausia.
VP
PSO
rezervai
rezervinių
galių aukcionas/dvišalių
sutarčių rinka
0.4 pav. Vėjo parko rezervavimas pagal 2 schemą, kai parkas perka rezervines galias iš PSO
3 rezervų teikimo schema (rez-El). Vėjo parkas iš anksto užsako rezervines galias iš
individualių elektrinių, pvz. iš El-1 – trumpalaikį rezervą, iš El-2 – ilgalaikį rezervą (žr. 4.5 pav.), ir
pats jas aktyvuoja. Rezervų užsakymo sąnaudas turėtų padengti sutaupytos išlaidos dėl mažesnio
balansavimo energijos pirkimo/pardavimo.
VP
El -1
rezervai
El - 2 rezervai
0.5 pav. Vėjo parko rezervavimas pagal 3 schemą, kai parkas perka rezervines galias iš elektrinių
4 rezervų teikimo schema (bal.raj./virt.El). Vėjo parkas sudaro balanso rajoną (virtualią
elektrinę) su kitomis elektrinėmis (ne tik vėjo) bei elektromobilių įkrovimo stotimis ir gauna iš jų
rezervą (4.6 pav.). Tiesa, surasti partnerių į tokį balanso rajoną ir suderinti jų interesus gali būti
sunku. Susibalansuojantis balanso rajonas turėtų sumažinti “prekybos“ (su PSO) balansavimo
energija apimtis.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
21
Virtuali elektrinė (balanso raj.)
VP PSO
El - 1
El - 2
Balansav.
en-ja
±
±
±
± - elektromobilių įkrovos stotis
0.6 pav. Vėjo parko rezervavimas pagal 4 schemą, kai parkas sudaro nuolatinį balanso rajoną (virtualią elektrinę) su vartotojų apkrovomis ir kitomis elektrinėmis
5 rezervų teikimo schema (šeš.El). Vėjo parkas (parkai) turi šešėlinę elektrinę bei elektros
kaupiklį ir pats (patys) susibalansuoja nuokrypius (ar jų dalį) nuo prognozės. Jeigu tokia schema
veikia patikimai, PSO gali mažinti antrinio/tretinio rezervo poreikį. Ši schema
nesusikooperavusiems parkams kartais gali būti netgi brangesnė už 1 schemą, nepaisant sumažintų
balansavimo energijos „prekybos“ (su PSO) apimčių.
VP
PSO
balansav.
energija
Kaupiklis
Šešėlinė
elektrinė
0.7 pav. Vėjo parko rezervavimas pagal 5 schemą, kai parkas turi nuosavą šešėlinę elektrinę
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
22
Jūroje statomiems vėjo elektrinių parkams reikalingus rezervus tiek tie patys tiekėjai ir pagal
panašias schemas, kaip aprašyta šiame poskyryje.
Rekomenduotina vėjo parkų jūroje rezervavimą užsitikrinti patiems vėjo parkams (užsakant
rezervus), nes jų elektra bus eksportuojama (sausumoje parkai bus pastatyti anksčiau ir jau dengs
dalį Lietuvos poreikio grafiko).
Poskyrio išvados
1.Vėjo elektrinėms rekomenduotina turėti (užsakyti) galios rezervus didesniems ir
nestaigiems generacijos nuokrypiams nuo prognozės kompensuoti, kad nereikėtų būti
subalansuotiems operatoriaus ir pirkti/parduoti balansavimo energiją.
2. Vėjo parko užsakomas rezervo dydis priklauso nuo vėjo elektrinėms nustatomo leistino
neapmokestinamo nebalanso (generacijos nuokrypio nuo prognozės), nuo laiko intervalo tarp
prekybos sesijos uždarymo ir realios valandos, taip pat nuo vėjų parko „susikooperavimo“ (į
virtualų parką) laipsnio.
3. Rekomenduotina rezervų tiekimo schema – kai vėjo parkas iš anksto užsako rezervines
galias pas savo PSO ir jam moka už rezervinės galios teikimo paslaugą.
4. Rekomenduotina vėjo parkų jūroje rezervavimą užsitikrinti patiems vėjo parkams, nes jų
elektra bus eksportuojama (sausumoje parkai bus pastatyti anksčiau ir jau dengs dalį Lietuvos
poreikio grafiko).
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
23
4.4. Visų rūšių galios rezervų teikėjų nustatymo analizė (KTU)
Viena iš būtinų sąlygų energetikos sistemos patikimo veikimo rodiklių yra elektros
generacijos adekvatumas (ar tinkamumas), t.y. energetikos sistemoje tikrai galinčių veikti
generatorių galių suma visada turi būti ne mažesnė nei suminė energetikos sistemos apkrovos galia
ir didžiausio veikiančio generatoriaus galia. Vėjo elektrinės, hidroakumuliacinės elektrinės ir kitos
ribotus energijos išteklius turinčios elektrinės nėra patikimai galinčios veikti elektrinės, jos tik
padidina elektros energetikos sistemos veikimo kokybę bei veiksmingumą.
Vėjo elektrinės sumažina iškastinio kuro sąnaudas tuo pačiu ir emisijų kiekį, tačiau jų
generuojama galia priklauso nuo sunkiai nuspėjamo vėjo, todėl vėjo elektrinės padidina galių
rezervų ir reguliuojamų galių reikmes. Techniškai vėjo elektrinių galia gali būti reguliuojama, bet
praktiškai vėjo elektrinių galią patikimai galima tik mažinti, kai jos veikia, t.y. pučia vėjas. Kadangi
vėjo elektrinių lyginamosios sąnaudos yra mažos, jų generuojama galia turėtų būti didžiausia, kokią
leidžia generuoti esamas vėjo greitis. Todėl vėjo elektrinėse netikslinga laikyti galios rezervą
ekonomiškai, o techniškai – nepatikima, nes prireikus padidinti jų galią, to padaryti dėl silpnėjančio
vėjo gali nepavykti.
Elektros rinkos sąlygomis rezervais ir reguliuojama galia prekiaujama, tačiau energetikos
sistemoje tam turi būti pakankama reguliuojama galia. Reguliuojamos galios, tiek didinimo, tiek
mažinimo teikėjai gali būti elektros gamybos bendrovės, kurios turi reikiamu greičiu reguliuojamos
galios elektrinių, valdomų iš energetikos sistemos centro. Tokiais rezervo teikėjas Lietuvoje gali
būti Kruonio HAE, Kauno HE ir Lietuvos elektrinė. Vilniaus, Kauno ir Mažeikių termofikacinių
elektrinės taip pat gali būti valdomos iš Lietuvos energijos dispečerio centro, tačiau jų
reguliuojamos galios galimybes riboja elektrinių šilumos apkrova.
Taip pat reguliuojamą galią galima pirkti iš kaimyninių sistemų per tarpsisteminių ryšių
elektros linijas, jei yra atitinkami susitarimai ir pakankamas ryšių pralaidumas. Vėjo elektrinės
statomos visose kaimyninėse energetikos sistemose ir didėja vietinis reguliuojamų galių poreikis.
Todėl tik turint pakankamą savą galių rezervą galima juo prekiauti elektros rinkoje tuo sumažinant
reguliuojamos galios kainą.
Elektros energetikos sistemos, kuriose didėja vėjo elektrinių galia, didina tarsisteminių ryšių
skaičių bei jų pralaidumą. Dėl plečiamos vėjo elektrinių statybos programos Danijoje, Danijos PSO
Energinet.dk 2009 m. balandį pasirašė sutartį su Olandijos TSO TenneT dėl kabelio COBRA
projekto, kurį planuojama įgyvendinti iki 2016. 2009 m. lapkritį Energinet.dk ir Norvegijos PSO
Statnet pasirašė susitarimą dėl esamo nuolatinės srovės ryšio pralaidumo padidinimo nuo 1000 MW
iki 1700 MW nutiesiant papildomą kabelį iki 2014 m. Taip pat Energinet.dk planuoja iki 2012 m.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
24
padidinti kintamos srovės ryšių su Vokietija pralaidumą nuo 900 MW iki 1500 MW Vokietijos
kryptimi ir nuo 1500 MW iki 2000 MW Danijos kryptimi. (Skirtingos galios yra dėl rezervavimo
galimybių). Dėl vėjo elektrinių plėtros Airija planuoja dar antrą 600 MW nuolatinės srovės kabelį į
Uelsą ir vieną kabelį į Prancūziją. Tais pat tikslais Didžioji Britanija planuoja jūrinius kabelius į
Olandiją ir Norvegiją.
Vadinasi, norint plėtoti Lietuvoje daugeliu požiūrių patrauklių vėjo elektrinių galią, jų
keliamų galios rezervų reikmių patenkinimui reikia plėtoti tarpsisteminius ryšius bei statyti tam
skirtas elektrines – greitai paleidžiamas dujų turbinų ar panašias elektrines.
Vėjo elektrinių parkai yra išsidėstę geografiškai skirtingose teritorijose ir prie perdavimo ar
skirstomojo tinklo prijungiami skirtinguose taškuose. Todėl staigus EES galių disbalansas dėl vėjo
elektrinių galios kitimo gali būti tik dėl avarinių vėjo parkų išjungimų, pažeidus ryšio su perdavimo
ar skirstomuoju tinklu elementus. Analizuojant generavimo galios netekimą N-1 principu,
didžiausios galios planuojamų vėjo parkų galios yra mažesnės už skaičiuojamųjų avarijų galias –
600 MW ar 1300 MW ir nereikalauja pirminio reguliavimo rezervo didinimo.
Veikiant vėjo elektrinėms su keitikliais, sumažėja suminė EES inercija, nes šios vėjo
elektrinės išstumia tradicines tiesiogiai, be keitiklių, sinchroninius generatorius į tinklą jungiančias
elektrines.
Pradiniu avarijos momentu pirminio reguliavimo funkcijas atliekanti EES besisukančių
masių inercija ateityje bus atkuriama dirbtinai ją modeliuojant vėjo elektrinių valdikliais. Tai leis
sumažinti pradinį galių disbalansą nenaudojant pastovaus vėjo elektrinių nukrovimo.
Dalinai nukraunant vėjo elektrines ir valdikliais valdant menčių pasukimo kampą bus galima
pilnai atkurti pirminio reguliavimo funkcijas su pirminio reguliavimo rezervu, lygiu vėjo elektrinės
nukrovimo galiai.
Visumoje, pirminio reguliavimo rezervus galima išplėsti taip:
a) statant naujus Kruonio HAE kintamo sukimosi dažnio, asinchronizuotus agregatus,
b) panaudojant tarpsisteminius asinchroninius ryšius,
c) dalinai nukraunant vėjo elektrines.
Antrinio reguliavimo rezervo pagrindiniai šaltiniai yra:
1. Hidrauliniai agregatai;
2. Dujų turbinų agregatai;
3. Kondensacinių elektrinių agregatai;
4. Termofikacinių elektrinių agregatai;
5. Išjungiamos apkrovos;
6. Tarpsisteminiai asinchroniniai ryšiai;
7. Dalinai nukrautos vėjo elektrinės.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
25
Hidrauliniai agregatai yra geras antrinio reguliavimo galios šaltinis. Jie gali būti greitai
paleisti ir gali greitai (minutės bėgyje) keisti savo galią. Tačiau antriniam reguliavimui Lietuvos
EES galima panaudoti tik stambiąsias elektrines – Kauno HE ir Kruonio HAE.
Kauno HE reguliuoja Kauno marių vandens lygį, tačiau didžiąją metų laiko dalį dirba
sanitarinio vandens srauto grafiku. Dirbant trims agregatams leistinas 10 centimetrų vandens lygis
sumažėja per 5 valandas. Tolesnės Kauno HE plėtros galimybės yra ribotos, ribotos ir antrinio
reguliavimo rezervo plėtros galimybės joje.
Lietuvos elektros energetikos sistemoje jau veikia galingas elektros energijos rezervo
šaltinis – Kruonio HAE, tačiau šios elektrinės hidroagregatai dirbdami siurblio režimu negali tiekti
visų sisteminių paslaugų. Siekiant suderinti efektyvaus energijos kaupimo ir rezervo galių
užtikrinimo galimybę, elektrinė turi būti rekonstruota ir išplėsta įrengiant asinchronizuotus
agregatus. Pirmame etape iki 2016 m. būtų tikslinga įrengti du 200 MW galios agregatus, o antrame
etape Kruonio HAE turėtų pasiekti projektinę galią. Taip būtų galima padidinti visų rūšių galios
rezervus ir pasiekti efektyvų elektros energijos kaupimą. Didžiausi reguliavimo galios rezervai būtų
pasiekiami keturiems dabartiniams agregatams dirbant generatoriaus režimu ir keturiems
asinchronizuotiems agregatams dirbant siurblio režimu. Efektyviausias galios rezervas būtų
pasiekiamas dviem asinchronizuotiems agregatams dirbant generatoriaus režimu ir dviem
asinchronizuotiems agregatams dirbant siurblio režimu. Išplėtus Kruonio HAE iki projektinės galios
asinchronizuotais agregatais būtų galima pasiekti apie 40 MW pirminį galios rezervą ir apie 1600
MW antrinį galios rezervą, kurio pirmoji pusė būtų labai greita, o antroji pusė šiek tiek lėtesnė dėl
agregatų reverso trukmės.
Kombinuotas Kruonio HAE agregatų darbas generavimo ir siurbimo režimu mažų apkrovų
metu leistų pasiekti ženklius galios rezervus elektros energetikos sistemos galioms balansuoti,
išlaikyti reikiamą viršutinio baseino vandens lygį ir kaupti perteklinę vėjo elektrinių energiją.
Visų rūšių reguliavimo galios rezervų teikėjų analizė ir rezervų plėtros galimybės pateiktos
esant galimoms didžiausioms vėjo elektrinių galios – 2000 MW, 1500 MW, 1000 MW ir 500 MW.
Atviro ciklo dujų turbininiai agregatai gali būti greitai paleisti ir per 10-13 minučių būti jau
pilnai apkrauti. Jie gerai tinka antriniam reguliavimui, nes galia gali būti reguliuojama mažiausiu
40% vardinės galios per minutę greičiu. Atviro ciklo dujų turbininiai agregatai turėtų būti statomi
reguliavimo rezervų išplėtimui didėjant vėjo generacijos skverbčiai.
Panašias charakteristikas turi ir dyzeliniai agregatai. Tačiau dėl santykinai mažų vienetinių
galių EES juos mažai kur naudoja.
Kondensaciniai elektrinių agregatai gali sėkmingai dalyvauti antriniame reguliavime.
Paprastai jiems planuojamas 5 % antrinio reguliavimo rezervas. Šis rezervas gali būti išplėstas, jei
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
26
agregatas yra nepilnai apkrautas (atsižvelgiant į planuotą antrinį, o taip pat ir pirminį rezervą), nes
antrinio reguliavimo rezervo aktyvavimo laikas yra 15 minučių, o didžiausias galios didinimo ar
mažinimo greitis yra ne mažesnis už 1% vardinės galios per minutę (siekia iki 5% vardinės galios
per minutę).
Termofikaciniai agregatai, turintieji aušinimo bokštus, irgi gali būti panaudoti antriniam ir
tretiniam reguliavimui. Tačiau šiuo atveju būtų bloginamos jų ekonominės charakteristikos.
Išjungiamos apkrovos gali būti geru antrinio reguliavimo šaltiniu avarinių režimų metu.
Tam turi būti sudaromos sutartys su apkrovų šeimininkais, o išjungiamų apkrovų vidutinė metinė
trukmė turėtų būti ne mažesnė už 7000 valandų per metus ir kuo didesnė jų galia. Apkrovos turėtų
būti išjungiamos greičiau kaip per 5 sekundes, jas turėtų būti galima išjungti ne trumpesniam kaip
15 minučių laikotarpiui.
Tarpsisteminiai asinchroniniai ryšiai yra puiki ir greita pirminio, antrinio ir tretinio
reguliavimo priemonė. Jei tik yra priimtina kaimyninei asinchroniškai dirbančiai EES, reiktų
numatyti galimai didesnes reguliavimo galimybes ir rezervą.
Dalinai nukrautų vėjo elektrinių panaudojimas yra viliojanti pirminio ir antrinio reguliavimo
galimybė, tačiau pagal dabartinius reglamentuojančius dokumentus [15, 16] yra nepriimtina ir
ekonomiškai nepateisinama (žiūr. 14 skyrių).
4.5. Vėjo elektrinių galios esant naujajai atominei elektrinei
Elektros energetikos sistemos generuojama galia PG turi padengti apkrovų pareikalaujamą
galią PA ir eksportuojamą galią Peksp. Ji yra lygi visų jos elektrinių generuojamų galių sumai:
ekspAG PPP , (4.1)
VEAEKHAELEKHETEG PPPPPP , ; (4.2)
čia PTE,KHE, PLE, PKHAE, PAE, PVE – Lietuvos EES termofikacinių elektrinių ir Kauno HE suminė
galia, Lietuvos elektrinės, Kruonio HAE, naujosios AE ir vėjo elektrinių galios.
Vėjo elektrinių galią iš pastarųjų išraiškų galima išreikšti taip:
LEKHAEAEKHETEekspAVE PPPPPPP ---- , . (4.3)
Ieškant didžiausios VE darbinės galios, priimta, kad termofikacinių ir įmonių elektrinių,
dirbančių pagal šiluminį grafiką, bei Kauno HE, dirbančios pagal sanitarinį vandens srautą, suminė
galia PTE,KHE yra pastovi. Naujosios AE dalyvavimas galių balansavime yra ribojamas operacijų
skaičiumi (ne daugiau 200 operacijų nuo vardinės iki minimalios galios ir atgal per metus), todėl
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
27
pageidautinas bazinis AE darbo režimas, darbas pastovia galia. Vadinasi, Lietuvos EES galias
balansuos Lietuvos elektrinė ir Kruonio HAE. Šių elektrinių suminę galią galima išreikšti per
Kruonio HAE agregatų skaičių n ir vardinę agregato galią PN,KHAE bei Lietuvos elektrinės minimalią
galią PLE,min ir papildomą balansavimo galią ΔPb:
bLEKHAENLEKHAE PPPnPP min,, . (4.4)
Jei nėra eksporto ar eksporto galios yra vienodos didžiausių ir mažiausių apkrovų metu, tai
vasaros režimuose n=1, o žiemos režimuose - n=2. Jei mažiausių apkrovų metu yra importuojama
galia, o didžiausių apkrovų metu – eksportuojama, tai priklausomai nuo importo ir eksporto galių
Kruonio HAE agregatų, dirbančių siurblio ir generatoriaus režimu paros bėgyje, skaičius n gali
padidėti 1 ar 2.
Didžiausia i-ojo tiriamojo sezono VE galia bus tada, kai mažiausių apkrovų režime ΔPb=0, o
Kruonio HAE agregatai dirbs siurblio režimu. Šio režimo VE darbinę galią galima išreikšti taip:
min,,,,min,,min,, LEKHAENAEiKHETEiekspiAiVE PPnPPPPP --- ; (4.5)
čia indeksu i pažymėtas vasaros ar žiemos sezono režimas.
Šio, i-ojo sezono didžiausių apkrovų režimo VE darbinę galią galima išreikšti taip:
ibLEKHAENiAEiKHETEimaksekspiAmaksiVE PPPnPPPPP ,min,,,,,,,, ----- . (4.6)
Iš pastarųjų dviejų išraiškų sumos didžiausią i-ojo sezono VE darbinę galią galima išreikšti taip:
222,
min,,,min,,,,min,,
,ib
LEAEiKHETEiekspimaksekspiAiAmaks
iVE
PPPP
PPPPP
---- , (4.7)
o papildomos balansavimo galios ΔPb,i reikšmę galima surasti iš jų skirtumo – taip:
KHAENiiekspimaksekspiAiAmaksib PnPPPPP ,min,,,,min,,, 2--- . (4.8)
Jei Kruonio HAE siurblio ir generatoriaus darbinės galios yra nevienodos, tai vietoj PN,KHAE
pastarojoje išraiškoje naudoti vidutinę jų galios reikšmę. Nesant galios eksporto suprastėja abi
pastarosios išraiškos, o jei didžiausių ir mažiausių apkrovų režimų eksporto galios yra vienodos, tai
suprastėja tik paskutinioji – papildomos balansavimo galios ΔPb,i išraiška.
Vėjo elektrinių suminę darbinę galią galima nustatyti pagal pradinę – (4.5) išraišką arba
pagal vidutinių reikšmių – (4.7) išraišką. Didžiausių apkrovų metu Lietuvos elektrinės galia bus lygi
jos minimalios galios PLE,min ir papildomos balansavimo galios ΔPb,i sumai:
ibLEiLEmaks PPP ,min,, . (4.9)
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
28
Skaičiuojant VE darbines vasaros ir žiemos režimų galias, gaunamos skirtingos reikšmės.
Jei nenorima riboti VE darbinių galių, tai suminė įrengtoji VE galia nustatoma pagal mažesniąją
darbinės galios reikšmę.
Iš (4.5) išraiškos matyti, kad didžiausią VE darbinę galią lemia apkrovos galios reikšmė ir
eksporto galios reikšmė mažiausių apkrovų metu (esant kai kuriems apribojimams mažiausia VE
darbinė galia gali būti ir kituose režimuose). Tačiau nesant eksporto sutarčių, planuojant
perspektyvinius režimus tikslinga laikyti, kad galios saldo reikšmė lygi 0, arba įvertinti mažiausią
galimą (ar reikiamą) eksporto galios reikšmę.
2020 m. termofikacinių elektrinių ir Kauno HE vasaros apkrovos bus apie 240 MW, o
žiemos – apie 580 MW. Vėjo elektrinių darbinės galios skaičiuotė 2020 m. neveikiant naujajai
atominei elektrinei pateiktos 4.7 lentelėje, o veikiant atominei elektrinei – 4.8 lentelėje.
4.7 lentelė. Vėjo elektrinių galios skaičiuotė 2020 m. neveikiant naujajai atominei elektrinei
Režimas PA, MW Peksp, MW PTE,KHE,
MW PKHAE, MW PLEmin, MW ΔPb, MW PVE, MW
Vasaros mažiausių apkrovų 771 0 240 -225 150/220 – 606/536
Vasaros didžiausių apkrovų 1284 0 240 190 150/220 98 606/536
Žiemos mažiausių apkrovų 1401 0 580 -450 150/220 – 1121/1051
Žiemos didžiausių apkrovų 2335 0 580 380 150/220 104 1121/1051
Žiemos mažiausių apkrovų 1401 0 580 -450 150/220 515 606/536
Žiemos didžiausių apkrovų 2335 0 580 380 150/220 619 606/536
4.7 lentelėje mažiausios Lietuvos elektrinės galios pateiktos 300 MW ir 440 MW galios
agregatams. Vėjo elektrinių įrengtosios galios įvertinamos pagal mažiausias vėjo elektrinių darbines
galias. Jos buvo vasaros režimuose. Papildomos balansavimo galios ΔPb stulpelio dviejose
paskutiniosiose eilutėse pateiktos reikiamos generavimo galios, kai vėjo elektrinių darbinės galios
yra tokios pat, kaip ir vasaros režimuose.
Veikiant atominei elektrinei 1170 MW galia gaunamos neigiamos vėjo elektrinių galios.
Vadinasi, tokią galią reikia eksportuoti, o ne gaminti (PVE = 0 MW).
4.8 lentelė. Vėjo elektrinių ir eksporto galios 2020 m. naujajai atominei elektrinei veikiant 1170 MW galia
Režimas PA, MW Peksp, MW
PTE,KHE, MW
PKHAE, MW
PLEmin, MW
ΔPb, MW
PVE, MW
Vasaros mažiausių apkrovų 771 564/634 240 -225 150/220 – 0/0
Vasaros didžiausių apkrovų 1284 564/634 240 190 150/220 98 0/0
Žiemos mažiausių apkrovų 1401 49/119 580 -450 150/220 – 0/0
Žiemos didžiausių apkrovų 2335 49/119 580 380 150/220 104 0/0
Žiemos didžiausių apkrovų 2335 49/119 580 380 150/220 – 104/104
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
29
Iš 4.8 lentelės matyti, kad veikiant atominei elektrinei galia turi būti eksportuojama,
eksportuojama turės būti ir visa vėjo elektrinių generuojama galia. Tikslesnis vėjo elektrinių galios
didinimo sąlygų įvertinimas atsižvelgiant į reguliavimo rezervų reikalavimus pateikiamas toliau.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
30
4.6. Tarpsisteminių pjūvių papildomų pralaidumų įvertinimas ir nustatymas
Kaip buvo nustatyta 4.2 poskyryje, ribinė 2000 MW vėjo elektrinių galia būtų
eksportuojama iš Lietuvos: visa – vasaros minimumo parą, ir beveik visą – žiemos maksimumo
parą (4.6 lent.). Tai labai didelė galia, todėl tarpsisteminių pjūvių pralaidumo patikrinimas turėtų
atsakyti į klausimą – ar planuojami pjūviai (3.5 lent.) praleis tokią galią (kartu su kitomis
tarpsisteminių mainų galiomis normaliuose režimuose).
4.9 lent. pav. parodyta, prie kokių Lietuvos EES mazgų ir linijų modeliuotas VE galios
prijungimas 2020 m. Vėjo elektrinių galia buvo paskirstyta 15-kai esamų ir naujų tinklo mazgų.
1100 MW galios prijungta prie 110 kV tinklo, 900 MW – prie perdavimo tinklo.
0.9 lentelė. Vėjo elektrinių 2000 MW galios prijungimo vietos Lietuvos EES režimų skaičiavimo modelyje 330 kV tinklas 110 kV tinklas
Prijungimo mazgas Elektros perdavimo
linija VE galia,
MW Prijungimo
mazgas Elektros perdavimo
linija VE galia,
MW 1. Nauja pastotė (BE Group) 2. Klaipėda 3. Nauja pastotė (Šilutė)
Klaipėda-Grobinia - Klaipėda-Sovietskas
400
250 250
1. Vėjas I 2. Vėjas II 3. Kretinga 4. Šilalė 5. Juodeikiai 6. Seda 7. Valiūnai 8. Šakiai 9. Radviliškis 10. Pakruojis 11.Vidiškiai 12. Krekenava
Klaipėda-ME Klaipėda-Pagėgiai Klaipėda-Telšiai Klaipėda-Kelmė Mažeikiai-Kuršėnai Varduva-Telšiai N.Akmenė-Šiauliai Jurbarkas-Kybartai Šiauliai-Panevėžys Rėkyva-Panevėžys Ukmergė-Utena Kėdainiai-Panevėžys
80 100 120 120 80 50
130 80 80 70 70
120 Iš viso 900 Iš viso 1100
4.10 lentelėje pateiktos svarbiausios žiemos maksimalių apkrovų režimo charakteristikos,
kai beveik visa 2000 MW vėjo elektrinių generacijos galia eksportuojama į Rusiją (Centro EES),
taip pat eksportui galią tiekia Nauja AE ir Kauno termofikacijos elektrinė (KTE). Gauta suminė
eksporto iš Lietuvos galia labai didelė – beveik 3000 MW, iš jos beveik 2600 MW perduodama už
Baltijos EES ribų, į IPS/UPS. Čia daryta hipotetinė prielaida, kad Latvijos ir Estijos sistemose
perteklinės VE galios nebus, taigi VE galią eksportuos tik viena Lietuvos EES.
Svarbiausios išnagrinėto režimo charakteristikos – tai galios srautai visuose
tarpsisteminiuose pjūviuose, labiausiai apkrautos elektros perdavimo linijos ir kraštinės įtampos
Baltijos EES mazguose. Kaip matyti, dirbdama tokio ribinio eksporto grafiku, ši sistema kartu su
IPS/UPS išsaugos leistiną režimą:
tarpsisteminiuose pjūviuose nebus pažeista saugumo užtikrinimo atsarga TRM, kurios
dydis nurodytas 3.5 lent.;
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
31
330 kV linijos Baltijos sistemoje bus apkrautos silpnai;
įtampų lygiai bus aukšti: žemiausios įtampos – apie 1,0 snt. vnt.
Detaliau režimo charakteristikos pateiktos Priede 4: atskirų tarpsisteminių linijų režimo
parametrai – P4.1 lent., labiausiai apkrautų linijų – P4.2 lent. ir mazgų – P4.3 lent.
0.10 lentelė. Baltijos EES 2020 m. žiemos maksimalių apkrovų režimo pagrindinės charakteristikos, kai Lietuvoje vėjo elektrinės generuoja 2000 MW ir beveik visa ši galia eksportuojama
Eksportas, MW Srautai tarp-sist. pjūviuo-
se, MW Labiausiai apkrautos linijos, MVA (%) Kraštinės įtampos, snt.vnt.
Iš VE - 1833 1833 MW į Rusiją (Centr) Iš NAE 900 500 MW į Lenkiją 100 MW į Latviją 300 MW į Estiją Iš KTE 250 MW į Rusiją Iš viso 2983 MW
Baltijos EES: LT-LV 1100 LT-BY 1274 LitPol 497 NordBalt 0 LT-Kal. 0 LV-EE 809 LV-ŠV 181 EE-ŠV 512 už Baltijos EES ribų: ŠV-Centr 799 BY-ŠV 133 BY-Centr 1072 BY-UA 68 UA-Centr 59
LT BEGROUP-GROBINA (6834-6760) JONISKIS-VALIUNAI (5428-5469) LV BEGROUP-GROBINA (6834-6760) AIZKR-PLAVHES (4004-4444) EE EESTI-KINGISEP (6632-13907) AIDU-PYSSI (11031-11045)
417 (52,9) 79,1 (92,3) 417 (52,9) 42,0 (46,7) 227 (37,5) 49,9 (78,2)
330 kV tinkluose: min: ALYTUS (6861); 1,050
KURZ KES (6761); 1,046 KIISA (6634); 1,041
max: VILNIUS (6803); 1,071 REZEKNE (6790); 1,074 TSIRG (6336); 1,072 110 kV tinkluose:
min: NAFTA (5535); 0,997LIMBAZI (4124); 0,987 SIKAS (11627); 0,992
max: GARIUNAI (5017); 1,073 LMET (4760); 1,074 SOORU (11244); 1,084
Šiame režime 2000 MW suminė galia gali svyruoti žemyn iki 1000 MW (tai suprantama
kaip didžiausias nuokrypis nuo prognozės). Tai atitiktų situaciją, kai VE generacija neplanuotai
sumažėja 1000 MW ir šį trūkumą iš pradžių dengia 1000 MW galios išlyginamieji galios srautai iš
kitų elektrinių, o po to – Lietuvoje esantys antriniai rezervai. Kadangi beveik visa VE galia
vartojama Centro EES, tai iš pradžių Baltijos EES-IPS/UPS tarpsisteminių pjūvių apkrautumas
netgi sumažės, nes išlyginamieji srautai į Centro EES tekės ne tik iš Baltijos elektrinių, bet ir iš
Ukrainos, Baltarusijos, Šiaurės Vakarų EES elektrinių. Po kelių minučių minėtųjų pjūvių
apkrautumas padidės iki ikiavarinio lygio. Taigi, pjūviai dėl VE galios svyravimo nagrinėjamame
režime papildomai neapsikraus.
4.11 lentelėje pateiktas panašus eksporto apimtimi režimas, kai visa 2000 MW vėjo
elektrinių generacijos galia vasaros minimalių apkrovų metu eksportuojama į IPS/UPS – Centro
EES, Šiaurės Vakarų EES ir Baltarusiją. Iš Naujos AE ir Kauno KTE eksportuojama mažiau nei
žiemos metu (žr. 4.10 lent.), bet atsiranda 465 MW priverstinio eksporto galia iš Lietuvos
elektrinių, užtikrinančių tretinį rezervą vėjo elektrinių galiai (žr. P2.4 lent., taip pat 4.15 lent.).
Gaunama dar didesnė suminė eksporto iš Lietuvos galia– 3300 MW, tačiau į IPS/UPS eksportas
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
32
nepadidėja, nes 625 MW eksportuojama į Švediją per NordBalt liniją (žiemos maksimumo režime
linija buvo modeliuota neapkrauta). Čia taip pat daroma hipotetinė prielaida, kad Latvijos ir Estijos
sistemose perteklinės VE galios eksportui nebus.
0.11 lentelė. Baltijos EES 2020 m. vasaros minimalių apkrovų režimo pagrindinės charakteristikos, kai Lietuvoje vėjo elektrinės generuoja 2000 MW ir visa ši galia eksportuojama
Eksportas, MW Srautai tarp-sist. pjūviuo-
se, MW Labiausiai apkrautos linijos, MVA (%) Kraštinės įtampos, snt.vnt.
Iš VE 2000 1040 MW į Centr 650 MW į ŠV 310 MW į BY Iš NAE 675 375 MW į Lenkiją 75 MW į Latviją 225 MW į Estiją Iš KTE 160 MW į Švediją Iš kitų Lietuvos elektrinių, užtik-rinančių tret. rezervą VE 465 MW į Švediją Iš viso 3300 MW
už Baltijos EES ribų: LT-LV 965 LT-BY 1317 LitPol 375 NordBalt 625 LT-Kal. 0 LV-EE 705 LV-ŠV 172 EE-ŠV 474 už Baltijos EES ribų: ŠV-Centr 126 BY-ŠV 121 BY-Centr 517 BY-UA 370 UA-Centr 389
LT BEGROUP-GROBINA (6834-6760) JONISKIS-VALIUNAI (5428-5469) LV BEGROUP-GROBINA (6834-6760) METAL-LMET (4065-4760) EE BALTI- KINGISEP (6631-13907) P-JAAGUP- SINDI (11186-11191)
347 (44,0) 85,4 (99,6) 347 (44,0) 77,3 (53,0) 274 (34,8) 25,3 (39,7)
330 kV tinkluose: min: KLAIPĖDA (6831);
1,020 GROBINA (6760); 1,035 HARKU (11150); 1,023
max: VILNIUS (6803); 1,095 LIKSNA (6780); 1,089 TSIRG (6336); 1,071 110 kV tinkluose:
min: KELME (5436); 1,001SALACGR (4126); 1,013 ALLIKA (11001); 1,018
max: UTENA (5701); 1,088PLAVHES (4444); 1,081 TARTU (11213); 1,090
Kaip matyti iš 4.11 lent., režimas bus leistinas, pjūviai – neperkrauti, linijų apkrautumas –
mažesnis, o įtampų lygiai – aukštesni nei žiemos režime (siekiantys kritinį lygį U>1,09 snt. vnt.,
U<1,0 snt.vnt.). Detaliau režimo charakteristikos pateiktos Priede 4: atskirų tarpsisteminių linijų
režimo parametrai – P4.4 lent., labiausiai apkrautų linijų – P4.5 lent. ir mazgų – P4.6 lent.
Jeigu Latvijos ir Estijos vėjo elektrinių savininkai taip pat norėtų eksportuoti po 1500-2000
MW galią iš savo vėjo elektrinių, kaip modeliuota Lietuvos sistemos atveju (šiame skyriuje),
Baltijos EES tarpsisteminių pjūvių pralaidumą reikės plėsti 1500-2000 MW.
Statant dalį vėjo elektrinių jūroje tarpsisteminių pjūvių apkrovimas Lietuvos vėjo elektrinių
generacijos svyravimams balansuoti bus toks pats, kaip aprašytas šiame poskyryje, nes praktiškai
tie patys tarpsisteminiai srautai tekės tais pačiais pjūviais tuos pačius pjūvius.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
33
Poskyrio išvados
1. Baltijos EES tarpsisteminių pjūvių pralaidumas būtų pakankamas 2020 m. perduoti į
IPS/UPS 2000 MW vėjo elektrinių galios iš Lietuvos, kartu su atitinkamu galios eksportu iš Naujos
AE ir kitų Lietuvos elektrinių, ir žiemos maksimalių apkrovų, ir vasaros minimalių apkrovų
režimuose.
2. 1500 MW ir 2000 MW vėjo elektrinių galios eksporto apimtys iš Lietuvos yra
nerealistinės, nes jos atskiromis valandomis viršija Lietuvos poreikį ir grindžiamos iliuzine
prielaida, kad Estijos ir Latvijos EES savo vėjo energetikos neplėtos, neeksportuos perteklinės vėjo
elektrinių galios ir paliks tarpsisteminių jungčių pralaidumą Lietuvos eksportui.
4.7. Tolygus apkrovos grafiko sekimas ir visapusiško rezervavimo užtikrinimas
Rastosios 4.2 poskyryje Lietuvos generuojančių galių ir rezervų struktūros, užtikrinančios
1500 MW ir 2000 MW vėjo elektrinių generacijos rezervavimą (taip pat žr. Priedą 2), buvo
patikrintos Lietuvos EES poreikio grafiko tolygaus sekimo principu žiemos maksimumo ir vasaros
minimumo paromis.
4.12 lent. parodyta, kaip Lietuvos grafikas dengiamas 2016 m. žiemos maksimumo parą
esant pastoviai 1500 MW VE galiai visą parą. Kintamą grafiko dalį užpildo kintanti VE generacija,
kuri dengia atskiromis valandomis nuo 480 MW (8 h) h iki 628 MW (1 h), o šiluminės elektrinės
dirba pastovia galia visą parą. Kintamos vėjo generacijos dalys Lietuvos poreikio paros grafike
atitinka kintamą eksporto galią atskiromis valandomis.
4.13 lent. parodyta, kaip Lietuvos grafikas dengiamas 2016 m. vasaros minimumo parą
esant tai pačiai ribinei 1500 MW VE galiai visą parą. Kintamą grafiko dalį užpildo kintanti VE
generacija, kuri dengia atskiromis valandomis nuo 0 MW (19 h) iki 358 MW (24 h), o jos eksportas
svyruoja nuo 1500 MW (19 h) iki 1142 MW (24 h).
Taigi, grafiko sekimo tolygumas 2016 m. yra sąlyginis, nes sekimą vykdo VE, o tai
įmanoma tik darant prielaidą, kad perteklinė VE galia bus eksportuota.
4.12 ir 4.15 lent. pateiktos atitinkamos grafiko sekimo lentelės 2020 m. Patebėtina, kad
vasaros minimumo režime (4.15 lent.) grafiko sekimo principo Lietuvos sistemai taikyti negalima,
nes ne vėjo elektrinių galia viršija Lietuvos poreikį ir jos perteklius kiekvieną valandą yra
eksportuojamas, nuo 96 MW (2 h) iki 552 MW (20 h). Tai parodyta 4.8 pav. Vėjo elektrinių
generacija nedengia Lietuvos grafiko ir visa yra eksportuojama.
Gauta, kad Lietuvos elektrinės sąlygiškai pajėgios sekti Lietuvos poreikio valandinį, kai VE
eksportuojama galia o grafiko kitimą žiemos maksimumo ir vasaros minimumo paromis.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
34
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Laikas, h
Gal
ia, M
W
Eksportas iš vėjo elektrinių (žemiau rudos linijos) ir joms tretinį rezervąteikiančių generatorių (virš rudos linijos)Eksportas iš Naujos AE
Lietuvos EES poreikis
0.8 pav. Elektros eksportas iš Lietuvos EES vasaros minimumo parą (savaitgalis), kai 2000 MW vėjo elektrinių galios rezervuojama Lietuvos elektrinėms
Statant dalį vėjo elektrinių jūroje Lietuvos poreikio grafiką sekimas bus toks pats sąlyginis,
kaip kad aprašyta sausumos elektrinių atveju šiame poskyryje.
Poskyrio išvados
1. Prijungus 1500 MW ir 2000 MW vėjo elektrinių galias, Lietuvos poreikio grafiko
sekimas tampa sąlyginiu, nes kintamą grafiko dalį dengia vėjo elektrinių generacija, o jos perteklius
eksportuojamas.
2. Rekomenduotina eksportuojamą vėjo elektrinių galią rezervuoti pačių vėjo elektrinių
užsakomais rezervais, kad Lietuvos vartotojams nereikėtų dengti rezervų palaikymo išlaidų
eksportuojamos galios poreikiams. Potencialūs rezervinių galių tiekėjai Lietuvoje yra Kruonio
HAE, Kauno HE, Lietuvos E, kitos elektrinės, Latvijos ir Estijos gamintojai, Skandinavijos šalių
tiekėjai, Lenkijos EES tiekėjai, Rusijos ir Baltarusijos EES tiekėjai.Perspektyviausi yra Norvegijos
rezervinių galių tiekėjai, kadangi dėl turimų HE didelio potencialo turimas rezervų kiekis yra labai
didelis.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
35
0.12 lentelė. Lietuvos poreikio grafiko sekimas 2016 m. žiemos maksimumo parą esant suminei vėjo elektrinių galiai 1500 MW
Paros valandos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Lietuvos poreikis, MW 1426 1370 1351 1332 1344 1417 1635 1878 2016 2037 2030 2005
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
798 798 798 798 798 798 1018 1398 1428 1428 1428 1428
t. t. Kruonio HAE generacija 0 0 0 0 0 0 160 190 190 190 190 160
VE generacija 628 572 553 534 546 619 617 480 588 609 602 577Eksportas, MW 872 928 947 966 954 881 883 1020 912 891 898 923
ne vėjo elektrinių generacija, palaikanti tretinį rezervą
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VE generacija 872 928 947 966 954 881 883 1020 912 891 898 923
Naujos AE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Paros valandos 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Lietuvos poreikis, MW 1966 1959 1932 1924 1992 2099 2066 2013 1955 1847 1669 1518
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
1408 1408 1408 1408 1428 1578 1578 1428 1408 1238 1018 1018
t. t. Kruonio HAE generacija 170 170 170 170 190 340 340 190 170 0 0 0
VE generacija 558 551 524 516 564 521 488 585 547 609 651 500Eksportas, MW 942 949 976 984 936 979 1012 915 953 891 849 1000
ne vėjo elektrinių generacija, palaikanti tretinį rezervą
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VE generacija 942 949 976 984 936 979 1012 915 953 891 849 1000
Naujos AE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
36
0.13 lentelė Lietuvos poreikio grafiko sekimas 2016 m. vasaros minimumo parą, kai vėjo elektrinių galia 1500 MW, rezervuojama 750 MW
Paros valandos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Lietuvos poreikis, MW 1127 1027 982 937 921 937 993 1082 1227 1261 1250 1250
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
803 803 803 803 803 803 803 1023 1193 1213 1213 1213
t. t. Kruonio HAE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 170 190 190 190
VE generacija 324 224 179 134 118 134 190 59 34 48 37 37 Eksportas, MW 1176 1276 1321 1366 1382 1366 1310 1441 1466 1452 1463 1463
ne vėjo elektrinių generacija, palaikanti tretinį rezervą
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VE generacija 1176 1276 1321 1366 1382 1366 1310 1441 1466 1452 1463 1463
Naujos AE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Paros valandos 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Lietuvos poreikis, MW 1239 1233 1227 1216 1205 1205 1194 1188 1183 1194 1188 1161
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
1193 1193 1193 1193 1193 1193 1193 1023 1023 1023 1023 803
t. t. Kruonio HAE generacija 170 170 170 170 170 170 170 0 0 0 0 0
VE generacija 46 40 34 23 12 12 1 165 160 171 165 358
Eksportas, MW 1454 1460 1466 1477 1488 1488 1499 1335 1340 1329 1335 1142 ne vėjo elektrinių generacija,
palaikanti tretinį rezervą 0 0 0 0 3 3 14 0 0 0 0 0
VE generacija 1454 1460 1466 1477 1488 1488 1499 1335 1340 1329 1335 1142 Naujos AE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
37
4.14 lentelė Lietuvos EES poreikio grafiko sekimas 2020 m. žiemos maksimumo parą, kai vėjo elektrinių galia 2000 MW
Paros valandos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Lietuvos poreikis, MW 1586 1524 1503 1481 1496 1577 1819 2089 2242 2266 2258 2230
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
1338 1338 1338 1338 1338 1338 1558 1778 1968 1968 1968 1968
t. t. Kruonio HAE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 190 190 190 190
VE generacija 248 186 165 143 158 239 261 311 274 298 290 262
Eksportas, MW 2652 2489 2510 2532 2517 2436 2414 2364 2401 2377 2385 2413
ne vėjo elektrinių generacija, palaikanti tretinį rezervą
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VE generacija 1752 1814 1835 1857 1842 1761 1739 1689 1726 1702 1710 1738
Naujos AE generacija 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900
Paros valandos 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Lietuvos poreikis, MW 2187 2179 2149 2140 2216 2335 2298 2239 2175 2055 1857 1688
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
1968 1968 1968 1968 1968 2168 2168 2168 1968 1778 1778 1338
t. t. Kruonio HAE generacija 190 190 190 190 190 390 390 390 190 0 0 0
VE generacija 219 211 181 172 248 167 130 71 207 277 79 350
Eksportas, MW 2456 2464 2494 2503 2427 2508 2545 2604 2468 2398 2596 2325
ne vėjo elektrinių generacija, palaikanti tretinį rezervą
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VE generacija 1781 1789 1819 1828 1752 1833 1870 1929 1793 1723 1921 1650
Naujos AE generacija 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900 900
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
38
4.15 lentelė Lietuvos EES poreikio grafiko sekimas 2020 m. vasaros minimumo parą, kai vėjo elektrinių galia 2000 MW
Paros valandos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Lietuvos poreikis, MW 1254 1142 1092 1043 1024 1043 1105 1204 1365 1403 1390 1390
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
1238 1142 1092 1043 1024 1043 1105 1204 1365 1403 1390 1390
t. t. Kruonio HAE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 190 190 190 190
VE generacija 16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Eksportas, MW 2659 2771 2821 2870 2889 2870 3028 3149 3178 3140 3153 3153
ne vėjo elektrinių generacija, palaikanti tretinį rezervą
0 96 146 195 214 195 353 474 503 465 478 478
VE generacija 1984 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 Naujos AE generacija 675 675 675 675 675 675 675 675 675 675 675 675
Paros valandos 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Lietuvos poreikis, MW 1378 1372 1365 1353 1341 1341 1328 1322 1316 1328 1322 1291
ne vėjo elektrinių generacija, dengianti Lietuvos poreikį
1378 1372 1365 1353 1341 1341 1328 1322 1316 1328 1322 1291
t. t. Kruonio HAE generacija 190 190 190 190 190 190 190 190 190 0 0 0
VE generacija 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Eksportas, MW 3165 3171 3178 3190 3202 3202 3215 3221 3227 3025 3031 2842
ne vėjo elektrinių generacija, palaikanti tretinį rezervą
490 496 503 515 527 527 540 546 552 350 356 167
VE generacija 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 2000 Naujos AE generacija 675 675 675 675 675 675 675 675 675 675 675 675
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
39
4.8. Elektros tinklų investicijų nustatymas
4.1 poskyryje buvo nustatytos perdavimo tinklo „silpnos“ vietos prijungiamoms įvairioms
vėjo parkų galioms 2020-tais skaičiuojamaisiais metais ir pasiūlytos atitinkamos tinklų plėtros
priemonės. Tai linijos ir pastotės, kurias reikėtų rekonstruoti (išplėsti) ar pastatyti naujai, kad VP
galios nesukeltų perdavimo tinklo perkrovų. Šiame poskyryje įvertinamas investicijų poreikis toms
priemonėms įgyvendinti.
Tinklų plėtros kainos skaičiuotos pagal darbų ir įrenginių kainas, kurios gautos iš elektros
tinklų projektuotojų Lietuvoje.
110 kV linijų plėtros vienetinės kainos. Metalinės atramos viengrandei/dvigrandei linijai
pastatymas kainuoja 150 tūkst. Lt. gelžbetoninės atramos viengrandei linijai su 150-185 mm2
aliuminio-plieno laidais – 30 tūkst. Lt.
Keičiant laidus vienu laiptu didesniu skerspjūviu, atramų keisti nereikia (kartais atramų
rekonstrukcijai pridedama 30 % atramų kainos).
Daroma prielaida, kad viengrandėje linijoje viename kilometre yra 1 metalinė ir
gelžbetoninės atramos, jei fazėje vienas laidas.
Jeigu rekonstruojamoje linijoje fazė skeliama į 2 ar 3 laidus arba įrengiama antra grandis,
statomos tik metalinės atramos.
Daroma prielaida, kad 1 tona aliuminio-plieno laido kainuos 12 tūkst. Lt. 3 laidų, 150 mm2
skerspjūvio, masė yra 590 kg/linijos km, 240 mm2 skerspjūvio, – 900 kg.
3 laidų pakabinimas kainuoja 30 tūkst.Lt/linijos km. Jeigu linijos fazėje 2 laidai,
pakabinimas pabrangsta 40 %, jeigu 3 laidai – 100%.
Naujos linijos su vienu laidu fazėje pastatymo kaina yra apie 350 tūkst. Lt. Kai fazė skelta į
du laidus, kaina siekia – 435 tūkst. Lt., o kai į 3 laidus – 550 tūkst. Lt.
330 kV linijų plėtros vienetinės kainos. Lietuvoje 330 kV linijų per pastaruosius 18 metų
nebuvo pastatyta. Projektuotojai laikosi bendro požiūrio į 330 kV tinklų statybos ir rekonstrukcijos
kainas – jos apie 3 kartus viršija analogiškų darbų ir įrenginių kainas 110 kV tinkluose. Pagal
atliktas projektines studijas 1 km viengrandės linijos kaina sudaro 1-1,2 mln.Lt/km. Statant
dvigrandę liniją, kaina pabrangsta 50 %.
Naujos linijos pastatymo kainos diferencijuotos taip:
2x300 mm2 (du laidai fazėje) linija – 1,0 mln Lt/km;
2x400 mm2 linija – 1,1 mln Lt/km;
2x500 mm2 linija – 1,2 mln Lt/km;
2x(2x300 mm2) (dvi grandys su 2 laidais fazėje) linija – 1,5 mln Lt/km;
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
40
2x(2x400 mm2 ) linija – 1,65 mln Lt/km;
2x500 mm2 linija – 1,8 mln Lt/km;
330 kV pastočių plėtros vienetinės kainos. Naujo autotransformatoriaus pastatymas
kainuoja 2,5-4 mln Lt. Vilniaus 330 kV TP neseniai įrengto autransformatoriaus kaina buvo apie
2,5 mln Lt. Šiame darbe daryta prielaida,kad autotransformatoriaus kaina (su pastatymu) bus 3 mln.
Lt, įvadinio jungtuvo (330 kVpusėje) – 1,2 mln. Lt, o išvadinio jungtuvo (110 kVpusėje) – 0,4 kV
mln. Lt. Jungtuvų įrengimo kainos atitinka atvejį, kai jie statomi bendroje pastotės schemoje, o ne
atskirai.
Atsargos koeficiento įvertinimas. Skaičiuojant aukščiau pateiktomis vienetinėmis
kainomis konkrečių projektų sąmatas, dažnai pasirodo, kad realios projektų kainos viršija sąmatas
dėl svyruojančių vienetinių kainų, situacijos rinkose, nenumatytų sąnaudų. Todėl projektuotojai
linkę padidinti jas atsargos koeficientu, kuriuo projekto sąmata pagal vienetines kainas padidinama
20 %.
Santykinės investicijos. 4.16-4.20 lentelėse pateikti investicijų skaičiavimo rezultatai 5
vėjo energetikos plėtros scenarijams. Lietuvoje. Iš lentelėse pateiktų suminių investicijų nesunku
rasti santykines investicijas į tinklą:
500 MW galiai priimti – 148 Lt 1 kW vėjo generuojamos galios vienetinėmis kainomis
(178 Lt/kW su atsargos koef.);
1000 MW galiai – 117 Lt/kW (141 Lt/kW su atsargos koef.);
1500 MW – 219 Lt/kW (263 Lt/kW su atsargos koef.);
2000 MW – 246 Lt/kW (295 Lt/kW su atsargos koef.);
4062 MW – 244 Lt/kW (293 Lt/kW su atsargos koef.).
Iš šių santykinių investicijų palyginimo aiškėja, kad jų kitimas būtų dėsningas. 5 reikšmės
grupuotųsi į 2 pakopas:
1 pakopa 120-150 Lt/kW, kai į EES perduodama iki 1000 MW vėjo generuojamos
galios;
1 pakopa 220-250 Lt/kW, kai į EES perduodama 1500-4062 MW.
Investicijų į VE ir perdavimo tinklą palyginimas. 2006 m. santykinės investicijos į vėjo
elektrines sausumoje (Europoje) sudarė vidutiniškai 1230 €/kW [1], t.y. apie 4240 Lt/kW, o 2009
m. projektuotojai jas vertino maždaug 1600 €/kW, t.y. apie 5520 Lt/kW. Šalia tokių kainų
santykinė investicija į perdavimo tinklą 250 Lt/kW atrodo nedidelė, tesudaranti atitinkamai
5,9 % ir 4,5 % santykinių investicijų į VE.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
41
0.16 lentelė. Investicijos į perdavimo tinklą prijungiant 500 MW vėjo parkų galios
Eil. Nr.
Linija Esamas linijos
skerspjūvis, mm2
Reikalingas linijos
skerspjūvis, mm2
Linijos ilgis, km
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Pastabos
1 Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas (110 kV)
AS-150 240 162,6 37161
Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis (1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
13 Klaipėda-Mažeikių E (110 kV)
AS-150 240 164,1 37503 –“–
iš viso: 326,7 74664 pagal vienetines kainas iš viso (su atsargos koef.): 89597
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
42
0.17 lentelė. Investicijos į perdavimo tinklą prijungiant 1000 MW vėjo parkų galios
Eil. Nr.
Linija Esamas linijos
skerspjūvis, mm2
Reikalingas linijos
skerspjūvis, mm2
Linijos ilgis, km
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Pastabos
1 Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas (110 kV)
AS-150 2x240 162,6 70946
1 km. linijos palikta 1 metalinė atrama, 3 gelžb. atramos pakeistos 2 metalinėmis.1-oje fazėje pakabinti 2 laidai.
13 Klaipėda-Mažeikių E (110 kV)
AS-150 240 164,1 37503 Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis ( 1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
iš viso: 326,7 108449 Autotransformatoriai Esama galia, MVA Reikalinga galia,
MVA Investicinės
sąnaudos tūkst. Lt.
Klaipėdos 330/110 kV TP 125 ; 200 2x200 9200 iš viso: (linijos ir transformatoriai) 117649 pagal vienetines kainas iš viso: (su atsargos koef.) 141179 atsargos koef. lygus 1,2
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
43
0.18 lentelė. Investicijos į perdavimo tinklą prijungiant 1500 MW vėjo parkų galios
Eil. Nr.
Linija Esamas linijos
skerspjūvis, mm2
Reikalingas linijos
skerspjūvis, mm2
Linijos ilgis, km
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Pastabos
1 Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas (110 kV)
AS-150 2x240 162,6 70946 1 km linijos palikta 1 metalinė atrama, 3 gelžb. atramos pakeistos 2 metalinėmis. Fazėje pakabinti 2 laidai.
3
Klaipėda-Kretinga I, Klaipėda-Kretinga II, Kretinga-Kartena (110 kV)
AS-150 240 26,4 31,7 16,4
17026
Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis (1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
4 Kartena-Telšiai (110 kV) AS-150 240 56 12798 –“– 13
Klaipėda-Mažeikių E (110 kV)
AS-150 240 164,1 37503 Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis ( 1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
iš viso: 326,7 138274 –“–
Klaipėda-Sovietskas (330 kV)
AS-3x150 2x(2x400) 92,6 152790 Pastatoma nauja dvigrandė linija vietoj esamos
Telšiai-Mūša (330 kV)
AS-2x300 2x500 93,1 18620 Laidai būtų 2 laiptais didesnio skerspjūvio
iš viso 171410
Autotransformatoriai Esama galia, MVA Reikalinga galia, MVA
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Klaipėdos 330/110 kV TP 125 ; 200 2x250 9200 Jurbarko 330/110 kV TP 2x125 2x200 9200 iš viso (tik autotransformatoriai): 18400 iš viso (linijos ir autotransformatoriai): 328084 pagal vienetines kainas iš viso (su atsargos koef.): 393700 atsargos koef. lygus 1,2
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
44
0.19 lentelė. Investicijos į perdavimo tinklą prijungiant 2000 MW vėjo parkų galios
Eil. Nr.
Linija Esamas linijos skerspjūvis, mm2
Reikalingas linijos skerspjūvis, mm2
Linijos ilgis, km
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Pastabos
1 Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas (110 kV)
AS-150 3x240 162,6 88194 Linija perstatyta naujai, linijos 1-ame km pastatant 3 metalines atramas, laikančias po 3 vienos fazės laidus.
3 Klaipėda-Kretinga I, Klaipėda-Kretinga II, Kretinga-Kartena (110 kV)
AS-150 240 26,4 31,7 16,4
17026 Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis ( 1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
4 Kartena-Telšiai (110 kV) AS-150 240 56 12798 –“– 13
Klaipėda-Mažeikių E (110 kV)
AS-150 240 164,1 37503 Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis ( 1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
iš viso: 326,7 155522 –“– Klaipėda-Sovietskas
(330 kV) AS-3x150 2x(2x400) 92,6 152790 Pastatoma nauja dvigrandė linija vietoj
esamos Jurbarkas-Kaunas (330 kV) ASO-2x300 2x(2x400) 86,2 142230 –“– Telšiai-Mūša
(330 kV) AS-2x300 2x500 93,1 18620 Laidai būtų 2 laiptais didesnio skerspjūvio
iš viso: 313640
Autotransformatoriai Esama galia, MVA Reikalinga galia, MVA
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Klaipėdos 330/110 kV TP 125 ; 200 3x250 13800 Jurbarko 330/110 kV TP 2x125 2x200 9200 iš viso (tik autotransformatoriai): 23000 iš viso (linijos ir autotransformatoriai): 492162 pagal vienetines kainas iš viso (su atsargos koef.): 590595 atsargos koef. lygus 1,2
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
45
0.20 lentelė. Investicijos į perdavimo tinklą prijungiant 4062 MW vėjo parkų galios
Eil. Nr.
Linija Esamas linijos
skerspjūvis, mm2
Reikalingas linijos skerspjūvis, mm2
Linijos ilgis, km
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Pastabos
1 Klaipėda-Pagėgiai-Jurbarkas (110 kV)
AS-150 3x240 162,6 88194 Linija perstatyta naujai, linijos 1-ame km pastatant 3 metalines atramas, laikančias po 3 vienos fazės laidus.
2 Pagėgiai-Sovietskas 2xAS-150 3x185 10,2 5477
3 Klaipėda-Kretinga I, Klaipėda-Kretinga II, Kretinga-Kartena (110 kV)
AS-150 2x240 26,4 31,7 16,4
32506 Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis ( 1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
4 Kartena-Telšiai (110 kV) AS-150 3x240 56 30374 –“– 5 Klaipėda-Kelmė-Šiauliai AS-150, AS-185 2x185 202,8 87606 6 Jurbarkas-Kelmė AS-185, AS-150 240 75,9 4026 Laidų skerspjūvis didintas vienu laiptu 7 Mažeikių E-Varduva I AS-240 2x240 2,3 1004 8 Mažeikių E-Varduva II AS-185 240 2,2 117 Laidų skerspjūvis didintas vienu laiptu 9 Mažeikių E-Kuršėnai AS-185, AS-150 240 72,8 3861 –“–
10 Varduva-Naujoji Akmenė AS-240 2x185 53,3 23025 11 Varduva-Telšiai AS-150 2x150 62,5 26712 12 Kuršėnai-Šiauliai I,II AS-150, AS-185 2x240 25 ir 25 21816 Laidų skerspjūvis didintas vienu laiptu 13
Klaipėda-Mažeikių E (110 kV)
AS-150 240 164,1 37503 Metalinės atramos nekeistos, gelžb. pakeistos stipresnėmis ( 1 linijos kilometrui skaičiuota 3 gelžb. ir 1 metalinė atramos.
iš viso(110 kV linijos): 326,7 362221 –“– Klaipėda-Sovietskas
(330 kV) AS-3x150 2x(2x400) 92,6 152790 Pastatoma nauja dvigrandė linija vietoj esamos
Jurbarkas-Sovietskas ASO-2x330 2x(2x300) 45,8 68700 –“– Jurbarkas-Kaunas
(330 kV) ASO-2x300 2x(2x400) 86,2 142230 –“–
Kruonio HAE-Sovietskas AS-2x300 2x(2x300) 142 213000 Telšiai-Mūša
(330 kV) AS-2x300 2x500 93,1 18620 Laidai būtų 2 laiptais didesnio skerspjūvio
iš viso: 595340
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
46
Autotransformatoriai Esama galia, MVA Reikalinga galia, MVA
Investicinės sąnaudos tūkst. Lt.
Klaipėdos 330/110 kV TP 125 ; 200 3x250 13800 Jurbarko 330/110 kV TP 2x125 2x200 9200 Šiaulių 330/110 kV TP 2x200 3x200 12200 iš viso (tik autotransformatoriai): 35200 iš viso (linijos ir autotransformatoriai): 992761 pagal vienetines kainas iš viso (su atsargos koef.): 1191314 atsargos koef. lygus 1,2
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
47
Investicijų pasiskirstymas tinklų įrenginiams. 4.16-4.20 lentelėse suskaičiuotos
investicijos atskiriems tinklų įrenginiams (110 kV linijoms, 330 kV linijoms ir 330 kV
autotransformatoriams) sugrupuotos 4.9 pav. Iš jo matyti, kad investicijos autotransformatorių
plėtrai sudaro labai mažą suminių investicijų dalį (vėjo energetikos plėtros 2-5 scenarijuose), o
330 kV linijoms – visada yra gerokai didesnės nei 110 kV linijoms (3-5 scenarijuose) ir tas
skirtumas pasiekia net 2 kartus 4 scenarijuje.
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5
Mln
. Lt.
110 kV linijų investicinės sąnaudos
330 kV linijų investicinės sąnaudos
Autotransformatorių investicinės sąnaudos
0.9 pav. Investicijų į Lietuvos perdavimo tinklo plėtrą poreikis skirtinguose VE prijungimo scenarijuose: 500 MW (1 scen.), 1000 (2 scen.), 1500 (3 scen.), 2000 (4 scen.) ir 4062,2 MW (5 scen.)
Jūros vėjo parkų prijungimas iki prijungimo prie Lietuvos perdavimo tinklo taškų
(povandeniniais kabeliais ir linijų atkarpomis sausumoje) neturėtų būti finansuojamas Lietuvos
perdavimo sistemos operatoriaus (ir vartotojų) lėšomis.
Jeigu jūrinių vėjo parkų galia pakeistų dalį sausumos parkų galios (kurių suminė galia, kaip
nurodyta, buvo įvertinta, pvz, 1000 MW, 1500 MW, 2000 MW), perdavimo tinklo plėtros išlaidos
neturėtų padidėti lyginant su nurodytomis šiame poskyryje, nes investicijas į toliau nuo kranto
esančias linijas pakeistų investicijos į tinklų plėtrą kranto ruožuose.
Pirmiausia rekomenduojama išnaudoti visas galimybes, vietas ant kranto, kur galima įrengti
vėjo elektrines, kadangi jūroje statomų vėjo elektrinių investicijos yra mažiausiai 30% didesnės.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
48
Poskyrio išvados
1. Prijungiant 500 MW vėjo elektrinių galios sausumoje, investicijos į Lietuvos EES 110-
330 kV perdavimo tinklą sudarytų apie 74 mln. Lt, 1000 MW – 117 mln. Lt, 1500 MW – 328 mln.
Lt, 2000 MW – 492 mln. Lt.
2. Prijungiant 500-1000 MW, 1 kW tos galios tektų apie 120-150 Lt investicijų į perdavimo
tinklo plėtrą. Tai sudarytų iki 2,7-3,5 % investicijų į vėjo elektrines (1 kW).
3. Prijungiant 1500-4060 MW, 1 kW tos galios tektų apie 220-250 Lt investicijų į perdavimo
tinklo plėtrą. Tai sudarytų iki 4,5-6,0 % investicijų į vėjo elektrines (1 kW).
4. Vėjo parkų prijungimas iki prijungimo prie Lietuvos perdavimo tinklo taškų
(povandeniniais kabeliais ir linijų atkarpomis sausumoje) neturėtų būti finansuojamas Lietuvos
perdavimo sistemos operatoriaus (ir vartotojų) lėšomis.
5. Perdavimo tinklo plėtros išlaidos dėl jūrinių vėjo parkų prijungimo neturėtų padidėti
lyginant sausumos vėjo parkų plėtros scenarijumi. Pirmiausia rekomenduojama išnaudoti visas
galimybes statybai ant kranto, kadangi jūroje statomų vėjo elektrinių investicijos yra mažiausiai
30 % didesnės.
4.9. Papildomų investicijų papildomiems reikiamiems galių rezervams įvertinimas
Jeigu vėjo elektrinės savo generacijos atsitiktinius nuokrypius (svyravimus) dengtų kaip
vienas virtualus parkas nuosava „šešėline“ elektrine (ar keliomis elektrinėmis), 60 MW dujų
turbininės elektrinės kaina būtų apie 207 mln. Lt, t.y.60 mln. eurų (1 kW – 1000 eurų). Tokia
elektrinė teiktų 60 MW dydžio ir antrinį, ir tretinį rezervą.
Jeigu Lietuvos sistemoje antrinis ir tretinis rezervai būtų sudaromi A metodu (atskiri rezervai
vėjo elektrinėms ir didžiausio bloko atsijungimui), ir Lietuvos operatoriui (ir Lietuvos vartotojams)
tektų dengti 2000 MW vėjo elektrinių galios rezervavimo išlaidas, tai investicijos į papildomus
galios rezervus Lietuvoje sudarytų apie 400-500 mln. eurų statant 400-500 MW dujų turbinų
elektrines.
Statant vėjo elektrines jūroje investicijų poreikis papildomiems galios rezervams
analogiškas aprašytam šiame poskyryje.
4.10. Neprognozuojamų vėjo elektrinių galių svyravimų balansavimo galimybės
Sparčiai tobulėjant vėjo generacijos prognozavimo modeliams, mažai tikėtina, kad vėjo
elektrinių neprognozuojami (atsitiktiniai) galios svyravimai, t.y. nuokrypiai nuo valandinių
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
49
prognozių, viršytų didžiausią tikėtiną paklaidą – 50% suminės įrengtosios galios. Tokiems
nuokrypiams padengti Lietuvos sistemoje užteks antrinių ir tretinių rezervų, sudaromų iš esamų ir
perspektyvinių elektrinių, kol vėjo elektrinių galia neviršys 1500-2000 MW galios. Tačiau, didėjant
vėjo elektrinių suminei galiai daugės laiko tarpų, kuomet sistemos balanso suvaldymui dėl
atsitiktinių generacijos padidėjimų teks dalį vėjo elektrinių atjungti.
Smulkiems vėjo parkams ir pavienėms elektrinėms generacijos prognozės grafikus galėtų
parengti perdavimo sistemos operatorius ir jiems netaikyti susibalansavimo atsakomybės.
Dirbant vėjo elektrinėms jūroje neprognozuojami svyravimai turėtų būti mažesni, nes jūroje
vėjai pučia tolygiau, mažiau momentinių svyravimų. Net ir visą ribinę 1500-2000 MW galią įrengus
jūroje (hipotetiniu atveju), Lietuvos elektrinės pajėgs jai užtikrinti antrinį ir tretinį rezervą.
4.11. Vėjo elektrinių reaktyviosios galios ir įtampos valdymas
Vėjo elektrinių parkų reaktyviosios galios valdymas paprastai apsiriboja galios koeficiento
(cosφ) palaikymu artimu vienetui arba leidžiant mažą reaktyviosios galios vartojimą. Tačiau
daugumos šalių naujų tinklo kodeksų vėjo elektrinių parkams yra reikalavimas automatiškai valdyti
reaktyviąją galią ir prisidėti prie stabilių tinklo įtampų palaikymo. Vėjo parkų prijungimo mazguose
įtampa gali būti valdoma vienu iš sekančių būdų:
1) pačių vėjo elektrinių generatorių žadinimo reguliatorių pagalba;
2) panaudojant papildomus įrenginius reaktyviajai galiai valdyti: kondensatorių
baterijas, šuntinius reaktorius, sinchroninius kompensatorius arba lanksčiuosius kintamosios srovės
perdavimo įrenginius (sutrumpintai LKSPĮ, angl. FACTS – flexible alternating current transmission
system);
3) perjungiant aukštinamųjų transformatorių atšakas;
4) reguliuojant kitų (ne vėjo) elektrinių generatorių žadinimą.
Paprastai lengviausias ir pigiausias būdas valdyti reaktyviąją galią yra kondensatorių
baterijų ar šuntinių reaktorių įrengimas. Svyruojant įtampos lygiui jie įjungiami ar išjungiami.
Tačiau toks junginėjimas sukelia laiptuotą įtampos pasikeitimą ir tuo pačiu staiga pakeičia sukimo
momentą vėjo turbinos pavarų dėžėje. Jos patikimumas gali susilpnėti vykstant dažniems
junginėjimams. To išvengti leidžia dinamiškos reaktyviosios galios keitimo technologijos, tokios
kaip tiristoriais valdomi statiniai reaktyvieji kompensatoriai (angl. SVC – static var compensators)
ar sinchroniniai kompensatoriai. Jie leidžia tolygiai keisti reaktyviosios galios išdavimą į tinklą,
tačiau SVC, skirtingai nei sinchroniniai kompensatoriai, neturi judamų dalių, gali būti didesnės
galios, yra greitaeigiškesni ir patikimesni. Be to SVC leidžia sušvelninti įtampos nuokryčius ar
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
50
staigius padidėjimus, kylančius iš perdavimo tinklo. Tai padidina vėjo parko galimybes išlikti
prijungtam ir tuo pačiu patiekti daugiau elektros energijos.
Kai kurie vėjo elektrinių gamintojai (pvz., Enercon) kartu su vėjo elektrinėmis siūlo specializuotas
SCADA sistemas su išplėstomis galimybėmis valdyti įtampą vėjo parko prijungimo mazguose. Šios
sistemos apdoroja informaciją apie tinklo būseną ir perduoda valdymo signalus į kondensatorių
baterijas ar šuntinius reaktorius junginėjančius įrenginius ir elektrinių žadinimo reguliatorius (4.10
pav.).
Prijungus prie Lietuvos VE ribines galias (1500-2000 MW, Lietuvos energetikos sistemoje
didesnių reaktyviosios galios ir įtampos valdymų problemų normaliuose režimuose neiškyla.
4.10 pav. Vėjo parko su Enercon elektrinėmis įtampos valdymo principinė schema
Jūroje statomoms vėjo elektrinėms reaktyviąją galią rekomenduotina kompensuoti krante
statomais įrenginiais. Dalį VE ribinės galios (1500-2000 MW) įrengus jūroje, reaktyviosios galios ir
įtampos valdymų problemų praktiškai būtų tiek pat, kiek sausumos VE scenarijuje.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
51
Išvados
1. Prijungus Lietuvoje 1500-2000 MW galios vėjo elektrinių, tas galias dar įmanoma
rezervuoti antriniu ir tretiniu rezervais Lietuvos elektrinių pajėgumais, jeigu tuo pačiu rezervu
dengiamas didžiausio generatoriaus avarinis atsijungimas arba vėjo elektrinių generacijos nuokrypis
nuo prognozės, o didžiausia prognozės paklaida neviršija 50% VE įrengtosios galios dydžio.
2. Prijungus Lietuvoje 1500-2000 MW galios vėjo elektrinių, ją tektų eksportuoti, o tai
laikytina hipotetiniu variantu, nes kitos šalys Baltijos regione vargu ar pirks iš Lietuvos iki 2000
MW galią iš vėjo elektrinių.
3.Jeigu Lietuvos sistemoje antrinis ir tretinis rezervai būtų sudaromi atskirai vėjo
elektrinėms ir didžiausio bloko atsijungimui, tai 2020 m. žiemą rezervų poreikiai būtų 1400 MW, ir
Lietuvoje reikėtų įrengti 400-500 MW papildomų rezervinės galios šaltinių.
4.Vėjo elektrinėms rekomenduotina turėti (užsakyti) galios rezervus didesniems ir
nestaigiems generacijos nuokrypiams nuo prognozės kompensuoti, kad nereikėtų būti
subalansuotiems operatoriaus ir pirkti/parduoti balansavimo energiją.
5. Vėjo parko užsakomas rezervo dydis priklauso nuo vėjo elektrinėms nustatomo leistino
neapmokestinamo nebalanso (generacijos nuokrypio nuo prognozės), nuo laiko intervalo tarp
prekybos sesijos uždarymo ir realios valandos, taip pat nuo vėjų parko „susikooperavimo“ (į
virtualų parką) laipsnio.
6. Rekomenduotina rezervų tiekimo schema – kai vėjo parkas iš anksto užsako rezervines
galias pas savo PSO ir jam moka už rezervinės galios teikimo paslaugą.
7. Prijungus 1500 MW ir 2000 MW vėjo elektrinių galias, Lietuvos poreikio grafiko
sekimas tampa sąlyginiu, nes kintamą grafiko dalį dengia vėjo elektrinių generacija, o jos perteklius
eksportuojamas.
8. Rekomenduotina eksportuojamą vėjo elektrinių galią rezervuoti pačių vėjo elektrinių
užsakomais rezervais, kad Lietuvos vartotojams nereikėtų dengti rezervų palaikymo išlaidų
eksportuojamos galios poreikiams. Potencialūs rezervinių galių tiekėjai Lietuvoje yra Kruonio
HAE, Kauno HE, Lietuvos E, kitos elektrinės, Latvijos ir Estijos gamintojai, Skandinavijos šalių
tiekėjai, Lenkijos EES tiekėjai, Rusijos ir Baltarusijos EES tiekėjai. Perspektyviausi yra Norvegijos
rezervinių galių tiekėjai, kadangi dėl turimų HE didelio potencialo turimas rezervų kiekis yra labai
didelis.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
52
9. Prijungiant 500 MW vėjo elektrinių galios sausumoje, investicijos į Lietuvos EES 110-
330 kV perdavimo tinklą sudarytų apie 74 mln. Lt, 1000 MW – 117 mln. Lt, 1500 MW – 328 mln.
Lt, 2000 MW – 492 mln. Lt.
10. Prijungiant 500-1000 MW, 1 kW tos galios tektų apie 120-150 Lt investicijų į
perdavimo tinklo plėtrą. Tai sudarytų iki 2,7-3,5 % investicijų į vėjo elektrines (1 kW).
11. Prijungiant 1500-4060 MW, 1 kW tos galios tektų apie 220-250 Lt investicijų į
perdavimo tinklo plėtrą. Tai sudarytų iki 4,5-6,0 % investicijų į vėjo elektrines (1 kW).
12. Rekomenduotina vėjo parkų jūroje rezervavimą užsitikrinti patiems vėjo parkams, nes jų
elektra bus eksportuojama (sausumoje parkai bus pastatyti anksčiau ir jau dengs dalį Lietuvos
poreikio grafiko).
13. Vėjo parkų prijungimas iki prijungimo prie Lietuvos perdavimo tinklo taškų
(povandeniniais kabeliais ir linijų atkarpomis sausumoje) neturėtų būti finansuojamas Lietuvos
perdavimo sistemos operatoriaus (ir vartotojų) lėšomis.
14. Perdavimo tinklo plėtros išlaidos dėl jūrinių vėjo parkų prijungimo neturėtų padidėti
lyginant sausumos vėjo parkų plėtros scenarijumi. Pirmiausia rekomenduojama išnaudoti visas
galimybes statybai ant kranto, kadangi jūroje statomų vėjo elektrinių investicijos yra mažiausiai
30% didesnės.
15. Dėl nedidelės Lietuvos EES dydžio ir didelių galių jūrinių vėjo parkų, artimiausiu metu
nėra tikslinga diegti jūrines vėjo elektrines.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
53
4.12. Vėjo elektrinių suminės galios didinimo iki 2000 MW galimybės
Nagrinėjant vėjo elektrinių galios padidinimo galimybes, priimta, kad 2012 metais vėjo
elektrinių darbinė galia 500 MW, 2016 metais – 1500 MW, o 2020 metais – 1900 MW (įrengtoji
galia 2000 MW) ir veikia naujoji atominė elektrinė. Padidinus vėjo elektrinių galią susiduriama su
dviem pagrindinėm problemom:
1. Lietuvos EES apkrovos yra nedidelės, todėl reikalingas didelės galios elektros energijos
eksportas į kaimynines EES arba apkrovų padidinimas.
2. Lietuvos EES antrinio ir tretinio reguliavimo galios rezervai yra per maži.
Lietuvos EES apkrovos yra pateiktos 4.21 lentelėje.
Lietuvos EES apkrovos yra vienas iš pagrindinių faktorių lemiančių vėjo elektrinių galios
padidinimo galimybes.
4.21 lentelė. Lietuvos EES apkrovos
Režimas 2012 metų apkrovos
galia, MW 2016 metų apkrovos
galia, MW 2020 metų apkrovos
galia, MW Vasaros mažiausių apkrovų režimas
618 693 771
Vasaros didžiausių apkrovų režimas
1030 1155 1285
Žiemos mažiausių apkrovų režimas
1123 1259 1401
Žiemos didžiausių apkrovų režimas
1872 2099 2335
2020 metais įrengus 2000 MW vėjo elektrinių galią darbinė galia, įvertinus 95 %
išnaudojimo koeficientą, gaunama 1900 MW.
2012 metais dirbant autonominiu režimu Lietuvos EES vėjo elektrinių galiai padidėjus iki
500 MW bendra Baltijos EES vėjo elektrinių galia, paskirsčius proporcingai pagal apkrovas,
sudarytų 1429 MW. Dirbant be asinchroninių ryšių eksporto galimybės nėra. Tam, kad vėjo
elektrinės galėtų dirbti 1429 MW (Lietuvos EES – 500 MW) apkrova turėtų būti didesnė 1247 MW,
o Lietuvos EES – 436 MW. Šis atvejis toliau nebenagrinėjamas, kadangi EstLink (350 MW)
tarpsisteminė asinchroninė jungtis jau veikia. Dirbant su Estlink (350 MW) didžiausia eksporto
saldo galia gali būti 315 MW paliekant reguliavimo galios rezervo palaikymo galimybę. Šiuo atveju
eksporto galios saldo yra ribotas lyginant su vėjo elektrinių galia, todėl Baltijos EES apkrova turėtų
būti didesnė 932 MW, o Lietuvos EES – 326 MW.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
54
2012 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS eksporto saldo
galia turi būti 525 MW, kai Lietuvos EES vėjo elektrinių darbinė galia 500 MW. Toks eksporto
galios saldo bus dėl reguliavimo galios rezervų trūkumo didžiausių apkrovų režimuose, nes norint
palaikyti reikiamus reguliavimo galios rezervus turi dirbti reikiamas dalyvaujančių galios rezervų
palaikyme agregatų kiekis. Todėl eksporto galios saldo tampa 525 MW.
2016 metais Baltijos EES dirbant autonominiu režimu, o Lietuvos EES vėjo elektrinių galią
padidinus iki 1500 MW, kai nėra tarpsisteminių asinchroninių ryšių, Lietuvos EES apkrova turėtų
būti didesnė 1338 MW. Jei vėjo elektrinių galia paskirstoma proporcingai pagal apkrovas,
proporcingai turi padidėti ir visų kitų Baltijos EES sudedamųjų sinchroninių zonų apkrovos. Dėl
didelio apkrovos galios poreikio šis variantas toliau nebenagrinėjamas.
Kai Baltijos EES dirba autonomiškai su EstLink (1000 MW) asinchroniniu ryšiu didžiausias
eksporto saldo yra 900 MW. Proporcingai pagal apkrovas iš Lietuvos EES eksporto saldo sudaro
315 MW, todėl norint, kad vėjo elektrinės dirbtų 1500 MW papildomai reikia 1023 MW apkrovos.
Dėl didelio apkrovos galios poreikio šis variantas toliau nebenagrinėjamas.
Kai Baltijos EES dirba autonomiškai su EstLink (1000 MW) ir su NordBalt (700 MW)
asinchroniniais ryšiais didžiausias eksporto saldo yra 1530 MW. Proporcingai pagal apkrovas iš
Lietuvos EES eksporto saldo sudaro 536 MW, todėl norint, kad vėjo elektrinės dirbtų 1500 MW
papildomai reikia 802 MW apkrovos. Dėl didelio apkrovos galios poreikio šis variantas taip pat
toliau nebenagrinėjamas.
Kai Baltijos EES dirba autonomiškai su EstLink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir
LitPolLink (500 MW, tik eksportas) asinchroniniais ryšiais didžiausias eksporto saldo yra 2030
MW. Proporcingai pagal apkrovas iš Lietuvos EES eksporto saldo sudaro 711 MW, todėl norint,
kad vėjo elektrinės dirbtų 1500 MW papildomai reikia 627 MW apkrovos.
2016 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS, o vėjo
elektrinių galiai esant 1500 MW, eksporto galios saldo turi būti 1400 MW. 1400 MW eksporto
galios saldo atsiranda dėl reguliavimo galių rezervo poreikio, nes norint palaikyti reikiamus
reguliavimo galios rezervus turi dirbti atitinkamas, dalyvaujančių galios rezervų palaikyme,
agregatų kiekis, todėl eksporto galios saldo tampa 1400 MW.
2020 metais, kai Baltijos EES dirba su Estlink (1000 MW) ir NordBalt (700 MW)
asinchroniniais ryšiais, didžiausia galima suminė vėjo elektrinių galia, dėl apkrovų ir eksporto saldo
galimybių, yra 2000 MW. Didžiausias asinchroninių ryšių linijų pralaidumas 1530 MW paliekant
reguliavimo galių rezervus. Vėjo elektrinių galias autonomiškai veikiančioje Baltijos EES
paskirsčius pagal apkrovas, Lietuvos EES tenkanti vėjo elektrinių darbinė galia yra 700 MW. Pagal
antrinio ir tretinio reguliavimo rezervus darbinė vėjo elektrinių galia gali būti padidinta, tačiau pagal
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
55
apkrovas ir eksporto saldo galimybes tai yra ribinė galia. 700 MW darbinė vėjo generatorių galia
lyginant su 1900 MW galima galia sudaro 37 %. Šis variantas toliau nebenagrinėjamas.
2020 metais, kai Baltijos EES dirba su Estlink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir
LitPolLink (1000 MW) asinchroniniais ryšiais, didžiausia galima suminė vėjo elektrinių galia, dėl
apkrovų ir eksporto saldo galimybių, yra 2900 MW, tačiau pagal tretinio reguliavimo rezervo ribą
yra 2250 MW. Būtinas eksporto saldo 2430 MW yra ribinis pagal asinchroninių ryšių pralaidumo
galimybes, paliekant galių reguliavimo rezervus. Lietuvos EES tenkanti vėjo elektrinių darbinė
galia yra 780 MW, kai darbinė vėjo elektrinių galia paskirstyta pagal apkrovas. 780 MW darbinė
vėjo generatorių galia lyginant su 1900 MW galima galia sudaro 41 %. Išskirtiniais atvejais bendra
vėjo elektrinių galia gali būti padidinta, tačiau bendra Baltijos EES 2250 MW ir atskirai Lietuvos
EES 780 MW gali dirbti visais atvejais turint reikiamo eksporto saldo galimybes. Tam, kad
autonominiame režime Lietuvos EES vėjo elektrinių darbinė galia būtų 1900 MW, reikia papildomų
galios rezervų ir apkrova turėtų būti didesnė.
2020 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS į mažiausią
galios saldo įskaičiuota 449 MW darbinė vėjo elektrinių galia. Šiuo atveju, vėjo elektrinėms dirbant
didžiausia galia atsiranda papildomas 1451 MW galios perteklius (1900 MW numatomos
didžiausios darbinės ir 449 MW darbinės suskaičiuotos vėjo elektrinių darbinės galios skirtumas
2020 metams), kurį būtina perduoti į kaimynines EES arba bendru atveju į kaimynines EES reikėtų
perduoti 2100 MW (1900 MW numatomos didžiausios darbinės ir 449 MW darbinės suskaičiuotos
vėjo elektrinių darbinės galios skirtumas plius mažiausias 650 MW galios saldo). Nors tai didelė
galia palyginus su apkrovomis Lietuvos EES, tačiau dirbant sinchroniniame režime ir turint
reikiamos galios ryšius tokią galią perduoti galima.
Padidėjus įrengtai vėjo elektrinių galiai Lietuvos EES reikalingų galios rezervų poreikiai
Baltijos EES dirbant autonominiu režimu ir esant skirtingiems asinchroniniams tarpsisteminiams
ryšiams pateikti lentelėje 4.22, o sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS dirbant Lietuvos EES –
pateikti lentelėje 4.23.
4.22 lentelė. Autonominiu režimu dirbančios Baltijos EES galios rezervų poreikiai esant skirtingiems asinchroniniams ryšiams
Metai 2012 2016 2020
Pvėjo darbinė, MW 500 1500 1900
PAR-reikalingas, MW 759 1055 1873
PTR-reikalingas, MW 846 1323 2214
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
56
4.23 lentelė. Galios rezervų poreikiai Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS
Metai 2012 2016 2020 Pvėjo darbinė, MW 500 1600 1900
P(AR-2/3) reikalingas, MW 506 703 1249
P(AR+TR)/2 reikalingas, MW 803 1189 2044
Lietuvos EES sinchroniškai dirbant su UCTE arba su IPS/UPS yra vertinami antrinis ir
tretinis reguliavimo galių rezervai kartu, tai yra sinchroninės zonos reguliavimo rajone (EES) ribose
gali būti mažesni reguliavimo galios rezervai, tačiau ne mažesni už sąlyginį antrinio reguliavimo
galios rezervą PR,AR ir sąlyginį suminį reguliavimo galios rezervą PR:
ARARR PP 3
2, , (4.10)
2TRAR
R
PPP
. (4.11)
Lietuvos EES antrinio ir tretinio reguliavimo galių poreikį ženkliai įtakoja darbinė vėjo
elektrinių galia, tai yra kuo didesnė vėjo elektrinių darbinė galia, tuo didesni reikalingi antrinio ir
tretinio reguliavimo galių rezervai. Antrinio ir tretinio reguliavimo galių rezervų poreikiai dėl vėjo
elektrinių galios pateikti 4.24- 4.26 lentelėse.
Antriniame reguliavime dalyvauja hidraulinės elektrinės ir veikiančių kondensacinių, dujų
turbininių elektrinių bei kombinuoto ciklo elektrinių agregatai. Kondensacinių elektrinių ir
kombinuoto ciklo elektrinių dujų turbininių agregatų antrinio reguliavimo galios rezervas irgi
laikomas lygiu 5 % vardinės agregato galios. Visa veikiančiųjų hidraulinių elektrinių agregatų galia,
likusioji iki vardinės galios, yra laikoma antrinio reguliavimo galios rezervu. Antrinio reguliavimo
galios rezervu gali būti laikoma ir stabdomų akumuliacinės elektrinės siurblių galia bei vardinė jų
galia, pervedant į generatoriaus režimą, bei neveikiančių (stovinčių) hidraulinių agregatų galia.
4.24 lentelė. Antrinio ir tretinio reguliavimo galių rezervų poreikiai Lietuvos EES 2012 metais, esant skirtingoms vėjo elektrinių darbinėms galioms
Vėjo elektrinių darbinė galia,
MW
Bendras reikiamas antrinis galios rezervas, MW
Reikiamas balansavimo
antrinis galios rezervas, MW
Bendras reikiamas tretinis galios rezervas, MW
Reikiamas balansavimo tretinis
galios rezervas, MW
50 655 55 658 58 100 661 61 672 72 150 670 70 689 89 200 680 80 710 110 350 718 118 776 176 500 759 159 846 246 650 802 202 916 316
1000 905 305 1083 483 2000 1202 602 1561 961
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
57
4.25 lentelė. Antrinio ir tretinio reguliavimo galių rezervų poreikiai Lietuvos EES 2016 metais, esant skirtingoms vėjo elektrinių darbinėms galioms
Vėjo elektrinių darbinė galia,
MW
Bendras reikiamas antrinis galios rezervas, MW
Reikiamas balansavimo
antrinis galios rezervas, MW
Bendras reikiamas tretinis galios rezervas, MW
Reikiamas balansavimo tretinis
galios rezervas, MW
50 660 60 663 63 100 666 66 676 76 150 674 74 693 93 200 684 84 712 112 350 720 120 778 178 500 761 161 847 247 650 804 204 917 317
1000 906 306 1084 484 2000 1203 603 1562 962
4.26 lentelė. Antrinio ir tretinio reguliavimo galių rezervų poreikiai Lietuvos EES 2020 metais, esant skirtingoms vėjo elektrinių darbinėms galioms
Vėjo elektrinių darbinė galia,
MW
Bendras reikiamas antrinis galios rezervas, MW
Reikiamas balansavimo
antrinis galios rezervas, MW
Bendras reikiamas tretinis galios rezervas, MW
Reikiamas balansavimo tretinis
galios rezervas, MW
50 1366 66 1368 68 100 1371 71 1380 80 150 1378 78 1396 96 200 1388 88 1415 115 350 1423 123 1480 180 500 1463 163 1548 248 650 1505 205 1619 319
1000 1607 307 1784 484 2000 1903 603 2262 962
Tretinio reguliavimo rezervu yra laikoma veikiančių kondensacinių elektrinių galia, likusioji
iki vardinės galios, paleidžiamų dujų turbininių ir kondensacinių elektrinių agregatų galia. Priimta,
kad asinchroninių tarpsisteminių ryšių tretinio reguliavimo rezervas yra tie patys 10 % nuo vardinės
galios, kaip ir pirminio reguliavimo rezervo.
2012, 2016 ir 2020 metais antriniame ir tretiniame galios reguliavimo rezervų palaikyme
dalyvaujančios Lietuvos EES elektrinės nurodytos 4.27 lentelėje.
Lietuvos EES antrinio reguliavimo galios rezervas skaičiuojamas sudedant elektrinių,
dalyvaujančių antriniame reguliavime, antrinio reguliavimo rezervo galias:
23*
XXVEAEMEKHAEKHELEPEKEAR PPPPPPPPPP , (4.12)
čia * - dalyvauja tiktai 2020 metais, KE – Kauno elektrinė, PE – Pnevėžio elektrinė, LE – Lietuvos
elektrinė, KHE – Kauno hidroelektrinė, KHAE – Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė, ME –
Mažeikių elektrinė, AE – atominė elektrinė, VE3 – Vilniaus trečioji elektrinė ir XX2 – trūkstamas
antrinio reguliavimo galios rezervas.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
58
4.27 lentelė. 2012, 2016 ir 2020 metų Lietuvos EES elektrinių dalyvavimas galios rezervų palaikyme
Elektrinė Antrinis reguliavimo
rezervas Tretinis reguliavimo
rezervas Šiaulių termofikacinė elektrinė Nedalyvauja Nedalyvauja Panevėžio termofikacinė elektrinė Dalyvauja Dalyvauja Kauno hidroelektrinė Dalyvauja Nedalyvauja Lietuvos elektrinė Dalyvauja Dalyvauja Kruonio hidroakumuliacinė elektrinė Dalyvauja Nedalyvauja Mažeikių termofikacinė elektrinė Dalyvauja Dalyvauja Kauno elektrinė Dalyvauja Dalyvauja Lifosa termofikacinė elektrinė Nedalyvauja Nedalyvauja Putinų termofikacinė elektrinė Nedalyvauja Nedalyvauja Visagino atominė elektrinė* Dalyvauja* Dalyvauja* Vilniaus antroji termofikacinė elektrinė Nedalyvauja Nedalyvauja Vilniaus trečioji termofikacinė elektrinė Dalyvauja Dalyvauja Achema elektrinė Nedalyvauja Nedalyvauja Klaipėdos termofikacinė elektrinė Nedalyvauja Nedalyvauja
Pastaba: * - tiktai 2020 metais. 2020 metų esamas Lietuvos EES tretinio reguliavimo galios rezervas skaičiuojamas
sudedant elektrinių, dalyvaujančių tretiniame reguliavime, tretinio reguliavimo rezervo galias:
33*
XXVEAEMELEPEKETR PPPPPPPP , (4.13)
čia * - dalyvauja tiktai 2020 metais, XX3 – trūkstamas tretinio reguliavimo galios rezervas.
Lietuvos EES elektrinių antrinio reguliavimo galios rezervų kitimo ribos pateiktos
4.28- 4.30 lentelėse.
4.28 lentelė. 2012 metų Lietuvos EES elektrinių antrinio reguliavimo galios rezervų kitimo ribos
Elektrinė Vasaros mažiausių apkrovų režimas,
MW
Vasaros didžiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos mažiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos didžiausių apkrovų režimas,
MW ŠE 0 0 0 0 PE 0÷1,5 0÷1,5 0÷1,5 0÷1,5 KHE 10÷60 10÷60 10÷60 10÷60 LE 7,5÷75 7,5÷75 7,5÷75 7,5÷75 KHAE 1210 380 1210 380 ME 5 5 5 5 KE 3÷7,5 3÷7,5 3÷7,5 3÷7,5 Lifosa TE 0 0 0 0 Putinų TE 0 0 0 0 VE2 0 0 0 0 VE3 0 0 10÷20 10÷20 Achema E 0 0 0 0 Klaip. E 0 0 0 0
Viso: 1236÷1359 405÷529 1246÷1379 416÷549
Pastaba: ŠE – Šiaulių elektrinė, VE2 – Vilniaus antroji elektrinė ir Klaip. E – Klaipėdos elektrinė.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
59
4.29 lentelė. 2016 metų Lietuvos EES elektrinių antrinio reguliavimo galios rezervų kitimo ribos
Elektrinė Vasaros mažiausių apkrovų režimas,
MW
Vasaros didžiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos mažiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos didžiausių apkrovų režimas,
MW ŠE 0 0 0 0 PE 0÷3 0÷3 0÷3 0÷3 KHE 10÷60 10÷60 10÷60 10÷60 LE 15÷75 15÷75 15÷75 15÷75 KHAE 1400 570 1400 570 ME 5 5 5 5 KE 7,5 7,5 7,5 7,5 Lifosa TE 0 0 0 0 Putinų TE 0 0 0 0 VE2 0 0 0 0 VE3 0 0 10÷20 10÷20 Achema E 0 0 0 0 Klaip. E 0 0 0 0
Viso: 1438÷1551 608÷721 1448÷1571 618÷741
4.30 lentelė. 2020 metų Lietuvos EES elektrinių antrinio reguliavimo galios rezervų kitimo ribos
Elektrinė Vasaros mažiausių apkrovų režimas,
MW
Vasaros didžiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos mažiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos didžiausių apkrovų režimas,
MW
ŠE 0 0 0 0
PE 0÷3 0÷3 0÷3 0÷3
KHE 10÷60 10÷60 10÷60 10÷60
LE 15÷119 15÷119 15÷119 15÷119
KHAE 1590 760 1590 760
ME 5 5 5 5
KE 7,5 7,5 15 15
Lifosa TE 0 0 0 0
Putinų TE 0 0 0 0
VAE 65 65 65 65
VE2 0 0 0 0
VE3 0 0 10÷20 10÷20
Achema E 0 0 0 0
Klaip. E 0 0 0 0
Viso: 1693÷1850 863÷1020 1710÷1877 880÷1047
2012, 2016 ir 2020 metų Lietuvos EES antrinio reguliavimo galios rezervo trūkumo
(pertekliaus) ribos režimams, kai vėjo elektrinių darbinė galia yra atitinkamai 500 MW, 1500 MW
1900 MW, pateiktos 4.31 lentelėje.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
60
4.31 lentelė. Lietuvos EES antrinio reguliavimo galios rezervo trūkumo (pertekliaus) ribos, MW
Metai Režimas Vasaros
mažiausių apkrovų režimas
Vasaros didžiausių
apkrovų režimas
Žiemos mažiausių apkrovų režimas
Žiemos didžiausių
apkrovų režimas
Autonominis -477÷-600 354÷230 -487÷-620 343÷210 2012
Sinchroninis -730÷-853 101÷-23 -740÷-873 90÷-43
Autonominis -383÷-496 447÷334 -393÷-516 437÷314 2016
Sinchroninis -735÷-848 95÷-18 -745÷-868 85÷-38
Autonominis 180÷23 1010÷853 163÷-4 993÷826 2020
Sinchroninis -444÷-601 386÷229 -461÷-628 369÷202
Pastaba: Neigiami skaičiai lentelėje reiškia nurodytą antrinio reguliavimo galios rezervo pertekliaus dydį.
Lietuvos EES elektrinių tretinio reguliavimo galios rezervų kitimo ribos pateiktos
4.32-4.34 lentelėse.
4.32 lentelė. 2012 metų Lietuvos EES elektrinių tretinio reguliavimo galios rezervo kitimo ribos
Elektrinė Vasaros mažiausių apkrovų režimas,
MW
Vasaros didžiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos mažiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos didžiausių apkrovų režimas,
MW
ŠE 0 0 0 0
PE 0÷15 0÷15 0÷15 0÷15
KHE 0 0 0 0
LE 60÷600 60÷600 60÷600 60÷600
KHAE 0 0 0 0
ME 20÷40 20÷40 20÷40 20÷40
KE 25 25 25÷65 25÷65
Lifosa TE 0 0 0 0
Putinų TE 0 0 0 0
VAE 0 0 0 0
VE2 0 0 0 0
VE3 0÷80 0÷80 40÷160 40÷160
Achema E 0 0 0 0
Klaip. E 0 0 0 0
Viso: 105÷760 105÷760 145÷880 145÷880
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
61
4.33 lentelė. 2016 metų Lietuvos EES elektrinių tretinio reguliavimo galios rezervo kitimo ribos
Elektrinė Vasaros mažiausių apkrovų režimas,
MW
Vasaros didžiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos mažiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos didžiausių apkrovų režimas,
MW
ŠE 0 0 0 0
PE 0÷15 0÷15 0÷15 0÷15
KHE 0 0 0 0
LE 120÷656 120÷656 120÷656 120÷656
KHAE 0 0 0 0
ME 20÷40 20÷40 20÷40 20÷40
KE 75 75 75÷150 75÷150
Lifosa TE 0 0 0 0
Putinų TE 0 0 0 0
VAE 0 0 0 0
VE2 0 0 0 0
VE3 0÷80 0÷80 40÷160 40÷160
Achema E 0 0 0 0
Klaip. E 0 0 0 0
Viso: 215÷866 215÷866 255÷1021 255÷1021
4.34 lentelė. 2020 metų Lietuvos EES elektrinių tretinio reguliavimo galios rezervo kitimo ribos
Elektrinė Vasaros mažiausių apkrovų režimas,
MW
Vasaros didžiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos mažiausių apkrovų režimas,
MW
Žiemos didžiausių apkrovų režimas,
MW
ŠE 0 0 0 0
PE 0÷15 0÷15 0÷15 0÷15
KHE 0 0 0 0
LE 120÷832 120÷832 120÷832 120÷832
KHAE 0 0 0 0
ME 23÷63 23÷63 23÷63 23÷63
KE 75 75 75÷150 75÷150
Lifosa TE 0 0 0 0
Putinų TE 0 0 0 0
VAE 0 0 0 0
VE2 0 0 0 0
VE3 0÷80 0÷80 40÷160 40÷160
Achema E 0 0 0 0
Klaip. E 0 0 0 0
Viso: 218÷1065 218÷1065 258÷1220 258÷1220
Tretinio reguliavimo galios rezervas elektrinėse priklauso nuo dirbančių agregatų kiekio ir jų
darbinės galios. Agregatams dirbant mažiausia apkrova tretinio reguliavimo galios rezervas yra
didžiausias, tačiau darbo ekonomiškumo požiūriu mažiausios apkrovos režimas yra mažiausiai
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
62
naudingas. Lietuvos EES didžiausią tretinio reguliavimo galios rezervą gali išlaikyti Lietuvos
elektrinė, tačiau šiuo atveju visi jos agregatai turi dirbti mažiausia galia.
2012, 2016 ir 2020 metų Lietuvos EES tretinio reguliavimo galios rezervo trūkumo
(pertekliaus) ribos režimams, kai vėjo elektrinių darbinė galia yra atitinkamai 500 MW, 1500 MW
1900 MW, pateiktos 4.35 lentelėje.
4.35 lentelė. Lietuvos EES dirbančios autonomiškai veikiančioje Baltijos EES tretinio reguliavimo galios rezervo trūkumo (pertekliaus) ribos, MW
Metai Vasaros mažiausių apkrovų režimas
Vasaros didžiausių apkrovų režimas
Žiemos mažiausių apkrovų režimas
Žiemos didžiausių apkrovų režimas
2012 741÷86 741÷86 701÷-34 701÷-34 2016 1108÷457 1108÷457 1068÷302 1068÷302 2020 1996÷1149 1996÷1149 1956÷994 1956÷994
Pagal 4.1 ir 4.2 išraiškas 2012, 2016 ir 2020 metams suskaičiuotos sąlyginio reguliavimo
rezervo galios trūkumo (pertekliaus) ribos režimams, kai Lietuvos EES vėjo elektrinių darbinė galia
atitinkamai 500 MW, 1500 MW ir 1900 MW, o Lietuvos EES dirba sinchroniškai su UCTE arba su
IPS/UPS, pateiktos 4.36 lentelėje.
4.36 lentelė. Sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS dirbančios Lietuvos EES sąlyginio reguliavimo galios rezervo trūkumo (pertekliaus) ribos, MW
Metai Vasaros mažiausių apkrovų režimas
Vasaros didžiausių apkrovų režimas
Žiemos mažiausių apkrovų režimas
Žiemos didžiausių apkrovų režimas
2012 -538÷-1316 293÷-486 -588÷-1456 242÷-626
2016 -464÷-1228 366÷-398 -514÷-1403 316÷-573
2020 133÷-871 958÷-41 76÷-1053 906÷-223
Čia yra pateiktos mažiausios ir didžiausios galios reguliavimo rezervų ribos, tačiau
kiekviena elektrinė dirba pagal užduotus grafikus ir palaiko skirtingus galių reguliavimo rezervus.
2012, 2016 ir 2020 metų suminiai būdingų režimų antrinio reguliavimo galios rezervai, kai
atitinkamai darbinė vėjo elektrinių galia 500 MW, 1500 MW ir 1900 MW, pateikti 4.37 lentelėje.
Čia autonominiame režime 2012 m. dirbama su Estlink (350 MW), 2016 m. - su Estlink (1000
MW), NordBalt (700 MW) ir LitPolLink (500 MW, tik eksportas) ir 2020 m. – su Estlink (1000
MW), NordBalt (700 MW) ir LitPolLink (1000 MW) tarpsisteminiais asinchroniniais ryšiais.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
63
4.37 lentelė. Lietuvos EES suminiai antrinio reguliavimo galios rezervai, MW
Metai Režimas Vasaros
mažiausių apkrovų režimas
Vasaros didžiausių
apkrovų režimas
Žiemos mažiausių
apkrovų režimas
Žiemos didžiausių
apkrovų režimas
Autonominis 1304 495 1334 524 2012
Sinchroninis 1354 509 1372 552
Autonominis 1538 708 1563 723 2016
Sinchroninis 1545 711 1541 726
Autonominis 1798 934 1803 978 2020
Sinchroninis 1781 971 1796 996
2012, 2016 ir 2020 metų Lietuvos EES suminiai režimų tretinio reguliavimo galios rezervai,
kai Baltijos EES dirba autonomiškai, o Lietuvos EES vėjo elektrinių darbinės galios atitinkamai
500 MW, 1500 MW ir 1900 MW, pateikti 4.38 lentelėje. 2012 m. Baltijos EES dirba autonomiškai
su Estlink (350 MW) tarpsisteminiu asinchroniniu ryšiu, 2016 m. - su Estlink (1000 MW), NordBalt
(700 MW) ir LitPolLink (500 MW, tik eksportas) tarpsisteminiais asinchroniniais ryšiais, o 2020 m.
– su Estlink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir LitPolLink (1000 MW) tarpsisteminiais
asinchroniniais ryšiais.
4.38 lentelė. Lietuvos EES suminiai režimų tretinio reguliavimo galios rezervai, kai Baltijos EES dirba autonomiškai, MW
Metai Vėjo elektrinių
galia
Vasaros mažiausių
apkrovų režimas
Vasaros didžiausių
apkrovų režimas
Žiemos mažiausių
apkrovų režimas
Žiemos didžiausių
apkrovų režimas
2012 500 178 175 214 180
2016 1500 638 674 548 733
2020 1900 448 333 371 344
2012, 2016 ir 2020 metų tretinio reguliavimo galios rezervai, kai Lietuvos EES dirba
sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS, o vėjo elektrinių darbinė galia atitinkamai 500 MW, 1500
MW ir 1900 MW, pateikti 4.39 lentelėje.
4.39 lentelė. Lietuvos EES suminiai tretinio reguliavimo galios rezervai dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS, MW
Metai Vėjo elektrinių
galia
Vasaros mažiausių
apkrovų režimas
Vasaros didžiausių
apkrovų režimas
Žiemos mažiausių
apkrovų režimas
Žiemos didžiausių
apkrovų režimas
2012 500 267 407 117 378
2016 1500 113 481 172 469
2020 1900 436 599 359 605
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
64
Lietuvos EES trūkstami 2012, 2016 ir 2020 metų antrinio reguliavimo galios rezervai
dirbant sinchroniniu režimu su UCTE arba UPS/IPS ir kai Baltijos EES dirba autonominiu režimu
su anksčiau minėtais tarpsisteminiais asinchroniniais ryšiais pateikti 4.40 lentelėje.
4.40 lentelė. Lietuvos EES trūkstami antrinio reguliavimo galios rezervai
Metai Vėjo
elektrinių galia
Režimas
Vasaros mažiausių apkrovų režimas
Vasaros didžiausių apkrovų režimas
Žiemos mažiausių apkrovų režimas
Žiemos didžiausių apkrovų režimas
Autonominis -545 264 -575 235 2012 500
Sinchroninis -798 -3 -866 -46
Autonominis -483 347 -508 332 2016 1500
Sinchroninis -842 -8 -838 -23
Autonominis 75 939 70 895 2020 1900
Sinchroninis -532 278 -547 253
Lietuvos EES trūkstami 2012, 2016 ir 2020 metų tretinio reguliavimo galios rezervai dirbant
sinchroniniu režimu su UCTE arba UPS/IPS ir kai Baltijos EES dirba autonominiu režimu su
anksčiau minėtais tarpsisteminiais asinchroniniais ryšiais pateikti 4.41 lentelėje.
4.41 lentelė. 2012 metų Lietuvos EES trūkstami tretinio reguliavimo galios rezervai, kai dirbama autonominiu režimu su Estlink (350 MW) tarpsisteminiu asinchroniniu ryšiu, o vėjo elektrinių galia 500 MW
Metai Vėjo
elektrinių galia
Režimas
Vasaros mažiausių apkrovų režimas
Vasaros didžiausių apkrovų režimas
Žiemos mažiausių apkrovų režimas
Žiemos didžiausių apkrovų režimas
Autonominis 668 671 632 666 2012 500
Sinchroninis -818 -113 -686 -273
Autonominis 685 649 775 590 2016 1500
Sinchroninis -469 0 -546 -3
Autonominis 1766 1881 1855 1870 2020 1900
Sinchroninis -173 474 -111 443
Lentelėse pateikti galių rezervai su minuso ženklu reiškia, kad galių reguliavimo rezervas
režime yra pakankamas (perteklinis).
2012 metais dirbant autonominiu režimu su EstLink (350 MW) asinchroniniu ryšiu, kai
Lietuvos EES darbinė vėjo elektrinių galia yra 500 MW, didžiausių apkrovų režimuose Lietuvos
EES susidaro antrinio reguliavimo galios rezervų trūkumai, o tretinio reguliavimo trūkumas
gaunamas visuose režimuose. Bendru atveju Baltijos EES antrinio ir tretinio reguliavimo galios
rezervų trūkumo nėra, jei vėjo elektrinių galia paskirstoma proporcingai sinchroninių zonų
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
65
apkrovoms. Šiuo atveju, kai Lietuvos EES darbinė vėjo elektrinių galia yra 500 MW, Baltijos EES
suminė darbinė vėjo elektrinių galia yra 1429 MW. Baltijos EES 1429 MW darbinę vėjo elektrinių
galią pilnai padengia reikiamais galios rezervais. Didžiausią, šiuo atveju, problemą sukelia apkrovų
trūkumas. EstLink (350 MW) asinchroniniu ryšiu galima perduoti tiktai 315 MW, paliekant 10 %
galios rezervavimo galimybę. Kai eksporto saldo galia EstLink (350 MW) yra 315 MW papildomai
reikalingos tokios apkrovos: Lietuvos EES – 326 MW, Latvijos EES – 223 MW, Estijos EES – 252
MW ir Kaliningrado EES – 131 MW. Viso Baltijos EES papildoma apkrova turi būti 932 MW.
2012 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS antrinio ir
tretinio reguliavimo galios rezervai pilnai padengia 500 MW darbinės vėjo elektrinių galios rezervų
poreikius, tačiau tam, kad visais darbo režimais būtų užtikrinti reguliavimo galių rezervai yra
būtinas 525 MW eksporto saldo.
2016 metais Baltijos EES dirbant autonominiu režimu su EstLink (1000 MW), NordBalt
(700 MW) ir LitPolLink (500 MW, tik eksportas) asinchroniniais ryšiais antrinio reguliavimo galios
rezervo pakanka iki 3792 MW darbinės vėjo elektrinių galios. Vėjo elektrinių galią skirstant
proporcingai pagal apkrovas Lietuvos EES tektų 1300 MW vėjo elektrinių galia, kuriai antrinio
reguliavimo galios rezervas aprūpinamas iš Baltijos EES. Tam, kad Lietuvos EES vėjo elektrinės
galėtų dirbti 1500 MW yra reikalingas papildomas 200 MW antrinis rezervas. Tretiniu reguliavimo
galios rezervu Baltijos EES gali aprūpinti iki 2600 MW vėjo elektrinių galios poreikių. Lietuvos
EES vėjo elektrinių galia, kurią tretiniu reguliavimo galios rezervu aprūpina Baltijos EES, yra 910
MW. Tam, kad vėjo elektrinės Lietuvos EES galėtų dirbti 1500 MW galia yra reikalingas 220 MW
papildomas tretinio reguliavimo galios rezervas. 2016 metais Baltijos EES dirbant autonominiu
režimu su EstLink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir LitPolLink (500 MW, tik eksportas)
asinchroniniais ryšiais, kai Lietuvos EES vėjo elektrinių galia yra 910 MW, o kitoms sinchroninėms
zonoms vėjo elektrinių galia paskirstyta proporcingai, turi būti vykdomas didžiausias eksporto
saldo, kuris yra 2030 MW paliekant galių rezervų palaikymo galimybę. Tam, kad Lietuvos EES
darbinė vėjo elektrinių galia galėtų būti 1500 MW, dar reikalinga papildoma 590 MW apkrova.
2016 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS antrinio ir
tretinio reguliavimo galių rezervo pakanka, kai darbinė vėjo elektrinių galia yra 1500 MW, tačiau
yra būtinas 1400 MW eksporto saldo.
2020 metų autonominio režimo galių rezervų trūkumai yra pateikti tiktai Lietuvos EES,
jeigu vėjo elektrinės dirbtų 1900 MW darbine galia ir būtų reikiamos apkrovos. Atskirai Lietuvos
EES, kai Baltijos EES dirba autonominiu režimu, didžiausias antrinio reguliavimo galios rezervo
deficitas susidaro vasaros didžiausių apkrovų režime – 939 MW. Tam, kad, atskirai Lietuvos EES
vėjo generatoriai galėtų be apribojimų dirbti 1900 MW galia yra būtina užtikrinti 939 MW antrinio
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
66
reguliavimo galios rezervą. Atskirai Lietuvos EES, kai Baltijos EES dirba autonominiu režimu,
didžiausias tretinio reguliavimo galios rezervo deficitas susidaro taip pat vasaros didžiausių apkrovų
režime – 1881 MW. Šiuo atveju, problema yra ne tik galios reguliavimo rezervuose, tačiau ir
eksporto saldo problema. Vėjo generatoriams dirbti be apribojimų atskirai Lietuvos EES yra
reikalinga 1881 MW papildomas tretinio reguliavimo rezervas, tačiau papildomai Lietuvos EES
apkrova turėtų būti didesnė apytikriai 1100 MW. Šiuo atveju, yra reikalingi sąlyginai dideli antrinio
ir tretinio reguliavimo galių rezervai ir mažai tikėtina, kad tokius rezervus įdiegti Lietuvos EES tiek
techniniu, tiek ekonominiu požiūriu įmanoma ir naudinga, todėl šis variantas toliau
nebenagrinėjamas. Visos Baltijos EES atžvilgiu reguliavimo galių rezervo pakanka iki 2250 MW
(riboja tretinio reguliavimo galios rezervas), todėl skirstant proporcingai pagal apkrovas Lietuvos
EES vėjo elektrinių galia negali viršyti 780 MW. Jei Lietuvos EES apkrova būtų didesnė apytikriai
1100 MW, o Baltijos EES galios rezervais aprūpina iki 780 MW vėjo elektrinių darbinės galios,
tada iki 1900 MW vėjo elektrinių darbinės galios papildomai trūksta didžiausio 330 MW antrinio ir
didžiausio 530 MW tretinio galių reguliavimo rezervų.
2020 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS didžiausias
antrinio reguliavimo galios rezervo deficitas susidaro vasaros didžiausių apkrovų režime – 278 MW
o taip pat ir didžiausias sąlyginio rezervo deficitas 474 MW. Vėjo elektrinėms dirbti be apribojimų
1900 MW galia yra būtina įrengti 278 MW antrinio galios reguliavimo rezervo ir 196 MW tretinio
galios reguliavimo rezervo.
Dėl vėjo elektrinių darbinės galios padidėjimo atsiradusio reguliavimo rezervų trūkumo
problema gali būti išspręsta trimis būdais:
1. Vėjo elektrinių įrengtosios galios apribojimas iki tokios reikšmės, kai Lietuvos EES
esantys reguliavimo rezervai ir apkrovos atitiks reikiamus.
2. Šešėlinių elektrinių įrengimas galios rezervams palaikyti.
3. Tarpsisteminių rezervinių galių palaikymo ir eksporto sutarčių sudarymas.
2012 metais visais atvejais vėjo elektrinių galia gali būti apribota tiktai dėl apkrovų arba
eksporto saldo galios trūkumo. Jeigu nebūtų pasiektos reikiamos apkrovos arba reikiamas eksporto
saldo, tada dirbant autonomiškai su EstLink (350 MW) tarpsisteminiu asinchroniniu ryšiu vėjo
elektrinių galia turėtų būti apribota iki 117 MW, o dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS
iki 370 MW.
2016 metais dirbant autonominiu režimu su EstLink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir
LitPolLink (500 MW, tik eksportas) asinchroniniais tarpsisteminiais ryšiais Lietuvos EES vėjo
elektrinių galia gali būti apribota iki 910 MW dėl antrinio reguliavimo galios rezervo trūkumo ir iki
331 MW dėl apkrovų arba eksporto saldo trūkumo. Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
67
arba su IPS/UPS vėjo elektrinių galia gali būti apribota iki 449 MW tiktai dėl apkrovų arba eksporto
saldo trūkumo.
2020 metais taikant vėjo elektrinių galių apribojimo metodą pagal galių rezervus, Baltijos
EES dirbant autonominiu režimu su Estlink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir LitPolLink (1000
MW) asinchroniniais ryšiais, Lietuvos EES reikia apriboti iki 780 MW vėjo elektrinių galią, kai
vėjo elektrinių galia paskirstyta proporcingai pagal apkrovas Baltijos EES, galių rezervai yra bendri
ir eksportuojamos didžiausios 2430 MW galios saldo elektros energija tarpsisteminėmis jungtimis
atmetus rezervų galios dydį. Apribota iki 780 MW Lietuvos EES darbinė vėjo elektrinių galia
sudaro 41 % nuo 1900 MW galimos darbinės galios. Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE
arba su IPS/UPS dėl antrinio reguliavimo rezervo deficito vėjo elektrinių galią reikėtų apriboti iki
1165 MW, tačiau taip pat yra būtinas 1370 MW galios elektros energijos eksportas. Apribota iki
1165 MW darbinė vėjo elektrinių galia sudaro 61,3 % nuo 1900 MW galimos darbinės galios.
Abiem atvejais išskirtinėmis sąlygomis, esant reikiamiems galių rezervams, apkrovoms ir/arba
eksporto galiai, vėjo elektrinių galia gali būti padidinta.
Šešėlinės elektrinės, galinčios dalyvauti reguliavime, yra patikimas galių rezervų palaikymo
šaltinis. Šešėlinėse elektrinėse gali būti naudojami visų tipų generatoriai, kurių pagalba iki ir po 15
minučių gali būti aktyvuota turima galia. Šių elektrinių pagalba gali būti palaikomi antrinio ir
tretinio galių reguliavimo rezervai, kurių poreikis atsiranda dėl darbinės vėjo galios. Šešėlinių
elektrinių galia parenkama pagal reguliavimo rezervų poreikius. 2012 metais dėl 500 MW darbinės
vėjo elektrinių galios visais atvejais šešėlinių elektrinių nereikia. 2016 metais šešėlinės elektrinės
galios reguliavimo rezervų palaikymui gali būti reikalingos tiktai Baltijos EES dirbant autonomiškai
su Estlink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir LitPolLink (500 MW, tik eksportas) asinchroniniais
ryšiais. 2016 metais, kai vėjo elektrinių galia yra 1500 MW, reikia papildomų 200 MW antrinio ir
220 MW tretinio reguliavimo galių rezervų, todėl papildomai reikia įrengti 440 MW šešėlinių
elektrinių. 2020 metais Baltijos EES dirbant autonominiu režimu su Estlink (1000 MW), NordBalt
(700 MW) ir LitPolLink (1000 MW) asinchroniniais ryšiais, Lietuvos EES vėjo elektrinių galia turi
būti apribota iki 780 MW, kai vėjo elektrinių galia paskirstyta proporcingai pagal apkrovas Baltijos
EES, galių rezervai yra bendri ir eksportuojama didžiausios 2430 MW galios saldo elektros energija
tarpsisteminėmis jungtimis atmetus rezervų galios dydį, todėl papildomų šešėlinių elektrinių
rezervų nereikia. Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS papildomi
reguliavimo galių rezervai yra reikalingi virš 1165 MW vėjo elektrinių darbinės galios. Didžiausi
trūkstami reguliavimo galių rezervai pateikti 4.42 lentelėje, kai Lietuvos EES dirba sinchroniškai su
UCTE arba su IPS/UPS, o vėjo elektrinių galia 1900 MW.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
68
4.42 lentelė. Didžiausi trūkstami reguliavimo galių rezervai, kai Lietuvos EES dirba sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS, o vėjo elektrinių galia 1900 MW
Vėjo elektrinių darbinė galia, MW
Trūkstamas antrinis galios rezervas, MW
Trūkstamas tretinis galios rezervas, MW
Trūkstamas sąlyginis galios rezervas, MW
0÷1165 0 0 0
1900 278 196 474
Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE ir su IPS/UPS tam, kad vėjo elektrinės galėtų
dirbti 1900 MW galia visais režimais reikia įrengti apie 300 MW papildomo antrinio reguliavimo
galios rezervo ir apie 200 MW tretinio reguliavimo galios rezervo šešėlinėse elektrinėse su sąlyga,
kad bus eksportuojama didžiausia 2100 MW galios elektros energija.
2012 metais, esant 500 MW darbinei vėjo elektrinių galiai, Lietuvos EES apkrovos, pagal
prognozuojamus apkrovų augimo scenarijus, yra per mažos tam, kad galėtų sunaudoti pagamintą
elektros energiją, todėl visais atvejais (jei techniškai įmanoma) yra reikalingi tarpsisteminiai
susitarimai dėl perteklinės galios eksporto saldo. Susitarimai dėl reguliavimo galių rezervų
palaikymo, esant darbinei 500 MW vėjo elektrinių galiai, reikalingi tiktai tarp Baltijos EES
sinchroninių zonų.
2016 metais, esant 1500 MW darbinei vėjo elektrinių galiai, Lietuvos EES apkrovos, pagal
prognozuojamus apkrovų augimo scenarijus, taip pat yra per mažos tam, kad galėtų sunaudoti
pagamintą elektros energiją, todėl dirbant autonominiu režimu su EstLink (1000 MW), NordBalt
(700 MW) ir LitPolLink (500 MW, tik eksportas) asinchroniniais tarpsisteminiais ryšiais yra
būtinos tarpsisteminės sutartys dėl 2030 MW eksporto saldo ir reguliavimo galios rezervų
palaikymo sutartys, o taip pat ir papildoma 590 MW apkrova pačioje Lietuvos EES. 2016 metais
Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS reguliavimo galių rezervai yra
pakankami, tačiau reikalingos tarpsisteminės sutartys 1400 MW eksporto saldo palaikymui.
2020 metais pastačius naują atominę elektrinę ir įrengus 2000 MW vėjo elektrinių, Lietuvos
EES apkrovos, pagal prognozuojamus apkrovų augimo scenarijus, yra per mažos tam, kad galėtų
sunaudoti pagamintą elektros energiją. 2000 MW vėjo elektrinėms reikiamas antrinio ir tretinio
reguliavimo galių rezervas taip pat nepakankamas. Tam, kad galėtų dirbti atominė elektrinė ir vėjo
generatoriai 1900 MW darbine galia, kai Lietuvos EES dirba sinchroniškai su UCTE arba su
IPS/UPS turi būti pasirašyti tarpsisteminiai susitarimai dėl didžiausios 2100 MW eksporto galios ir
papildomų reikiamų antrinio ir tretinio reguliavimo galių palaikymo. Kai Baltijos EES dirba
autonominiu režimu su Estlink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir LitPolLink (1000 MW)
asinchroniniais ryšiais bendri antrinio ir tretinio reguliavimo galios rezervai gali palaikyti 2220 MW
darbinę vėjo galią, tačiau turi būti pasirašyti tarpsisteminiai 2430 MW galios eksporto saldo ir
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
69
dalinio reguliavimo keičiantis vėjo elektrinių galiai susitarimai su kaimyninėmis EES. 2430 MW
yra ribinė galia, kurią galima perduoti asinchroniniais ryšiais išlaikant galių rezervų panaudojimo
galimybę. Šiuo atveju, esant proporcingam vėjo generatorių darbinės galios paskirstymui, Lietuvos
EES vėjo generatorių darbinė galia negali viršyti 780 MW. Lietuvos EES vėjo elektrinių galiai
padidinti iki 1900 MW yra reikalingi papildomi vietiniai reguliavimo galių rezervai (antrinio 330
MW ir tretinio 530 MW) ir apkrova turėtų būti didesnė 1100 MW.
2020 metų abiejų atvejų galių reguliavimo rezervų poreikiai ir būtinos sunkiausio režimo
(vasaros didžiausių apkrovų režimo) eksporto saldo arba papildomų apkrovų vertės, esant
skirtingoms vėjo elektrinių darbinėms galioms, pateikti 4.43 lentelėje. Abiem atvejais, skaičiuojant
antrinio ir tretinio reguliavimo galių rezervus ir eksporto saldo priimta, kad naujoji atominė
elektrinė dirba pilnu pajėgumu.
4.43 lentelė. Papildomų antrinio ir tretinio reguliavimo galių rezervų poreikiai ir būtini papildomi eksporto saldo bei apkrovos
Sinchroninis režimas su UCTE arba su IPS/UPS
Autonominis Baltijos EES režimas Lietuvos EES vėjo elektrinių darbinė galia,
MW Papildomas PAR/PTR
poreikis, MW Papildomas PSALDO,
MW Papildomas PAR/PTR
poreikis, MW Papildomas Psaldo,
MW 475 0 675 0 1463 780 0 980 0 2430 950 0 1150 50/80 2430 +150
1165 0 1365 115/182 2430 + 365 1425 100/70 1625 190/305 2430 + 625 1900 278/196 2100 330/530 2430 + 1100
Nuliai lentelėje reiškia, kad antrinio ir tretinio reguliavimo galios rezervų netrūksta, o
papildomo eksporto saldo reikšmė po pliuso ženklo reiškia, kad norint padidinti vėjo elektrinių
galią iki atitinkamos reikšmės Lietuvos EES reikia padidinti apkrovas nurodytu dydžiu, nes
eksporto saldo esamomis tarpsisteminėmis jungtimis techniškai padidinti neįmanoma.
Išvados
1. Norint plėtoti Lietuvoje daugeliu požiūrių patrauklių vėjo elektrinių galią, jų keliamų galios
rezervų reikmių patenkinimui reikia plėtoti tarpsisteminius ryšius bei statyti tam skirtas
elektrines – greitai paleidžiamas dujų turbinų ar panašias elektrines.
2. Kruonio HAE išplėtimas iki projektinės galios asinchronizuotais agregatais leistų pasiekti
ženklius galios rezervus elektros energetikos sistemos galioms balansuoti ir kaupti
perteklinę vėjo elektrinių energiją.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
70
3. 2012 metais Lietuvos EES vėjo elektrinių darbinei galiai esant lygiai 500 MW ir Baltijos
EES dirbant autonominiu režimu su EstLink (350 MW) asinchroniniu tarpsisteminiu ryšiu
bei sinchroniniu režimu, reguliavimo galių rezervų netrūksta, tačiau dirbant autonominiu
režimu Lietuvos EES apkrova turėtų būti didesnė 326 MW, o dirbant sinchroniniu režimu
Lietuvos EES apkrovos padidėjimas arba eksporto galios saldo turi būti 525 MW.
4. 2016 metais Baltijos EES dirbant autonominiu režimu su EstLink (1000 MW), NordBalt
(700 MW) ir LitPolLink (500 MW, tik eksportas) asinchroniniais ryšiais, kai Lietuvos EES
suminė vėjo elektrinių galia 1000 MW, papildomai reikia 45 MW tretinio reguliavimo
galios rezervo, o apkrova turi būti 90 MW didesnė (Baltijos EES eksporto galios saldo turi
būti 2030 MW). 2016 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS
reguliavimo galių rezervų netrūksta, tačiau yra būtinas 750 MW eksporto galios saldo.
5. 2016 metais Lietuvos EES vėjo elektrinių darbinei galiai esant lygiai 1500 MW ir Baltijos
EES dirbant autonominiu režimu su EstLink (1000 MW), NordBalt (700 MW) ir
LitPolLink (500 MW, tik eksportas) asinchroniniais tarpsisteminiais ryšiais, vėjo elektrinių
galia turi būti apribota iki 910 MW dėl eksporto saldo galimybių ribos ir tretinio
reguliavimo galios rezervo. Tam, kad Lietuvos EES vėjo elektrinės galėtų dirbti 1500 MW
galia, apkrova turėtų būti didesnė 590 MW, taip pat reikalingi papildomi 200 MW antrinio ir
220 MW tretinio reguliavimo galių rezervai.
6. 2016 metais Lietuvos EES dirbant sinchroniniu režimu, kai vėjo elektrinių darbinė galia
1500 MW, reguliavimo galių rezervų netrūksta, tačiau eksporto galios saldo turi būti 1400
MW.
7. 2020 metais Baltijos EES dirbant autonominiu režimu su Estlink (1000 MW), NordBalt
(700 MW) ir LitPolLink (1000 MW) asinchroniniais ryšiais, kai vėjo elektrinių galia
paskirstyta proporcingai apkrovoms, didžiausia Lietuvos EES darbinė vėjo elektrinių galia
yra 780 MW dėl eksporto saldo galimybių ribos ir tretinio reguliavimo galios rezervo. Tam,
kad vėjo elektrinių galia būtų 1900 MW reikia papildomos 1100 MW apkrovos ir 330 MW
antrinio bei 530 MW tretinio reguliavimo galios rezervų.
8. 2020 metais, kai Lietuvos EES dirba sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS ir veikia
atominė elektrinė, reguliavimo galių rezervų pakanka iki 1165 MW darbinės vėjo elektrinių
galios, o eksporto galios saldo turi būti 1365 MW. Tam, kad vėjo elektrinės galėtų dirbti
1900 MW galia reikalingi 2100 MW didžiausio eksporto galios saldo ir papildomi 300 MW
antrinio bei 200 MW tretinio reguliavimo galių rezervai.
9. Galios perteklius ir reguliavimo galių rezervų trūkumai, atsiradę dėl didžiausios vėjo
elektrinių darbinės galios, gali būti išspręsti taip:
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
71
- Apriboti vėjo elektrinių galią iki priimtinos režimuose pagal apkrovas, eksporto
saldo galią ir reguliavimo galių rezervus.
- Papildomai įrengti trūkstamus antrinio ir tretinio reguliavimo galių rezervus bei
sudaryti reikiamų eksporto galios saldo palaikymo sutartis su kaimyninėmis EES.
- Sudaryti reikiamų eksporto galios saldo ir reguliavimo galių rezervų palaikymo
sutartis su kaimyninėmis EES.
10. Pirmuoju VE plėtros etapu tikslinga laikyti VE plėtrą iki 500 MW įrengtosios galios,
atitinkančiu apie 8% vėjo generavimo skverbtį. Vėliau tikslinga naujomis sąlygomis ištirti
VE plėtros galimybes atsižvelgiant į techninių-ekonominių EES režimų parametrų pokyčius
dėl VE generavimo ir galimą naujų paskirstytosios generacijos šaltinių plėtrą bei naujų tipų
vartotojų atsiradimą.
Literatūra
1. Matthias Lange, Ulrich Focken. State-of-the-Art in Wind Power Prediction in Germany and International Developments. Available at http://www.energymeteo.de/de/media/fic_eeg_article.pdf
2. Hannele Holtinen, Ritva Hirtonen. Power System Requirements for Wind Power. http://lib.tkk.fi/Diss/2004/isbn9513864278/article1.pdf
3. Linnart Soder. The Value of Wind Power. //Wind Power in Power System. Edited by Ackerman T. – John Wiley&Sons Ltd. 2005, pp. 169-195.
4. Hannele Holtinen. Hourly Wind Power Variations in the Nordic Countries. http://www3.interscience.wiley.com/journal/109801185/abstract?CRETRY=1&SRETRY=0
5. Hannele Holtinen. Impact of Hourly Wind Power Variations on the System Operation in the Nordic Countries. //Wind Enwergy. 2005, 8, 197- 218 pp.
6. Design and Operation of Power Systems with Large Amount of Wind Power. IEA Wind Task 25. Final report. – VVT, Finland, 2009.
7. Mantas Marčiukaitis. Investigation, Modeling and Prediction of Wind Energy. Summary of Doctoral Dissertation, Technological Sciences, Energy and Power Engineering (06T). – 2009, Kaunas.
8. ENTSO-E. Operational Handbook. Policy 1. Load-Frequency Control and Performance. http://www.entsoe.eu/resources/publications/ce/oh/
9. Didžiausios vienetinės galios Lietuvos elektros energetikos sistemoje galimybių tyrimas. Sutartis Nr. 21-1091.9.9. Galutinė ataskaita. V. Radziukynas, A. Morkvėnas, LEI, KTU. Kaunas, 2009 m. liepos 15 d.
10. J. Morren, S. W. H de Haan, J. A. Ferreira. Contribution of DG Units to Primary Frequency Control. // 2005 International Conference on Future Power Systems. Amsterdam, Netherlands, November 16-18, 2005.
11. B. H. Chowdhury, H. T. Ma. Frequency regulation with Wind Power plants. // Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008 IEEE.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
72
12. J. Matevosian, T. Ackermann, S. M. Balik. Technical Regulations for the Interconnection of Wind Farmsto the Power System. // Wind Power in Power System. Edited by Ackerman T. – John Wiley&Sons Ltd. 2005, pp. 115-142.
13. S. Gulbinskas. Vėjo energetikos plėtros galimybės Baltijos jūroje. // Konferencija „Vėjo energetikos plėtra ir perspektyvos“, Vilnius 2009-06-15.
14. T. Ackermann. Transmission Systems for Offshore Wind Farms. // Wind Power in Power System. Edited by Ackerman T. – John Wiley&Sons Ltd. 2005, pp. 479-503.
15. The 2009 Renewable Energy Directive (Directive 2009/28). http://www.ewea.org/index.php?id=1681
16. DIRECTIVE 2001/77/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 27 September 2001 on the promotion of electricity produced from renewable energy sources in the internal electricity market http://www.ewea.org/fileadmin/ewea_documents/documents/policy/external_documents/l_28320011027en00330040_1_.pdf
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
73
5. JŪROJE STATOMŲ VĖJO ELEKTRINIŲ PRIJUNGIMO PRIE ELEKTROS TINKLŲ
VIETOS IR GALIOS ĮVERTINIMAS
5.1. Jūroje statomų vėjo elektrinių prijungimo galimybių analizė
Kylant problemų dėl žemės riboto naudojimo, vėjo jėgainių sukeliamo triukšmo ar kitų
problemų bei siekiant išnaudoti Baltijos jūroje esantį vėjo potencialą, labai priimtina yra statyti vėjo
jėgainių parkus jūroje. Projektuojant jūros vėjo parkus reikia atsižvelgti į keletą apribojimų.
Baltijos jūroje karo metu užminuoti plotai, rezervatų, gamtosauginės teritorijos neturėtų būti
pasirinktos kabelių tiesimui iš jūrinių vėjo parkų į krantą, bei pačių jūros vėjų parkų statybai.
Vėjo jėgainių tipas (statoma ant dugno, statoma ant dugno su tvirtinimo trosais, plūduras su
tvirtinimo trosais) bei jų tvirtinimas prie dugno parenkamas pagal jūros gylį toje vietoje, kur
numatomas statyti vėjo parkas. Jei jūros gylis virš 30 metrų tai vėjo jėgainės statomos ant jūros
dugno ir pritvirtinamos specialia konstrukcija, jei jūros gylis viršija 50 metrų – vėjo jėgainės
statomos ant plūdurų ir specialiais trosais pritvirtinamos prie dugno.
Pagal anksčiau Klaipėdos universiteto Baltijos pajūrio tyrimų ir planavimo instituto atliktą
studiją [1] nustatyta, kad Lietuvos respublikai priklausančiuose vandenyse galima pastatyti penkis
vėjo parkus, kurių suminė galia apytiksliai yra 1065 MW. 5.1 paveiksle pateiktas apytikslis vėjo
parkų išdėstymas. Potencialios jų galios būtų 80 MW, 150 MW, 75 MW, 215 MW ir 545 MW.
Nida
Juodkrantė
Klaipėda
Palanga
Šventoji
80 MW
150 MW
545 MW
30 km
5 km
4 km
25 km
215 MW75 MW
5.1 pav. Jūros vėjo parkų išsidėstymo planas
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
74
80 MW parkas nutolęs nuo kranto apie 30 km, 150 MW parkas – 5 km, suminės 290 MW
galios parkai – 4 km, 545 MW vėjo parkas nuo kranto nutolęs apie 25 km.
Vėjo parkų prijungimas prie 110 kV tinklo turėtų būti vykdomas atsižvelgiant į esamą
situaciją ir prijungti vėjo parkai neturėtų sumažinti patikimo elektros sistemos darbo.
Pirmojo vėjo parko, kurio galia 80 MW, teritorija yra netoli Nidos miestelio, todėl jungiant
prie Nidos pastotės reiktų stiprinti elektros linijas. Tuo tikslu reikia rekonstruoti Nidos 35/10 kV
pastotę. 35 kV linijos turėtų būti keičiamas į 110 kV linijas, taip pat pakeisti 10 MVA 35/10 kV
transformatorių iš 35/10 kV į 100 MVA 110/10 kV transformatorių.
Jūros vėjo parkų potencialios galios yra gana skirtingos. Didelės galios (virš 400 MW) vėjo
parkus geriausia prijungti nuolatinės srovės linijomis [2]. Tačiau atsižvelgiant į tai, kad didžiausios
galios vėjo parkų atstumas iki kranto yra mažas, visi vėjo parkai gali būti prijungti prie žemyne
esančių elektros tinklų kintamos srovės linijomis. Jungiant didelės galios vėjo parkus prie Lietuvos
EES 330 kV perdavimo tinklo reikia įrengti atskirą skirstyklą. Preliminari skirstyklos schema
pavaizduota 5.2 paveiksle. Jei prie 330 kV tinklo jungiamų parkų suminė galia nebus didesnė už
400 MW, tai antros, papildomos linijos į Klaipėdą nereikės, skirstyklos schema bus keturkampio
arba trikampio schema.
Nida
Juodkrantė
Klaipėda
Palanga
Šventoji
80 MW
150 MW
545 MW
110 kV330 kV
Į Grobinę
Į Klaipėdą
Į Grobinę
545 MW
290 MW
215 MW75 MW
5.2 pav. Jūros VE išsidėstymo ir prijungimo prie 110 kV ir 330 kV tinklų planas
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
75
Jungiant didelės galios vėjo parkus į elektros tinklą, labai patogu įterpti į jau esamas 330 kV
linijas, tačiau tai neturėtų mažinti elektros sistemos darbo patikimumo. Tikslingiau būtų keletą
parkų, esančių netoli vienas kito sujungti žemesne įtampa ir tada prijungti prie perdavimo tinklo.
Jungiant jūrinius vėjo parkus prie elektros tinklų, suminės galios prie 110 kV ir 330 kV
tinklų prijungtų vėjų parkų neturėtų viršyti 3.3 paragrafe nurodytų galių, kai neinvestuojama į
elektros tinklą. Įrengus didžiausią galimą galią stambiausiuose jūriniuose vėjo parkuose ir juos
jungiant į 330 kV tinklą, reiktų nutiesti antrą 330 kV liniją iki Klaipėdos 330/110 kV pastotės (žiūr.
5.2 pav.).
Tikėtina, kad jūrinių vėjo parkus su perdavimo tinklu jungiančių linijų galios bus mažesnės
už skaičiuojamosios avarijos galią – 600 MW ar 1300 MW, ir pirminio reguliavimo rezervo nereiks
didinti.
Skaičiuojant antrinio ir tretinio rezervų galias, jūroje esančių vėjo elektrinių galios yra
sumuojamos su krante veikiančių vėjo elektrinių galiomis ir nekelia papildomų reikalavimų.
Nedidelės galios jūroje veikiančių vėjo elektrinių reaktyvioji galia ir įtampa valdomos taip
pat kaip ir žemyne pastatytų vėjo elektrinių reaktyvioji galia ir įtampa. Didelės galios (400-600
MW) ir toli nuo kranto (apie 100 km) nutolusiems jūriniams parkams turi būti įrengti reaktyviosios
galios kompensavimo įrenginiai. Reaktyvioji galia turi būti kompensuojama tiek jūroje, tiek krante
įrengtuose kompensatoriuose. Kadangi didžiausias (545 MW) jūros vėjų parkas yra nutolęs tik 25
km nuo kranto, tai jūroje reaktyvios galios kompensavimo nereikės. Kabelių generuojamą
reaktyviąją galią reiks kompensuoti žemyno skirstyklose.
Išvados
1. Baltijos jūros Lietuvos akvatorijos ištirtų teritorijų vėjo parkų potencialas gali siekti apie
1000 MW.
2. Vėjo parkų jūroje galios mažesnės nei skaičiuojamosios avarijos galios – 600 MW arba
1300 MW, todėl jų rezervavimo galimybės yra tokios pačios kaip krante esančių vėjo parkų.
3. Kabelių, jungiančių vėjo parkus jūroje su elektros perdavimo tinklu, ilgiai yra nedideli, todėl
generuojamą reaktyviąją galią kompensuoti reikėtų tiktai krante.
4. Atsižvelgiant į kaimyninių šalių patirtį, didelių jūros vėjų parkų vystymas neatsiejamas nuo
didelės galios tarpsisteminių jungčių vystymo.
5. Plėtojant vėjo parkus, prioritetu turėtų būti krante esančios teritorijos. Kol neišnaudotas vėjų
parkų potencialas krante, jūrinius vėjo parkus netikslinga įrengti dėl žymiai didesnių kaštų.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
76
Literatūra
1. S. Gulbinskas. Vėjo energetikos plėtros galimybės Baltijos jūroje. // Konferencija „Vėjo
energetikos plėtra ir perspektyvos“, Vilnius 2009-06-15.
2. T. Ackermann. Transmission Systems for Offshore Wind Farms. // Wind Power in Power
System. Edited by Ackerman T. – John Wiley&Sons Ltd. 2005, pp. 479-503.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
77
5.2. Vėjo elektrinių galių svyravimų balansavimas Lietuvos EES
Svyravimų balansavimas analogiškas aprašytam 3.4.3 poskyryje, nes sistemos antrinis ir
tretinis rezervas kompensuos visus n-1 tipo blokų ar virtualių blokų (vėjo elektrinių posistemių)
avarinius atsijungimus), nesvarbu, kuriame sistemos taške įvyko avarinis atsijungimas (toli nuo
jūros, pakrantėje ar jūroje.)
Hipotetiniu atveju, jei VE būtų statomos jūroje, o ne sausumoje, jų galių svyravimai
balansuojami tokio patie dydžio rezervais, kaip 3.4 lent., ir rezervai būtų išdėstomi tuose pačiuos
blokuose, kaip nurodyta Priedo 1 lentelėse.
5.3. Tarpsisteminių pjūvių papildomų pralaidumų įvertinimas ir nustatymas
Tarpsisteminių pjūvių apkrovimas Lietuvos vėjo elektrinių generacijos svyravimams
balansuoti bus toks pats, kaip aprašytas 3.5.3 poskyryje, nes tie patys tarpsisteminiai srautai tekės
pro tuos pačius pjūvius.
5.4. Tolygus apkrovos grafiko sekimas ir visapusiško rezervavimo užtikrinimas
Lietuvos poreikio grafiką Lietuvos elektrinės seks tolygiai, dirbdamos tokiu pačiu režimu,
kaip aprašyta sausumos elektrinių atveju 3.6.4 poskyryje.
5.5. Vėjo elektrinių reaktyviosios galios ir įtampos valdymas
Jūroje esančioms elektrinės reaktyviąją galią rekomenduotina kompensuoti krante statomais
įrenginiais.
5.6. Visų rūšių galios rezervų plėtros galimybės
Galios rezervų poreikis, kai dalis ribinių vėjo elektrinių galių (1500-2000 MW) būtų statoma
jūroje, bus toks pats, kaip aprašytas vėjo elektrinių scenarijuje 4.2 poskyrį. Rezervai būtų išdėstomi
analogiškai (žr. Priedo 2 lenteles).
5.7. Visų rūšių galios rezervų teikėjų nustatymo analizė
Vėjo parkams reikalingus rezervus tiek tie patys tiekėjai ir pagal panašias schemas, kaip
nurodyta 4.3 poskyryje.
Rekomenduotina vėjo parkų jūroje rezervavimą užsitikrinti patiems vėjo parkams (užsakant
rezervus), nes jų elektra bus eksportuojama (sausumoje parkai bus pastatyti anksčiau ir jau dengs
dalį Lietuvos poreikio grafiko).
5.8. Tarpsisteminių pjūvių papildomų pralaidumų įvertinimas ir nustatymas
Tarpsisteminių pjūvių apkrovimas Lietuvos vėjo elektrinių generacijos svyravimams
balansuoti bus toks pats, kaip aprašytas 4.5 poskyryje, nes praktiškai tie patys tarpsisteminiai srautai
tekės tais pačiais pjūviais tuos pačius pjūvius.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
78
5.9. Tolygus apkrovos grafiko sekimas ir visapusiško rezervavimo užtikrinimas
Lietuvos poreikio grafiką sekimas bus toks pats sąlyginis, kaip kad aprašyta sausumos
elektrinių atveju 4.6 poskyryje.
5.10. Elektros tinklų investicijų nustatymas
Vėjo parkų prijungimas iki prijungimo prie Lietuvos perdavimo tinklo taškų
(povandeniniais kabeliais ir linijų atkarpomis sausumoje) neturėtų būti finansuojamas Lietuvos
perdavimo sistemos operatoriaus (ir vartotojų) lėšomis.
Jeigu jūrinių vėjo parkų galia pakeistų dalį sausumos parkų galios (kurių suminė galia, kaip
nurodyta, buvo įvertinta, pvz, 1000 MW, 1500 MW, 2000 MW), perdavimo tinklo plėtros išlaidos
neturėtų padidėti lyginant su nurodytomis 4.7 poskyryje, nes investicijas į toliau nuo kranto
esančias linijas pakeistų investicijos į tinklų plėtrą kranto ruožuose.
Pirmiausia rekomenduojama išnaudoti visas galimybes, vietas ant kranto, kur galima įrengti
vėjo elektrines, kadangi jūroje statomų vėjo elektrinių investicijos yra mažiausiai 30% didesnės.
5.11. Papildomų investicijų papildomiems reikiamiems galių rezervams įvertinimas
Investicijų poreikis papildomiems galios rezervams analogiškas aprašytam 4.8 poskyryje.
5.12. Neprognozuojamų vėjo elektrinių galių svyravimų balansavimo galimybės
Neprognozuojami svyravimai turėtų būti mažesni, nes jūroje vėjai pučia tolygiau, mažiau
momentinių svyravimų. Net ir visą ribinę 1500-2000 MW galią įrengus jūroje (hipotetiniu atveju),
Lietuvos elektrinės pajėgs jai užtikrinti antrinį ir tretinį rezervą.
5.13. Vėjo elektrinių reaktyviosios galios ir įtampos valdymas
Dalį VE ribinės galios (1500-2000 MW) įrengus jūroje, reaktyviosios galios ir įtampos valdymų
problemų praktiškai būtų tiek pat, kiek sausumos VE scenarijuje.
Skyriaus išvados
1. Rekomenduotina vėjo parkų jūroje rezervavimą užsitikrinti patiems vėjo parkams, nes jų
elektra bus eksportuojama (sausumoje parkai bus pastatyti anksčiau ir jau dengs dalį Lietuvos
poreikio grafiko).
2. Vėjo parkų prijungimas iki prijungimo prie Lietuvos perdavimo tinklo taškų
(povandeniniais kabeliais ir linijų atkarpomis sausumoje) neturėtų būti finansuojamas Lietuvos
perdavimo sistemos operatoriaus (ir vartotojų) lėšomis.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
79
3. Perdavimo tinklo plėtros išlaidos dėl jūrinių vėjo parkų prijungimo neturėtų padidėti
lyginant sausumos vėjo parkų plėtros scenarijumi. Pirmiausia rekomenduojama išnaudoti visas
galimybes statybai ant kranto, kadangi jūroje statomų vėjo elektrinių investicijos yra mažiausiai
30% didesnės.
5. Dėl nedidelės Lietuvos EES dydžio ir didelių galių jūrinių vėjo parkų, artimiausiu metu
nėra tikslinga diegti jūrines vėjo elektrines.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
80
6. MAŽOS GALIOS VĖJO ELEKTRINIŲ IŠIMČIŲ TAIKYMO ANALIZĖ
Terminas „mažoji vėjo elektrinė“ suprantamas įvairiai. Mažųjų vėjo elektrinių projektavimo
reikalavimų Lietuvos standarte [3] mažoji vėjo elektrinė nustatoma pagal vėjaračio plotą. Tai vėjo
elektrinė, kurios vėjaračio plotas yra 200 m2 ir mažesnis. Vėjo elektrinės su horizontalia ašimi ir
propelerio tipo mentėmis atveju tai būtų vėjo elektrinė su 8 m ilgio ir trumpesnėmis mentėmis bei
25 – 35 m aukščio bokštu.
Antroji būtina sąlyga: mažoji elektrinė yra jungiama prie žemosios 0,4 kV įtampos. Visos
prie 10 kV jungiamos elektrinės jau nėra mažosios vėjo elektrinės.
Lietuvos sąlygose iš 200 m2 vėjaračio su gerai pagaminta vėjo elektrinės mechanine pavara
ir generatoriumi pučiant 14,5 m/s vėjui galima generuoti apie 60 kW galią, prie įprastinių 6,5 m/s
greičių – iki 35 – 40 kW. Griūdamos iš 25 – 35 m aukščio tokios elektrinės yra santykinai mažiau
pavojingos, todėl joms keliami supaprastinto projektavimo ir darbo saugos užtikrinimo
reikalavimai.
Vertikalios ašies su šoninėmis mentėmis mažosios vėjo elektrinės atveju tai būtų viso
besukančio rėmo plotas. Vienai burei tektų 100 m2 plotas. Tokia burė būtų nestabili. Praktiškai
gaminamos vertikaliosios ašies elektrinės yra su 10 – 15 m2 ploto stiklo pluošto bure (burėmis) ir
generuoja vardinę 8 – 12 kW galią.
Mažosios vėjo elektrinės visiškai atitinka paskirstytojo generavimo sąvoką ir paskirtį. Jas
turi statyti tik elektros energijos vartotojas savo poreikiams tenkinti, o pagaminta elektros energija
turi būti suvartojama tos vietovės skirstomajame tinkle. Tada nekils poreikis perskaičiuoti ir
rekonstruoti tinklo relinę apsaugą, kitaip suderinti žeminančiųjų transformatorių įtampos
reguliatorius ir, didėjant elektros srovėms, storinti linijų laidininkus.
Jei prie vienos elektros linijos norima prijungti kelias ar net keliolika mažųjų vėjo elektrinių,
jų derinį reikia laikyti vėjo elektrinių parku ir tada būtina perskaičiuoti elektros režimus bei padaryti
vėjo elektrinių parko prijungimo projektą, nes skirstomieji tinklai susiduria su gudravimu, kai iš
tikrųjų statomas mažųjų vėjo elektrinių parkas, o formaliai kiekviena elektrinė registruojama vis
kita pavarde.
Norint gauti vėjo energetikai vystyti skirtąjį padidintą tarifą, mažoji vėjo elektrinė turi turėti
atskirą komercinę apskaitą. elektros vartotojas – atskirą suvartojamos elektros energijos skaitiklį.
Tik tokiu atveju bus galima sekti ir tikrinti mažosios vėjo elektrinės pagamintą elektros energiją.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
81
6.1. Vėjo elektrinių suminės instaliuotos galios apribojimų taikymo būtinumas
Šiuo metu Lietuvoje galioja sprendimas, kad 250 kW ir mažesnės galios vėjo elektrines ar jų
parkus galima jungti prie skirstomojo tinklo be jokių išankstinių tyrimų, derinimų ir sąlygų. Šį
sprendimą, kaip rodo praktika, būtina peržiūrėti ir pakeisti 30 kW riba.
Tarptautiniuose standartuose [1–2] rašoma, kad iki 30 kW galios generatoriams prijungimo
apribojimai gali būti netaikomi, o nuo 30 kW galios jau reikia daryti prijungimo grandinės ir režimo
parametrų leistinumo elektrinius skaičiavimus.
Ši 30 kW riba taikoma JAV ir kitose išvystytos vėjo energetikos šalyse. Didesnės galios vėjo
elektrinėms ar bet kokios galios, nors ir kelių mažųjų vėjo elektrinių parkui prijungti reikia daryti
prijungimo projektą ir atlikti būsimų darbo režimų elektrinius skaičiavimus.
60 kW galią apibrėžia mažosios vėjo elektrinės sąvokos apibrėžimas, kad tai tokia vėjo
elektrinė, kurios vėjaračio plotas yra iki 200 m2 ploto. Įvertinus Lietuvoje pučiančių vėjų galimus
greičius, gauname 60 kW vardinę galią, prie vardinio greičio (6,5 m/s) gauname 30 – 40 kW galią.
6.1 pav. Vėjo elektrinių klasifikavimas pagal galią
Dar vieną ribą gauname išanalizavus skirstomųjų tinklų maitinančiųjų 10 kV linijų apkrovų
kitimus. Svarbiausia šiuo atveju galia yra , pavyzdžiui, naktinės, mažiausios apkrovos galia. Jei vėjo
elektrinės didžiausia galia neviršys šios apkrovos, elektros srauto iš 10 kV įtampos į aukštesniosios
įtampos tinklą nebus. Gauname, kad šiuo atveju reikia apsiriboti 100 kW galios vėjo elektrinėmis
po vieną elektrinę statant prie vienos maitinančiosios linijos.
Paskirstytojo generavimo ribą pagal tarptautinius standartus [1–2] užsiduodame 10 MW
reikšme. Lietuvos sąlygomis reikia atsižvelgti į bendrą elektros tinklo išvystymo lygį, todėl šią ribą
reikia tam tikru masteliu mažinti, pavyzdžiui iki 5 MW išvystytuose miestų tinkluose ir iki 3 MW
santykinai silpnesniuose kaimiškųjų vietovių tinkluose. Didesnės galios generatoriai turėtų būti
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
82
laikomi įprastinėmis elektrinėmis ir jiems būtina taikyti visas generatorių prijungimo prie sistemos
tinklų reglamentų reikalavimus.
Tikrinant elektros tinklo savybes priimti generatorių galią Lietuvos sąlygomis, reikia
konkrečiai atsižvelgti į vėjo energijos panaudojimo sąlygas. VE statomos nutolusiose vietovėse,
kuriose elektros vartojimas apskritai yra mažas, todėl dabar egzistuojantis elektros tinklas, ypač
skirstomasis tinklas yra pastatytas gana silpnas. Vadinasi, norint patikrinti paskirstytojo generavimo
prijungimo galimybes, reikia tikrinti ar susidarys leistini elektros tinklo elektrinio režimo pokyčiai:
ar didelės galios generavimo metu elektra pradeda tekėti į aukštesniosios įtampos tinklo
pusę;
koks įtampos padidėjimas didžiausio generavimo metu (pučiant smarkiems vėjams);
ar leistinas mirgėjimo aštrumo rodiklis, kurį sukelia greitas įtampos svyravimas
(mirgėjimas, angl. flicker), kurį savo ruožtu sukelia vėjo elektrinės įjungimas ir išjungimas,
bei paties vėjo gūsiai;
kokios aukštesniųjų harmoninių iškreipių sukeliamos srovės ar įtampos;
kokia trifazės įtampos nesimetrija;
ar leistini įtampos kryčiai ir trūkiai.
Elektros kokybės standartas [4] leidžia įtampai padidėti +10 % virš vardinės įtampos.
Viršutinė leistinoji ribą, žemosios įtampos tinkle yra 0,44 kV (fazinė 253 V), o 10 kV tinkle –
11 kV. Viršijus šią ribą, elektrinę reikia atjungti, arba per daug padidėjusią įtampą reikia mažinti
kitomis techninėmis priemonėmis, pavyzdžiui vartoti reaktyviąją galią..
Jei vėjo gūsių sukelti mirgėjimai yra santykinai nedideli ir prasideda bei baigiasi švelniai, tai
generuojamos galios ir tuo pačiu įtampos mirgėjimo aštrumo rodiklis dažnai neviršija leistinųjų
ribų. Jei pasitaikytų tokia elektrinė, kuri turi kelias generatoriaus apvijas ir jas perjungia šuoliais,
tai, kaip rodo praktika, mirgėjimo aštrumo rodiklis viršija leistinąją ribą. Tokiais atvejais ribojamas
galimas didžiausias vėjo elektrinės apvijų įjungimų bei išjungimų per astronominę valandą kiekis,
pavyzdžiui ne daugiau kaip 8 kartai per valandą. Jei valanda dar tęsiasi, o limitas jau išsemtas, vėjo
elektrinė stovi atsijungus, o, stojus naujai valandai, vėl tęsia įprastinį darbą ir generuoja elektrą. Ar
nebuvo pažeidimų matosi elektrinės darbo išklotinėje ir mėnesio gale pateikiamoje darbo
ataskaitoje.
Vėjo elektrinė yra pramoninės serijos gaminys, ji turi būti sertifikuota specialiame vėjo
elektrinių bandymų institute ir turėti gaminio pasą (sertifikatą). Sertifikate pateikiamas išmatuotas
harmoninių iškreipių lygis. Gamintojai visada elektrinę komplektuoja su harmonikų filtrais, todėl
dar nepasitaikė, kad vėjo elektrinės skleidžiamos harmonikos viršytų leistinąsias standartines ribas.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
83
Jei elektrinė yra ne nauja, o restauruota, arba kokioje nors Vakarų šalyje išmesta ir atvežta į Lietuvą
be sertifikato duomenų, jos prijungimas prie tinklų galimas, bet reikia atlikti elektros kokybės
matavimus jau elektrinei veikiant.
Jei vėjo elektrinės generuojama įtampa nekokybiška, elektrinę būtina atjungti ir rekonstruoti.
Rekonstruotos elektrinės darbo kokybė turi būti tikrinama pakartotinai.
Vėjo elektrinės trifazis generatorius yra simetriškas fazių atžvilgiu ir kiek nors didesnių
nesimetrijos apraiškų eksploatavimo metu nepateikia. Jei atsinaujinančios energijos generatorius
yra vienfazis (tai dažnai pasitaikantis fotoelektrinių atvejis), nesimetrijos ribų pažeidimo tikimybė
tampa gana didelė.
Įtampos kryčių ir trūkių reiškinys yra vėjo elektrinės yra su asinchroniniu generatoriumi
savybė.Jo paleidimo metu teka gana didelė paleidimo srovė, kurios pasekmėje gaunamas įtampos
krytis, kuris pavojingas kitiems elektros vartotojams.
Trumpieji jungimai yra nepanaikinamas elektros linijų darbo režimas, todėl tiek elektros
tinklas, tiek prie jo prijungta vėjo elektrinė turi būti paruošti trumpojo jungimo būsenai ir būti
apsaugoti nuo žalingo jo poveikio. Atjungus sugadintą linijos ruožą ir darbo įtampai atsikūrus, vėjo
elektrinė turi toliau dirbti. Šis vėjo elektrinės konstrukcijai skirtasis reikalavimas labai didina
elektros tiekimo patikimumą ir mažina vėjo elektrinių prastovas. Įtampos trūkiai yra pavojingi vėjo
elektrinių generatoriams. Dažniausiai konstrukcijoje suprojektuota reakcija – po tam tikros delsos
vėjo elektrinė nuo tinklo turi būti atsijungta. Delsos trukmė parenkama praktiškai ir nėra
standartizuota.
Tiek elektros tinklas, tiek pati elektrinė turi turėti apsaugos nuo atmosferinių (žaibas) ir
komutacinių (įvairūs perjungimai) viršįtampių technines priemones, kurios parenkamos pagal
elektros įrenginių įrengimo taisykles. Vienintelis viršįtampis, likęs be išsamaus dėmesio, yra
ferorezonanso sukeliami periodiniai viršįtampiai, kurių amplitudės gali būti kelis ar net keliolika
kartų didesnės už vardinę įtampą. Elektros tinkle, kuriame jau yra įrengtų kondensatorių baterijų
galios koeficientui gerinti, atsiradus naujam induktyviąją varžą turinčiam įrenginiui – elektrinės
generatoriui, visada reikia tikrinti ar nesusidaro ferorezonansas ir ar nėra jo sukeltų viršįtampių.
Reiškinio pavojingumą didina tai, kad jokių apsaugos priemonių nuo ferorezonanso paprastuose
elektros tinkluose nėra. Nuolatinis sudegusių įtampos transformatorių keitimas ferorezonanso
nepašalina.
Elektros tinklą naudojant kaip informacijos perdavimo terpę, be pagrindinio 50 Hz dažnio ir
jo harmonikų dar sklinda įvairūs signaliniai dažniai. Jei apsiriboti 40-ąja harmonika, tai signalinių
dažnių juosta gali prasidėti jau nuo 2 kHz dažnio. Skiriami žemadažniai ir aukštadažniai
informacijos nešliai. Pirmieji taikomi įvairiems elektros skaitiklių ar elektros imtuvų perjungimams
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
84
bei apsauginei signalizacijai, tai antrieji skirti skaitmeniniams telekomunikacijos signalams, ir net
internetui perduoti. Šiaip šiuos signalinius dažnius lengva nufiltruoti, tačiau jei be pagrindinio
naudingo dažnio prisiplaka įvairūs nereikalingi dėl savitarpio indukcijos ir spinduliuočių atsiradę
parazitiniai signalai, pastarųjų slopinimas ir naudingojo nešlio stiprinimas tampa labai aktualia
elektros linijų panaudos informacijai perduoti problema.
Skirstomieji elektros tinklai priima (perka) mažųjų elektrinių pamintą elektros energiją ir ją
teikia (parduoda) vietiniams ar tolimesniems vartotojams. Kainų skirtumas nėra didelis, nes
atsinaujinantieji elektros šaltiniai per supirkimo kainą yra skatinami veikti. Pajamos už šios elektros
energijos skirstymą turi dengti bent jau elektros skirstomojo tinklo eksploatavimo išlaidas ir
kompensuoti tinkle susidarančius papildomus elektros energijos nuostolius. Didėjant mažosios vėjo
elektrinės galiai ir pagamintos elektros energijos kiekiui, jau susidaro finansinė situacija, kai iš vėjo
pagaminta elektros energija teka per žeminamąjį transformatorių į aukštesnės įtampos tinklą ir jos
vietiniai vartotojai nepanaudoja, Tai skirstomajam tinklui sukelia papildomus elektros energijos
perdavimo nuostolius. Elektrai pasiekus perdavimo tinklą už skirstomajame tinkle paliktus
nuostolius niekas nebeužmoka, už juos moka visi elektros vartotojai per pabrangusios elektros
energijos tarifą visos šalies mastu, bet skirstomojo tinklo įmonėje susidaro finansiniai nuostoliai. Jei
norima statyti tokią elektrinę, paprastai didesnę už 100 kW galios, elektros nuostolių
kompensavimo klausimus reikia aptarti iš anksto sudaromoje finansinių įsipareigojimų sutartyje. Be
abejo ši sutartis turi būti terminuota, ir galimų patikslinimų galimybė turi būti numatyta.
Visi šie aptartieji poveikiai nustato mažųjų vėjo elektrinių galą, kuriai gali būti taikoma
įrengimo išimtis. Tegu vėjo elektrinės paleidimo srovės sukeltas tinklo leistinasis įtampos pokytis
[4] bus lygus standarte nurodytai vertei. Tuomet fazinis įtampos krytis yra:
NgrpVE UUZkI , (6.1)
čia – IVE – vėjo elektrinės vardinė srovė; kp – paleidimo srovės koeficientas; Zgr – grandinės nuo
maitinimo pastotės iki trumpojo jungimo vietos pilnutinė varža; U – leistinasis santykinis įtampos
pokytis (0,1); U N – elektros tinklo vardinė įtampa. Jei tikrinamas trifazis generatorius, taikoma
tarpfazinė įtampa.
Padauginus abi nelygybės puses iš 3 ir vardinės linijinės įtampos UN, gaunama, kad:
3 3 NNgrpVEN UUUZkIU
Pertvarkius formulę gaunama:
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
85
21N
grpVE UU
ZkS . (6.2)
Trumpojo jungimo galia SK nagrinėjamame elektrinės prijungimo prie tinklo taške gali būti
apskaičiuota taip:
gr
N
gr
NNKNK Z
U
Z
UUIUS
2
3 3 3 . (6.3)
čia – IK – trumpojo jungimo srovė nagrinėjamame tinklo taške.
Padalinus (6.2) ir (6.3) išraiškas vieną iš kitos ir pertvarkius, gaunama formulė vėjo
elektrinės galiai nustatyti:
U
kS
Sp
KVE
. (6.4)
Tuomet vėjo elektrinės su asinchroniniu generatoriumi, kurio paleidimo srovės kartotinumas
yra 5 ir kuri bus statoma viešo naudojimo elektros tinkle su leistinuoju įtampos pokyčiu 10%, galia
turi neviršyti:
50K
VE
SS .
Jei statoma vėjo elektrinė su fazinį rotorių turinčiu generatoriumi (dvigubo maitinimo
asinchroninis generatorius, angl. DFIG), kurio paleidimo kartotinumas yra 2, tuomet elektrinės
galia turi neviršyti:
.20
tjVE
SS
Jei vėjo elektrinė turi sinchroninį kintamo dažnio generatorių ir puslaidininkinį keitiklį, kurių
paleidimo kartotinumas 0,7, tai elektrinės galia turi neviršyti:
.7K
VE
SS
Tais atvejais, kai formulė (6.4) duoda per mažą elektrinės leistinąją galią, o norima statyti
galingesnė elektrinė, reikia taikyti kitas technines priemonės. Pati veiksmingiausia priemonė yra
elektrinę jungti ne prie viešo elektros tinklo, o prie nuosavo, kuriame standarto reikalavimai
nebegalioja. Antra, bet jau sudėtingesnė priemonė yra kompiuterizuotas elektros tinklo įtampos
reguliavimas, naudojant automatiškai valdomą įtampos atšakų perjungiklį, papildomas
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
86
kondensatorių baterijas ar papildomų elektros įrenginių, vartojančių padidintus elektros kiekius,
įjungimas.
Suminės galios parinkimas visai mažųjų vėjo elektrinių grupei arba parkui turi savų
ypatybių. Jei galima teigti, kad visos elektrinės statomos kompaktiškai ir bus jungiamos prie tam
tikro ekvivalentinio tinklo taško, tai galima priimti, kad visa šį grupė bus viena suminės galios
elektrinė ir taikyti (6.4) formulę.
Jei elektrinės statomos padrikai, tenka skaičiuoti atskiras trumpojo jungimo galias
kiekviename komutacijos taške. Po to rasti jų vidurkį ir vėl taikyti (6.4) formulę.
Jei vėjo elektrinės jau yra pastatytos ir dabar reikia pastatyti dar vieną, uždavinio
supaprastinimui gali priimti prielaidą, kad prie tinklo įtampos pokyčių prisideda visos elektrinės,
bet nevienodai, o proporcingai savo vardinei galiai. Tuomet naujos elektrinės galia gali būti
nustatyta taip:
.1
2
parko
l
p
KVE S
U
kS
S
(6.5)
Ši formulė nagrinėja atvejį, kai pasileidžia visos prie tos linijos prijungtos vėjo elektrinės
vienu metu. Tai nėra labai retas įvykis. Jei elektros linija buvo atjungta apžiūrai ar kitam darbiniam
perjungimui, tai prijungus įtampą, gali pradėti leistis visos prie tos linijos prijungtos elektrinės. Jei
(6.5) sąlyga netenkina, reikia imtis papildomų techninių priemonių, pavyzdžiui, vėjo parko valdymo
kompiuteris turi neleisti vėjo elektrinėms startuoti vienu metu. Tada galima grįžti prie (6.4)
formulės.
Projektavimo stadijoje ši sąlyga turi būti perskaičiuojama tiksliau, ypač, jei taikomos
papildomos įtampos pokyčių kompensavimo priemonės: valdomos kondensatorių baterijos, įtampą
koreguojantys valdomų atšakų transformatoriai.
Be techninių apribojimų įvertinimo, labai svarbi yra finansinė elektros nuostolių
kompensavimo sąlyga. Skirstomieji tinklai nustato ribinę leistinąją vėjo elektrinės, kuri jungiama
prie viešo bendrojo naudojimo tinklo linijos, galią taip:
minapkrVE SS . (6.6)
Šis formulė apriboja vėjo elektrinės galią iki mažiausios tos vietovės elektros apkrovos
lygio. Praktiškai tai reiškia, kad vėjo elektrinės generuojamoji elektros energija netekės į aukštesnės
įtampos tinklą, o bus suvartojama tos pačios elektros linijos maitinamų vietinių vartotojų. Tada
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
87
skirstomųjų tinklų įmonė nepatirs papildomų finansinių nuostolių kompensuodama elektros linijoje
susidarančių elektros nuostolių vertę. Ši (6.6) sąlyga įteisina [1] standarto pagrindinį reikalavimą –
visa mažųjų generatorių elektra turi būti suvartota tame pačiame skirstomajame tinkle.
Vakarų skirstomojo tinklo (VST) mažiausios 10 kV elektros linijų apkrovos tokios, kas be
apribojimų galima statyti maždaug 100 kW ir mažesnės galios vieną vėjo elektrinę vienoje elektros
linijoje.
Išsprendus apmokėjimo už skirstomajame tinkle susidarančius nuostolius problemą, tai yra,
jei kas nors apmokės skirstomajam tinklui už vėjo elektrinės generuojamos elektros energijos
perdavimą į aukštesnės įtampos tinklą, šis apribojimas gali būti panaikintas ir galima būtų statyti
didesnės galios vėjo elektrinę, kurios galią tada ribotų tik techniniai elektros linijos leistinosios
darbo srovės, didžiausios leistinosios darbo įtampos ir elektros kokybės parametrų leistinumo
techniniai reikalavimai.
6.2. Būtinos informacijos iš mažųjų vėjo elektrinių
Mažoji vėjo elektrinė (60 – 100 kW galios ) yra pakankamai brangus techninis įrenginys ir jo
valdymui paprastai yra naudojamas tam pritaikytas kompiuteris. Gamyklose pagamintos vėjo
elektrinės turi daugiau ar mažiau išvystytas kompiuterinio valdymo sistemas, pagrindinių veikos
parametrų ir oro sąlygų jutiklius, įvykių registravimo ir pagamintos elektros energijos apskaitos
sistemas. Vėjo elektrinę savininkui patogiau valdyti iš įstaigoje įrengto terminalo. Sudarius sutartį
su specializuota vėjo elektrinių aptarnavimo tarnyba, ši stebi elektrinės darbą nuotoliniu būdu, ir
iškilus būtinybei atlieka priežiūros bei remonto darbus. Vadinasi, vėjo elektrinės valdymo ir
apskaitos sistemos turi pakankamai duomenų ir minimali būtinos informacijos, kurią, esant reikalui,
galima perduoti elektros tinklo operatoriui yra:
1. Elektrinės būsena. Elektros saugos požiūriu tinklo operatorius turi žinoti ar elektrinė
prijungta ir veikia. Šios žinios būtinos atliekant elektros tinklų aptarnavimo darbus, nes bet
koks neatidumas gali sukelti aptarnaujančio personalo traumas ar net žūtį.
2. Pagamintos elektros energijos kiekis ir galia. Elektros prekybos aspektu, tinklo operatorius
turi žinoti pagamintos elektros energijos kiekį ir, jei yra kompiuterinis ryšys, tai ir
akimirkinę generuojamąją galią.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
88
6.1 lentelė. Minimalus būtinos informacijos iš mažųjų vėjo elektrinių sąrašas
Duomenų pavadinimas Pateikimo dažnis Pateikimo forma ir būdas
Būsena (darbo požymis) Nuolat Telefonu arba nuotolinio
signalizavimo įtaisu
Sugeneruotas elektros energijos kiekis
Mėnuo arba dažniau Raštu per paštą,
telefonu pasakant žodžiu, arba nuotolinio matavimo įtaisu
Prisidengiant lėšų taupymu ir ryšių nebuvimu, mažosios vėjo elektrinės paleidžiamos veikti
ir dirbti prisijungus prie viešojo elektros tinklo be jokio nuotolinio ryšio su tinklą eksploatuojančia
institucija. Pasitenkinama kas mėnesį (arba dažniau) pateikiant generuotos energijos skaitiklio
rodmenų ataskaitą. Ataskaita gali būti siunčiama paštu arba perduodama telefonu.
Minimalus būtinos informacijos iš mažųjų elektrinių sąrašas pateikiamas 6.1 lentelėje.
Papildomas rekomenduojamas informacijos iš mažųjų vėjo elektrinių sąrašas pateiktas 6.2
lentelėje.
6.2 lentelė. Papildomas rekomenduojamos informacijos iš mažųjų vėjo elektrinių sąrašas
Duomenų pavadinimas Pateikimo dažnis Pateikimo forma ir būdas
Nuotolinis atjungimas ir paleidimas
Pagal reikalą Nuotolinio signalizavimo ir
valdymo įtaisu
Sugeneruotas elektros energijos kiekis
Kas valandą arba dažniau Nuotolinio matavimo įtaisu
Generuojamoji galia Nuolat Nuotolinio matavimo įtaisu
Elektrinės valdiklių įspėjamieji, prieš-
avariniai ir avariniai signalai
Pagal reikalą Nuotolinio matavimo ir
signalizavimo įtaisu
Papildomoji informacija yra reikalinga mažąją vėjo elektrinę eksploatuojančiai tarnybai,
savininkui ir, jei yra nuotolinis kompiuterių ryšys su skirstomojo tinklo operatoriumi, tinklą
eksploatuojančiai tarnybai.
6.3. Informacijos perdavimo reikalavimų rekomendacijos
Visi informacijos perdavimo ryšiai ir įrenginiai elektros energetikos sistemoje turi atitikti
pamatinio standarto [5] reikalavimus. Jis pakeitė iki tol buvusius margus dalinių ir tik atskiriems
įrenginiams pritaikytus reikalavimus, duomenų sudarymo protokolus ir informacijos siuntimo bei
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
89
priėmimo tvarką. Standartas labai populiarus. Jis leido atpiginti ir padaryti vienodai veikiančius
(unifikuotus) elektros sistemų ryšių įrenginius. Pramonės automatizavimo firmos net pradėjo šį
energetikos standartą taikyti pramonės įmonėse.
Vėjo elektrinių informacijos perdavimo ir priėmimo ryšių priemonės sukonkretintos [6]
standarte. Vėjo elektrinių informacijos perdavimo ryšių standartą sudaro 5 dalys: pirmoji – principų
ir modelių bendrasis apibrėžimas, antroji – informaciniai modeliai, trečioji – informacijos mainų
modeliai, ketvirtoji – ryšių profilio atvaizdavimas ir penktoji – atitikties bandymai.
Standartinis ryšių modelis, pritaikytas vėjo energetikai rodomas 6.1 paveiksle.
6.1 pav. Standartinis vėjo energetikai pritaikytas ryšių modelis
Tam tikrą iš anksto užkoduotą ir apsaugotą nuo nesankcionuoto įsikišimo pranešimą galima
siųsti įvairiais fiziniais kanalais. Paprasčiausias, bet ir brangiausias būtų mobiliojo telefono
panaudojimas. Kitas labai paplitęs kanalas yra kompiuterių tinklas, taikant interneto protokolą. Šis
variantas labai paplitęs JAV. Standarte nepatikslinamas fizinės ryšio terpės pasirinkimas. Čia
paliekama pasirinkimo laisvė. Labai perspektyvus ir ekonomiškas informacijos perdavimo variantas
yra naudoti patį elektros tinklą kaip informacijos kanalą, siunčiant per jį aukštadažnį informacijos
nešlį.
Pirkti ar kurti kokią nors savadarbę, nestandartinę informacijos perdavimo ryšio priemonę
niekas nedraudžia, bet tai bus brangiau, nepatikimiau ir sunkiau be autoriaus įsikišimo
remontuojama.
6.1 paveiksle parodytas ryšių modelis yra universalus. Pagal šį principą sukurtas programas
galima instaliuoti į vėjo elektrinėje jau esantį valdymo ar į papildomą ryšio kompiuterį. Į
skirstomojo tinklo nuotolinio valdymo kompiuterinę sistemą prie joje esančių pastočių,
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
90
kondensatorių baterijų ir kitų energetinių objektų informacinių modelių papildomai būtų prirašytas
dar kiekvienai vėjo elektrinei skirtas informacinis modelis.
Kliento – serverio koncepcija ir standartinių nuorodų forma leidžia labai suprastinti ir
unifikuoti tiek pačias informacines sistemas, tiek jų tarpusavio ryšius. Kartu tai labai ištobulinta
saugos sistema, aptarnaujanti tik autorizuotus simbolių lygmens adresus (angl. ATLAS).
6.2 pav. Informacijos pranešimo tarp tinklo operatorius (klientas) ir vėjo elektrinės (objektas) pavyzdys
6.3 pav. Vėjo elektrinės informacinis modelis
Vėjo elektrinės priežiūros centro užklausų ir komandų bei atsakymų į jas dialogo pavyzdys
parodytas 6.2 paveiksle. Naudojamas standartinis priežiūros pranešimų pavidalas, susidedantis iš
tipinio kreipinio ir iš parenkamų, taip pat iš anksto žinomų, atsakymų. Į vėjo elektrinės kompiuterį,
kuris šiuo atveju atlieka komandų priėmimo ir siuntimo serverio darbą, praleidžiamos tik saugos
reikalavimus tenkinančių klientų (savininko, serviso tarnybos, skirstomojo tinklo operatoriaus)
siunčiamos komandos. Galimi tik trys atsakymų tipai: konkretaus parametro skaitmeninė vertė ar
binarinis pranešimas (taip – ne), nustatytas pranešimo tinkamumas, arba negalimos užklausos klaida
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
91
ir vėl siunčiamas pranešimas apie komandos vykdymą (įvykdymą arba įvykdymo negalėjimą). Tai
leidžia greitinti patį procesą ir mažina galimų klaidų tikimybę.
Kompiuterių atmintyje turi būti įrašytas vėjo elektrinės informacinis modelis. Jo blokinis
modelis rodomas 6.3 paveiksle.
Vėjo elektrinės informacinis modelis visada yra įrašytas į vėjo elektrinės valdymo
kompiuterio atmintį. Pagrindinę komandų dalį vėjo elektrinėse generuoja vietiniai automatikos
įtaisai ir įvairios skaitmeninės apsaugos. Jų komandos ir pranešimai yra tokios pat formos ir
struktūros kompiuteriniai pranešimai, kaip ir išorinių valdymo komandų pranešimai, todėl juos
visus patogu archyvuoti vienoje įvykių lentelėje.
Priežiūros įmonė informuoja savininką apie vėjo elektrinės avarinius sustojimus, apsaugų
darbą, pažaidas ir gedimus, o savininkas, jei taip susitarta, informuoja elektros tinklų dispečerį.
Neleistinų sistemos galios balansų, tarpsisteminių srautų ar dažnio pokyčių atvejais sistemos
operatorius, nusprendęs laikinai riboti vėjo elektrinių galią, siunčia galios ribojimo komandą tiesiai
elektrinėms, kurios apie galios ribojimo įvykį praneša jų darbą stebinčioms įmonėms. Priežiūros
pranešimų, komandų ir informacijos mainų sistemoje tik daugės, o pati sistema ateityje vystysis į
savarankiškai dirbantį sumanųjį elektros tinklą, todėl labai svarbu jau iš pat pradžių taikyti pačius
pažangiausius informacijos energetikoje (61850 serija) standartus. Vėjo energetikos informacijos
mainų modelis rodomas 6.4 paveiksle.
6.4 pav. Vėjo energetikos informacijos mainų modelis
Planuojant mažosios vėjo elektrinės informacijos perdavimą reikia išnaudoti pačios
elektrinės valdymo kompiuterio bei esamų skirstomojo tinklo ryšių priemonių bei valdymo
kompiuterių galimybes. Be informacinio ryšio su skirstomuoju tinklu dirbančios mažosios vėjo
elektrinės neturi ateities. Ateityje jos tiks tik lokaliam darbui be prisijungimo prie viešojo elektros
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
92
tinklo, pavyzdžiui, tik šildyti savininko fermą ar šiltnamį. Bet ir tuo atveju be valdymo kompiuterio
nebus išsiversta.
Planuojant skirstomojo tinklo rekonstrukcijas į sumanųjį elektros tinklą, jau dabar statant
vėjo elektrines reikia iš anksto numatyti sąlygas, kurias teks kelti vėjo elektrinėms, kad ateityje
nebūtų kliūčių kuriant elektros prekybos automatizuotas sistemas ir derinant sumaniųjų tinklų darbo
sąlygas (žr. 7 skyrių). Pagrindinis reikalavimas, kad vėjo elektrinę būtų galima valdyti: mažinti jos
galią arba atjungti, jei niekas jos elektros neperka, atjungti, jei yra priešavarinė elektros tinklo
būsena, prijungti, jei, atsirado galimybė veikti, elektrinėje keisti įtampos ir dažnio valdymo
automatikos nuostatas, gauti produkcijos realizavimo, gamybos, prarastos (nepagamintos) energijos
kiekius ir kt. panašią informaciją. Jei elektrinė negali būti per nuotolį valdoma, galų gale gali veikti,
bet su sąlyga, kad sumaniojo tinklo veikimui netrukdys ir, susidarius probleminei situacijai, bus
savininko nugriauta arba rekonstruota.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
93
6.4. Vėjo elektrinių suminės instaliuotos galios kiekio apribojimų tyrimai
Smulkioms (pavienėms) vėjo elektrinėms rekomenduotina netaikyti principinių išimčių
lyginant su stambiems vėjo parkams keliamais reikalavimais.
Pasaulyje mažos galios vėjo elektrinės diegiamos kaimo vietovėse, kurios, lyginant su
miestais, pasižymi silpnesniais elektros tinklais ir mažesnėmis tinklų apkrovomis. VE jungimą prie
skirstomųjų tinklų (10 kV) riboja kraštutinis režimas, kai prijungtų vartotojų apkrovos mažiausios,
o įtampos – aukščiausios. Tačiau šis ribojimas taikytinas dabartiniams, t.y. pasyviems elektros
tinklams. Laukiama, kad pertvarkius skirstomuosius tinklus į „protingus“ tinklus, prijungti bus
galima žymiai daugiau [17]. „Protinguose“ tinkluose numatomos 3 alternatyvos tokiam
kraštutiniam režimui išsaugoti nuo perėjimo į neleistiną režimą: 1) atjungti dalį VE; 2) realiu laiku
reguliuoti reaktyvines galias skirstomajame tinkle naudojant kompensatorius; 3) naudoti suderintą
(koordinuotą) transformatorių atšakų automatinį perjungimą.
Prijungus daug elektrinių prie skirstomųjų elektros tinklų, gali susidaryti atbulinis galios
srautas per transformatorių su automatiniu atšakų perjungimu iš vidutinės įtampos tinklų į aukštos
įtampos tinklą. Tai gali sutrikdyti atšakų perjungiklių, kurie sukonstruoti tik vienos krypties srautui,
veikimą. Tokie sutrikimai dar iki 2003 buvo pasireiškę Didžiosios Britanijos EES, o Airijoje jų
nepastebėta [18].
Rekomenduotina Lietuvoje mažas vėjo elektrines jungti tose vietose ir tokiomis apimtimis,
kad nebūtų viršyti aukščiau minėti leistinų įtampų ir atbulinio srauto susidarymo kriterijai. Tam
reikia konkrečiose vietovėje atlikti apkrovų monitoringą ir įtampų skaičiavumus. Bendra suminė
galia preliminariu vertinimu galėtų būti 15 diegiamos VE apimties visoje elektros energetikos
sistemoje.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
94
Išvados
1. Mažoji vėjo elektrinė yra tokia elektrinė, kurios vėjaračio plotas yra ne didesnis kaip 200 m2
ir kuri yra jungiama prie 0,4 kV elektros tinklo. Tokios elektrinės vardinė galia yra apie
60 kW ir vidutinė galia apie 35 - 40 kW prie metinio vidutinio 6,5 m/s vėjo greičio. Tokiai
elektrinei taikomi supaprastinti projektiniai atsparumo ir saugos, tačiau įprastinai elektros
įrenginių įrengimo ir elektrosaugos reikalavimai, jai gali būti taikomi supaprastintas būtinos
informacijos apie savo darbą pateikimo variantas.
2. 100 kW ir visos kitos galingesnės vėjo elektrinės turi turėti kompiuterinį ryšį su elektrinės
savininku, jas eksploatuojančia bendrove ir su skirstomojo tinklo operatoriumi. Operatorius
turi turėti galimybę, esant būtinybei, operatyviai valdyti elektrinės galią.
3. Vėjo elektrinės informacinis modelis ir vėjo energetikos informacijos mainų modelis turi
supaprastinti ir padaryti maksimaliai saugius informacijos pranešimus bei jų perdavimą.
Informaciniai modeliai turi atitikti standartus.
Literatūra
1. Institute of Electrical and Electronics Engineers, Standard 1547: IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems, July 28, 2003. http://www.nrel.gov/docs.
2. IEEE Application Guide for IEEE Std 1547™, IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems. IEEE Std 1547.2™-2008, IEEE, N.Y.,2009, 219 p..
3. LST EN 61400-2 Vėjo turbinos. 2 dalis. Projektavimo reikalavimai keliami mažoms vėjo turbinoms (IEC 61400-2:2006), Lietuvos standartas, 2006
4. LST EN 50160. Bendrųjų skirstomųjų elektros tinklų įtampos charakteristikos. Lietuvos standartas. 2006.
5. LST EN 61850. Pastočių ryšių tinklai ir sistemos. Lietuvos standartas, 2005. 6. LST EN 61400-25. Vėjo elektrinių stebėsenos ir valdymo ryšiai. Lietuvos standartas, 2006.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
95
7. PASKIRSTYTOJO GENERAVIMO IR SUMANIŲJŲ TINKLŲ PRINCIPAI PAGAL TARPTAUTINĘ PRAKTIKĄ
Du didieji dvidešimtojo amžiaus išradimai: visus kontinentus apimantis elektros tinklas ir
taip pat visus kontinentus apimantis internetas, o iš tikrųjų už šių reiškinių stovintys tarptautiniai
koncernai nutarė susivienyti ir sukurti taip vadinamąjį sumanųjį (angl. smart) tinklą. Tai nėra koks
netikėtumas, ar absoliuti naujiena. Apie kompiuterių panaudojimą energetikoje tiek valdant
gamybos procesą, tiek optimizuojant atskirus režimus žinome jau senai. Apie energetikoje vykstantį
elektros rinkos kūrimą, elektros energijos prekybą ir prekybos konkursus taip žinome. Tiesiog
pribrendo trečiasis energetikos laisvinimo žingsnis: elektros rinkos dėsnius perkelti į žemiausios
įtampos tinklus ir padaryti pasiekiamais visiems elektros vartotojams.
Kaip praneša savo apžvalgoje Anglijos dienraštis Economist, sumanųjį tinklą kaip savo
investicijų lauką informatikos gigantai Google ir Microsoft mato visam dvidešimt pirmajam
šimtmečiui ir prognozuoja nuo 100 iki 1000 kartų didesnių pelnų negu iš interneto. Savo pyrago
dalies tikisi Siemens, IBM ir kitos, ypač gaminančios buitiniams vartotojams sumaniąsias sistemas,
firmos. Logika yra tokia. Jeigu žemosios įtampos tinklų vartotojai pirkdami elektros energiją ir
naudodami sumaniuosius elektros skaitiklius, sutaupys pinigų, tai elektros vartotojai juos turi jau iš
anksto investuoti į kompiuterizuotą elektros imtuvų ūkį ir dvipusį telekomunikacinį ryšį palaikantį
elektros skaitiklį, atliekantį ne tik elektros skaitiklio, bet ir elektros imtuvų įjungimo ir atjungimo
nuo tinklo pagal elektros kainos kitimą, namų ūkio dispečerio pareigas atliekantį ir pan., prietaisą.
Kalifornijos silicio slėnio firmos Brattle Group atstovas Ben Kortlang [1] brifinge paskelbė
apskaičiavęs, kad jeigu apie momentinę elektros kainą Kalifornijos elektros tinkle būtų
informuojami elektros vartotojai, didžiausių apkrovų pikas sumažėtų mažiausiai 5%, o jei daug
energijos imančius buitinius prietaisus (indaploves, skalbykles, vandens kaitinimo boilerius ir pan.)
valdytų sumanusis elektros skaitiklis, pikai sumažėtų dar bent 7%.
Pateiktas pavyzdys gali ir neveikti, jei visą laiką elektros energijos kaina, pavyzdžiui,
dominuojant pigiai atominės elektrinės energijai, nekistų ir tiesiog nebebūtų ką optimizuoti. Kitas
kraštutinumas, kai visi vartotojai lauktų pigiausios elektros energijos valandos ir įjungę savo
imtuvus sukeltų tinklo apkrovos smailę ir elektros kainos šuolį. Koks būtų uolumą rodančiųjų
nustebimas, kai paaiškėtų, kad nieko nedarantys kaimynai už elektrą moka mažiau. Tai patvirtino
Puget Sound Energy kompanijos iš Sietlo eksperimentas su „elektros naudojimo valandomis“ po 21
val. vakaro, kada, kaip buvo paskelbta, kad elektra bus pigesnė. Kompanija turėjo eksperimentą
nutraukti. nes to pigumo ir nebeliko.
Europos Komisijos atstovas p. Anthony Doherty piliečių energijos forume Londone [2],
2009 m. rugsėjo 30 d. pareiškė, kad „elektros rinklų reguliatorius, spręsdamas apie sistemos ateitį ir
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
96
priimdamas ekonominius įsipareigojimus, turi galvoti ilgalaikiais terminais ir mokytis iš kitų kolegų
tam, kad išvengtų nesusipratimų“. Pranešime buvo aptariamas trečiasis energijos liberalizavimo
paketas ir garantijos, kad elektros rinkoje galės dalyvauti kiekvienas Europos pilietis. Prancūzijos
DSO atstovas Michal Francony paskelbė, kad masinis dvipusio ryšio tarp operatoriaus ir kiekvieno
sumanaus elektros skaitiklio sukūrimas vidutiniškai kainuos po 115€ kiekvienam skaitikliui. Be to
reikia numatyti elektros vartotojų švietimą, pasikeitusių elektros pardavimo sąskaitų pateikimo ir
tikrinimo įdiegimą bei įtikinimą, kad skirstomieji tinklai yra neutralus, o ne pelno siekiantis elektros
prekybos partneris. Visos šios papildomos išlaidos neturi gulti ant elektros vartotojų pečių teigė
savo pranešime EUROELECTRIC Tinklų komiteto viceprezidentas Manuel Rodriges da Costa.
Mintis įvesti sumaniųjų elektros tinklų sąvoką ir nukreipti tolesnius tyrimus šia linkme, kilo
nagrinėjant plataus ir gilaus atsinaujinančiųjų energijos šaltinių panaudojimą Europos elektros
sistemoje. IRED (Atsinaujinančiųjų energijos šaltinių ir paskirstytojo generavimo integravimas į
Europos elektros tinklą) klasteryje (1998-2002) dalyvavo virš 100 partnerių iš Europos, JAV,
Japonijos ir kt. šalių. Bendras projekto biudžetas buvo 34 mln. eurų. Pagrindiniai rezultatai yra tai,
kad būtinos sistemos valdymo, apsaugų, reguliavimo technologinės permainos ir elektros rinkos
suvienodinimas turi įvykti per ateinančius atsinaujinančiųjų energijos šaltinių įsisavinimo
dešimtmečius. Ypač atkreiptas dėmesys į informacinių mainų ir koordinavimo būtinybę visoje
Europos elektros sistemoje.
Dvipusio valdymo ryšių bei išvystytos informacinės infrastruktūros sukūrimas leido įvesti
sumaniųjų elektros tinklų sąvoką. Projekte CRISP buvo eksperimentuojama su automatizuotu
vartotojų poreikių ir vietinių generatorių darbo stebėjimu. Valdymo programose atsirado tam tikras
pasikartojantis darinys [3], kuris pavadintas vietinio valdymo agentu (7.1 pav.).
7.1 pav. Kompiuterizuotas elektros sistemos generavimo ir vartojimo galių parinkimas ir suderinimas tarpusavyje
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
97
Vietinio agento programa tinka įvairiems kompiuteriams ir veikia ne vien į įjungimo –
atjungimo jungtuvus, bet ir į galios kiekio reguliatorius.
DISPOWER projekte išnagrinėta elektros sistemos su energijos kaupikliu veikla ir rasta, kad
tai leistų plačiau panaudoti gamybos maksimumus ir atpiginti reguliavimo išlaidas [3]. Nagrinėtos
sistemos pavyzdys parodytas 7.2 paveiksle.
7.2 pav. Modernios elektros sistemos pavyzdys. PTO – perdavimo tinklo operatorius, STO – skirstomojo, PG – paskirstytasis generavimas
SUSTELNET projekte apskaičiuotos modernioje elektros sistemoje susidarančios pajamos ir
išlaidos [3]. Rezultatus iliustruoja 7.3 paveikslas.
7.3 pav. Laukiamas elektros energijos kainos sistemoje su plačiu atsinaujinančiųjų energijos šaltinių panaudojimu kritimas
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
98
Platus atsinaujinančiųjų energijos šaltinių panaudojimas, ištirta projekte, turėtų pakeisti
Europos kainų reguliatorių politiką ir pastebimai atpiginti elektros energiją, daugiausia dėl ženklios
techninės atsinaujinančiųjų šaltinių panaudojimo pažangos.
Naujame bendrojo programavimo (FP-7) dokumente energetikos vystymui skirtas dar
didesnis dėmesys.
Be bendrųjų visos Europos, JAV ir Japonijos tyrimų, atskiros šalys pradėjo ištirtų principų
konkrečius tyrimus ir praktiško įgyvendinimo planavimą. Įdomius planus ir pirmuosius rezultatus
[4] konferencijoje pranešė Austrijos atstovas. Visos Austrijos mastu sudaryta Nacionalinė
technologinė platforma sumaniems tinklams sukurti. Į jos nacionalinę tarybą įeina pagrindinių
įmonių, mokslinių ir vadovaujančių institucijų atstovai. Planuojamo sukurti sumanaus tinklo
koncepcija [4] rodoma 7.4 paveiksle.
7.4 pav. Sumaniojo elektros tinklo koncepcija
Dirbama grupėmis. Vartotojų valdymo ir rinkos priartinimo prie vartotojų srityje sudarytos
25 darbo grupės, sistemos valdymo ir stebėjimo srityje – 15 grupių, ryšių informacinės
infrastruktūros srityje – 4 ir programinių komponentų srityje 10 darbo grupių. Toks didelis
aktyvumas leidžia tikėtis realių rezultatų. Vienas jau žinomas. Buvo nustatyta, kad svarbu valdyti
ne tik aktyviosios galios rinką, bet taip pat labai svarbu reguliuoti reaktyviosios galios srautus ir
vartotojų tinklo įtampą, net įsteigiant pagalbinių paslaugų (čia reaktyvios galios kompensavimo ir
įtampos reguliavimo) rinką. Nors sisteminių ir kitų pagalbinių paslaugų rinkos realumas žinomas
jau seniai, kol nėra išvystytų kompiuterinių tinklų ir paslaugoms teikti pritaikytų įrenginių,
žinojimas buvo daugiau teorinis. Valdymui planuojama panaudoti Siemens firmos SINAULT
Spectrum programinį produktą. Skirtumai tarp dabarties būsenos ir nagrinėjamos ateities
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
99
energetikos koncepcijos parodyti 7.5 paveiksle. Tinklo operatoriaus darbą papildo A, B, C ir D
tarifų nuolatinis, kas minutė, perskaičiavimas ir jų pateikimas sumaniesiems skaitikliams [4].
7.5 pav. Energetikos sistemos koncepcijų struktūros
Jau ryškios varomosios jėgos arba priežastys ir pagrindiniai barjerai sumaniųjų elektros
tinklų sukūrimo kelyje [6].
Pirmoji varančioji jėga yra klimato atšilimo pavojus. Jis sprendžiamas išplėtotai naudojant
klimato nešildančias technologijas ir atsinaujinančius energijos šaltinius pirmiausia. O šie efektyviai
gali veikti tik sumaniojo tinklo valdiklių valdomi.
Antroji priežastis paprastesnė – visose išsivysčiusios energetikos šalyse nuosekliai didėja
vartotojų atjungimų skaičiaus ir trukmės rodikliai. Vartotojų nuostolių mažinimui centralizuotoji
didelių generatorių maitinama energetika jau išsėmė savo patikimumo ribas. Be to pagrindiniai
įrenginiai tolygiai sensta. Norint staigiai padidinti bendrąjį dabartinių sistemų patikimumą, reiktų iš
esmės atnaujinti aukštosios įtampos tinklus, pastotes ir perstatyti nors kiek senesnes elektrines.
Tokios investicijos per daug nerealios. Tai būtų trečioji priežastis.
Pirmasis barjeras sumaniųjų tinklų kelyje yra sunkiai suderinamas vietinio galios
generavimo ir vietinio vartojimo balansas. Elektrai tiekti teks sukurti tam pritaikytą elektros tinklą,
dabartiniai skirstomieji elektros tinklai yra kurti tik vienos krypties elektros srautams perduoti.
Naujo tipo skirstomieji tinklai turės atlikti jau dvi funkcijas: ir skirstyti, ir surinkti elektros srautus,
todėl jie kartu bus ir surenkamieji tinklai. Elektros tiekimo tinklus reikia pastatyti naujai ir pagal
naujas sąlygas naujoviškai optimizuoti.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
100
Antrasis barjeras yra dabartinės vidutiniosios įtampos įrenginių kainos ir patikimumo
santykis. Kadangi sumaniųjų tinklų atveju šios įtampos tinklai yra pagrindiniai, patikimam ir
pakankamai pigiam elektros tiekimui užtikrinti sumaniųjų tinklų tiek galios perdavimo dalies, tiek
informacinių technologijų dalies įrenginiai turi būti patikimesni ir kainuoti pigiau negu dabartiniai.
Trečiasis barjeras yra įstatyminės kliūtys bei skirtingi energetiką sudarančių bendrovių
interesai. Indėlis į energetikos funkcionavimą ir gaunamos pajamos dabar dar nėra tolygiai
paskirstytos tarp viso proceso dalyvių, pavyzdžiui, nepakankamai finansiškai įvertintas elektros
tiekimo patikimumas. Dabar už skirtingo patikimumo lygiu pateiktą elektros energiją vartotojai
moka tuo pačiu tarifu.
Ketvirtasis barjeras – sklandus ateities energetikos darbas įmanomas tik turint išplėtotą
įvairių tipų energijos kaupiklių tinklą. Pigių ir efektyvių energijos kaupiklių problema, nežiūrint
įdedamų per įvairius projektus pastangų, vis dar neišspręsta.
Penktasis barjeras – būtų nepakankamas standartizavimo ir atitinkamų naujų standartų
įteisinimo lygis.
Energijos kaupiklių problema yra viena iš svarbiausių problemų įgyvendinant sumaniuosius
tinklus. Supaprastintas egzistuojančių energijos kaupiklių išdėstymas ir spektras parodytas 7.6
paveiksle [7]. Taip, kaip bus paplitę įvairaus tipo ir galios elektros generatoriai, taip visame tinkle
turi būti paplitę įvairių fizinių principų ir įvairios galios energijos kaupikliai. Dabar sunku numatyti
energijos kaupiklių kainą, sukauptos energijos savikainą ir jos santykį su galių balansavimui
reikalingos energijos kaina. Bet kokiu atveju energijos kaupiklių statyba ir eksploatavimas turės
būti efektyvus ir ekonomiškai atsipirkti.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
101
7.6 pav. Energijos kaupiklių paskirstymas ir jų rūšys
7.1. Sumaniųjų elektros tinklų informacinių ryšių sandara
Vystantis elektros energetikos rinkai, ji palaipsniui atveriama vis mažesnės galios elektros
pirkėjams. Numatoma, kad jau 2012 metais rinka bus atverta visiems Europos gyventojams. Buityje
suvartojami ženklūs elektros kiekiai, todėl laukiami dideli buities organizavimo pokyčiai, su sąlyga,
kad gyventojai bus įtikinti ir dėl laukiamos pigesnės elektros sutiks pertvarkyti elektros vartojimo
įpročius.
Buities prietaisai turės būti padalinti į kelias grupes: akimirksninio elektros pirkimo ir
vartojimo grupę, kaip yra dabar įprasta, pavyzdžiui apšvietimas, durų skambutis, kaitlentės. Antrą
grupę sudarytų elektros prietaisai, kurių įjungimas ir atjungimas gali būti atidėtas, bet neilgam 20 –
30 minučių tarpsniui, pavyzdžiui, šaldytuvai. Trečią grupę sudarytų prietaisai, kurių darbas gali būti
atidėtas kelioms valandoms, pavyzdžiui, skalbimo mašina, karšto vandens paruošimo boileris ir kt.
Visus šiuos įjungimo atidėjimus, tarpinius išjungimus ir įjungimus bei darbui reikalingos elektros
pirkimą turi atlikti naujos kartos elektros skaitiklis, kuris sutrumpintai vadinamas sumaniuoju
skaitikliu. Iš esmės, tai vietinė buitinių prietaisų informacinį lauką organizuojantis, tarpusavio
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
102
ryšius palaikantis ir suvartotos elektros energijos kiekio matavimo, pirkimo ir sąskaitų paruošimo
prietaisas. Buities lygyje sumaniųjų tinklų darbas pavaizduotas 7.7 paveiksle.
7.7 pav. Buto (gyvenamojo namo ar administracinio pastato) sumaniojo elektros skaitiklio prijungimo koncepcija
Paveiksle parodytos tik trys imtuvų grupės, kurių darbui vadovauja sumanusis skaitiklis.
Elektros pirkėjas patirs tam tikrus nepatogumus, kol bus nupirktas pigesnės elektros kiekis. Tuo
pačiu jis turės papildomas buto (namo, administracinio pastato) elektros instaliacijos
rekonstrukcijos išlaidas. Artimoje erdvėje reikės sukurti buitinius prietaisus ir sumanųjį elektros
skaitiklį apimančią informacinę sistemą. Dėl nedidelio duomenų srauto ir ribotų atstumų tiks bet
kuri bevielė sistema (pavyzdžiui, Bleutooth, Wi-Fi ir kt.). Buitinio elektros vartojimo pavyzdys
tinka bet kuriai pramonės įmonei, nes galimybių valdyti elektros vartojimą yra visur.
Sumanusis skaitiklis savo ruožtu be įprastinio elektros tinklo turės turėti informacinį ryšį su
elektros energijos tiekimo (pardavimo) bendrovės (dilerio) kompiuteriais. Tam, kad būtų galima
pasirinkti pigiausios elektros tiekėją, skaitiklis turi turėti ryšį su keliais ar net visais elektros
tiekėjais. Elektros prekybai (7.8 pav.) organizuoti ir veikti nenutrūkstamai 24 val. per parą
automatiniu režimu turės būti sukurta mažmeninės prekybos informacinė sistema, apimanti
sumaniuosius skaitiklius ir elektros tiekimo (prekybos) įmonių kompiuterius ir veikianti, kaip dabar
galvojama 1 minutės dažniu. Tai reiškia,, kad elektros kaina mažmeninėje prekyboje būtų
nustatoma kiekvieną minutę. Be parodytų užklausų ir atsakymų komutatorių, sistemai funkcionuoti
reikės serverių, šakotuvų ir galingo, atsparaus programišių smūgiams ir neteisėtiems veiksmams,
programinio aprūpinimo. Ypač svarbus saugumo aspektas, nes dar bus labai smalsu vieniems
pardavėjams sužinoti kitų pardavėjų paslaptis. Labai svarbus ir prekybos informacinį tinklą
prižiūrinčio ir vadovaujančio rinkai organo vaidmuo, nes, kaip rodo inžinerinė patirtis, savaime
niekas neveikia, reikia priežiūros.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
103
Elektros tiekimo (prekybos) įmonės savo ruožtu turi turėti nuolat veikiančius informacinius
ryšius su elektros perdavimo, skirstymo ir ganybos įmonėmis. Elektros prekybos kontraktų
automatinis sudarymas, vykdymas ir, įvykdžius, apsikeitimas finansiniais dokumentais galimas tik
sukūrus nuolat veikiančią tokios elektros prekybos, vadinkime ją didmenine, sistemą (7.9 pav.).
7.8 pav. Elektros mažmeninės prekybos informacinės sistemos eskizas
7.9 pav. Elektros didmeninės prekybos informacinės sistemos eskizas Sumaniųjų tinklų koncepcija ir elektros prekybos organizavimas turi palengvinti į elektros
prekybos sistemą priimti atsinaujinančiųjų energijos šaltinių generuojamą elektros energiją. Šios
energijos pagrindinis trūkumas yra jos ir vartotojų poreikių neatitikimas laike. Išeitis – elektros
kaupiklių platus taikymas. Galvojama, kad kaupiklių suminė galia turi būti panaši į
atsinaujinančiųjų energijos šaltinių, ypač vėjo elektrinių, galią. Atskirą kaupiklį gali turėti net
elektros tiekėjas (7.9 pav.). Tai jam suteiktų konkurencinį pranašumą, nes įgalintų pirkti pigesnę
elektrą didesniais kiekiais iš anksto.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
104
7.2. Reikalavimai vėjo elektrinių prijungimui prie skirstomųjų tinklų
Numatyti, kokius reikalavimus reikės kelti vėjo elektrinėms prijungimui prie sumaniųjų
tinklų sekančiuose dešimtmečiuose, kai sumanieji tinklai jau bus išsivystę, pakankamai lengva, nes
tai dar pakankamai tolima ateitis. Daugelis dabartinių veikiančių elektrinių, gal būt, jau bus
demontuotos arba rekonstruotos.
Galvokime, kad elektros tinklo, linijų, kabelių ir pastočių progresas bus ne toks ženklus, kaip
informacijos perdavimo tinklų ir valdymo kompiuterių progresas. Elektros įrenginius taip pat kaip ir
dabar reikės saugoti nuo trumpųjų jungimų, kontroliuoti elektros kokybės parametrus, reguliuoti
įtampą ir maitinti elektros vartotojus.
Pagrindiniai pokyčiai laukiami kompiuterinio valdymo srityje. Sumaniųjų tinklų atveju
visos, tiek didžiosios, tiek mažosios vėjo elektrinės turės būti automatiškai valdomos.
Skirstomąjį tinklą valdantis ir galių balansą kontroliuojantis sumaniojo tinklo kompiuteris turės
palaikyti ryšį su elektrinių kompiuteriais ir, radęs tarp elektros vartotojų kompiuterių joms naudingą
pasiūlymą pirkti elektros, jas įjungti. Jei elektros rinkos kainos bus tokios, kad elektrą kiti
generatoriai gamins pigiau, vėjo elektrinės turės pastovėti arba persijungti į vietinį elektros kaupiklį.
Generuojamoji galia dėl vėjo prigimties taip pat gali būti mažinama , kai elektros sistemoje
susidaro generuojamosios galios perteklius, arba tol, kol įsijungs vietinis arba centralizuotai
valdomas energijos kaupiklis. Bet kokiu atveju, vėjo elektrinės valdiklis turi sudaryti su kitais
elektros tinklo elementų bei elektros imtuvų valdikliais jungtinę sumaniojo elektros tinklo valdymo
sistemą, kuri rūpintųsi mikrotinklo galių balansu ir darbo įtampomis.
Elektros rinkoje jau įvesta neigiamos kainos sąvoka. Tai reiškia, jei vėjo elektrinės generuos
niekam nereikalingą elektros energiją, jos turės sistemos operatoriui mokėti baudą.
Dabartiniame etape pakanka, kad tarp vėjo elektrinės ir sistemos operatoriaus būtų gerai
veikiantis kompiuterinis ryšys, kartu reikia numatyti tolesnį informacinių ryšių tobulinimą,
pavyzdžiui tam tikro tipo, gal uždaro, interneto sukūrimo galimybę.
Įtampos valdymas sudaro atskirą reikalavimų grupę. Išskiriama įprastinės veikos režimo
įtampa ir pereinamųjų vyksmų metu susidarantys įtampos pokyčiai. Vienas pagrindinių stabdžių
plečiant vėjo elektrinių statybą skirstomajame tinkle yra per didelė įtampa tinkle vėjo elektrinei
dirbant vardine galia. Yra šalių JAV, Australija, Pietų Amerikos šalys, kurių labai ilgose
skirstomojo tinklo linijos plačiai taikomi įtampą reguliuojantys, iš dispečerinio pulto valdomi,
stulpiniai transformatoriai su įtampos reguliavimo atšakomis (busteriai) (7.11 pav.).
Siūloma probleminėse skirstomojo tinklo vietose, pavyzdžiui ilgų atšakų galuose, vėjo
elektrines jungti per įtampą mažinančius transformatorius, kurie turėtų kompiuterio valdomą atšakų
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
105
perjungiklį, nuderintą taip, kad įtampa elektros tinkle net ir didžiausio generavimo akimirkomis
neviršytų kokybės reikalaujamos 10 % ribos (11 kV). Vietų, kurios galima statyti vėjo elektrines,
skaičius gerokai padidėtų.
7.11 pav. Įtampą žeminantysis pagalbinis transformatorius Kitas kompiuterio reguliuojamas įrenginys yra vėjo elektrinių kondensatorių baterijos.
Atšakų perjungiklį valdantis kompiuteris taip kartu turi būti ir kondensatorių baterijų valdiklis, nes
tada galima lengvai išvengti pavojingų nuolat pasikartojančių savaime susižadinančių (kaip
multivibratoriuje) perjungimų.
Kaip ruošiamasi įveikti nepakankamai išvystytų elektros tinklų pralaidumo didinimo
problemą, galime matyti iš Danijos pavyzdžio [10]. Naujojoje Danijos energetikos strategijoje,
kurią Danijos vyriausybė priėmė 2007 metų sausio 19 d., numatyta padidinti vėjo energetikos indėlį
iki 50 % jau 2025 metais. Danija yra pasiekusi vėjo energetikos panaudojimo rekordą – 20%
skverbtį jau 2007 metais. Laukiamos problemos yra galios balansavimas, elektros rinkos prekyba ir
veikos sauga bei ekonomiškumas. Visų šių tikslų pasiekimui numatomas tik vienas būdas- sukurti
pasaulyje geriausiai veikiantį ir atsinaujinančiaisiais šaltiniais besiremiantį sumanųjį elektros tinklą.
Darbas padalintas į tris fazes. Pirmoji (2007 – 2009) skirta išanalizuoti ir numatyti Danijos elektros
sistemos tobulinimo ir tyrimų poreikį. Antroji (2009 – 2010) – atrinkti arba sukurti naujas
technologijas ir jas priderinti prie išplėtotos elektros rinkos. Trečioji (2010-2011) – įdiegti naująsias
technologijas į realią aplinką ir pademonstruoti jų tinkamumą Danijos energetikos sistemai.
Visų planų pagrindu yra vėjo energetikos didinimas nuo dabartinių 3 GW instaliuotos galios
iki planuojamų 6 GW, kurių elektrinių dauguma bus įrengta jūrose [10].
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
106
7.12 pav. Danijos elektros sistemos ateities modelis – Bornholmo salos elektros tinklas
Baltijos jūroje yra Danijai priklausanti Bornholmo sala (7.12 pav.). Šioje saloje yra 30 MW
vėjo elektrinių, o salos elektros apkrova siekia 63 MW, vėjo energetikos skverbtis jau dabar virš
37%. Jeigu sala atsiskiria nuo NORDEL sistemos, galios balansavimas ir dažnio palaikymas tampa
problematiškas. Saloje bandomi įvairūs vėjo energijos planavimo metodai.
Pagrindinis balansavimo metodas, taikomas dabar, yra perteklinių vėjo elektrinių
atjunginėjimas. Daugiausia problemų kelia labai smarkių vėjų laikotarpiai, kai per audrą, vėjui
viršijus 25 – 30 m/s greičius, vėjo elektrinės masiškai atsijunginėja (7.13 pav.).
7.13 pav. Horno rėvos vėjo parko generuojama galia labai stiprių vėjų laikotarpyje [10]
Tokie sunkiai prognozuojami galios švytavimai padidina galios balansavimo kainą ir
planuojama reformuoti elektros rinkos struktūrą taip, kad būtų lanksčiau reaguojama į padidėjusios
elektros kainos signalą ir kad sumaniųjų elektros tinklų elektros vartotojai taip pat galėtų prisidėti
prie galios balansavimo (7.14 pav.). Visa tai reikalauja naujų elektros sistemos matavimo
priemonių, informacijos tinklų pralaidumo didinimo, galimai tikslesnio vėjo elektrinių galių
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
107
prognozavimo ir pagal fazinių kampų poslinkių matavimo pagal iš palydovų gaunamą tikslaus laiko
žymą veikiančių sistemos stabilumą reguliuojančių įrenginių.
Elektros balansavimui galvojama diegti sumaniųjų tinklų koncepciją ir plačiai naudoti
elektros vartotojus, o ateityje elektros kaupiklius. Labai perspektyvios vandenilio gamybos
naudojant perteklinę vėjo energiją technologijos. Ateityje elektromobilių užkrovimą taip pat turės
valdyti elektros tiekimo operatorius.
7.14 pav. Elektros galių balansavimo priemonės
Prie neišspręstų problemų Danijos programos autoriai [10] priskiria negalėjimą tiksliai
numatyti ateities poreikius, sunkumus skirstant tyrimus į labai perspektyvius ir nelabai, bei
neaiškias elektros vartotojų, pavyzdžiui, elektromobilių apkrovos charakteristikas. Pavyzdžiui,
neaišku, ar galima elektromobilius įkrauti impulsais, vėjo energijos generavimo pertekliaus
laikotarpiais?
Nelaukiant artimųjų ir tolimesnių uždavinių sprendimų rezultatų, jau dabar statant vėjo
elektrines tenka iš anksto numatyti sąlygas, kurias reikia kelti vėjo elektrinėms, kad ateityje nebūtų
kliūčių kuriant elektros prekybos automatizuotas sistemas ir derinant sumaniųjų tinklų darbo
sąlygas. Pagrindinis reikalavimas, kad vėjo elektrinę būtų galima valdyti: mažinti jos galią arba
atjungti, jei niekas jos elektros neperka arba jei yra priešavarinė elektros tinklo būsena, prijungti,
jei, atsirado galimybė veikti, elektrinėje keisti įtampos ir dažnio valdymo automatikos nuostatas,
gauti produkcijos realizavimo, gamybos, prarastos (nepagamintos) energijos kiekius ir kt. panašią
informaciją. Jei elektrinė negali būti per nuotolį valdoma, galų gale gali veikti, bet su sąlyga, kad
sumaniojo tinklo veikimui netrukdys ir, susidarius probleminei situacijai, bus savininko nugriauta
arba rekonstruota.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
108
7.3. Reikalavimai skirstomiesiems tinklams ir reikiami pertvarkymai
Elektros tiekimo linijų patikimui padidinti planuojama vis daugiau linijų rekonstruoti į
kabelines linijas, net ateityje taikant superlaidžius kintamosios srovės kabelius, o taip pat plačiai
taikyti aukštosios įtampos nuolatinės srovės kabelius tiek jūros elektrinių prijungimui, tiek ryšiui
tarp atskirų Danijos salų pagerinti.
Didžiausi pokyčiai planuojami skirstomajame tinkle. Plečiant paskirstytojo generavimo
šaltinių panaudojimą ir siekiant geriau patenkinti elektros vartotojų poreikius, planuojama keisti
skirstomojo tinklo architektūrą, pereinant prie mikrotinklų struktūros taip, kad būtų lengviau
kontroliuoti vietinius generatorius, keisti galios srautų kryptis ir reguliuoti mazgų įtampas.
Mikrotinklų projektai ir bandomieji pavyzdžiai parodė, kad padidėja elektros teikimo patikimumas.
Tikimasi, kad sisteminių avarijų atvejais daugeliui vartotojų elektros tiekimas nebūtų nutrauktas.
Mikrotinklų veikla iš dalies pakeistų arba papildytų dabartines centralizuotas dažnio valdymo ir
reguliavimo sistemas decentralizuotomis sistemomis.
Numatoma didelė skirstomųjų tinklų evoliucija pritaikant esamą technologiją taip, kad leistų
plačiai naudoti visus paskirstytojo generavimo privalumus. Skirstomuosiuose tinkluose jau buvo
diegiami atskirų linijos atšakų atjungimo jungtuvai, kurie atjungdavo ne visą liniją, o tik jos dalį
trumpojo jungimo metu. Likę maitinančiosios linijos vartotojai patirdavo tik trumpalaikį įtampos
krytį. Mikrotinklas taip pat bus tam tikra skirstomojo tinklo dalis, turinti pakankamą kiekį vietinių
generatorių: vėjo elektrinių, namų šildymo ir elektros generavimo sutapdintų blok-generatorių, gal
dar fotoelektrinių, bet būtinai vietinių elektros pertekliaus kaupiklių. Vienas iš generatorių turi būti
su išvystytu galios reguliavimo kompiuteriu, atliekančių centrinės elektros sistemos valdymo
funkcijas, kituose generatoriuose turi būti įrengti nutolę valdymo sistemos terminalai. Be galios
tinklo turi būti išvystytas pakankamai greitas ir pralaidus informacinis tinklas. Mikrotinklas,
atjungtas arba atsijungęs nuo sistemos, turi galėti savistoviai generuoti elektrą ir ją tiekti vietiniams
vartotojams, palaikydamas elektros kokybės parametrus priimtinose ribose.
Pereinamųjų vyksmų metu stebime staigų tinklo mazgo įtampos krytį ir iki kelių sekundžių
užtrunkantį atsikūrimą. Vyksmui pagreitinti reikia mažinti asinchroninių variklių kiekį tinkle, arba,
norint pagreitinti likusių prijungtų variklių savilaidą, siūloma [11] nukrauti elektros tinklą,
atjungiant įtampai nejautrius imtuvus. Dabartiniame tinkle tokie dalykai neįmanomi, tačiau
sumaniojo tinklo valdymo sistemai, jei ji bus taip užprogramuota, nesunkiai įvykdomi. Tokiam
atjungimui tinka įvairūs didesnės kaip 3–5 sekundės inercijos elektros imtuvai, pavyzdžiui buitiniai
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
109
šaldytuvai, šildytuvai, arba įvairios paskirties vandens siurbliai (7.15 pav.), kurie elektros tiekimo
pertraukos net nepajustų.
Veikiant sumaniojo tinklo apkrovos valdymo sistemai, laikinas kai kurių elektros imtuvų,
kurie toleruoja elektros trūkius, atjungimas bus veiksminga pereinamųjų vyksmų valdymo
priemonė. Tačiau tai reikalauja kompiuterizuotos, su tam tikru intelektu, relinės apsaugos įtaisų
[11].
a) b)
7.15 pav. Įtampos kitimai pereinamojo vyksmo metu; a) be atsikūrimo greitinimo, b) su atsikūrimo pagreitinimu
Atjungtų imtuvų įjungimas galimas arba pagal laikmatį (5-10 sek.), arba pagal įtampos
atsikūrimo faktą (Vįjung), kai didžiųjų induktyviųjų mašinų savilaida jau bus pasibaigus.
Neatskiriama sumaniojo skirstomojo elektros tinko dalis yra vartotojų, iš pradžių vartotojų
reguliatorių, po to paprastų, bet didesnės galios vartotojų ir, pagaliau, visų elektros vartotojų
prijungimo prie tinklo kompiuterinis valdymas ir patobulinta elektros energijos apskaita. Už tai, kad
elektros tinklai suteikia elektros vartotojui nepatogumų, pavyzdžiui, balansuojant galią imtuvo
darbe sudaro trūkius, reikės numatyti pigesnės elektros energijos sistemoje tarifą arba net visą
laiptuotą elektros energijos tarifų sistemą. Kitiems imtuvams būtų taikomi rinkos kainos tarifai.
Patikimai ir labai ilgai be sutrikimų veikiantys elektros įrenginiai turi būti pirmiausia
bekontakčiai, neturėti greitai susidėvinčių detalių ar greitai išsieikvojančių komponentų ir būti
pakankamai pigūs. Atsakymą duoda tik platus puslaidininkinių įtaisų naudojimas. Jau sukurtas 13
kV įtampos grandinę ir net 2000 A darbo srovę komutuojantis puslaidininkinį ventilis (izoliuotojo
užtūrio dvipusis tranzistorius, angl. IGBT, [8]), atsirado galimybė pradėti konstruoti ne tik
bekontakčius vidutiniosios įtampos jungtuvus, bet ir vidutiniosios įtampos transformatorius [6],
kuriuose nebūtų magnetinės šerdies, o įtampai ir srovei pakeisti būtų naudojami puslaidininkiniai
keitikliai. Tokiame įrenginyje nėra alyvos, magnetostrikcinio ūžesio ir apvijų izoliacijos virpesių
bei greitai dylančių atšakų perjungiklio kontaktų, todėl tikėtinas ilgalaikis tokio įrenginio veikimas,
nes naujieji puslaidininkiniai raktai viršįtampius atlaiko iki 25 kV (7.16 ir 7.17 pav.).
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
110
7.16 pav. 10 kVA vidutinės įtampos transformatorius
7.17 pav. Puslaidininkinio ir įprastinio vidutinės įtampos transformatorių palyginimas Skirstomajame, tiek vidutiniosios, tiek žemosios įtampų tinkluose laukiamas kontaktinių
jungtuvų ir skyriklių keitimas puslaidininkiniais raktais. Perjungimo greičiai, kompiuterinio
valdymo lengvumas, komandų pateikimas optiniais kabeliais daro tokius įrenginius labai
patraukliais. Tačiau dėl darbo saugos taisyklių reikalavimų tokie raktai vis tiek dar turi turėti
personalo matomus kontaktinius perskyrimus, kuriuose srovę perduodantys laidininkai atskiriami ir
remontų metu vizualiai kontroliuojami. Puslaidininkiniai raktai savo būsenos vizualiai nerodo.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
111
7.18 pav. Iš mikrotinklų susidedančio skirstomojo tinklo pavyzdys
Didžiausi pokyčiai nusimato skirstomajame tinkle. Elektros tiekimo patikimumui padidinti
planuojama dabartinius tinklus padalinti į naujas iš interneto nusižiūrėtas struktūras, į taip
vadinamus mikrotinklus. Iš esmės mikrotinklas yra maža, galinti savistoviai veikti elektros sistema
su savo paskirstytojo generavimo elektrinėmis, vietiniais elektros vartotojais, ir, būtina sąlyga, su
savo energijos kaupikliais. Tik kaupiklių buvimas leidžia pakankamai tiksliai subalansuoti galių
balansus ir sureguliuoti darbo įtampas. Mikrotinklų pavyzdys pateikiamas 7.18 paveiksle.
Mikrotinklo žiedinis pavidalas (7.18 pav.) pateiktas tik dėl paprastumo. Iš tikrųjų vidinės
mikrotinklų linijos gali būti įvairios: nuo paprasto linijos ruožo iki sudėtingos kelių kontūrų
struktūros. Svarbu, kad jis galėtų dirbti atsijungęs nuo elektros sistemos ir jo valdymo sistema būtų
pajėgi atlikti mažosios elektros sistemos valdymo funkcijas. Sumaniųjų jungtuvų, kuriuos valdo ta
pati valdymo sistema paskirtis yra atjungti sugedusį mikrotinklą nuo sveikųjų būrio, prisijungti prie
sveiko mikrotinklo darbo atkūrimui palengvinti ir užtikrinti saugias elektromonterių darbo ir
remonto sąlygas.
Vientisos mikrotinklų struktūros sukūrimas bus ilgas daugiapakopis darbas. Reiktų sudaryti
evoliucijos darbų planą ir tirti skirstomojo tinklo darbą atskiruose sumaniųjų tinklų principų
įdiegimo etapuose. Pavyzdžiui, pirmajame etape reiktų sudaryti tų skirstomųjų tinklų, kuriuose vėjo
elektrinių ir vietinių vartotojų galios panašios ir, atitinkamai valdant, galėtų sudaryti mikrotinklą,
sąrašą, bei parengti rekonstrukcijos projektą. Svarbi darbo dalis būtų mikrotinklo informacinių
kanalų ir valdiklių bei programinės įrangos sukūrimas bei darbo tikrinimas.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
112
7.4. Sumaniųjų tinklų projektavimo ir įgyvendinimo etapai
Sumaniųjų tinklų koncepcija keičia įprastinį elektros vartojimo stilių, todėl apims visus
šalies gyventojus. Informacinių technologijų ir elektros energetikos sujungimo į sklandžiai
veikiančią sistemą uždavinys vien elektros energetikos specialistų pastangomis neišsprendžiamas.
Tik jungtinės darbo grupės, apjungiančios informacinių technologijų ir elektros energetikos žinias
turinčius specialistus, gali imtis šių grandiozinių visam dvidešimt pirmajam šimtmečiui garbę
darančių uždavinių. Kaip rodo Austrijos pavyzdys, pradėti reikia nuo visuomenės švietimo ir
nacionalinės energetikos programos peržiūrėjimo [4]. Po to aukštųjų technologijų pramonei,
programuotojų kolektyvams ir universitetams (labai tinka dabar kuriamų slėnių struktūros) siūloma
darbų programa „e2050“, kuri yra nacionalinių tyrimų programos dalis. Labai svarbu atskirus
projektus ir uždavinius koordinuoti tarpusavyje, nes juodas patyrimas sako, kad nors mažiausias
apsižiūrėjimas paverčia niekais geriausius norus. Austrijoje koordinavimą vykdo Transporto ir
Ekonomikos federalinės ministerijos. Nacionalinė technologijų programa „Sumanusis Austrijos
tinklas“ padalyta į atskirus uždavinius (7.19 pav.).
7.19 pav. Nacionalinės „Sumanusis Austrijos tinklas“ programos sudėtis
Europos komisijos direktyvos apie elektros tinklų ateitį įgyvendinimo Austrijos strategija,
kuri visiškai pritaikoma Lietuvai [3], parodyta 7.20 paveiksle.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
113
7.20 pav. Sumaniojo tinklo strategijos įgyvendinimo strategijos Austrijos pavyzdys, pagal
Mokslinių tyrimų skaičius parodytas 7.21 paveiksle.
7.21 pav. Mokslinių tyrimų įgyvendinant sumaniųjų tinklų strategijos uždavinius skaičiai
7.22 pav. Nacionalinės programos vykdymo grupių tarpusavio bendravimo schema
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
114
Susipažinus su kitų šalių patyrimu ir klystkeliais įgyvendinant sumaniųjų elektros tinklų
koncepciją, Lietuvos sąlygomis turėtume pirmiausia nekartoti jau žinomų klaidų: nepradėti nuo
sumaniųjų elektros skaitiklių pirkimo ir statymo, nes vieni skaitikliai be informacinių tinklų ir
atitinkamai suorganizuotos elektros energijos prekybos yra visiškai nenaudingi.
Ataskaitos autorių nuomone pradėti reikia nuo sumaniųjų tinklų problemos padalinimo į
tarpusavyje susijusius uždavinius. Toliau turėtų vykti įprastinis darbas: projektų ruošimas,
bandomieji pavyzdžiai, moksliniai tyrimai, optimizavimo skaičiavimai, gamybos organizavimas,
serijinė gamyba, įdiegimas, derinimas, eksploatacija ir darbo priežiūra, remontai ir tolesnis
tobulinimas. Iki 2050 metų turėtume problemą įveikti.
Pradinius tyrimus reiktų sukoncentruoti šiose kryptyse:
buto (gyvenamojo namo, administracinio pastato ar gamybinės įmonės) sumaniojo
elektros skaitiklio prijungimo, elektros instaliavimo atnaujinimo ir laiko delsų derinimo
uždavinys;
sumaniųjų skaitiklių ir elektros tiekimo įmonių kompiuterių informacinio junginio
sukūrimo uždavinys;
elektros mažmeninės prekybos sukūrimo, palaikymo ir kontroliavimo bei realiame
laike veikiančios informacinės sistemos sudarymo uždavinys;
elektros didmeninės prekybos informacinės sistemos sukūrimo, palaikymo ir
kontroliavimo bei atitinkamos realiame laike veikiančios informacinės sistemos sudarymo
uždavinys;
elektros imtuvų prijungimo schemų pritaikymo sumaniojo skaitiklio valdymui ir
pertvarkymo uždavinys;
skirstomųjų tinklų rekonstrukcijų optimizavimo ir pritaikymo dirbti mažmeninės
elektros prekybos sąlygose uždavinys;
perdavimo tinklo tobulinimo ir pritaikymo dirbti automatizuotos elektros prekybos
sąlygose uždavinys;
sumanumo intelekto sukūrimo ir struktūrinio palaikymo uždavinys;
skirstomųjų tinklų pertvarkymo į mikrotinklų junginius ir su tuo susijusių jungtuvų
valdymo, relinės apsaugos, energijos srautų apskaitos, mikrotinklo valdymo, galių
balansavimo ir kt. problemų uždaviniai.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
115
Išvados
1. Sumaniųjų elektros tinklų kūrimas yra daugiapakopis lygiagretaus elektros tinklo,
informacinių tinklų, generatorių, kaupiklių ir elektros imtuvų vystymo ir veikimo realiame
laike procesas, palaipsniui keičiant juridinius aktus ir įrenginių standartus bei tobulinant
valdymo algoritmus ir kompiuterių programas.
2. Sumanieji elektros tinklai atvers automatizuotos mažmeninės ir didmeninės elektros prekybos
realiame laike galimybes, įvertinant elektros energetikos sistemų ir jų darbo režimų ypatybes.
Viršyjus elektros sistemos įprastinių elektrinių balansavimo galimybes, reikės pereiti prie
dalies vėjo elektrinių laikino išjungimo, perteklinės elektros energijos saugojimo kaupikliuose
ir keitimo į kitas energijos formas (cheminę, mechaninę, vandenilio, šalčio, šilumos ir pan.).
3. Vienas pagrindinių sumaniųjų tinklų kūrimo tikslų būtų elektros imtuvų valdymas be
žmogaus įsikišimo sumaniaisiais elektros skaitikliais.
4. Elektros sistemos procesų valdymas realiame laike reikalauja paslankių, greitai veikiančių ir
gausius perjungimus užtikrinančių komutacinių puslaidininkinių įrenginių.
5. Perspektyvoje reikia rekonstruoti dabartinius skirstomuosius tinklus taip, kad atskiros jų dalys
turėtų vietinius paskirstytosios energijos generatorius, energijos kaupiklius, intelektualias
valdymo sistemas ir galėtų dirbti savarankiškai ir patikimai.
Literatūra
1. Wiser wires. Briefing Smart Grids. The Economist. October 10th, 2009, 71-73 p.p. 2. Lorenz G. Citizens’ energy forum addresses introduction of smart metering and the role or DSOs as market
facilitators. EUROELECTRIC, Daily news, 14 October, 2009. 3. European Communities. Towards smart power networks. Lessons learned from European research FP projects.
EUR21970. Luxembourg, 2005, 39 p. 4. Lungmaier A., National technology platform smart grids Austria. EPRI conference workshop Active
distribution system management for integration distributed resources, 4 December, 2008. 5. Haas O., Ausburg O., Palensky P. Communication with and within distributed energy resources. IEEE
International Conference on Industrial Informatics, 2006, IEEE, 352-356 p.p. 6. Sanchez-Jimenez M. Smart power networks. European research and developments for the electricity networks
of the future. EC DG-Research, February 2006. 7. Mohd A. ir kt. Challenges in integrating distributed energy storage systems into future smart grid. Industrial
Electronics. IEEE international simposium, July, 2008, pp. 1627-1632. 2008? 8. M. Das, Q. Zhang, R. Callanan, C. Capell, J. Claytou, M. Donfrio, S. Haney, F. Husna, C. Jonas, J. Richmond,
and J. J. Sumakeris, A 13 kV 4H-SiC N-channel IGBT with low Rdiff,on and fast switching. Mater. Sci. Forum, vol. 600–603, 2009, pp. 1183–1186.
9. Wang J ir kt. Smart grid technologies. IEEE Industrial electronic magazine. Jule, 2009, pp.16-25. 10. Xu Zh., Gordon M., Lind M., Ostergaard J. Towards a Danish power system with 50% wind – Smart grids
activities in Denmark. Power and Energy Society general meeting, 2009, PES’09, IEEE, 26-30 July, 2009, pp.1-6.
11. Gaecia-Valle R., da Silva L., Xu Z., Ostergaard J. Smart demand for improving short-term voltage control on distribution networks. Generation, Transmission and Distribution, IET, V. 3, Iss. 8, August 2009,pp. 724-732.
12. Europos Komisija. Tyrimų bendrasis direktoriatas. ”Strategic Deployment for Europe’s Electricity Networks of the future”, 2008.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
116
8. VĖJO ELEKTRINIŲ PRIJUNGIMO PRIE ELEKTROS TINKLŲ TECHNINIŲ SĄLYGŲ
KRITERIJAI
Prie elektros tinklo naujai prijungiamos vėjo elektrinės turi turėti tokias konstrukcijos,
valdymo ir veikos dinamines savybes, kurios atitiktų Lietuvos standartų bei statybos normų
reikalavimus ir būtų galima vėjo elektrines prijungti prie Lietuvos elektros energetikos sistemos
perdavimo ar skirstomųjų tinklų, o vėjo elektrinių gaminama elektros energija atitiktų galiojančių
Lietuvoje norminių dokumentų ir standartų reikalavimus.
Prijungiamų prie elektros tinklų vėjo elektrinių projektavimo techninių sąlygų tikslas yra
nustatyti pagrindinius minimalius techninius, projektavimo ir veiklos (darbo) kriterijus, kurie:
• netrikdytų elektros tinklų darbo ir leistų tinkamai vykdyti savo funkcijas;
• būtų vienodi visoms tokios pat kategorijos elektrinėms (savininkams).
Vėjo elektrinių prijungimo prie elektros tinklų projektavimo techninėse sąlygose turi
atsispindėti tokie pagrindiniai apibendrinti kriterijai:
8.1. Aktyviosios galios valdymo kriterijus
Vėjo elektrinių aktyviosios galios generacija, kaip ir kito tipo elektrinių, turi būti kiek
įmanoma valdoma. Generuojamos aktyviosios galios valdymas (8.1 pav.) turi būti galimas pagal:
elektros energetikos sistemos dažnį;
apribojimą vardinės galios atžvilgiu, procentais;
apribojimą galimos generuoti galios atžvilgiu, procentais.
Vėjo elektrinių generuojamos galios valdymas pagal elektros energetikos sistemos dažnį turi
būti nuolatos aktyvuotas pagal nutylėjimą tiek normaliame režime, tiek ribojant galias pagal vardinę
arba galimą generuoti galią. Kiekvieną iš šių trijų valdymo režimų turi būti galima aktyvuoti
(išjungti) pasiunčiant komandas iš XA/21 SCADA sistemos. Dažnio valdymo ir galių ribojimo
procentais arba santykiniais vienetais statizmo ir nejautrumo zonos parametrus turi būti galima
keisti per XA/21 SCADA sistemą. Mažiausia galima nustatyti dažnio valdymo nejautrumo zona,
turi būti ne didesnė kaip ±10 mHz ir ją turi būti galima didinti iki ±100 mHz. Dažnio valdymo
statizmą turi būti galima keisti 1 % diskretiškumu ribose nuo 2 % iki 8 %. Jei aktyvuoti galios
apribojimai pagal vardinę ir galimą generuoti galias, tai pirmumą turi turėti tas, apribojimas, kuris
leidžia generuoti mažesnę galią.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
117
8.1 pav. Vėjo elektrinės aktyviosios galios reguliavimo charakteristika
Visos per XA/21 SCADA valdymo sistemą nustatytos vėjo elektrinių valdymo parametrų
vertės turi būti matuojamos ir siunčiamos atgal į XA/21 sistemą. Vėjo elektrinių parko reguliatorius
turi realiame laike siųsti galimos generuoti aktyviosios galios ir ne rečiau kaip kas kelias minutes
nepagamintos elektros energijos informaciją, jeigu vėjo elektrinių generuojama galia buvo apribota,
bei signalus apie pasirinktus valdymo režimus.
Dažnio svyravimams vėjo elektrinės yra mažiau jautrios nei pvz. šiluminės. Todėl ilgalaikis
vėjo elektrinių darbas turėtų būti galimas dažnio ribose nuo 47 Hz iki 53 Hz. Dažnio zoną nuo
51 Hz iki 53 Hz reiktų paskirstyti tarp skirtingų vėjo elektrinių parkų su skirtingais laiko
išlaikymais nuo kelių sekundžių iki kelių minučių. Didesniuose vėjo elektrinių parkuose, kurių galia
viršija 20 MW galimos kelios skirtingos nuostatos kelioms elektrinių grupėms. Priimtos nuostatos
vertės turi būti suderintos su tinklų operatoriumi.
Vėjo elektrinių ar vėjo parkų prijungimo taškų 110 kV tinklo įtampos turi būti nuo 100 kV
iki 123 kV ribose, o 330 kV tinklo įtampos turi būti nuo 300 kV iki 362 kV ribose. Tikslesnes vėjo
elektrinių prijungimo taško įtampų ribas nurodo perdavimo sistemos operatorius.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
118
Esant reguluojamam prijungimo transformatoriui vėjo elektrinių įtampa turi būti
sureguliuota taip, kad nebūtų mažinama elektrinių galia.
Vėjo elektrinės ar vėjo elektrinių parkas turi turėti tikslų aktyvios galios valdymą pagal
užduotą palaikyti galią arba nuotolinį išjungimą iš tinklo operatoriaus valdymo sistemos,
generuojamai galiai apriboti. Reikalaujamas galios valdymo tikslumas turi būti ne mažesnis kaip
0,5 % nuo užduotos galios dydžio.
8.2. Reaktyviosios galios valdymo kriterijus
Reaktyviąją galią turi būti galima valdyti keturiais būdais:
tiesiogine reaktyvios galios užduotimi;
tiesiogine galios koeficiento cos φ užduotimi;
pagal charakteristika Q=f(U);
užduotu įtampos lygiu.
Visos užduotys turi būti priimamos iš tinklo operatoriaus dispečerinio valdymo sistemos.
Reaktyvios galios ir galios koeficiento cos φ galimybių charakteristikos prijungimo prie
tinklo operatoriaus taške turi būti patikrintos bandymais ir pateiktos operatoriui, bet jos turi būti ne
blogesnės nei pateiktos 8.2 paveiksle.
Tinklo operatorius turi turėti galimybę per savo dispečerinio valdymo sistemą bet kuriuo
metu aktyvuoti bet kurį iš keturių reaktyvios galios (įtampos) reguliavimo būdų, bei nusiųsti
reikiamą palaikyti reguliavimo užduotį. Reguliavimo užduotis ir parametrus cos φužd., Qužd., Uužd. Ir
nejautrumo zonzos ribas Urib1 ar Urib2 turi būti galima keisti per dispečerinio valdymo sistemą,
pasiunčiant ir vėjo elektrinės ar parko reguliatoriui.
Pagrindinis ir aktyvuotasis pagal nutylėjimą turi būti Q=f(U) reguliavimas (8.3 pav.). Jis turi
būti įdiegtas vėjo elektrinėse ar parke. Generuojama vėjo elektrinės ar parko reaktyvioji galia
priklauso nuo tinklo įtampos prijungimo taške (jei nesutarta su tinklo operatoriumi kitaip). O
maksimalios generuojamos ir vartojamos reaktyviosios galios ribos turi būti tos, kurios buvo
sutartos su operatoriumi ir patikrintos eksperimentu. Tokio reguliavimo nejautrumo zona neturi
viršyti 0,2 procento prijungimo taško vardinės įtampos.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
119
cos φ=0,95 co
s φ
=0,9
5
8.2 pav. Reaktyvios galios ir galios charakteristika prijungimo taške
8.3 pav. Vėjo elektrinių parko reaktyviosios galios reguliavimo charakteristika Q=f(U)
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
120
Esant keletui artimų vėjo parkų, jungiamų prie tos pačios linijos ar transformatorių pastotės,
ir siekiant palaikyti pastovią įtampą pastotėje ar vėjo eleltrinės prijungimo taške, pagal nutylėjimą
vienas parkas turi reguliuoti reaktyviąją galią palaikydamas užduotą įtampą, o kiti parkai – pagal
užduotą reaktyviosios galios-įtampos charakteristiką arba palaikydami užduotą reaktyviąją galią ar
pastovų galios koeficientą.
Užduoto įtampos lygio ir reaktyviosios galios ar galios koeficiento cos φ reguliavimas turi
būti vykdomas proporciniu integraliniu (PI) arba proporciniu integraliniu diferencialiniu (PID)
reguliavimo dėsniais, reguliuojančiais užduoties ir fakto paklaidą iki nulio.
Vėjo elektrinės išorinio trumpojo jungimo metu turi apriboti tiekiamą aktyviąją galią ir
generuoti galimą didžiausią reaktyviąją galią į tinklą, kol nebus pašalintas trumpasis jungimas ir
atkurta prijungimo taško įtampa iki 0,85 jos vardinės reikšmės.
8.3. Vėjo elektrinių apsaugų kriterijus
Vėjo elektrinių apsaugų veikimas turi būti skirtingai esant gedimams:
artimoje zonoje (elektrinėje ir jos prijunginyje) reaguojant į srovės padidėjimą;
tolimoje zonoje (elektros tinkle už elektrinės prijunginio) reaguojant į elektros tinklo
įtampos ir dažnio pokyčius.
Antrasis apsaugų veikimas yra aktualus perdavimo sistemos operatoriui, nes jos veikimo
priežastys gali būti sisteminės avarijos, santykinai toli nuo vėjo elektrinių prijungimo taško. Dėl
vėjo elektrinių srovės keitiklių didelio jautrio padidėjusiai srovei, esančių, vėjo elektrinių apsaugų
nustatymai įtampos sumažėjimui yra ganėtinai dideli ir siekia apie 0,8–0,9 Un atjungiant be laiko
išlaikymo. Todėl net ir labai nutolę trumpieji jungimai tinkluose turi tiesioginį poveikį į vėjo
elektrinių atjungimą. Esant koncentruotai vėjo elektrinių integracijai sistemose, tai gali sukelti
didelius galios praradimus, kurie stipriai įtakoja į elektros energetikos sistemų tarpusavio galios
srautus, tuo sukeldami grėsmę tarpsisteminių pjūvių perkrovoms. Pilnai atjungtos vėjo elektrinės
pradeda leistis tik po kelių minučių, o tuo metu prarasta galia kompensuojama kitų elektrinių galios
didinimu. Siekiant greitesnio vėjo elektrinės galios atkūrimo tikslinga trumpojo jungimo metu vėjo
elektrines galvaniškai neatjungti nuo elektros tinklo, nes trumpasis jungimas nėra jos prijunginyje ir
jis gali būti pašalintas, atjungiant pažeistą EES elementą ne vėjo elektrinių jungtuvais. Todėl vėjo
elektrinės turi turėti trumpojo jungimo išlaikymo technologiją, angliškai taip vadinamą „Fault ride
through“. Vėjo elektrinė turi būti galvaniškai neatjungiama nuo elektros tinklo, kai įtampa
prijungimo prie perdavimo tinklo (110 kV ir aukštesnė įtampa) taške apibrėžta 8.4 paveiksle
pavaizduota charakteristika. Apatinė charakteristikos dalis nustatyta apibendrinus vėjo elektrinių
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
121
toleruotinus įtampos kitimo profilius kitose šalyse. Viršutinė charakteristikos dalis nustatyta
įvertinant leistinus trumpalaikius įtampos padidėjimus elektros tinklų įrenginiams operatyvinių
perjungimų ir avarinių režimų metu (Elektrinių ir elektros tinklų eksploatavimo taisykles, 2002).
8.4 pav. Įtampų lygiai perdavimo tinkle
Vėjo elektrinės turi išlaikyti mažiausiai du tokius įtampos kitimus, esant ir nesėkmingam
automatiniam kartotiniam įjungimui. Laiko trukmė tarp pasikartojančių trumpųjų jungimų priklauso
nuo vėjo elektrinių prijungimo taško ir elektros tinklo, todėl konkrečią laiko trukmę tinklo sistemos
operatoriaus gali pateikti kiekvienu konkrečiu atveju.
Atsikūrus tinklo įtampai, vėjo elektrinė ar parkas turi atkurti leistiną generuojamą galią, ne
mažesniu kaip 20 %–50 % vardinės galios per sekundę greičiu, t. y. atkuriant buvusią galią ne ilgiau
kaip per 5–2 sekundes atsikūrus prijungimo taško įtampai iki 0,85 vardinės jos vertės. Vokietijos
E.ON Netz tinklų kodas reikalauja 20 % per sekundę vardinės galios atkūrimo greičio, nes vėjo
elektrinių santykinai stiprus ryšys su UCTE leidžia palyginti lėtai atkurti buvusią vėjo elektrinių
galią ir išvengti galimų įtampos svyravimų. Tuo tarpu Didžiosios Britanijos tinklų kodas,
atsižvelgdamas į aktyviosios galios atkūrimo greičio svarbą savo mažesnės galios EES stabilumui,
reikalauja atkurti buvusią galią nedelsiant – per 0,5 sekundės. Dideli aktyviosios galios kitimo
greičiai reikalaujami ir apribojant galią. Be to, Didžiosios Britanijos tinklų kodas reikalauja, kad
vėjo parkai turėtų pirminio ir antrinio reguliavimo įrangą bei dažnio padidėjimo apsaugą. Airijos ir
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
122
Kanados Hydro-Quebec tinklo kodai reikalauja, kad vėjo parkai dalyvautų reguliuojant sistemos
dažnį.
Trumpojo jungimo metu tinkle visų elektrinių žadinimo sistemos bando didinti nukritusią
įtampą. Tai turi daryti ir vėjo elektrinės trumpojo jungimo metu generuodamos reaktyviąją galią į
elektros tinklą. Trumpojo jungimo metu vėjo elektrinės turėtų apriboti tiekiamą aktyviąją galią ir
pereiti į taip vadinamą reaktyvios galios generavimo režimą (angl. reactive power mode), kol nebus
pašalintas trumpasis jungimas ir atsikuria reikiamo lygio prijungimo taško įtampa arba elektrinės
valdymo sistemoje trumpojo jungimo išlaikymo nustatytam laikui (angl. delay time for FRT). Visų
kitų įtampos apsaugų pakopų nustatymai turi nepatekti į 8.4 paveiksle raudonai apibrėžtą zoną.
8.4. Vėjo elektrinės valdymo kriterijus
Vėjo elektrinių apsaugų nuo vėjo gūsių nustatymai turi būti išskaidomi atskiroms vėjo
elektrinėms galimai skirtingai. Būtina, kad elektrinių stabdymo ir įjungimo vėjo greičių nustatymai
skirtųsi ne mažiau kaip 10 procentų tam, kad šiek tiek pasikeitus vėjo greičiui jos vėl nebūtų
stabdomos ir įjungiamos. Rekomenduojama, kad vėjo elektrinės turėtų vėjo gūsių dinaminę
valdymo sistemą, kuri esant stabdymo vėjo greičiui, lygiam apie 0,8-0,85 leistinos didžiausios vėjo
greičio vertės, tačiau ne mažesniam kaip 25 m/s, pradėtų mažinti generuojamą galią. Toliau didėjant
vėjo greičiui ir, pasiekus leistiną didžiausiąją vėjo greičio reikšmę, galia turi būtų sumažinta iki
nulio.
Vėjo elektrinių įjungimo prie minimalaus vėjo greičio nustatymai taip pat turi būti
diferencijuojami pagal vėjo greičio ar laiko išlaikymo nustatymus.
Lietuvoje kol kas vėjo elektrinių parkai neturi savo bendro valdymo operatoriaus t.y.
dispečerinio centro kaip kad kitose elektros energetikos sistemose (pvz. Ispanijoje). Todėl vėjo
elektrinių valdymas turi būti tiesioginis ir pilnai atliekamas iš EES dispečerinio centro SCADA
sistemos XA/21. Siekiant išvengti elektros energijos gamintojų diskriminacijos, techniniai
reikalavimai ir sąlygos turi būti galimai vienodi. Prie perdavimo tinklo jungiamos šiuolaikiškos vėjo
elektrinės praktiškai visos turi valdomus dažnio keitiklius, leidžiančius valdyti parametrus kaip ir
įprastose elektrinėse.
8.5. Vėjo elektrinių elektros kokybės kriterijus
Vėjo elektrinės turi tenkinti galiojančio LST-EN 50160 standarto reikalavimus. Naujai
patvirtintame standarte elektros kokybės reikalavimai nepakito.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
123
8.6. Vėjo elektrinių parko informacijos apimties ir mainų kriterijus
Vėjo elektrinės ar parko reguliatorius turi realiame laike siųsti matavimą apie galimą
generuoti vėjo elektrinių parko aktyviąją galią ir ne rečiau kaip kas kelias minutes siųsti
nepagamintos elektros energijos kiekio informaciją, jeigu vėjo elektrinių generuojama galia buvo
apribota.
Jei dispečerinio valdymo sistemoje pakeičiamos apsaugų nustatymų ir delsų vertės, tai jos
vėjo elektrinei turi būti siunčiamos ir priimamos automatiškai.
Nuolatos turi būti atliekamas visų nustatytų iš tinklo operatoriaus dispečerinio valdymo
sistemos vėjo elektrinių valdymo parametrų monitoringas, t.y. visi nustatomi dydžiai turi būti
matuojami ir siunčiami atgal į tinklo operatoriaus dispečerinio valdymo sistemą.
Signalai apie nustatytus valdymo režimus taip pat turi būti gaunami iš vėjo elektrinės ar
parko reguliatoriaus.
Vėjo elektrinių ir vėjo parkų aktyviosios galios matavimo tikslumas turi būti ne mažesnis už
1,0 matavimo prietaisų klasės tikslumą.
8.7. Vėjo elektrinių parko patikros ir bandymų kriterijus
Vėjo elektrinių matematiniai modeliai su reikiamais duomenimis statinių ir dinaminių
procesų modeliavimui turi būti pateikti perdavimo sistemos operatoriui.
Jeigu (dar) nėra galimybių vėjo elektrinių parke atlikti pažaidų eksperimentus, galima
panaudoti vėjo elektrinių tipo gamyklinių bandymų duomenis. Gamintojas atsako už tokių būtinos
informacijos pateikimą tinklų operatoriui. Pastačius elektrines ir atiduodant eksploatuoti vėjo
elektrinių parką, turi būti pateiktas parko atnaujintas ir (pasyviais) eksperimentais patikslintas
modelis.
Vėjo elektrinės keliami reikalavimai ir techninės sąlygos:
1. Vėjo elektrinė, kuri jungiama prie 0,4 kV elektros tinklo, kurios galia yra iki 30 kW ir
neviršija vartotojo leistinosios suvartoti galios, privalo atitikti tokio tipo įrenginiams ES
galiojančius standartų reikalavimus. Vėjo elektrinės sertifikatas turi būti pateiktas skirstomojo
tinklo operatoriui ir turi būti įrengta atskira komercinė apskaita. Kiti prijungimo taisyklių
reikalavimai nėra taikomi.
2. Vėjo elektrinė, kuri jungiama prie 0,4 kV elektros tinklo, kurios galia yra nuo 30 kW iki
100 kW galios, turi tenkinti tuos prijungimo reikalavimus ir technines sąlygas, kuriuos nustato
skirstomojo tinklo operatorius.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
124
3. Visos vėjo elektrinės, kurių galia didesnė kaip 100 kW, turi atitikti vėjo elektrinių
prijungimo taisyklių bendruosius reikalavimus ir atitinkamas technines sąlygas.
4. Bendruosius ir papildomuosius reikalavimus ir projektavimo technines sąlygas turi atitikti
vėjo elektrinės arba vėjo elektrinių parkai, kurie numatomi prijungti prie 6 kV ar aukštesnės
įtampos tinklo ir kurie į prijungimo tašką pateiks suminę 1 MW arba didesnę galią, neatsižvelgiant į
elektrinių nuosavybės teises. Jei tame pačiame prijungimo taške numatoma prijungti daugiau vėjo
elektrinių, tai techninėms sąlygoms nustatyti visų esamų ir planuojamų statyti vėjo elektrinių galios
turi būti susumuotos. Veikiančių vėjo elektrinių konstrukcijos ar parametrų pakeitimai turi būti
prilyginami naujos vėjo elektrinės prijungimui.
Išvados
1. Prijungiamų prie elektros tinklų vėjo elektrinių projektavimo techninių sąlygų tikslas yra
nustatyti pagrindinius minimalius techninius, projektavimo ir veiklos (darbo) kriterijus,
kurie netrikdytų elektros tinklų darbo ir leistų tinkamai vykdyti savo funkcijas bei būtų
vienodi visoms tokios pat kategorijos elektrinėms (savininkams).
2. Nustatyta, kad mažos galios ir su silpnais tarpsisteminiais ryšiais EES stabilumui užtikrinti,
vėjo elektrinės ar parko leistina generuojama galia turi būti atkurta ne mažesniu kaip 20 %–
50 % vardinės galios per sekundę greičiu tiek atsikūrus tinklo įtampai po gedimo tiek ir
galią mažinant.
3. Vėjo parkai turi turėti pirminio ir antrinio reguliavimo įrangą bei dažnio padidėjimo
apsaugą.
4. Vėjo elektrinių prijungimo prie elektros tinklų techninėse sąlygose turi atsispindėti
aktyviosios ir reaktyviosios galių valdymo, elektrinės apsaugų ir valdymo, elektros kokybės,
informacijos apimties ir mainų, patikros ir bandymų pagrindiniai apibendrinti kriterijai.
5. Vėjo elektrinė, kurios galia yra iki 30 kW, privalo atitikti tokio tipo įrenginiams galiojančius
standartų reikalavimus ir turi būti įrengta atskira komercinė apskaita bei išpildytos
supaprastintos skirstomųjų tinklų projektavimo techninės sąlygos.
6. Visos vėjo elektrinės, kurių galia didesnė kaip 30 kW, turi atitikti vėjo elektrinių prijungimo
taisyklių bendruosius reikalavimus ir skirstomojo tinklo operatoriaus projektavimo
technines sąlygas.
7. Bendruosius ir papildomuosius reikalavimus ir technines sąlygas turi atitikti vėjo elektrinės
arba vėjo elektrinių parkai, kurie numatomi prijungti prie 6 kV ar aukštesnės įtampos tinklo
ir kurie į prijungimo tašką pateiks suminę 1 MW arba didesnę galią.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
125
9. VISŲ RINKOS DALYVIŲ DALYVAVIMO VĖJO ELEKTRINIŲ PLĖTROS
PROGRAMOJE GALIMYBIŲ ĮVERTINIMAS (LEI)
Ūkinių vienetų, dalyvaujančių vėjo elektrinių plėtros programoje, įvardijimas rinkos
dalyviais yra daugiau sąlyginis nei motyvuotas teisiškai ar ekonomiškai, nes ekonominė parama
vėjo elektrinės savininko neleidžia vadinti laisvosios rinkos dalyviu. Ir jeigu pasibaigus paramos
laikotarpiui VE pagaminta energijai bus taikomas garantuotas supirkimas (vidutinėmis rinkos
kainomis), jos savininkas taip pat liks tik sąlyginiu rinkos dalyviu.
Šiuo metu nėra patvirtintos VE plėtros programos (ar plano) nuo 2011 metų, o leidimų
statyti naujus vėjo parkus yra išduota netoli 2000 MW. Tokia didelė galia keleriopai viršija
Lietuvos EES technines galimybes priimti šią galią savo poreikio grafikui dengti. Tad naujos
programos poreikio kaip ir nėra, jeigu iki šiol išduoti leidimai bus realizuoti. Plėtros programa,
jeigu tokia būtų, galėtų numatyti:
plėtros ribas, kad nesusidarytų perteklinės VE galios Lietuvoje, kurios gamins
nereikalingą užsienio rinkoms energiją (ir kurios kitų šalių tiekėjai nepirks, nes
greičiausiai patys bandys eksportuoti perteklinę energiją į kitas šalis);
plėtros apimtis nerealizuotiems plėtros leidimams kompensuoti skelbiant pakartotinius
konkursus, jeigu daug išduotų iki šiol leidimų būtų nerealizuota, ir nesusidarys
perteklinių vėjo elektrinių galių;
plėtros apimtis mažoms vėjo elektrinėms (250-1000 kW), jungiamoms prie 10 kV tinklų.
Iš sąlyginių rinkos dalyvių didžiausias galimybes dalyvauti vėjo elektrinių plėtros
programoje turi didesnių vėjo parkų, jungiamų prie perdavimo tinklo, statytojai. Tai užsienio
kapitalo įmonės, turinčios parkų statybos ir eksploatavimo patirtį ir norinčios gauti Lietuvoje vieną
iš didžiausių Europoje pastoviųjų tarifų.
Mažas vėjo elektrines statytis gali įvairūs sąlyginiai rinkos dalyviai iš Lietuvos, pirmiausia –
susikooperavę ūkininkai.
Tolimesnę vėjo elektrinių plėtrą (virš 200 MW po 2010 metų) rekomenduotina vykdyti
organizuojant skaidrius nediskriminacinius konkursus arba aukcionus, siekiant, kad juose dalyvautų
kuo daugiau elektros gamintojų rinkos dalyvių. Konkursai turėtų būti organizuoti kiekvienai vėjo
energetikos plėtros zonai atskirai ir neviršyti 50% zonoje esančių perdavimo tinklų leistino
apkrautumo.
Informaciją apie konkurso eigą, gautus pasiūlymus, laimėtojus ir laimėjimo sąlygas
rekomenduojama skelbti viešai, tinklų operatorių tinklapyje.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
126
10. PAPILDOMŲ IR SISTEMINIŲ PASLAUGŲ OPTIMALAUS TEIKIMO STRUKTŪROS
NUSTATYMAS
Sistemines paslaugas teikia perdavimo sistemos operatorius visiems savo sistemos
naudotojams, taip pat kitų perdavimo sistemų operatoriams. Šias paslaugas jis suformuoja iš
papildomų paslaugų, kurias teikia atskiros elektrinės, vartotojai (vartotojų grupės) ir kiti PSO.
Neigiami vėjo elektrinių poveikiai sisteminių paslaugų apimčiai. Vėjo elektrinių
prijungimas didins reguliavimo rezervų – antrinio ir tretinio – poreikį ir naudojimo intensyvumą:
papildomų n-1 tipo rezervų reikės visada, kai bendrasis sistemos rezervas sudaromas A
metodu (atskiri rezervai didžiausio blokų atsijungimui ir VE generacijos nuokrypiui nuo prognozės
padengti);
papildomų n-1 tipo rezervų reikės tiek, kiek VE generacijos nuokrypio nuo prognozės
padengimo rezervai viršija didžiausio bloko atsijungimui kompensuoti reikalingą rezervą (bendrasis
sistemos rezervas sudaromas B metodu);
n-1 tipo rezervai (sudaryti ir A, ir B metodu) bus naudojami intensyviau, nei scenarijuje be
VE prijungimo, nes nuokrypių nuo prognozės bus daug dažniau nei blokų avarinių atsijungimų. Tai
reiškia, kad perdavimo sistemos operatoriaus sąnaudos sistemos balansavimui padidės.
Teigiami vėjo elektrinių poveikiai sisteminių paslaugų apimčiai. Vėjo elektrinių
prijungimas mažins aktyviosios energijos nuostolius skirstomuosiuose ir perdavimo tinkluose, nes
daugiau energijos bus pagaminama prie skirstomųjų tinklų prijungtose VE, taigi – arčiau vartotojų
apkrovų.
Kitas teigiamas efektas – vėjo elektrinių parkai gali palengvinti įtampų reguliavimą
perdavimo ir skirstomajame tinkle automatiškai keisdami reaktyviosios galios kompensavimą
tinkle.
Optimali sisteminių ir papildomų paslaugų, susijusių su vėjo elektrinėmis, teikimo
struktūra. Hipotetiniu atveju eksportuojant perteklinę vėjo elektrinių galią, ją rezervuoti turėtų tų
šalių, kuriose yra pirkėjai, perdavimo sistemos operatoriai. Rezervuoti eksportuojamas galias
Lietuvos elektrinėmis būtų neoptimalu, nes Lietuvos elektrinės generatoriai turėtų dirbti minimaliu
režimu, kad palaikytų besisukantį tretinį rezervą.
Optimalios papildomų paslaugų sistemos metmenys būtų tokie:
antrinį n-1 rezervą (maždaug 3 h) teikia Kruonio HAE, Kauno HE ir nedidele dalimi –
Lietuvos elektrinės blokai;
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
127
antrinį rezervą EES poreikio ir generacijos svyravimams padengti (±60 MW) rezervą
teikia Lietuvos elektrinės blokai;
tretinį rezervą teikia pirmiausia pigesni nei Lietuvoje kitų (kaimynų) perdavimo sistemos
operatorių siūlymai. Po jų – naujasis dujų turbininis blokas Lietuvos elektrinėje (440
MW įrengtosios galios), po jo – didžiųjų termofikacijos elektrinių blokai (Vilniaus,
Kauno, Mažeikių). Ketvirti pagal prioritetą turėtų būti Lietuvos elektrinės 300 MW
blokai. Penkti būtų – Panevėžio TE blokai. Neoptimalu būtų perdavimo sistemos rezervą
rezervą „rinkti“ iš komunalinių atliekų deginimo elektrinių, biomasės elektrinių,
vartotojų elektrinių.
Naujos AE (1350 MW) dalyvavimas tretinio rezervo teikime laikytinas įmanoma nauja
artimos ateities technologija. Darbo autoriai jos tretinio rezervo struktūrai nesiūlo,
laikydamiesi požiūrio, kad Naujos AE galią valdys 4 šalys-statytojos (Lietuva, Lenkija,
Estija, Latvija), ir pretenduoti į kaimynų valdomas galias (kad duotų Lietuvos EES
antrinių rezervų) būtų nekorektiška.
Bet kuriuo atveju, išskirtinė teisė atskiriems naudotojams į atskirus galios rezervus nesudaro
sąlygų efektyviausiu ir pigiausiu būdu teikti rezervavimo paslaugas sistemoje.
Rezervų rinka turėtų apimti visus Lietuvos gamintojus ir kitus rezervinių galių tiekėjus (įskaitant
vartotojus). Efektyvumui ir konkurencijai didinti rekomenduojama rezervų rinką išplėsti apimant
visas Baltijos EES, bei Skandinavijos EES.
Vėjo elektrinių dalyvavimas teikiant papildomas paslaugas. Vėjo parkai galės reguliuoti
įtampas keisdami savo sinchroninių generatorių reaktyviosios galios generavimo/vartojimo režimą.
Tai būtų papildoma paslauga, teikiama pagal ilgalaikę sutartį su perdavimo sistemos operatoriumi.
Šis režimas būtų keičiamas pagal valdymo komandą, siunčiama vėjo parkui iš dispečerinio centro
(rankiniu, automatiniu būdu) arba iš tinkluose įrengtos automatinės įtampos reguliavimo sistemos
valdiklių. Tiesa, tai padidintų informacinių komunikavimo technologijų diegimo sąnaudas. Būtų
optimalu, jeigu PSO tokias paslaugas pirktų konkurencinėmis sąlygomis, kai vėjo elektrinės
pasirenkamos iš kitų generatorių (ar šaltinių) dėl pigesnių kainų.
11. EFEKTYVI, DARNI IR EKONOMIŠKAI PASITEISINANTI VĖJO ELEKTRINIŲ
PLĖTRA LIETUVOJE
Efektyvi vėjo elektrinių plėtra būtų tokia, kai VE gamins elektros tiek, kad Lietuva įvykdytų
savo įsipareigojimus Europos Sąjungai pagaminti reikiamą kiekį elektros iš atsinaujinančių šaltinių.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė LEI
128
Efektyvi plėtra turėtų laiduoti pačių vėjo elektrinių (ir jų prijungimo prie tinklų sąnaudų)
atsipirkimą per nustatytą laikotarpį.
Darni plėtra pirmiausia reikštų negaminti perteklinės Lietuvai energijos. Jeigu tokia būtų
gaminama specialiai eksportui, pirkėjus savo elektrai turėtų surasti patys vėjo parkai arba juos
atstovaujantys tiekėjai.
Darni plėtra reikštų, kad reguliavimo rezervų poreikius eksportuojamai vėjo elektrinių
energijai turėtų susirasti patys vėjo parkai arba juos atstovaujantys tiekėjai. Tokiu atveju Lietuvos
generatoriai nebūtų priversti dirbti techniniu minimumu, kad palaikytų reikiamus rezervus
eksportuojamai galiai.
Darni plėtra turėtų palikti vietos Lietuvos poreikio grafike ir biomasės elektrinėms.
Darni plėtra reikštų ir konkurencinės elektros rinkos išsaugojimą Lietuvos pardavimų
rinkoje, kurios praktiškai liktų nedaug, jei vėjo elektrinės dengtų tą Lietuvos poreikio dalį, kuri
lieka atmetus būtinąsias elektrines (termofikacines, vartotojų elektrines, besisukančius rezervus).
Ekonomiškai pasiteisinant plėtra reikštų, kad vėjo parkai negauna skatinimo paramos
atsipirkus jų investicijoms (arba pasibaigus nustatytam skatinimo laikotarpiui) ir būtų išvengiama
viršpelnių susidarymo skatinimo sąskaita.
Jei hipotetiniu atveju vyktų VE galios eksportas iš Lietuvos, skatinti jį būtų ekonomiškai
neteisinga.
Ekonomiškai pasiteisinanti plėtra reikštų, kad perdavimo sistemos operatoriaus papildomos
išlaidos vėjo elektrinių rezervavimui ir balansavimui netampa nepriimtinai didelėmis. Priimtinumo
klausimą bus galima spręsti prijungus bent 200 MW suminės VE galios.
Ekonomiškai pasiteisinanti plėtra turėtų „pervesti“vėjo elektrines į konkurencines rinkos
sąlygas pasibaigus nustatytam laikotarpiui.
Su ekonomiškai pasiteisinančia plėtra galima sieti ir Lietuvos perdavimo sistemos
operatoriaus reikalavimą vėjo parkams teikti savo galios prognozes ir jiems taikyti ribotą
balansavimosi atsakomybę – kai vėjo parkai už dalį savo nebalansų (nuokrypių nuo prognozės)
atsiskaito pirkdami/parduodami balansavimo energiją.
Rekomenduotina maksimali iki 500 MW vėjo elektrinių galia Lietuvos EES pirmame plėtros
etape, užtikinant diversifikuotą atsinaujinančių šaltinių panaudojimo elektros gamybai plėtrą.
Pasiekus 500 MW vėjo elektrinių suminę galią, būtina įvertinti ar poveikis ir įtaka elektros
energetikos sistemai atitinka studijoje nustatytiems poveikiams.
Neproporcingai didelė vėjo elektrinių suminė galia gali turėti neigiamos įtakos Lietuvos
EES galių balanso suvaldymui, kas gali būti viena iš svarbesnių kliūčių siekiant susijungti
sinchroniniam darbui su UCTE, bei padidintų priklausomybę nuo Rusijos EES.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
129
12. REAKTYVIOSIOS GALIOS IR ĮTAMPOS VALDYMAS ELEKTROS
TINKLUOSE
Perdavimo tinklas
Įtampų lygiai elektros perdavimo tinkle yra reguliuojami keičiant sinchroninių generavimo
agregatų generuojamą reaktyviąją galią, įjungiant arba išjungiant kondensatorių baterijas bei
šuntinius reaktorius. 110 kV tinklo įtampos gali būti valdomos nustatant atitinkamas
autotransformatorių atšakų padėtis.
Prijungus didelės galios vėjo parkus, gali pasikeisti aktyviosios ir reaktyviosios galių srautų
kryptys, vėjo parkų prijungimo vietose įtampos gali padidėti. Iš kitos pusės, didelės galios srautą
perduodant ilgomis linijomis, gali padidėti įtampos nuostoliai ir dėl to įtampos nutolusiuose
mazguose sumažėtų.
Paprastai vėjo parkų reaktyviosios galios valdymo galimybės, lyginant su įprastiniais
sinchroniniais generavimo agregatais, yra mažesnės, vadinasi, mažesnės yra ir įtampos valdymo
galimybės. Todėl reikia ištirti, ar prijungus didelės galios vėjo parkus būtų reikalingos papildomos
įtampų reguliavimo priemonės.
Perdavimo tinklo įtampų lygiai tyrinėti, darant prielaidą, kad vėjo parkai reguliuoja
reaktyviąją galią ±0,2×PN ribose, o vėjo parkų aukštinančiųjų galios transformatorių santykinis
transformacijos koeficientas yra 1,05. Esant tokiam reaktyviosios galios valdymo diapazonui, 330
kV ir 110 kV tinklo įtampas galima palaikyti leistinose ribose be papildomų reguliavimo priemonių
ir naudojant tik esamus (arba planuojamus plečiant perdavimo tinklą) šuntinius reaktorius bei
kondensatorius ir autotransformatorių atšakų valdymą.
Reikia atkreipti dėmesį, kad prie vienos linijos arba prie linijų grupės prijungus keletą vėjo parkų, jų
įtampų ir reaktyviosios galios valdymas turėtų būti koordinuotas. Paprasčiausiai tokį valdymą
galima realizuoti taip, kad vienas parkas palaikytų nustatytą įtampos vertę, o likusieji parkai –
nustatytą galios koeficiento cosφ (arba tgφ) reikšmę.
Skirstomasis tinklas
Mažėjant energijos pagrindiniams ištekliams, neišvengiamai auga elektros bei šilumos
energijų kainos, o tai priverčia taupyti. Taupyti vartojant, gaminant bei paskirstant. Maži energijos
šaltiniai tampa labai svarbiais lokaline prasme.
Skirstomasis elektros tinklas yra pats gausiausias. Elektros energetikos sistemos
technologinių nuostolių didžiausia dalis yra jame. Jo darbo ekonomiškumas labai priklauso nuo
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
130
režimo parametrų, kurie, ypač įtampos, esant didelėms linijų varžoms yra labai jautrūs elektros
tiekimo pokyčiams.
Lietuvos energetinėje sistemoje skirstomuosius elektros tinklus sudaro 35, 10, 6 ir 0,4 kV
elektros tinklai. Dar yra kontaktiniai kitų įtampų tinklai. Į bet kurį gali būti įjungta vėjo elektrinė ar
jų parkas. Nuo pasirinktos prijungimo vietos priklauso pradiniai kaštai ir vėlesni eksploatavimo
kaštai, kurie turi būti iš anksto įvertinti, nes nuo to labai priklauso vėjo elektrinės įrengimo projekto
rentabilumas ir skirstomojo elektros tinklo darbo rodikliai, valdymo technologijos. Prijungus keičiasi
elektros tiekimo pobūdis. Skirstomasis elektros tinklas (SET) su vėjo elektrine pasidaro aktyviu
skirstomuoju elektros tinklu (ASET), kuriame elektros tiekimas vartotojams gali jau būti tiek
spindulinis, tiek dvikryptis. ASET tampa perdavimo tinklu tam laikotarpiui, kol generuoja aktyviąją
galią. Elektros tiekimo pobūdžio kaitos įgyvendinimui turi būti priderintas valdymas, apsaugos,
technologinė automatika, apskaitos sistema. Elektrinė SET atžvilgiu yra kaip pirmos – trečios
kategorijos vartotojas. Skirtumas tik tame, kad vykdomas energijos gaminimas, o ne vartojimas.
Prisijungimo vieta ir pasekmių skaičiavimas yra daugiavariantinis uždavinys. Esant žinomai vėjo
elektrinės pastatymo vietai visuomet yra keli jos prijungimo prie SET variantai. Tai svarbu tiek SET,
tiek vėjo elektrinės darbo rodikliams.
Šiame skyriuje yra nagrinėjama pavienių vėjo elektrinių ar jų parko įtaka skirstomojo elektros
tinklo darbui, įtampų režimams, išryškinant prisijungimo ir darbo jame galimybes.
12.1. Vėjo elektrinės prijungimo prie skirstomojo elektros tinklo galimybės
Vėjo elektrinė ar jų parkas prie skirstomojo elektros tinklo gali būti prijungiama patenkinus
techninių taisyklių reikalavimus. Prieš tai turi būti išspręsti tikslingumo, žemės disponavimo,
ekologiniai bei techniniai uždaviniai.
Vienas iš svarbesnių techninių uždavinių- prisijungimo prie skirstomojo elektros tinklo
ekonomiškiausios alternatyvos suradimas, nes jų gali būti keletas. 12.1 pav. parodyti galimi vėjo
elektrinės prijungimo prie SET variantai:
a) Trumpiausias prisijungimas prie F01 ar F05. Reikėtų rekonstruoti fiderių ir transformatorių
pastočių apsaugas ir automatiką;
b) Prisijungimas per TP-B skirstyklą;
c) Prisijungimas per rezervavimo vietos (RV) skirstyklą.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
131
12.1 pav. Vėjo elektrinės galimas prijungimas prie SET su dviem transformatorių pastotėmis
Jeigu vėjo elektrinė geografiškai yra arti transformatorių pastotės, tai geriausia ją prijungti
prie skirstomojo elektros tinklo per jos skirstyklą (12.2 pav.). Šiuo atveju neprireiktų keisti fiderių
darbo režimo, palankiausiai būtų panaudojamos fiderių kamieninės dalys, padidėtų elektros tiekimo
patikimumas. Tačiau tektų rekonstruoti transformatorinės skirstyklą, elementų apsaugas ir
automatiką.
12.2 pav. VE prijungimas prie SET per TP skirstyklą
Pagamintos elektros energijos pardavimas vyktų panaudojant TP skirstyklą ir nuo jos nueinančius
fiderius. VE taptų TP zonos vartotojų pagrindiniu elektros tiekėju, kiek tai leistų jos generuojama
galia. Be to, VE su valdoma generuojama reaktyviąja galia galėtų tapti TP zonos įtampų režimų
reguliatoriumi, valdydama elektros tiekimo suminius nuostolius. Prisijungti prie fiderio kamieninės
dalies yra geriau todėl, kad joje būna didesnio skerspjūvio laidininkai, praleidžiantys didesnes galias
su mažesniais nuostoliais.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
132
12.3 pav. VE prijungimas prie SET su keliomis rezervavimo vietomis
Prisijungiant per rezervavimo vietas, jų skirstyklas reikėtų rekonstruoti taip, kad būtų galimas
tiek rezervavimo vietų darbas, tiek ekonomiškiausias VE ir ASET darbas. VE taptų TP-1 fiderio F01,
TP-2 fiderio F05, TP-4 fiderio F03, TP-3 fiderio F01 vartotojų pagrindiniu elektros tiekėju, kiek tai
leistų VE instaliuota ir tuo metu išvystoma galios ir pagrindiniu šių fiderių įtampų režimų
reguliatoriumi, jei tai būtų verta.
Išnagrinėjus Lietuvos ES schemą buvo pastebėta, kad ryšio tarp perdavimo ir skirstomųjų
elektros tinklų pastotėse, TP, yra instaliuoti vienas arba du galios transformatoriai, kurių galios kinta:
110/35/10 kV RP–nuo 6,3 iki 25 MVA; 110/10 kV RP– nuo 2,5 iki 40 MVA; 110/6 kV RP– nuo 6,3
iki 15 MVA. Šių transformatorinių ryšio su perdavimo tinklu stiprį nusako trifazių trumpųjų jungimų
galios, jiems įvykus ant aukštos pusės šynų. Jas apibendrina 12.4 pav. pateikta diagrama.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
133
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
Ale
k1 1
1
Ale
k2 1
1
Aly
tu 1
1
Ant
al 1
1
Bub
1 11
Bub
2 11
Buk
ta 1
1
Dai
n1 1
1
Did
z 11
Duk
st 1
1
Dum
p 11
End
rj 1
1
Gar
g2 1
1
IAE
11
IGN
1 11
Len
ki 1
1
Lyg
um 1
1
Mer
ki 1
1
Silu
t 11
Vas
uo 1
1
Vie
ks 1
1
Vil
n 11
Zas
l 11
Zid
ik 1
1
110 kV mazgai
MVA
12.4 pav. Skirstomojo elektros tinklo transformatorinių prisijungimo prie perdavimo tinklo ryšio stipris
Kuo didesnė trumpojo jungimo ant ryšio pastotės galia, tuo stipresnis to mazgo ryšys su
perdavimo tinklu. Įtampų režimai ir jų valdymas sudėtingėja silpnėjant šiam ryšiui. Skirstomojo
tinklo ryšio su perdavimo tinklu stiprį tiesiogiai nulemia transformatorių pastotėje naudojamo
transformatoriaus galia. Nepalankiausia situacija yra 2,5 MVA galios transformatoriaus atveju.
Tolesniu ryšio stiprį lemiančiu komponentu yra fideris, kurio įtampų režimą labiausiai įtakoja
kamieninės dalies elektriniai parametrai. Panagrinėjus realius fiderius galima išskirti
nepalankiausią fiderio struktūrą su didžiausia kamieno sumine varža. Nagrinėtos fiderių apimties
rezultatai yra parodyti 12.5 pav.
0
2
4
6
8
10
12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13markių kaita
varž
a, O
m
SmalF01 Rsum Smal F01 Xsum Smal F02 RsumSmal F02 Xsum Stak F02 Rsum Stak F02 XsumStak F021 Rsum Stak F021 Xsum Veiv F05 RsumVeiv F05 Xsum Veiv F01Rsum Veiv F01 XsumVeiv F07 Rsum Veiv F07 Xsum Veiv F02 RsumVeiv F02 Xsum Veiv F03 Rsum Veiv F03 XsumVeiv F04 Rsum Veiv F04 Xsum
12.5 pav. Skirstomojo elektros tinklo 10 kV fiderių tirtos apimties kamienų suminės varžos
Šioje apimtyje išryškėjo nepalankiausia fiderio kamieno struktūra, kuri yra parodyta 12.6
pav. Joje silpniausia kamieno grandis yra AS-50 markės laidas.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
134
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
A-70 A-70 AS-50 AS-50 AS-50 AS-35 A-70 AS-50 AS-70 AS-50
naudojamas laidas
varž
a, O
m Veiv F04 Rsum
Veivl F04 Xsum
12.6 pav. Nepalankiausio įtampų režimams 10 kV fiderio kamieno struktūra
Apjungus visus tris sunkiausius atvejus ir papildomai įvertinus dar būtiną elektros tiekimo
schemos patikimumą, gaunama vėjo elektrinių darbo sąlygas modeliuojanti atstojamoji schema, kuri
gali būti naudojama surandant jų leistinos didžiausios generavimo galios apatinę ribą. Ji taip pat gali
būti naudojama viršutinės leistinos didžiausios generavimo galios ribos suradimui, jeigu joje
įvertinami konkretūs vėjo elektrinės būsimos prijungimo taško ( taškas x ) vietos parametrai. Aišku,
kad tokia schema yra tinkama tokiu atveju, kai VE prijungimo taškas x yra fiderio kamiene. Ši
schema yra pateikta 12.7 pav.
12.7 pav. Vėjo elektrinių darbo sąlygas modeliuojanti schema, generuojamos leistinos maksimalios galios apatinės ribos suradimui
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
135
Ieškant leistinos didžiausios generavimo galios ribos, yra būtina atsižvelgti į kamieno
silpniausią ruožą, jo leistinąją galią, pagal jo darbo sąlygų apribojimus ir įtampos nuostolius. 12.8-
12.13 pav. yra pateikta leistinosios ribinės galios įvairių įtampų laidams ir kabeliams prie įvairių
darbo sąlygų pagal didžiausią leistinają srovę.
0
50
100
150
200
250
300
1,5
2,5 4 6
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
skerspjūvis, mm^2
kVA
12.8 pav. 0,4 kV varinėmis gyslomis kabelių leistinosios galios blogiausiomis darbo sąlygomis
0
100
200
300
400
500
600
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
240
300
skerspjūvis, mm^2
kVA
AS plikas laidas
A plikas laidas
12.9 pav. 0,4 kV AS ir A plikų laidų leistinosios galios
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
10
16
25
35
50
70
95
12
0
15
0
18
5
24
0
30
0
skerspjūvis, mm^2
kVA
AS plikas laidas
A plikas laidas
12.10 pav. 10 kV AS ir A plikų laidų leistinosios galios
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
136
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120
150
185
240
300
skerspjūvis, mm^2
kVA
12.11 pav. 10 kV aliumininėmis gyslomis kabelių didžiausios leistinosios galios blogiausiomis darbo sąlygomis
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
1,5
2,5 4 6 10 16 25 35 50 70 95 120
150
185
240
300
skerspjūvis, mm^2
kVA
12.12 pav. 10 kV varinėmis gyslomis kabelių didžiausios leistinosios galios blogiausiomis darbo
sąlygomis
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
10
16
25
35
50
70
95
12
0
15
0
18
5
24
0
30
0
skerspjūvis, mm^2
kVA
AS plikas laidas
A plikas laidas
12.13 pav. 35 kV AS ir A plikų laidų didžiausios leistinosios galios
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
137
12.2. Vėjo elektrinių generatorių ir jų valdymo sistemų galimybės
Vėjo elektrinės generatorius yra elektromechaninis keitiklis, kurio pagalba vėjo kinetinė
energija yra keičiama į elektros energiją. Šio keitimo proceso techninės charakteristikos priklauso
nuo naudojamo generatoriaus markės ir jį aptarnaujančios techninės aplinkos, kuri tiesiogiai
dalyvauja reguliuodama generatoriaus režimą, įvertindama situaciją prijungimo vietoje.
Nagrinėtų vėjo elektrinių generatorių generuojamų galių grafikai pateikti 14-16 pav.
0
500
1000
1500
2000
2500
-0,5…0,5 0,5…0,15 0,15…0,25 0,25…0,35 0,35…0,45 0,45…0,55 0,55…0,65 0,65…0,75 0,75…0,85 0,85…0,95 0,95…1,05
apkrautumo koeficientas
Pg
, K
W;
Qg
, kV
Ar
P_E3_2000
Q_E3-2000
P_E2_2000
Q_E2_2000
P_E_800
Q_E-800
P_E_2000
Q_E-2000
P_E-33
Q-E-33
P_GEVMP250
Q_GEVMP250
12.14 pav. Vėjo elektrinių generatorių Pg(kap), -Qg(kap)
0
500
1000
1500
2000
2500
-0,5…0,5
0,5…
0,15
0,15
…0,25
0,25
…0,35
0,35
…0,45
0,45
…0,55
0,55
…0,65
0,65
…0,75
0,75
…0,85
0,85
…0,95
0,95
…1,05
apkrautumo koeficientas
Pg, K
Wr
P_Enercon3_2000
P_Enercon2_2000
P_Enercon_800
P_Enercon_2000
P_Enercon-33
P_GEVMP250
12.15 pav. Vėjo elektrinių generatorių Pg(kap)
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
138
0
20
40
60
80
100
120
-0,5
…0,
5
0,5…
0,15
0,15
…0,
25
0,25
…0,
35
0,35
…0,
45
0,45
…0,
55
0,55
…0,
65
0,65
…0,
75
0,75
…0,
85
0,85
…0,
95
0,95
…1,
05
apkrautumo koeficientas
-Q
g, kVAr Q_Enercon3-2000
Q_Enercon2_2000
Q_Enercon-800
Q_Enercon-2000
Q-Enercon-33
Q_GEVMP250
12.16 pav. Vėjo elektrinių generatorių -Qg(kap)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-0,5…0,5 0,5…0,15 0,15…0,25 0,25…0,35 0,35…0,45 0,45…0,55 0,55…0,65 0,65…0,75 0,75…0,85 0,85…0,95 0,95…1,05
apkrautumo koeficientas
gal
ios
fak
torius
E3-2000
E2-2000
E-800
E-2000
E-33
GEVMP250
12.17 pav. Vėjo elektrinių generatorių galios faktoriaus priklausomybė nuo apkrautumo
Iš 12.16 pav. grafikų matosi, kad generuojama talpinė galia yra nedidelė, kai stengiamasi
generuoti aktyviąją galią, o ekonomiškiausiai tai vyksta prie artimo vardiniam apkrautumo(12.17
pav.). Kuo daugiau transformuoti vėjo energijos į kuo brangesnę – aktyviosios elektrinės galios
energiją –tokiam tikslui yra numatytos šios elektrinės. Privati pavienė vėjo elektrinė bus naudojama
pirmiausia aktyviosios energijos generavimui, nes ji yra brangiausia. Taip išryškėja prieštaravimas
tarp privačių ir režiminių, operatoriaus, interesų. Vėjo elektrinės valdymo funkcija taip pat yra prekė.
Kodėl ir kiek laiko buvo ribojamas vėjo elektrinės aktyviosios galios generavimas turi turėti
techninius pagrindimus. Vėjo elektrinių parko atveju, yra galimybė disponuoti kiekvienos jų
vaidmeniu, kai daliai jų gali būti priskirtas reaktyviosios galios generatoriaus vaidmuo. Ši savybė yra
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
139
labai svarbi valdant aktyvaus skirstomojo tinklo įtampų režimą. Šiuo atveju generatorių
reaktyviosios galios generavimo galimybės parodytos 12.18 pav., o nuo to priklausančios įtampos –
12.9 pav.
12.18 pav. Vėjo elektrinių generatorių reaktyviosios galios generavimo ir valdymo galimybės
12.19 pav. Vėjo elektrinių generatorių įtampos ant jų šynų valdymo galimybės
Reguliavimas turi turėti techninę ar ekonominę prasmę. Vėjo elektrinės valdymo sistemos
yra pasirengę koordinuojamam darbui. Jei to nėra, tai jos aktyviosios galios generavimą laiko
prioritetiniu. Prioritetas gali būti keičiamas. Reaktyvioji galia keičiama reguliuojant žadinimą.
Parko atveju, jis taip pat gali būti koordinuotai valdomas. Reguliuojant generuojamą reaktyviąją
galią yra tuo pačiu valdomas įtampos ant generatoriaus šynų lygis. Parko atveju – įtampos lygis
prisijungimo prie skirstomojo elektros tinklo taške. Sinchroninių generatorių atveju, jų darbas
viename fideryje be koordinavimo, netrukdant vienas kitam, įmanomas tarpusavyje pasidalinus
leistinų įtampų ir generuojamos galios intervalą. Asinchroninių generatorių atveju, suminei jų galiai
priartėjus prie didžiausios leistinos – pasidalinus tarpusavyje leistinos generuojamos galios
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
140
intervalą. Prie fiderio prijungiant antrą ir daugiau vėjo elektrinių, reikia atlikti tinklo darbo režimo
skaičiavimus ir nustatyti joms leistinus įtampų ir generuojamų galių intervalus.
12.3. Skirstomojo elektros tinklo su vėjo elektrinėmis galimybės
Šiuo metu skirstomasis elektros tinklas dirba spinduliniu režimu. Apsaugų, automatikos,
apskaitos ir operatyvaus valdymo sistemos yra suderintos šiam režimui. Jo pagrindinis tikslas –
patikimas kokybiškos elektros tiekimas vartotojams. Nutrūkus elektros tiekimui tiesioginius
nuostolius patiria vartotojai, o netiesioginius – skirstymo operatorius. Atsiradus vėjo elektrinėms,
esant vėjui padaugėja elektros tiekimo šaltinių. Elektros tiekimo patikimumas išauga, tačiau išauga
tiesioginiai ir netiesioginiai nuostoliai pažaidų atvejais. Vėjo elektrinių darbo dalyje skirstomasis
elektros tinklas ima dirbti dvikrypčiu maitinimo režimu. Sudėtingiausias režimas būtų naktį, kai yra
vėjas, o vartotojai miega. Įtampos išauga. Įtampų mažinimas susijęs su generuojamos aktyviosios
galios dalies praradimu. Vėjo elektrinių savininkai patirtų šiuo atveju tiesioginius nuostolius. Be to,
esant perteklinei generuojamai galiai, pirmiau pasiekusi ribinę didžiausią įtampą elektrinė ima
blokuoti tame pat fideryje dirbančių kitų elektrinių generavimą, jei nėra įtampų reguliavimo. Išeitimi
galėtų būti perteklinio generavimo panaudojimas papildomoms apkrovoms, esančioms kuo arčiau –
karšto vandens ruošimui, elektriniam šildymui, pigesniam skalbimui ir pan. Galima būtų perteklinę
galią perduoti į perdavimo tinklą, jei ten jos reikėtų tuo momentu ir jeigu būtų sukurta kompleksinė
skirstomojo ir perdavimo tinklų režimų valdymo sistema, kurios sukūrimui reikia ypatingos
motyvacijos dėl laukiančių investicijų apimties. Bet kuriuo atveju yra problema virtualų turtą
paversti realiu, nes kitaip jis bus nupūstas ir bus patiriami įvairiapusiai nuostoliai. Techninių sąlygų
šių uždavinių sprendimui sukūrimas turėtų būti įvykdytas visų suinteresuotųjų pastangomis,
pavyzdžiui, steigiant tam akcines bendroves ar panašiai, o ne perkeliant tai vien skirstymo
operatoriui.
Skirstomojo elektros tinklo operatorius, jei turėtų tokias technines sąlygas, galėtų panaudoti
kontraktuose su elektrinių savininkais suderintas galimybes valdomo režimo suminių nuostolių
mažinimui. Toks režimo valdymo galimybių išaugimas pareikalauja sukurti informacijos apie jį
surinkimo ir jos analizės realiam laike sistemą. Tai taps būtinybe didėjant vėjo ir kitokių elektrinių
koncentracijai skirstomuosiuose tinkluose.
Panaudojus 12.7 pav. parodytą tyrimo schemą, buvo atliktas virš minėto nepalankiausio vėjo
elektrinės įjungimo į skirstomajį elektros tinklą, maitinamą iš dviejų 110/10 kV transformatorinių,
režimų tyrimas. Buvo palyginti skirtingi darbo režimai, kai elektrinė buvo prijungta 10 kV tiriamo
fiderio kamieno gale. Buvo stengiamasi palaikyti + 10% Uv ant elektrinės šynų, esant + 5% Uv
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
141
įtampai baziniame perdavimo tinklo mazge. Buvo keičiama prijungimo taško vieta x išilgai fiderio
kamieno. Buvo tirta generuojamos galios kitimo, iki pusės didžiausio leistino generavimo lygio tame
taške, įtaka įtampų kryčiams ant transformatorių pastotės aukštosios įtampos šynų. Tyrimo rezultatai
yra parodyti 12.20-12.22 pav. Taip pat buvo tirti kituose tinkluose dirbančių vėjo elektrinių įtampų
režimai.
12.20 pav. Normalių darbo režimų palyginimas pagal suminius galių nuostolius
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
U, kV
Q_V
E, M
VA
r
Q_VE 1,47 0,84 0,17 -0,54 -1,29 -2,08 -2,9 -3,77 -4,25
0,36 0,37 0,38 0,39 0,4 0,41 0,42 0,43 0,44
12.21 pav.Vėjo elektrinių parko darbas palaikant įtampą prisijungimo taške
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
142
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,36 0,37 0,38 0,39 0,4 0,41 0,42 0,43 0,44
U_VE, kV
kW
, KV
Ar
deltaQsum
deltaPsum
12.22 pav. Vėjo elektrinių parko galimybės valdant suminius nuostolius ekonomiškiausiame režime, nepalankiausiame 10 kV tinkle su ploniausiu fiderio kamienu A-50
Tyrimo sąlygomis apatinė vėjų elektrinių parko didžiausia leistina galia buvo surasta prie
didžiausios apkrovos ir ribinės didžiausios generatorinės darbo įtampos. Didžiausia leistina apkrova
A-50 laidui buvo rasta pagal 12.11 pav. diagramą ir buvo priimta lygi 3,5 MVA.
Iš 12.22 pav. matosi, kad ekonomiškiausias režimas būtų vėjo elektrinių parkui dirbant abiejų
fiderių vartotojams, palikus rezervavimui TP-A, o nuo TP-B atjungus einantį link parko fiderį.
12.4. Vėjo elektrinių paplitimo skirstomajame elektros tinkle galimybės
Vėjo elektrinių generatorinė įtampa yra trifazė, 400 V. Pagal tai kiekviena galėtų būti
jungiama į 0,4 kV skirstomuosius elektros tinklus, kad priartėti prie vartotojų be tarpinių
transformacijų, jei nebūtų leistinosios galios apribojimo. Pagal 12.8-12.10 pav. pateiktas diagramas
matosi, kad laidininkų leistinosios apkrovos leidžia prijungti tik mažų galių elektrines, jei jų
prijungimo taškas yra fideryje. 12.11-12.15 pav. diagramos padeda rasti leistinosios laidininkų
galios sąlygotą didžiausią galimą vėjo elektrinės galią norimame 10 kV ir 35 kV prijungimo taške.
Maitinimo transformatoriai negali būti perkrauti ilgą laiką. Vėjo elektrinių generavimo netolygumą
galios transformatorių laikinosios perkrovos resursas toleruoja, bet parkų atveju generavimo
grafikai persidengia ir žymiai išsilygina.
Prie 0,4 kV fiderių prijungtų elektrinių galia turi neviršyti 10/0,4 kV transformatoriaus pusės
vardinės galios ir prie 10 kV fiderių prijungtų vėjo elektrinių galia turi neviršyti 35/10 kV
transformatoriaus pusės vardinės galios, įskaitant ir prie 0,4 kV tinklo prijungtas elektrines, įtampos
leistinųjų lygių užtikrinimui. Įvertinus įtampų leistinąsias ribas, nuo 110/10 kV transformatorių
maitinamame fideryje prijungiamų elektrinių ar jų parkų galia turi būti ne didesnė kaip 3 MW bet
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
143
kuriame darbo režime, o visame maitinamame tinkle – neviršyti vardinės transformatoriaus galios,
įskaitant 0,4 kV pusėje dirbančias elektrines. Nuo 110/35/10-6 kV įtampų transformatorių
maitinamame 35 kV tinkle prijungiamų elektrinių ar jų parkų suminė galia, įskaitant 10 ir 0,4 kV
tinkluose dirbančias elektrines, turi būti ne didesnė kaip pusė jų galios, ir 10 kV tinkle prijungiamų
vėjo elektrinių suminė galia turi neviršyti transformatoriaus pusės jo vardinės galios, įskaitant 0,4
kV pusėje dirbančias elektrines.Nuo 35/10 kV įtampų transformatorių maitinamame 10 kV tinkle
prijungiamų elektrinių ar jų parkų suminė galia turi neviršyti pusės jų galios, įskaitant 0,4 kV pusėje
dirbančias elektrines. Prie vieno dviejų apvijų 110/10 kV transformatoriaus žemosios įtampos šynų
arba prie vieno trijų apvijų 110/35/10-6 kV transformatoriaus vidutinės ir žemosios įtampos šynų
didžiausia suminė prijungiamų vėjo elektrinių galia turi neviršyti transformatoriaus vardinės galios,
įskaitant ir nuo tų šynų maitinamuose tinkluose prijungtas elektrines. Dviejų transformatorių atveju,
visame jo maitinamame tinkle prijungiamų vėjo elektrinių suminė galia turi neviršyti 1,4 karto
vieno arba mažesniojo transformatoriaus vardinės galios. Tai grafiškai pavaizduota 12.23 pav.
12.23 pav. Vėjo elektrinių ar jų parkų paplitimo skirstomajame elektros tinkle galimybės
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
144
Darant vienodo vėjų greičio Lietuvoje prielaidą, skirstomasis elektros tinklas yra pasiruošęs
priimti iki 2700 MW galios vėjo elektrinių.
Išvados
1. Vėjo elektrinės(ių) galia skirstomajame tinkle turi būti tokia, kad neviršytų grandinės ploniausio
laidininko leistinosios srovės ir įtampa visuose grandinės taškuose turi būti leistinose ribose.
2. Fideryje dirbant kelioms vėjo elektrinėms jų darbas turi būti koordinuojamas, kad įtampos būtų
leistinose ribose ir užtikrintų normalų elektrinių bei vartotojų darbą.
3. Prie 0,4 kV fiderių prijungtų elektrinių galia turi neviršyti 10/0,4 kV transformatoriaus pusės
vardinės galios ir prie 10 kV fiderių prijungtų vėjo elektrinių galia turi neviršyti 35/10 kV
transformatoriaus pusės vardinės galios, įskaitant ir prie 0,4 kV tinklo prijungtas elektrines,
įtampos leistinųjų lygių užtikrinimui.
4. Įvertinus įtampų leistinąsias ribas, nuo 110/10 kV transformatorių maitinamame fideryje
prijungiamų elektrinių ar jų parkų galia turi būti ne didesnė kaip 3 MW bet kuriame darbo
režime, o visame maitinamame tinkle – neviršyti vardinės transformatoriaus galios, įskaitant 0,4
kV pusėje dirbančias elektrines.
5. Nuo 110/35/10-6 kV įtampų transformatorių maitinamame 35 kV tinkle prijungiamų elektrinių
ar jų parkų suminė galia, įskaitant 10 ir 0,4 kV tinkluose dirbančias elektrines, turi būti ne
didesnė kaip pusė jų galios, ir 10 kV tinkle prijungiamų vėjo elektrinių suminė galia turi
neviršyti transformatoriaus pusės jo vardinės galios, įskaitant 0,4 kV pusėje dirbančias
elektrines.
6. Nuo 35/10 kV įtampų transformatorių maitinamame 10 kV tinkle prijungiamų elektrinių ar jų
parkų suminė galia turi neviršyti pusės jų galios, įskaitant 0,4 kV pusėje dirbančias elektrines.
7. Prie vieno dviejų apvijų 110/10 kV transformatoriaus žemosios įtampos šynų arba prie vieno
trijų apvijų 110/35/10-6 kV transformatoriaus vidutinės ir žemosios įtampos šynų didžiausia
suminė prijungiamų vėjo elektrinių galia turi neviršyti transformatoriaus vardinės galios,
įskaitant ir nuo tų šynų maitinamuose tinkluose prijungtas elektrines. Dviejų transformatorių
atveju, visame jo maitinamame tinkle prijungiamų vėjo elektrinių suminė galia turi neviršyti 1,4
karto vieno arba mažesniojo transformatoriaus vardinės galios.
8. Prie fiderio prijungiant antrą ir daugiau vėjo elektrinių, reikia atlikti tinklo darbo režimo
skaičiavimus ir nustatyti joms leistinus įtampų ir generuojamų galių intervalus.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
145
13. VĖJO ELEKTRINIŲ ĮTAKOS ELEKTROS ENERGIJOS KOKYBEI
ANALIZĖ
Elektros kokybės sąvoka apima:
dažnio valdymo kokybę,
įtaką elektros tiekimo patikimumui ir
įtampos kokybę.
Įtampos kokybės dalyje dar išskiriame:
nuostoviosios įtampos pokyčių leistinumą,
staigiuosius įtampos pokyčius,
įprastinės vėjo elektrinių veikos sukeltą įtampos mirgėjimą,
įjungimų, išjungimų ir apvijų perjungimų sukeltą įtampos mirgėjimą,
harmoninių įtampų (arba srovių) sukeltuosius iškreipius.
Elektros kokybės bendrojo naudojimo elektros tinkluose parametrus riboja reikalavimai,
nurodyti kokybės standarte [1]. Tačiau vėjo elektrinių atveju kokybės reikalavimai yra
sukonkretinti, o nebūtini skaičiuoti, pavyzdžiui, įtampų nesimetrija – praleisti [2].
13.1. Vėjo elektrinių įtaka dažnio valdymo kokybei
Elektros sistemos dažnis yra aktyvios galios visoje sistemoje funkcija. Visos elektros
sistemos mastu stambiosios vėjo elektrinės, tiksliau jų parkai, dažnio valdymo kokybei daro ženklią
įtaką.
Vėjo elektrinių parkai skirstomi 5 jungiamus prie aukštesnės kaip 100 kV įtampos tinklų ir vėjo
elektrinių parkus, jungiamus prie mažesnės kaip 100 kV įtampos tinklų [3 ir 4]. Lietuvoje tai bus
prie 110 kV ir 330 kV tinklų jungiami didieji parkai, o kita grupė bus prie 35 kV, 10 kV ir 0,4 kV
linijų jungiami mažesnieji parkai ir atskiros elektrinės.
Dažnio reguliavimo reikalavimai dideliems vėjo parkams ir pavienėms elektrinėms skiriasi.
Pavyzdžiui, Danijos reikalavimai elektrinėms, jungiamoms prie didesnės kaip 100 kV įtampos
tinklų, o tai praktiškai jau yra vėjo parkai, keliami paramos dažnio reguliavimui reikalavimai
parodyti 13.1 paveiksle [3]. Siūloma tokius reikalavimus taikyti prie 110 kV ir 330 kV tinklų
jungiamų parkų darbo režimams.
Pagrindinė šių reikalavimų idėja yra ta, kad elektros sistemoje esant avarinei būsenai, vėjo
parkai tęsdami elektros generavimą palengvina kitų elektrinių darbą ir tuo pačiu galių balansavimą
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
146
bei dažnio reguliavimą. Anksčiau stambieji vėjo parkai, ir pavienės vėjo elektrinės, pasikeitus
sistemos įtampai ar dažniui, paprasčiausiai atsijungdavo.
13.1 pav.. Prie 110 kV ir 330 kV tinklų jungiamų vėjo parkų leistinų įtampų ir dažnių darbo zonos
Per 2003 m. sisteminę avariją pūtė vėjas, vėjo elektrinės galėjo puikiausiai veikti, tačiau jie
atsijungė irt nebuvo iš kur paimti energijos galios vėl sistemai atkurti. Todėl užgesusios elektrinės
buvo pradėtos leisti tik po 2 val. atstačius elektros ryšį su Švediją.
Vėjo elektrinėms, jungiamoms prie žemesnės kaip 100 kV įtampos tinklų, leistinų įtampų ir
dažnių zonos pagal Danijos reikalavimus [4] pavyzdys parodytas 13.2 pav.
13.2 pav.. Leistinų įtampų ir dažnio zonos vėjo elektrinių, prijungtų prie 35, 10 ir 0,4 kV tinklų
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
147
Dabar Lietuvoje galiojančios vėjo elektrinių darbą reglamentuojančios taisyklės [5] remiasi
Danijos energetikų patirtimi, todėl praktiškai atitinka 13.2 pav. parodytus reikalavimus.
Pačios mažosios vėjo elektrinės, nors jas visas susumavus, ir yra pakankamai ženklus
generavimo šaltinis, galime teigti, kad įtakos visos sistemos dažniui neturi. Jos gali tapti svarbios,
kai kartu su vietiniais elektros energijos kaupikliais po mikrotinklo atsiskyrimo nuo sistemos
pradeda valdyti tokios mažosios elektros sistemos dažnį. Tada joms jau galioja visoms elektrinėms
taikomi reikalavimai ir lūkesčiai.. Todėl bet kokios vėjo elektrinės galia turi būti valdoma,
pavyzdžiui, generuojamoji galia turi būti mažinama, jei sistemoje nebėra kur dėti elektros
pertekliaus, ir generavimą kartu su vietiniu elektros kaupikliu reikia didinti, jei toks poreikis
atsiranda.
Lietuvos taisyklėse užduotas valdymo sistemos kokybės reikalavimas: kiekviena vėjo
elektrinė turi galėti savo galią sumažinti iki 20% jos vardinės galios trumpiau kaip per 2 sekundes.
Vėjo parkams tai padaryti yra lengva, nes pakanka dalį veikiančių elektrinių atjungti. Įprastinės
veikos metu elektros tinklo operatorius komandos keisti generuojamąją galią yra labai retos, tačiau
jų įvykdymas turi didelę įtaką visos sistemos dažnio valdymo kokybei. Kita priežastis greitai
reaguoti yra elektrą perduodančių linijų pažaidas. Jei, pavyzdžiui, dėl pažaidos atsijungia viena
pagrindinė elektros perdavimo linija, tai likusi veikti antroji ir silpnesnė linija akimirksniu
persikrauna (13.3 pav.).
Jei tinklo operatorius laiku praneša vėjo elektrinėms apie pažaidą ir susidariusius elektros
perdavimo sunkumus (angl. bottleneck), vėjo elektrinės staigiai nusikrauna, antroji linija išlieka
darbe ir neatsijungia. Pažaidą pašalinus, vėjo elektrinės vėl gauna signalą dirbti įprastai.
Pakartotinas paleidimas ilgiau užtruktų ir būtų neekonomiškas.
13.3 pav.. Vėjo elektrinių darbas vienos iš linijų pažaidos sąlygomis
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
148
13.4 pav.. Vėjo elektrinių reakcija į prijungimo taške išmatuoto dažnio pokyčius
Dar yra senų elektrinių, kurios negali keisti savo generuojamosios galios, nes nėra vėjaračio
valdymo priemonių. Dabartinėse vėjo elektrinėse yra įtaisytos menčių pokrypio kampo keitimo
pavaros. Jei tinklo dažnis pasikeičia, vėjo elektrinė turi būti reguliuojama taip, kaip pateikta 13.4
pav.. Vėjo elektrinių įrengimo taisyklėse numatyta, kad dažnio matavimo prietaisas turi būti 10
mHz tikslumo ir nejautrus harmonikoms,.
13.2. Vėjo elektrinių įtaka elektros tiekimo patikimumui
Vėjo elektrinių, kaip ir kitų paskirstytojo generavimo šaltinių, darbas elektros tiekimo
tinkluose turėtų padidinti elektros tiekimo patikimumą. Deja, tiksliai apskaičiuoti patikimumo
padidėjimą tikimybiniais metodais yra ne taip paprasta, nes trūksta pradinių duomenų, veikos
statistikos rodiklių ir vėjo elektrinių darbo patyrimo. Kadangi vėjo elektrinės nėra skirstomųjų
tinklų nuosavybėje, jų įrenginių gedimų statistika Lietuvoje net nerenkama.
Kita problema yra tai, kad dabartiniame skirstomajame tinkle dominuoja spindulinės linijos,
kurios yra prijungiamos tik vienu jungtuvu. Atsitikus trumpajam jungimui, spindulinė linija su
visomis prijungtomis vėjo elektrinėmis atjungiama, todėl šioje schemoje vėjo elektrinės elektros
tiekimo patikimumo nedidina.
Skaičiuojant didžiųjų vėjo parkų patikimumą ir jų įtaką Lietuvos elektros sistemos darbo
patikimumui galima pasinaudojant Danijos ir Švedijos energetikų patirtimi[6]. Pagrindiniai
patikimumo pradinių duomenų rodikliai pateikti 13.1 – 13.3 lentelėse.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
149
13.1 lentelė. Vidutinės remonto trukmės jūroje ir sausumoje
Jūros vėjo elektrinėse Sausumos elektrinėse Komponentas
Žiema, val. Vasara, val. Val.
Jungtuvas 240 96 8
Kabelis 2160 720 72
13.2 lentelė. Vėjo elektrinių aparatų pažaidų srautai ir vidutinės remonto trukmės
Įrenginys Pažaidų srautas , 1/met.
Vidutinė remonto trukmė, val
Vidutinės įtampos jungtuvas platformoje 0.025 72
Vidutinės įtampos jungtuvas 0.025 240
Vidutinės įtampos skyriklis 0.025 240
Žemosios įtampos kontaktorius 0.0667 240
Gondolos transformatorius 0.0131 240
13.3 lentelė. Vėjo elektrinių kabelių pažaidų srautai ir vidutinės remonto trukmės
Kabelis Pažaidų srautas ,
1/met. Vidutinė remonto
trukmė, val 5 km maitinantysis kabelis 0,015 1440
1,2 km kabelis tarp elektrinių 0,015 1440
80 m bokšto vidinis kabelis 0,015 240
Tiksliau skaičiuojant didžiųjų parkų patikimumą kyla daug neaiškumų, pavyzdžiui kokia bus
jų surenkamojo tinklo schema, pastočių struktūra ir pagrindiniai parametrai. Todėl pradiniame etape
tenka pasitenkinti patikimumo įverčiais. Pagrindinis svarbus parametras yra dėl pažaidų prarastos
elektros energijos kiekis Wf. Jį galime apskaičiuoti:
N
irifif TPW
1, (13.1)
čia Wf – vėjo parko dėl pažaidų nepagamintos elektros energijos kiekis;
N – elektros įrenginių kiekis,
Pfi – nepatiekiama parko galia, esant i–tojo įrenginio pažaidai;
Tri – remonto trukmė.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
150
13.3. Vėjo elektrinių įtakos įtampos kokybei priežastys
Vėjo savybės yra:
nepastovi pūtimo kryptis,
didelė pūtimo greičių įvairovė, nuo ramybės laikotarpio (jūreiviškai štiliaus) iki viesulų ir
audrų vėjo;
gūsiai arba turbulentiškumas, kai vėjas pučia šuorais, staigiai sustiprėja, dažnai papūsdamas
iš šono ir netolygiai;
už elektrinės susidaro kilvarterio efektas, kai vėjas per 5 D atstumą (D yra vėjaračio
skersmuo) tampa sūkuriuotas. Jei į šią zoną papuola kita vėjo elektrinė, antroji nebegali
normaliai veikti ir jos galia ženkliai krenta. Dominuojančio vėjo kryptimi vėjo elektrines
reikia išdėstyti šachmatine tvarka, kad jos kuo mažiau viena kitą užstotų.
13.5 pav. Kilvarterio efektas už vėjo elektrinės vėjaračio
Dabar dominuoja vėjo elektrinės, kurios yra aktyviai sukimo pavaromis sukamos prieš vėją.
Tuo tikslu virš elektrinės yra iškeliami vėjo greičio ir krypties matuokliai, kurių signalus apdoroja
elektrinės kompiuteris. Tada vėjaratis yra visada nukreiptas prieš vėją, ir tokios elektrinės yra
galingesnės.
Trijų menčių vėjaratis turi ypatybę: viena iš menčių savo žemiausioje padėtyje
prasilenkdama su vėjo elektrinės bokštu nors ir trumpam, bet neveikia – iš vėjo nebeima galios, nes
nuo bokšto ją paveikia atsispindėjęs antvėjis, todėl per vieną vėjaračio apsisukimą vėjo elektrinės
generuojama galia tris kartus per vieną sūkį sumažėja, gaunasi nuolat jaučiamas galios pulsavimas
3p ( p yra vėjaračio sūkiai) dažniu. Tai viena iš mirgėjimo (angliškai flicker) atsiradimo priežasčių.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
151
Vėjo elektrinės stiprėjant vėjui įsijungia tik prie startinės – pradinės vėjo greičio vertės,
pavyzdžiui prie 4 m/s vėjo. Jei vėjas susilpnėja – atsijungia, jei sustiprėja – vėl įsijungia. Turime
generuojamos galios šuoliavimą nuo 0 iki tam tikros vertės. Yra elektrinių, kurios vėjui susilpnėjus
iki tam tikro, pavyzdžiui 5 m/s greičio, perjungia generatoriaus polių skaičių ir vietoje vardinės,
pavyzdžiui 250 kVA galios pradeda generuoti elektrą tik 50 kVA galia. Apvijų perjunginėjimas
vėjui keičiantis yra antroji mirgėjimo priežastis.
13.6 pav. Vėjo elektrinės siūbavimo nuo vėjo pavyzdys
Viesulo metu, vėjo greičiui pasiekus 25 m/s, VE automatiškai išsijungia, nes gali sulūžti.
Vėjo greičiui sumažėjus vėl įsijungia, padidėjus – išsijungia. Šokinėjimas vyksta iki 0, kai VE
atsijungia ir iki maksimumo, kai įsijungia. Turime trečiąją mirgėjimo priežastį. Vėjo greičiui
sustiprėjus iki VE stiprio ribos, pavyzdžiui iki 52 m/s, elektrinė griūna, todėl perkant vėjo elektrinę
svarbu žinoti vietovės savybes, ir nenusipirkti per daug silpno gaminio.
Pagal konstrukcijos stiprumą vėjo elektrinės standarte yra skirstomos į 1, 2 , 3 ir 4 bei S
(super) klases. S klasės elektrinės yra skiriamos statyti atviroje jūroje. Lietuvoje tiktų 2 ar 3 klasės
elektrinės, nes pasitaiko gana stiprių viesulų, o elektrinės yra brangios.
Vėjaračio mentis laužo staigiai sustiprėjančio ir pakeičiančio pūtimo kryptį vėjo gūsiai. Tai
vietovių, kuriose dominuoja kalvos, miškai, vėjo kliūtys, atvirų laukų ir namų deriniai, vėjo
ypatybė. Vėjaratį gūsis yra arba pristabdo arba pagreitina, todėl turime dar vieną mirgėjimo
priežastį.
13.4. Nuostoviosios tinklo įtampos kitimų leistinumas
Vėjo elektrinės įrengiamos vietovėse, kuriose arti nėra nuolatinių gyventojų. Parenkant vietą,
reikia atsižvelgti į leistąjį akustinį triukšmą, žemės sklypo paskirtį ir net į vėjaračio sparnų
skleidžiamą saulės šešėlio kitimą, esant žemai vakaro saulei, nes visi dirgikliai gyventojus nuteikia
priešiškai.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
152
Elektrinėms veikiant, tinklo įtampa pakyla ir tai gali būti elektrinių prietaisų gedimų
priežastimi. Elektros kokybės standarte leistinieji įtampos pokyčiai apriboti ±10% intervalu.
Vadinasi, nuostoviosios įtampos kitimo ribos vėjo elektrinėms veikiant ir neveikiant 0,4 kV, 10 kV
ir 35 kV tinkle neturi išeiti už kokybiškos įtampos ribų. Aukštosios įtampos 110 kV ir 330 kV
tinkluose įprastiniai elektros kokybės standartai nebegalioja, nes tai jau ne vieši bendro naudojimo,
o žinybiniai tinklai, ir įtampos lygius apsprendžia elektros sistemos ir jos įrenginių darbo sąlygos.
Nuostoviosios tinklo įtampos leistinasis padidėjimas yra skaičiuojamas didžiausios vėjo
elektrinių generuojamos galios režime, kai tariama, kad vietinis vartojimas yra minimalus. Jei
minimumo lygis nežinomas, galima priimti, kad vietinės apkrovos nėra. Labai dažnai nežinomi
realūs įtampos lygiai didžiausių vietinės apkrovų metu, todėl dar papildomai skaičiuojamas šis,
žemiausių įtampų lygių, režimas. Jei įtampos netelpa į leistinąjį intervalą, tenka numatyti
papildomas įtampos valdymo priemones.
13.7 pav. Elektros maitinančioji linija su 2 vartotojais ir viena vėjo elektrine ir jos įtampų grafikai
Maitinančiosios 10 kV linijos įtampų grafike, kuris parodytas 13.7 pav., matome, kad vėjo
elektrinei neveikiant, linijos įtampos nenukrenta daugiau, kaip per -10%, arba per 1 kV. Tai tipinė
kaimo elektros tinklų įtampų situacija. Tai pasiekiama maitinančioje pastotėje ant šynų palaikant
+5% padidintą įtampa 10,5 kV.
Vėjo elektrinei veikiant galimas režimas, kai dalį jos generuojamos galios suvartoja vietiniai
vartotojai ir susidaręs galios perteklius nuteka į pastotės 10 kV šynas, tačiau įtampa linijoje
nepakyla daugiau kaip 11 kV. Tai gerasis atvejis.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
153
Blogasis atvejis susidaro, kai vėjo elektrinės galia tiek didelė, kad vietinių vartotojų apkrova
yra per maža, arba jų iš viso nėra. Tada vėjo elektrinės prijungimo prie linijos taške įtampa tampa
per daug aukšta ir viršija 11 kV ribą. Jei turime vėjo elektrinių parko vidaus tinklą, tai galima teigti,
kad tai ne viešo maitinimo, o žinybinis elektros tinklas ir jam įtampos kokybės reikalavimus galima
netaikyti. Tuo pačiu padidinta virš 11 kV įtampa, jei tai leidžia transformatorių darbo režimai yra
toleruotina. Jei tai viešo maitinimo skirstomųjų elektros tinklų linija, kurioje bet kada gali atsirasti
naujos 10 kV žeminančios pastotės ir nauji vartotojai, linijoje įtampa turi būti žemesnė už 11 kV.
Įmanoma įtampą mažinti techninėmis priemonėmis (6 skyrius).
Vėjo elektrinių konstrukcijose numatyta galimybė reguliuoti prijungimo taško įtampą
keičiant generuojamos arba vartojamos reaktyviosios galios kiekį (13.8 pav).
13.8 pav. Vėjo elektrinės reaktyviosios galios mainams keliami reikalavimai
Jei reaktyviosios galios mainai mažesni kaip 25 kvar, reguliavimo reikalavimas netaikomas.
Norint sumažinti prijungimo taško įtampą, reikia vėjo elektrinė suderinti taip, kad ji būtų
reaktyviosios galios vartotojas. Asinchroninio generatoriaus atveju, parenkama mažesnė
kondensatorių baterija, arba ji visai išjungiama. Tada asinchroninis generatorius generuos aktyviąją,
o vartos reaktyviąją galias ir jo galia įtampos kitimo skaičiavimuose bus išreiškiama P –jQ, arba, jei
skaičiuosime kaip neigiamą apkrovą, bus –P+jQ.
Vėjo elektrinėse su keitikliais, kondensatorių baterijų dažniausiai nėra, o reaktyvioji galia,
tikriau koeficientas cos φ yra reguliuojamas keičiant tiristorinių ventilių atidarymo kampą δ.
Projektuojant vėjo elektrinės statybą pakanka užduoti norimą reaktyviosios galio režimą.
ENERCON tipo elektrinės atveju pakanka nurodyti norimą prijungimo prie tinklo taško įtampą,
keitiklių valdymo kompiuteris kampus skaičiuoja pats.
Yra dar viena tinklo įtampos valdymo galimybė – perderinti 110/10 kV transformatoriaus
atšakų reguliatorių taip, kad didžiausių generuojamų galių atvejais būtų mažinama 10 kV šynų
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
154
įtampa ir tuo pačiu viso 10 kV linijų tinklo įtampa. Tačiau reikia patikrinti, ar nebus vartotojų su per
daug numažinta įtampa.
13.5. Tinklo įtampos staigiųjų kitimų leistinumo skaičiavimas
Staigieji įtampos pokyčiai būna vienkartiniai, pasitaikantys be jokių dėsningumų, mažesniu
kaip vienas kartas per valandą dažniu (r ≤ 1).
Daugkartiniai įtampos pokyčiai yra arba dėl priverstinių elektrinės įjunginėjimų, apvijų
perjunginėjimo ar priverstinių išjunginėjimų ties vardine vėjo greičio riba, o taip pat dėl nuolat
veikiančių vėjo energijos savybių. Jų dažnis būna nuo kelių kartų per valandą iki daugkartinių
šokinėjimų.
Staigusis įtampos pokytis yra apibrėžiamas kaip pavienis staigus įtampos kitimas.
Prijungimo taško įtampos staigieji arba dinaminiai pokyčiai, kurių priežastis yra vėjo elektrinė, turi
atitikti jų dydį (d) ribojančius reikalavimus (13.4 lentelė). Lentelė paimta iš elektromagnetinio
suderinamumo standarto mirgėjimo dalies [6].
13.4 lentelė. Staigiųjų įtampos pokyčių arba mirgėjimo leistinosios ribos
Didžiausias leistinasis įtampos pokytis arba mirgėjimas
n
din
U
Ud
% Įtampos pokyčių arba
mirgėjimo dažnis (kartai per val.)
35 kV ir žemesnėje įtampoje 110 kV ir aukštesnėje
įtampoje
r ≤ 1 4 3
1 < r ≤ 10 3 2,5
10 < r ≤ 100 2 1,5
100 < r ≤ 1000 1,25 1
Vėjo elektrinės generatoriaus įjungimo (išjungimo) arba apvijų (polių) perjungimo
sukeliamas įtampos pokytis vėjo elektrinės sertifikate apibrėžiamas ku(K) faktoriumi [4]. Šis
faktorius nustatomas per vėjo elektrinės tipo bandymus ir tikrinamas matavimais elektrinei veikiant.
Staigiojo įtampos pokyčio (d) ir įtampos pokyčio faktoriaus santykis yra:
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
155
k
nku S
Skd )(100(%) (13. 2)
čia: Sk – trumpojo jungimo galia prijungimo taške;
k – trumpojo jungimo grandinės fazinis kampas prijungimo taške;
ku – įtampos pokyčio koeficientas;
Sn –vėjo elektrinės vardinė pilnutinė galia.
(13.2) formule apskaičiuotas staigusis įtampos pokytis vėjo elektrinės prijungimo taške turi
būti mažesnis už 13.4 lentelėje pateiktas ribines vertes.
13.6. Tinklo įtampos mirgėjimų leistinumo skaičiavimas
Nuolatinis įtampos mirgėjimas, kurį sukelia pučiančio vėjo ir elektrinės konstrukcijos
ypatybės, yra išreiškiamas ilgalaikio (120 minučių) aštrumo vidurkio Plt leistinąja verte. [6]
standarte pateiktas supaprastintas mirgėjimo aštrumo rodiklio skaičiavimo metodas. Mirgėjimo
suvokimo trukmės 2,3 sekundžių laikas perskaičiuojamas įvertinant santykinį įtampos pokytį d ir
įtampos pokyčio pavidalą (laipto pavidalo pokyčio faktoriaus F vertė lygi 1):
tf = 2,3 (100 d F )3 (13.3)
Per 10 minučių (600 sekundžių, trumpoji stebėjimo trukmė) buvusių mirgėjimų trukmės
susumuojamos ir paverčiamos mirgėjimo aštrumo rodikliu Pst:
3 .600
f
st
tP (13.4)
Sudėjus dvylika trumpųjų stebėjimų, gaunamas ilgos trukmės stebėjimas (120 minučių
arba 2 valandos) ir apskaičiuojamas jo vidurkis:
312
1
3 .
12
1j
jstlt PP (13.5)
Kadangi vėjui pučiant stebėjimai dažniausiai būna vienodi, yra įprasta, kad Pst ir Plt sutampa.
Bendra tyrimų trukmė turi būti ne trumpesnė kaip savaitė. Audrų ir kitų metų vidurkiui mažai įtakos
turinčių meteorologinių reiškinių sukelti mirgėjimai nevertinami. Kadangi mirgėjimo reiškinys yra
tikimybinio pobūdžio, tikslesniuose tyrimuose ieškomas mirgėjimo tikimybinis dėsnis ir
apskaičiuojama Plt 99% procentilio vertė. Ji turi neviršyti planuojamos mirgėjimo spinduliavimo
ribinės vertės.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
156
Ilgalaikis įtampos mirgėjimo aštrumo rodiklis Plt , kurio priežastis yra vėjo elektrinė, turi
atitikti šiuos elektromagnetinio suderinamumo standarto reikalavimus [6]: nurodyta, kad mirgėjimo
aštrumas neturi viršyti vieneto, nes tai yra akių skausmą sukelianti riba. Norint apsidrausti ir turėti
tam tikrą atsargą naujų neplanuotų, mirgėjimą sukeliančių, vartotojų ar generatorių prijungimo
atvejais, 13.5 lentelėje pateiktieji reikalavimai yra vadinami projektiniais ir yra kiek sugriežtinti, nes
reikia įvertinti, kad toje linijoje ateityje dar gali būti papildomai pastatyta ir prijungta kitų vėjo
elektrinių.
13.5 lentelė. Mirgėjimo aštrumo ilgalaikio rodiklio leistinoji riba
10-20 kV tinkle: Plt 0,50;
35-60 kV tinkle: Plt 0,35;
110 kV tinkle: Plt 0,20.
Vėjo elektrinių parko įtampos mirgėjimo koeficientui keliami reikalavimai išreiškiami
formule:
.)( ,npark
kltak
SS
SPc
(13.6)
čia: c(k,νa ) – įtampos mirgėjimo koeficientas;
Plt – ilgalaikis mirgėjimo aštrumo rodiklis;
c – įtampos mirgėjimo koeficientas;
Spark – vėjo elektrinių parko pilnutinė vardinė galia.
Jei prie prijungimo taško yra prijungta tik viena vėjo elektrinė, o elektrinių parko nėra
ir jis neplanuojamas, (13.3) formulė susiprastina:
.)( ,n
kltak S
SPc (13.7)
Perjungimų ties pradiniu vėjo greičiu sukeltas mirgėjimas. Mirgėjimo, kurį sukelia
nuolat įjungiama ir vėl išjungiama vėjo elektrinė, kuri balansuoja ant pradinio jau tinkamo gaminti
elektrą vėjo greičio ribos, leistinumas skaičiuojamas pagal formulę:
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
157
.8
)( 3 23
120 npark
kltkf
SS
S
N
Pk
(13.8)
čia: kf (k) – mirgėjimo laipto faktorius;
N120 – vėjo elektrinės sujungimų ir vėjo elektrinės generatoriaus (-ių) perjungimų didžiausias
projektinis skaičius per 120 min. (arba 2 val.) trukmę.
Jei prijungimo taške prijungiama tik viena vėjo elektrinė, o elektrinių parko nėra ir jis
neplanuojamas, (13.3) ir (13.5) formulių vardiklyje paliekama tik Sn (kaip 13.4 formulėje).
Jei vėjo elektrinės valdymo įrenginiai didžiausio (projektinio) sujungimų ir perjungimų
skaičiaus per 2 val. trukmę neriboja, įtampos mirgėjimo laipto faktoriui keliamų reikalavimų riba
yra ši:
.16
)(3 2
npark
kltkf
SS
SPk
(13.9)
13.7. VE skleidžiamų aukštesniųjų harmonikų leistinųjų lygių skaičiavimas
Vėjo elektrinių keitikliai skleidžia aukštesniųjų harmonikų sroves. Jos turi būti tokios,
kad elektrinės prijungimo taške būtų išvengta nepageidautinų harmoninių įtampų. Vėjo elektrinės
generuojamos harmoninės srovės gali būti perskaičiuojamos į prijungimo taško harmonines
įtampas:
.)(1
)(1(%)(%)
2
2
parkapkr
k
k
khh SS
S
tgh
tgUI
(13.10)
čia: Ih – vėjo elektrinės h-harmoninės srovės ir pagrindinio dažnio srovės santykis;
Uh – h- harmoninės įtampos leistinoji vertė iš 13.6 lentelės;
Jei galių suma vardiklyje yra didesnė už bendro naudojimo tinklo pastotės (prijungimo taško)
transformatoriaus vardinę galią, vietoje jų turi būti įrašoma transformatoriaus vardinė galia. Jei prie
prijungimo taško prijungta tik viena elektrinė ir kitų elektrinių ar jų parko nėra ir statyti toje
vietovėje neplanuojama, 13.7 formulėje vietoje parko galios pasirenkama tik tos vienos elektrinės
galia.
Santykinės harmoninės įtampos, pateiktos 13.6 lentelėje, yra išreikštos santykiu:
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
158
%1001
U
UD h
h (13.11)
Santykinių harmoninių įtampų projektinės vertės, pateiktos 13.6 lentelėje, yra lygios ar kiek
mažesnės už suderinamumo ribines vertes. Jos nurodo vidinį elektros kokybės lygį perdavimo ar
skirstomajame tinkle. Mažesni harmonikų lygiai naudingi ne tik elektros vartotojams, bet ir vėjo
elektrinėms, nes mažėja galimybė kilti vėjo elektrinės induktyviosios varžos ir prijungimo tinklo
kabelinių linijų talpių sukeliamiems rezonansams.
13.6 lentelė. Leistinosios projektinės harmoninių įtampų santykinės vertės
Nelyginės harmonikos, kurios nekartotinės 3
Nelyginės harmonikos, kurios kartotinės 3
Lyginės harmonikos
Eilė h Projektinė leistinoji
vertė, % Eilė h
Projektinė leistinoji vertė, %
Eilė h Projektinė leistinoji
vertė, %
10-35 kV ≥110 kV 10-35 kV ≥110 kV 10-35 kV ≥110 kV
5 7
11 13 17 19 23 25
>25
5 4 3
2,5 1,6 1,2 1,2 1,2
0,2+0,5h
25
2 2
1,5 1,5 1 1
0,7 0,7
0,2+0,5h
25
3 9
15 21
>21
4 1,2 0,3 0,2
0,24
2 1
0,3 0,2 0,2
2 4 6 8
10 12
>12
1.6 1
0,5 0,4 0,4 0,2 0,2
1,5 1
0,5 0,4 0,4 0,2 0,2
Tikrinant, ar prie prijungimo mazgo prijungta vėjo elektrinė, ypač jei elektrinė prijungta per
dažnio keitiklius, negadina elektros vartotojams įtampos kokybę, reikia apskaičiuoti arba išmatuoti
netiesinių iškreipių suminį koeficientą NIF (angliškai THD), kuris randamas taip:
50
2
2
1,%.100
h
h
U
UNIF (13.12)
čia h – harmonikos eilė;
U1 – pirmosios (pagrindinės) harmonikos įtampa,
Uh – h-osios harmonikos įtampa prijungimo taške.
Žinoma, elektrinių specifikacijose ne visos harmonikos yra tokios žymios, kad jas būtų
galima išmatuoti, todėl praktikoje tokių skaičiavimų būna mažiau. Jei elektrinės prijungimo
schemoje yra aukštadažnių keitiklių, formulės taikymo ribas reikia praplėsti iki keitiklių vidinių
dažnių srities, pavyzdžiui, iki 9 kHz.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
159
Netiesinių iškreipių suminio faktoriaus nuo 10 kV iki 35 kV įtampos tinkluose leistinoji
projektinė vertė yra 6,5%. Ši riba atitinka [1] standarto reikalavimus (7,5%), tačiau atsargos dėlei
yra sugriežtinta. Aukštosios įtampos tinkle (≥110 kV) NIF leistinoji projektinė vertė 3%, o vėjo
parkams jau 2%.
Vėjo elektrinėse yra įrengti harmonikų filtrai, todėl harmoninių iškreipių lygiai yra leistini.
Jei filtrų nėra, tokią elektrinę reikia rekonstruoti.
Išvados
1. Vėjo elektrinės ir vėjo elektrinių parkai turi prisidėti prie dažnio valdymo.
2. Prie skirstomojo tinklo prijungtos vėjo elektrinės bendro elektros tiekimo patikimumo
nedidina, nes atjungus pažeistą maitinimo liniją, kartu atsijungia ir prie tos 35 kV ar 10 kV
linijos prijungtos vėjo elektrinės.
3. Vėjo elektrinės turi gerinti elektros kokybę reguliuodamos savo reaktyviąją galią bei tuo
pačiu įtampą prijungimo taške, filtruoti harmonikas, švelninti įsijungimo šuolius ir tuo pačiu
mažinti įtampos mirgėjimus. Pateiktais skaičiavimais galima numatyti blogos kokybės
priežastis ir jas pašalinti.
4. Patikimumo skaičiavimams Lietuvoje reikia organizuoti ir nuolat kaupti vėjo elektrinių
gedimų statistiką taip, kaip tai daroma su oro linijų ir pastočių įrenginių gedimais.
Literatūra
1. LST EN 50160:2009. Bendrųjų skirstomųjų elektros tinklų įtampos charakteristikos. 2. LST EN 61400-21. Vėjo turbinų generatorių sistemos. 21 dalis. Į tinklą sujungtų vėjo turbinų energijos kokybės charakteristikų matavimas ir vertinimas. (IEC 61400-21). 2. Wind turbines connected to grid with voltages above 100 kV. Technical regulation, TF 3.2.5. Elkraft and Eltra, 2004. 34 pp. 3 Wind turbines connected to grid with voltages below 100 kV. Technical regulation, TF 3.2.6. Elkraft and Eltra, 2004. 41 pp. 4. E. V. Nevardauskas. Vėjo elektrinių prijungimo prie Lietuvos elektros energetikos sistemos techninės taisyklės. Patvirtintos 2004 m. balandžio 6 d. Ūkio ministro įsakymu Nr. 4-102. Valstybės žinios, 2004. 5 Sangino A., Breder H., Nielsen E. K. Reliability of collection grids for large offshore wind parks. 9th International conference on probabilistic methods applied to power systems, KTH, Stockholm, June 11-15, 2006. 6. LST EN 61000-3-7. Elektromagnetinis suderinamumas (EMS). 3 dalis. Ribos. 7 skyrius. Svyruojančiųjų apkrovų spinduliavimo ribų įvertinimas vidutiniosios ir aukštosios įtampos elektros tinkluose. Pagrindinis EMS leidinys. (IEC 6100-3-7). 7. LST EN 61000-3-6. Elektromagnetinis suderinamumas (EMS). 3 dalis. Ribos. 6 skyrius. Įtampą iškreipiančiųjų apkrovų spinduliavimo ribų įvertinimas vidutiniosios ir aukštosios įtampos elektros tinkluose. Pagrindinis EMS leidinys. (IEC 61000-3-6).
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
160
14. VĖJO ELEKTRINIŲ DALYVAVIMO DAŽNIO VALDYME BŪTINUMO TYRIMAS
Plintant vėjo elektrinėms įprastiniai generavimo agregatai, dalyvaujantys dažnio reguliavime
ir dirbantys su pirminio ir antrinio reguliavimo rezervu, yra pakeičiami vėjo elektrinėmis, šiuo metu
nedalyvaujantiems dažnio reguliavime.
Pažangiausiomis šiuolaikinėmis vėjo generavimo technologijomis laikomos kintamo greičio
vėjo generavimo technologijos. Jų pagrindu sudaryti dvigubo maitinimo asinchroniniai agregatai ir
pilnos galios keitikliniai sinchroniniai ir asinchroniniai agregatai. Abiejų tipų agregatų aktyvioji
galia ir reaktyvioji galia ar įtampa yra reguliuojamos valdant keitiklius.
Mažos galios EES su didele vėjo elektrinių dalimi dažnio reguliavimas yra gana sunkus, nes
sumažėja pirminio ir antrinio reguliavimo galia ir jų rezervai.
Be to, dėl keitiklių panaudojimo vėjo elektrinių galia ir dažnis yra atskiriami, avarijų atveju
netekus generavimo šaltinio nepanaudojama vėjo elektrinių besisukančių masių inercija, sumažėja
suminė EES inercija, greičiau kinta dažnis, pereinamųjų procesų metu EES kyla didesni galios ir
įtampos svyravimai.
Esant išvystytai sisteminių paslaugų rinkai, vėjo elektrinės galėtų dalyvauti dažnio valdyme
dviem atvejais:
1. Trumpalaikiame pirminiame reguliavime, panaudojant besisukančių menčių ir generatoriaus
rotoriaus masių inerciją;
2. Pirminiame ir antriniame reguliavime, kai norma7liame režime vėjo elektrinės yra dalinai
nukrautos.
Besisukančių menčių ir generatoriaus rotoriaus masių inerciją tikslinga panaudoti pradiniu
pereinamojo proceso momentu, kai netekus generavimo agregato, dažnis sistemoje staiga mažėja ar,
kai netekus didelės galios apkrovos mazgo, dažnis sistemoje staiga didėja. Literatūroje [10, 11]
siūlomi du galios reguliavimo kanalai – pagal dažnio nuokrypį (pirminio reguliavimo algoritmas) ir
pagal dažnio išvestinę. Dažnio išvestinės kanalas leidžia pagreitinti vėjo agregato reakciją ir
išnaudoti pagrindinį keitikliais valdomų vėjo agregatų privalumą prieš šiluminių elektrinių
agregatus – jų beveik momentinį atiduodamos galios pakeitimą. Veikiant pastarajam kanalui, vėjo
elektrinės reakcija būtų analogiška įprastinių agregatų rotoriaus inercijos reakcijai. EES dažnio
kitimo požiūriu greitas generuojamos galios keitimas yra pageidautinas pereinamojo proceso
pradžioje, nes greitai sumažina generuojamos ir vartojamos galių disbalansą, sumažina didžiausią
dinaminį (momentinį) dažnio nuokrypį.
Besisukančių masių kinetinė energija E priklauso nuo jų inercijos momento J0 ir kampinio
greičio ωr :
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
161
2×
=2
0 rωJE , (14.1)
Apie jos dydį galima spręsti pagal elektros energetikoje naudojamas inercijos laiko
pastoviosios TJ arba inercijos pastoviosios H reikšmes:
2=
×2×
==2
0 J
N
N
N
N TSωJ
SE
H , (14.2)
čia EN, SN, ωN – kinetinė energija esant vardiniam kampiniam greičiui ωN, vardinė pilnutinė vėjo
generatoriaus galia.
Esant vardiniam kampiniam greičiui, kinetinė energija EN bus:
HST
SE NJ
NN ×=2
×= , (14.3)
Vėjo agregatų inercijos laiko pastoviosios yra 3,5-4,0 s eilės. Vadinasi, vardiniu greičiu
besisukančio agregato kinetinė energija yra
MWh,.SMWs,SE NNN 00055502 ×=×≈ ,
jei galia SN yra išreikšta MVA.
Elektros energetikos sistemos besisukančių masių judesio lygtis yra
*stabd*suk**J PPPΔMΔ
dt
δdωT
-==× ≈2
2
0, (14.4)
čia ΔM*, ΔP*, Psuk*, Pstabd* - yra santykinės momentų ir galių disbalansų, sukimo ir stabdymo galių
reikšmės, δ - santykinis kampas ir ω0 – sinchroninis kampinis greitis.
Atsižvelgiant į santykinio kampinio greičio Δω išraišką
** fΔdtδd
ωωΔ =×=
0
1, (14.5)
judesio lygtį galima išreikšti per santykinį greitį Δω*, dažnio nuokrypį Δf* arba dažnį f*
**
J*
J*
J PΔdt
dfT
dt
fΔdT
dt
ωΔdT =×=×=× , (14.6)
.0-=-= 10 **** ffffΔ , (14.7)
čia f0 – sinchroninis dažnis.
Inercijos laiko pastoviąją judesio lygtyje galima išreikšti per vardinę kinetinę energiją
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
162
**
N
N PΔdtdf
SE
=×2
, (14.8)
arba vardiniais dydžiais
PΔdtdf
fEN =×0
2, MW (14.9)
Taikant judesio lygtį vienam sinchroniniu greičiu besisukančiam agregatui, kurio turbinos ir
generatoriaus galios nekinta kintant dažniui, galima įvertinti agregato inercijos reakciją – imamą ar
atiduodamą į sistemą galią ΔP. Iš (14.9) išraiškos matyti, kad agregato inercijos reakcijos galia ΔP
yra proporcinga dažnio išvestinei. Vadinasi, valdant kintamo greičio vėjo elektrinių keitiklius taip,
kad į tinklą būtų atiduodama papildoma galia ΔP, proporcinga dažnio išvestinei, galima atkurti
kintamo greičio agregatų inerciją.
Kintamo greičio vėjo agregatai dažniausiai sukasi greičiu, mažesniu už vardinį. Todėl
siekiant įvertinti energijos kiekį, kurį gali atiduoti į sistemą, reikia vertinti tikrąjį besisukančiųjų
masių kampinį greitį.
Kinetinės energijos dydžių santykis yra lygus kampinių greičių kvadratų santykiui.
Kinetinės energijos dydį palyginus su vardine kinetine energija, gaunama:
22
2
*rN
r*
Nω
ω
ωE
EE
=== , (14.10)
Pakitus kampiniam greičiui, kinetinė energija pakis dydžiu ΔE:
( )22
21 *r*rN ωωEEΔ -×= , (14.11)
čia ωr1*, ωr2*, - pradinis ir galinis kampiniai greičiai.
Pagal (14.11) išraišką galima įvertinti leistiną atiduodamos kinetinės energijos kiekį ΔEleist
įvairioms pradinėms kampinio greičio ωr1* reikšmėms, jei yra žinoma leistinoji galinio kampinio
greičio reikšmė ωr2*leist:
( )22
21 leist*r*rNleist ωωEEΔ -×= , (14.12)
Pereinamojo proceso metu integruojant vėjo turbinos PT(t) ir generatoriaus atiduodamos į
tinklą galios PG(t) skirtumą, galima nustatyti laiko momentą tleist, kada ši leistina kinetinė
besisukančių masių energija yra atiduota, pasiekta leistinoji kampinio greičio reikšmė ωr2*leist ir
reikia nutraukti kinetinės energijos atidavimą:
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
163
( ) ( )( )dtPPEΔleistt
GTleist ∫0
t-t= . (14.13)
Leistiną kinetinės energijos kiekį reiktų atiduoti pradiniu pereinamojo proceso momentu –
iki 5 sekundžių.
Siekiant vėjo elektrines panaudoti ilgalaikiam rezervui – pirminiam, antriniam ir tretiniam
rezervui, normaliame režime vėjo elektrinės turi būti nukrautos. Airijos PSO Eirgrid reikalauja, kad
vėjo elektrinės, kaip ir įprastinės elektrinės, turėtų pirminio dažnio reguliavimo 3-5 % rezervą, o
Danijos PSO Energinet.dk reikalauja, kad vėjo elektrinės dalyvautų antriniame dažnio reguliavime
[12].
Vardiniai ir didesni vėjo greičiai Lietuvoje būna gana trumpą laiką – apie 5 % laiko
metuose. Didžiąją laiko dalį vėjo greičiai būna tarp vėjo elektrinės įjungimo vėjo greičio reikšmės
iki vardinės vėjo greičio reikšmės. Palaikant optimalų vėjo elektrinės menčių pasukimo kampą,
priklausomai nuo vėjo greičio, gaunama didžiausia vėjo elektrinės generuojama galia. Vėjo
elektrinės gali būti nukrautos pakeičiant menčių pasukimo kampą, o dažnio nuokrypio atveju
veikiant pirminiams ir antriniams reguliatoriams ir keičiant menčių pasukimo kampą gali būti
reguliuojama vėjo elektrinių galia. Ypač efektyviai pirminiame reguliavime galima išnaudoti vėjo
elektrines kombinuojant vėjo elektrinių inercijos ir menčių kampo pasukimo valdymą.
Lietuvos EES sunkiausia reguliuoti dažnį, kai ji dirba autonomiškai veikiančioje Baltijos
EES. Čia labai stinga pirminio reguliavimo rezervo. Todėl vertinti vėjo elektrinių dalyvavimo
reguliuojant dažnį būtinumą reiktų pradėti nuo galimybės praplėsti pirminio reguliavimo rezervą ir
galimybės jį realizuoti leistinosiose dažnio nuokrypio ribose.
Siekiant, kad pirminio reguliavimo rezervas nepakistų vėjo elektrinėms pakeitus dalį
įprastinių elektrinių, dalyvaujančių pirminiame reguliavime, vėjo elektrinėse reikia palaikyti tokį
patį pirminio reguliavimo rezervą. Tipinė pirminio reguliavimo galios rezervo reikšmė yra 5 %
vardinės agregato galios, tipinis pirminio reguliatoriaus statizmas - 5 % (s.v. – 0,05), leistinasis
dažnio nuokrypis – 0,2 Hz.
Didžiausia nejautros sritis esant tokiems pirminio reguliavimo parametrams būtų ±0,075 Hz.
Dažnio valdymo grafikas su 5 % nukrovimu nuo vardinės galios pateiktas 5.3 paveiksle.
„D“ raide pažymėtos mėlynos tiesės atitinka 5 % reguliavimo statizmą. Norint nukrauti iki 25 %
vardinės galios, esant ribinei dažnio reikšmei 51,3 Hz, didesnių už vardinį dažnį zonoje reguliavimo
statizmą reiktų sumažinti iki 0,035, kaip parodyta punktyrine linija „E“.
Tokie reguliavimo parametrai būtų priimtini vėjo elektrinėms. Tačiau VE nukrovimas 5 %
jų vardinės galios visą laiką neleis pagaminti didelės dalies metinės energijos. Atsižvelgiant į tai,
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
164
kad vėjo elektrinių išnaudojimo koeficientas yra 0,2 ir kad apie 17 % metinio laiko dėl
nepakankamo vėjo greičio elektrinės nedirba, dėl dalinio nukrovimo būtų netenkama apie 20 % jų
metinės energijos gamybos.
5.11 pav. Dažnio valdymo grafikas su dalinio nukrovimo pavyzdžiu
Nukraunant vėjo elektrines 5 % jų darbinės galios, prarandama apie 6 % jų gaminamos
metinės energijos.
Dėl didelio vėjo elektrinių gaminamos energijos praradimo vėjo elektrinių dalinis
nukrovimas rezervų palaikymui turėtų būti naudojamas tik trumpalaikiuose autonominio darbo
režimuose, kai labiausiai trūksta rezervinių galių.
Išvados
1. Besisukančių vėjo elektrinių menčių ir generatorių rotoriaus masių inerciją tikslinga panaudoti
dažnio kitimo stabdymui pradiniu pereinamojo proceso momentu, kai netekus generavimo
agregato, dažnis sistemoje staiga mažėja ar, kai netekus didelės galios apkrovos mazgo, dažnis
sistemoje staiga didėja. Leistiną kinetinės energijos kiekį reiktų atiduoti pradiniu pereinamojo
proceso momentu – iki 5 sekundžių.
2. Dėl didelio vėjo elektrinių gaminamos energijos praradimo vėjo elektrinių dalinis nukrovimas
reguliavimo galios rezervų palaikymui turėtų būti naudojamas tik trumpalaikiuose autonominio
darbo režimuose arba perdavimo sistemos operatoriui paprašius sumažinti galią, kai labiausiai
trūksta rezervinių galių.
Dažnis, Hz
0
0,25
0,5
0,75
1,0
Gen
eru
ojam
a ga
lia, s
.v.
46 47 48 49 50 51 52 53
49,8 50,2
Nejautros sritis
48,7 51,3
A
D
D B
C
E
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
165
15. VĖJO ELEKTRINIŲ ENERGIJOS TRUMPALAIKIO KAUPIMO GALIMYBĖS
Šiuo metu didelės galios ir didelės talpos elektros energijos kaupikliai elektros energetikos
sistemose (EES) dar mažai naudojami. Bendra viso pasaulio elektros energijos kaupiklių galia šiuo
metu sudaro apie 110 GW, iš kurių apie 99 % sudaro hidroakumuliacinės elektrinės. Tačiau
energijos kaupiklių poreikis gana greitai didėja dėl sparčios atsinaujinančiųjų energijos išteklių
(AEI) elektrinių plėtros [1, 2, 3, 4, 5], ypač vėjo elektrinių (VE).
Elektros energijos kaupiklių įrengimas energetikos sistemoje pasidaro aktualus tuomet, kai
AEI naudojančių elektrinių (vėjo ir saulės) skverbtis pagal suvartojamąją energiją viršija 15-20 %.
Jau netolimoje ateityje ivairių tipų elektros energijos kaupikliai bus neatskiriama sumaniųjų
(intelektualiųjų) elektros tinklų dalis. Galių balansavimui, be energijos kaupiklių, bus naudojamas
visas kompleksas priemonių – daugiafunkciniai elektros skaitikliai (smart meters), informacinės ir
ryšių technologijos bei naujausios šios įrangos valdymo programos. Jos tarnaus tam, kad elektros
energijos tiekimas būtų patikimas, energiją bei aplinką tausojantis ir ekonomiškai efektyvus. Šiomis
priemonėmis bus pasiektas didesnis elektros tinklo lankstumas energijos vartotojų poreikių
atžvilgiu ir bus jautriau reaguojama į galimus elektros gamintojų tiekiamos energijos galios
svyravimus. Elektros tinklas bus lengvai prieinamas visiems energijos vartotojams bei energijos
gamintojams, o ypač daugybei mažųjų elektrinių.
Toliau pateikta informacija apie svarbiausias energijos kaupimo technologijas daugiau
dėmesio skiriant brandesnėms, bet Lietuvoje dar mažiau žinomoms ir elektros energetikoje jau
naudojamoms technologijoms.
15.1. Energijos kaupimo technologijos
Elektros energijos kaupiklių technologijos pagal jų paskirtį gali būti suskirstytos į tris toliau
čia išvardinamas funkcines kategorijas.
Elektros kokybės užtikrinimo – tokie kaupikliai gali aprūpinti energija sekundės ar
mažesniame laikotarpyje, kai reikia nenutrūkstamo elektros kokybės pastovumo.
Trumpalaikės perjungimo energijos – tokie kaupikliai vartotojus gali aprūpinti energija
per laikotarpius, kurie trunka nuo sekundžių iki minučių. Jie naudojami tuo tikslu, kad būtų galima
perjungti elektros tiekimą nuo vieno šaltinio prie kito nenutraukiant elektros tiekimo.
Energijos valdymo – tokiuose kaupikliuose energija kaupiama, kad elektros energijos
gamyba nebūtų priklausoma nuo jos vartojimo. Paprastai kaupikliai įkraunami, kai energija pigi, o
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
166
sukaupta energija naudojama tuomet, kai to reikia. Tokiu būdu elektros vartotojas gali nepriklausyti
nuo energetikos sistemos keletą valandų.
Visų elektros energetikai tinkamų energijos kaupiklių privalumai ir trūkumai toliau
išvardinti 15.1 lentelėje pagal technologijas. 15.1 lentelėje technologijų naudojimo tinkamumas
pažymėtas tokiu būdu:
be jokios žymės – naudoti neįmanoma arba ekonomiškai neverta,
– naudoti galima ir tikslinga,
– šiam tikslui naudoti galima,
– naudoti įmanoma, bet praktiškai ar ekonomiškai netikslinga.
15.1 lentelė. Elektros energetikai tinkamų energijos kaupiklių privalumai ir trūkumai
Kaupimo technologija Pagrindiniai pranašumai Pagrindiniai trūkumai Ciklo
n.v.k., % Taikoma
galiai Taikoma energijai
HAE Didelė galia, maža kaina Reikia tinkamos vietovės 67-73
Suspausto oro Didelė galia, maža kaina Reikia tinkamos vietovės ir dujinio kuro
65-70
Srautinės baterijos: PSB, VRB, ZnBr
Didelė galia, nepriklauso galia nuo energijos
Mažas energijos tankis 60-75
Metalo-oro baterijos Labai didelis energijos tankis
Sunki elektros įkrova ~50
NaS baterijos Dideli galios ir energijos tankiai Didelis efektyvumas
Brangi gamyba Pavojus saugumui
80-90
Li-jonų baterijos Dideli galios, energijos tankiai ir efektyvumas
Brangi gamyba Reikia specialios įkrovimo schemos
90-95
NiCd baterijos Dideli galios, energijos tankiai ir efektyvumas
60-70
NiMH baterijos Didelis efektyvumas ir galios tankis, maža kaina
Nedidelis energijos tankis 80-90
Rūgštinės švino bat. Maži kapitaliniai kaštai Mažas įkrovos/iškrovos ciklų skaičius, kai gilios iškrovos
50-75
SEK Didelė galia Mažas energijos tankis 85-95
SMEK Didelė galia Mažas energijos tankis Brangi gamyba
95
Superkondensatoriai Didelis įkrovos/iškrovos ciklų skaičius, didelis efektyvumas
Mažas energijos tankis
95-97
Vandenilio kaupikliai Neribotas sukauptos energijos kiekis
Dar brangios ir nebrandžios technologijos, mažas ciklo efektyvumas
35-50
Hidroakumuliacinės elektrinės yra viena iš seniausių elektros energijos kaupimo ir
regeneravimo technologijų, kurios naudojamos jau daugiau kaip 100 m. Be jos, per paskutiniuosius
10-20 buvo kuriami ir tobulinami įvairūs nauji elektros energijos kaupikliai, kurie šiuo metu
komercializuojami arba yra netoli šios ribos. Šios sąlyginai naujos elektros energijos kaupimo ir
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
167
regeneravimo technologijos skiriasi savo ekonominiu ir techniniu efektyvumu. Šiuo metu
pagrindinėmis elektros energijos kaupimo technologijomis yra laikomos šios [5, 6, 7, 8, 9]:
hidroakumuliacinės,
suspausto oro,
įvairių tipų baterijų (akumuliatorių),
vandenilio,
superkondensatorių,
magnetinės energijos superlaidininkuose,
regeneracinės elektrocheminės,
smagratinės.
Hidroakumuliacinės energijos kaupyklos
Geriausiai žinomos ir didžiojoje energetikoje taikomos energijos kaupimo technologijų yra
hidroakumuliacinės elektrinės (HAE). Jos yra geriausiai įsisavintos ir techniškai ištobulintos.
Pirmosios HAE pardėjo veikti Italijoje ir Šveicarijoje paskutiniame XIX a dešimtmetyje.
Didelės galios HAE pasaulyje yra nedaug. Daugiau kaip 1000 MW galios hidroakumuliacinių
elektrininių šiuo metu priskaičiuojama 40: Japonijoje –12 , JAV – 9, Italijoje – 4, Rusijoje – 3,
Vokietijoje, Kinijoje, Taivanyje – po 2, JK, Prancūzijoje, Australijoje, Pietų Afrikos respublikoje,
Irane, Liuksemburge – po 1 [9]. Šiuo metu pasaulyje veikia daugiau kaip šimtas HAE, o jų bendroji
galia sudaro daugiau kaip 90 GW. Tipinis hidroakumuliacinių energijos kaupyklų viso ciklo
naudingo veikimo koeficientas yra 67-73 %. Tai reiškia, kad HAE, dirbdama elektros energijos
generavimo režimu, į elektros tinklą gali grąžinti iki 73 % elektros energijos, kuri buvo sunaudojo
vandens siurbliai elektrinei dirbant energijos kaupimo režimu. Pagrindinis anksčiau statytų HAE
trūkumas yra tas, kad jos į elektros tinklą atiduodamą galią negali reguliuliuoti tolygiai ir su geru
hidroagregatų naudingo veikimo koeficientu elektros generavimo režime. Todėl jos negali labai
efektyviai dalyvauti galių balansavimo ir rezervavimo procesuose energetikos sistemos elektros
tinkle. Kuriami ir jau naudojami plačiose ribose švelniai reguliuojami hidroagregatai, dirbantys su
geresniu naudingo veikimo koeficientu visame jų darbo intervale.
Suspausto oro energijos kaupyklos
Suspausto oro energijos kaupyklos gali būti didelės įkrovos talpos ir mažos įkrovos talpos.
Pirmosios naudojamos energetikoje, o mažosios – įvairiose technologijose bei transporte. Šiose
energijos kaupimo sistemose elektros varikliai, naudodami perteklinę elektros tinklo ar vėjo
elektrinių parko energiją, suka kompresorius, kurie spaudžia orą uždarame dirbtiniame (mažose
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
168
kaupyklose) arba naturaliame rezervuare (didelėse užsandarintose uolų ertmėse, šachtose). 1 m3
galima sukaupti apie 5 kWh energijos, kai minimalus slėgis yra 8274 kPa [9]. Viena iš didžiausių
suspausto oro energijos kaupyklų yra įrengta JAV senose šachtose. Ji dirba kartu su dideliu vėjo
elektrinių parku, kurio įrengtoji galia 300 MW. Kai energetikos sistemos tinkle galios netrūksta, o
vėjas tuo metu pučia, tai vėjo elektrinių energija naudojama orui suspausti. Piko valandomis
suspaustas oras dujų turbinų elektrinėse leidžia iki 40 proc. sumažinti dujų sąnaudas.
Baterijos (akumuliatoriai)
Vienos iš brangiausių energijos kaupimo technologijų šiuo metu yra energijos kaupimas
baterijose (angliškuose informacijos šaltiniuose akumuliatoriai vadinami įkraunamomis baterijomis
– rechargeable batteries). Be senai žinomų švino rūgštinių baterijų energetikoje jau pradėtos naudoti
ličio-jonų (Li-jonų), natrio-sieros (NaS), nikelio-kadmio (NiCd), nikelio-metalų hidridų (NiMH) ir
kitos baterijos. Laikoma, kad baterinių energijos kaupiklių technologijos jau yra sukurtos, jos yra
pakankamai brandžios ir jų galima įsigyti rinkoje [9]. Būdingas baterinių energijos kaupiklių
bruožas yra labai geras viso ciklo efektyvumas – tik švino rūgštinių ir NiCd baterijų efektyvumas
yra žemesnis (apie 60-75 %), o kitų minėtų tipų efektyvumas siekia apie 80-90 % ir daugiau.
Iš baterijų sudaryti pakankamai didelės įkrovos ir galios kaupikliai energetikoje naudojami
galios kokybei gerinti, atsinaujinančiosios energijos elektrinėms rezervuoti, apkrovai išlyginti,
energijos perdavimo stabilumui palaikyti, pikinei energijai generuoti. Jie gali būti naudojami
įvairiuose elektros energijos tiekimo tinklo lygmenyse.
Įvairių tipų bateriniai energijos kaupikliai buvo labai žymiai patobulinti per pastaruosius
keletą metų ir šis procesas vyksta toliau. Naudojant nanotechnologijas JAV neseniai sukurti ženkliai
pigesni Li-sieros akumuliatoriai, kuriuos bus galima įkrauti apie 3 kartus daugiau elektros energijos,
negu į dabar naudojamus tokio paties tūrio Li-jonų akumuliatorius. Šioje srityje dirbantys
mokslininkai prognozuoja, kad baterijų (akumuliatorių) energijos tankis naudojant
nanotechnologijas gali padidėti kartais (iki 1-4 kWh/kg) lyginant su dabartiniais rodikliais, o jų
kaina žymiai sumažės.
Vandenilio energijos kaupimo sistemos
Vandenilio energijos kaupimo sistemos gali naudoti atliekamą elektros energiją iš vėjo,
saulės elektrinių ar iš energetikos sistemos elektros tinklo, kai jame susidaro galios perteklius, ir
gaminti vandenilį elektrolizės būdu [9, 14]. Pagamintas vandenilis kaupiamas ir vėliau gali būti
naudojamas įvairiose srityse, tačiau pagrindinės yra transportas ir elektros energetika. Kai
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
169
energetikos sistemoje galios trūksta, vandenilį galima konvertuoti atgal į elektros energiją naudojant
kuro elementus [14].
Kuro elementai (KE) šiuo metu dar yra brangūs (priklausomai nuo jų tipo ir galios svyruoja
apie 1 500 – 5 000 JAV$/kW). Stacionariųjų KE gamyba kol kas dar mažai išplėtota (įvairių tipų
kuro elementų nuo 5 iki 5 000 kW galios pasaulyje šiuo metu pagaminama iki 200 000 vnt. per
metus). Jau netolimoje ateityje (po 2012 m.) prognozuojamas ženklus jų kainos kritimas iki 1 000 –
2 000 $/kW ir masinė gamyba milijonais ir dešimtimis milijonų vienetų per metus. Kol kas elektros
energijos kaupimas vandenilio pavidalu ir jos regeneravimas kuro elementuose yra mažai efektyvi ir
šiuo metu dar brangi technologija. Vandenilio kaip elektros energijos kaupiklio viso ciklo
(kintamoji srovė/nuolatinė sriovė/vandenilis/nuolatinė srovė/kintamoji srovė) efektyvumas tesiekia
35-50 %. Tačiau ir kuro elementų srityje yra labai reikšmingų pasiekimų, kurie gali vesti prie
didelių proveržių kuriant žymiai efektyvesnes vandenilio technologijas. Ispanijos Complutence de
Madrid universiteto mokslininkai sukūrė naują medžiagą KE membranoms gaminti, kuri yra
nebrangi, pasižymi labai geru jonų pralaidumu žemoje temperatūroje, artimoje kambario
temperatūrai. Jų gautus rezultatus patikrino ir patvirtino JAV Oak Ridge nacionalinės laboratorijos
mokslininkai. Todėl netolimoje ateityje galima tikėtis didelės pažangos ir KE srityje.
Superkondensatoriai
Elektrocheminiai dvigubo sluoksnio kondensatoriai arba superkondensatoriai (EC
capacitors, supercapacitors) pasižymi labai didele talpa ir siekia iki 5000 faradų. Jie yra vieni iš
efektyviausių energijos kaupiklių, kurių viso ciklo nuo elektros energijos sukaupimo iki jos
grąžinimo į šaltinį (round trip efficiency) naudingo veikimo koeficientas viršija 95 % [9, 14]. Šiuo
metu jie turi patį didžiausią galios tankį iš visų elektros energijos kaupiklių – nuo 1 iki 10 kW/kg.
Superkondensatoriuose sukauptos energijos tankis yra nedidelis, todėl elektros energetikos
sistemose plataus tiesioginio pritaikymo jie dar neturi. Manoma, kad ateityje elektromobiliuose ir
hibridiniuose automobiliuose jie gali pakeisti akumuliatorius. Gaminami didelės iškrovos galios ir
trumpo iškrovos laiko superkondensatoriai (nuo 10 kW iki 1-2 MW, iškrovos laikas – apie
sekundę), taip pat didelės energijos įkrovos superkondensatoriai (iškrovos laikas – nuo minučių iki
valandos, o galia – nuo kelių kW iki ~ 200kW).
Superlaidininkų magnetinės energijos kaupikliai
Superlaidininkų magnetinės energijos kaupikliuose (SMEK) energija sukaupiama didelėse
magnetinėse ritėse, per kurias paleidžiama nuolatinė srovė. Magnetinė rite yra atšaldoma skystu
heliu arba azotu iki superlaidumo, todėl nuostolių ritėje praktiškai nėra. Po 2-3 % nuostoliai
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
170
gaunami lygintuve ir inverteryje, kuris įsijungia, kai elektros energiją reikia grąžinti į kintamosios
srovės tinklą. Bendras viso ciklo naudingo veikimo koeficientas yra labai aukštas – 95 %. Šioje
energijos kaupimo sistemoje nėra judančių dalių, todėl jos veikimo patikimumas yra labai didelis.
Superlaidininkų magnetinės energijos kaupikliai yra efektyvios ir perspektyvios elektros
energijos kaupimo priemonės. Pirmosios studijos apie SMEK pasirodė apie 1970 metus.
SMEK turi panašias taikymo sritis kaip ir smagratiniai energijos kaupikliai: rezerviniai
maitinimo šaltiniai (UPS) ir impulsiniai didelės galios šaltiniai kintamosios srovės perdavimo
elektros tinkluose [6, 16] (FACTS – Flexible AC Transmission System). Elektros tinkluose SMEK
naudojamos trumpalaikiam elektros energijos kaupimui ir jos grąžinimui į elektros tinklą – elektros
energijos kokybei pagerinti prie elektrinių traukinių pastočių, didelių gamyklų, kuriose labai
dideliais šuoliais kinta iš elektros tinklo imama galia arba kuriose elektros energijos kokybei
keliami griežti reikalavimai. SMEK elektros tinkluose gerai tinka gesinti trumpalaikius įtampos
švytavimus, kurie gali sukelti pavojų tinklo darbo stabilumui [6]. Pagrindinis SMEK pranašumas
prieš kitas energijos kaupimo priemones yra tas, kad jie sistemai per labai trumpą laiką gali suteikti
aktyviosios ir reaktyviosios galios injekcijas ir tuo pagerinti sistemos dinamiką [16]. Dažniausiai
naudojamos kelios SMEK, dirbantys lygiagrečiai (SMEK baterija). SMEK pasižymi labai geromis
dinaminėmis savybėmis – laikas tarp įkrovos ir iškrovos gali būti labai trumpas [6, 9, 16].
Šiuo metu didžiausių SMEK įkrovos talpa siekia 20 MWh, o momentinė galia – iki 400
MW 100 sekundžių laikotarpyje arba 10 MW 2 valandų laikotarpyje. Prognozuojama, kad SMEK
energetikos sistemose ateityje gali įgauti platų panaudojimą, pvz., vėjo elektrinių kintančiai galiai
balansuoti. Jų platesnį panaudojimą riboja didelės SMEK kainos [6].
Supaprastinta SMEK elektrinė schema pavaizduota 15.1 pav.
15.1 pav. Supaprastinta SMEK elektrinė schema: ET – elektros tinklas, TR – transformatorius, LI – lygintuvas – inverteris, L – superlaidi ritė, KŠS – kriostatas ir šaldymo sistema, I rite tekanti nuolatinė srovė.
VS
~=
LKŠS
LI
TR
I b
ET
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
171
SMEK ritės įkrovimo ir iškrovimo schema pateikta 15.2 paveiksle.
15.2 pav. SMEK ritės įkrovimo ir iškrovimo schema: L – kriostate patalpinta SMEK ritė, S – jungiklis, C – kondensatorius, VD1 – VD2 – atbuliniai diodai, VT1 – VT2 – tiristoriai
SMEK dirba trijuose darbo režimuose: elektros energijos įkrovimo, energijos cirkuliavimo
uždara grandine ir energijos iškrovimo (atidavimo į elektros tinklą). SMEK ritės įkrovimo,
energijos cirkuliavimo ir iškrovimo procesai vyksta grandinėmis, kurios pavaizduotos 15.2 pav.
Ritės įkrovimo grandinė: „+“→S→VT1→L→VT2→„–“
Energijos cirkuliavimo grandinė: L → VD1 → VT1 → L .
Ritės iškrovimo grandinė: „–“→VD2→L→VD1→S→„+“.
SMEK ritės laidininkas gaminamas iš NbTi (Nobio-Titano). Ritė laikoma kriostate, kuriame
automatiškai palaikoma žema temperatūra (apie 4 F).
JAV per pastaruosius keletą metų SMEK tapo viena iš pagrindinių priemonių apsaugoti
energetikos sistemos perdavimo tinklą nuo nestabilaus darbo ir avarijų. SMEK valdomas taip, kad
tinkamu momentu iš elektros tinklo jis gali imti aktyviąją arba reaktyviąją elektros energiją arba,
kai reikia, vieną ar kitą elektros energijos rūšį tiekti į elektros tinklą.
Srautinės baterijos
Viena iš perspektyvių energijos kaupimo ir regeneravimo technologijų yra srautinės
baterijos, kurių veikimas pagrįstas elektrocheminiu energijos kaupimu. Ši technologija jau
naudojama didelės galios akumuliacinėse elektrinėse su regeneraciniais elektrocheminiais
kaupikliais, kurių pagrindiniai įrenginiai yra srautinės baterijos (flow batteries), sudarytos iš
elektrocheminių celių ir skirtos elektrolitams įkrauti ir iškrauti, dvi didelio tūrio talpos teigiamai ir
neigiamai įkraunamiems elektrolitams laikyti ir du siurbliai tiems elektrolitams varinėti. Tokiose
elektrinėse elektros energija dideliais kiekiais efektyviai paverčiama į potencinę cheminę energiją,
sukaupiamą dviejuose skirtingos cheminės sandaros elektrolituose, kur ji gali būti ilgai išlaikoma su
labai mažu savaiminiu išsikrovimu. Naudojant tą pačią srautinę bateriją, cheminė energija bet
kuriuo metu, priklausomai nuo poreikio, vėl gali būti operatyviai regeneruojama į elektros energiją.
Iškrovimo proceso metu sukaupta potencinė cheminė energija pradžioje regeneruojama į nuolatinės
S
C
VD1
VT2 D2
LVT1
VD2
D1
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
172
srovės elektros energiją, kuri po to, naudojant nuolatinės/kintamosios srovės keitiklį (NS/KS),
paverčiama į standartinių parametrų kintamosios srovės energiją. Kintamosios srovės energija
tiekiama elektros energijos imtuvams arba į energetinės sistemos elektros tinklą.
Šiuo metu tobulinamos kelių tipų srautinės baterijos, tarp kurių žinomiausios yra cinko
bromido, vanadžio redokso ir natrio bromido. Bandomųjų regeneracinių elektrocheminių energijos
kaupyklų galia siekia dešimtis MW, o įkrovos talpa – šimtus MWh. Informacijos šaltiniuose [2, 5,
10, 11, 12] akcentuojamos perspektyvios šio energijos kaupimo būdo naudojimo galimybės
atsinaujinančiosios energijos elektrinėse ir energetikos sistemoje, kurioje šiuo būdu galima ženkliai
padidinti įrengtųjų elektrinių galių išnaudojimo koeficientą.
Elektros energijos kaupimo sistemos su srautinėmis baterijomis turi šias teigiamas savybes:
gali stabiliai ir patikimai veikti natūralioje aplinkos temperatūroje,
pasižymi gana aukštu viso ciklo efektyvumu,
turi perspektyvią kainos dinamikos tendenciją,
sukaupiamas energijos kiekis priklauso tik nuo elektrolitų tūrio bei jų koncentracijos, o
mažai priklauso nuo srautinės baterijos galios,
saugiai pakelia perkrovas ir visišką elektrolito iškrovimą.
Kaupiklio su srautine baterija veikimas, savybės ir naudojimo galimybės
Akumuliacinės elektrinės su srautine baterija, per kurią teka natrio bromido/tribromido ir
natrio sulfido/polisulfido elektrolitai, struktūra parodyta 15.3 paveikslėlyje.
Į šią struktūrą gali įeiti viena arba kelios atsinaujinančiųjų šaltinių elektrinės (vėjo, saulės,
upių ir kt.), kurios dažnai gamina nestandartinių ir nestabilių parametrų elektros energiją, todėl dar
netinkamą tiekti tiesiog į energetikos sistemos elektros perdavimo tinklą. Nuolatinės srovės energija
9, gaunama iš šių elektrinių, maitina srautinę bateriją, sudarytą iš toliau paaiškintų funkcinių mazgų
3, 4, 5 ir 6.
Energijos įkrovimo proceso metu cirkuliaciniai siurbliai 7 ir 8 elektrolitus verčia tekėti iš
elektrolitų talpų 1 ir 2 per srautinės baterijos ertmes 4, kurios susisiekia su jonams laidžia
membrana 3 ir elektrodais 5 bei 6. Prie jų prijungta kaupiamosios energijos šaltinio (KEŠ) energija,
paversta į nuolatinės srovės šaltinio 9 energiją. Įkrovimo procese elektrolitų jonai migruoja per
membraną 3 ir elektros srovė įkrauna elektrolitus: NaBr teigiamu krūviu, o Na2S4 – neigiamu.
Įkrautus elektrolitus galima bet kada iškrauti, kai tik atsiranda elektros energijos poreikis.
Iškrovimo procese įkrautiems elektrolitams tekant per srautinę bateriją vyksta atvirkščia cheminė
reakcija: įkrautų elektrolitų cheminė energija jonams migruojant per polimerinę membraną 3
pakeičiama į elektros energiją. Elektroduose 5 ir 6 atsiranda nuolatinės srovės įtampa, kurią
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
173
puslaidininkinis keitiklis 10 pakeičia į pramoninio stabilaus dažnio standartinių parametrų
kintamosios srovės energiją, tinkamą naudoti vietoje ar tiekti į EES (trifazis elektros tinklas 11).
15.3 pav. Akumuliacinės elektrinės su srautine baterija struktūra Šioje srautinėje baterijoje naudojami natrio bromido/tribromido ir natrio sulfido/polisulfido
tirpalai bei metalų ar anglies-poliolefinių kompozitų, įdėtų specialiuose rėmeliuose, elektrodai.
Naudojamų tirpalų (elektrolitų) įkrovimo-iškrovimo cheminės reakcijos aprašomos taip:
3NaBr + Na2S4 NaBr3 + 2Na2S2.
Be elektrocheminių energijos kaupiklių su cirkuliuojančiais natrio bromido/tribromido ir
natrio sulfido/polisulfido elektrolitais, įvairiose šalyse (JAV, Anglija, Japonija, Kanada, Australija,
Kinija ir kt.) gaminamos ir tobulinamos srautinės baterijos, kuriose naudojami kitų tipų elektrolitai.
Srautinės baterijos su cirkuliuojančiais vanadžio elektrolitais
Vadinamosios redokso baterijos “Vanadium redox flow battery” (angliška santrumpa VRB)
buvo pasiūlytos dar 1985 metais Skyllas-Kazacos su bendradarbiais. Šiuo metu Japonijoje, JAV,
Kanadoje, Australijoje jau veikia keletas demonstracinių tokio tipo kaupiklių, kurių galia siekia nuo
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
174
50 iki 1000 kW [10, 11, 12]. Šio tipo srautinėse baterijose naudojami elektrolitai, sudaryti iš
skirtingų oksidacijos laipsnių vanadžio druskų tirpalų 2-3 mol/l sieros rūgštyje. Vanadžio redokso
baterijos veikimo principas paaiškintas 15.4 pav. Ji yra analogiška natrio bromido/tribromido ir
natrio sulfido/polisulfido srautinių baterijų veikimui, tačiau čia naudojami kiti elektrolitai.
15.4 pav. Vanadžio redokso baterijos (VRB) principinė veikimo schema Pagrindinės supaprastintos VRB srautinės baterijos įkrovimo-iškrovimo reakcijos yra tokios:
Įkrovimas
Teigiamas elektrodas: V4+ V5+ + e- E 1,00 v Iškrovimas Įkrovimas
Neigiamas elektrodas V3+ + e- V2+ E - 0,6 v Iškrovimas
VRB tipo kaupikliai turi šias teigiamas savybes:
jų tarnavimo laikas labai ilgas ir įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičius didelis, nes elektrolitai
(katolitas ir anolitas) sudaryti iš skirtingų oksidacijos laipsnių vanadžio jonų sieros rūgšties
tirpaluose, todėl nevyksta savaiminis išsikrovimas ir elektrolitų nusodinimas. Be to, tinka
įprastos chemijos pramonėje naudojamos medžiagos ir įrengimai: siurbliai, vamzdžiai,
sandarikliai ir t.t.,
jų sistemos gana paprastai įrengiamos,
jie pasižymi labai mažais sukauptos energijos nuostoliais, kai ji nenaudojama,
sukauptos energijos kiekis didinamas didinant rezervuarų su elektrolitais talpą, o reikalinga
įtampa gaunama jungiant nuosekliai pakankamą VRB celių skaičių,
V2+/V3+
VO2+/VO2
+
Elektrocheminė celė Elektrodai
Membrana
Siurbliai
Anolito ir katolito rezervuarai
– +
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
175
įkrauti elektrolitai laikomi atskirai teigiamo ir neigiamo krūvio rezervuaruose,
jie gali būti labai greitai įjungiami dirbti ir tiekti elektros energiją paleidus elektrolitų
cirkuliacinius siurblius,
jie yra gana saugūs aplinkos ir aptarnaujančio personalo atžvilgiu, todėl elektrolitų talpyklos
gali būti įrengiamos pastatų rūsiuose,
jie turi plačias pritaikymo galimybes: energijos kaupimo ir regeneravimo ciklo efektyvumas
siekia apie 70 įvertinant pagalbinę įrangą ir energijos nuostolius keitikliuose,
jie yra pakankamai ilgaamžiai: atlaiko apie 1500 įkrovimo/iškrovimo ciklų, kas vidutiniškai
atitinka 10 metų darbo laiko.
VRB tipo srautinių baterijų poveikio aplinkai vertinimas
Poveikio aplinkai tyrimai buvo atlikti Kalman universitete Švedijoje. Tyrimo duomenų
vertinimas atliktas lyginant vanadžio REK aplinkos taršą su dažnai naudojamų švino rūgštinių
baterijų (akumuliatorių) analogiška aplinkos tarša.
Šiam tyrimui atlikti buvo pasirinktos vienodų parametrų energijos kaupimo sistemos: galia –
po 50 kW, tiekiamos energijos kiekis – po 150 kWh per parą, sistemų darbo trukmė – po 20 metų.
Įvertinant švino rūgštinių baterijų aplinkos taršą, priimta dėmesin, kad per 20 metų eksploatacijos
laikotarpį bus sunaudota 25 000 litų vandens, 4 kartus bus pakeista 200 švino celių, o gaminant
naujas šio tipo baterijas bus panaudota 50 % švino iš pakeistųjų celių.
VRB sistemos vanadžio elektrolitai gali būti naudojamas praktiškai neribotą laiką. Naudotą
elektrolitą galima filtruoti ir naudoti pakartotinai. Abiejų energijos kaupimo sistemų aplinkos taršos
įvertinimo duomenys pateikti 15.2 lentelėje [13].
15.2 lentelė. Palyginamų energijos kaupimo sistemų taršos įvertinimo duomenys
Eil. Nr.
Elektrocheminių procesų metu išskirti komponentai
Švino-sieros rūgšties EK sistemoje
Vanadžio-sieros rūgšties EK sistemoje
1 CO2 , t 25,4 8,5 2 SO2, kg 147 28 3 CO, kg 42 5,2 4 CH4, kg 32 8 5 NOx, kg 172 45 6 N2O, kg 0,52 0,15
Išanalizavus pateiktus duomenis galima teigti, kad aplinkos taršos požiūriu žymiai
pranašesnės yra VRB srautinės baterijos.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
176
Smagratiniai energijos kaupikliai
Pirmieji žinomi smagratiniai energijos kaupikliai buvo naudojami molinių puodų žiedimo
įrenginiuose. Dabar naudojami smagratiniai energijos kaupikliai (SEK) energiją sukaupia
besisukančio smagračio kinetinės energijos forma. Energijai sukaupti smagratį įsukanti elektros
pavara energiją ima iš elektros tinklo. Kai reikia energiją gražinti į tinklą, smagratį įsukęs variklis
pradeda dirbti generatoriumi, kuris per elektros energijos konversijos sistemą smagratyje sukauptą
energiją grąžina į elektros tinklą.
Šiuolaikiniai smagratiniai energijos kaupikliai naudojami daugelyje sričių – transporte, kaip
rezerviniuose elektros energijos šaltiniuose (UPS), energetikoje ir kitur. Jie pasižymi ilgu darbo
amžiumi, aukštu viso ciklo naudingo veikimo koeficientu (85-95 %), dideliais įkrovos ir iškrovos
greičiais (1-30 s). Lyginant su pačių energetinių parametrų akumuliatoriais ir baterijomis, SEK
užima 5-10 kartų mažiau vietos, yra 5-10 kartų patikimesnės ir turi praktiškai neribotą energijos
įkrovimo-iškrovimo ciklų skaičių, kai tuo tarpu akumuliatoriams šis skaičius yra gana ribotas, o jų
dažnas ir gilus iškraudinėjimas trumpina jų darbo amžių. Vidutinis SEK darbo amžius yra apie 20
metų. Kaupikliai iš elektros tinklo ima tik apie 0,1-1 % savo vardinės galios. Galingiausių kaupyklų
trumpalaikė į elektros tinklą atiduodama galia yra MW eilės. Kai vienos SEK nepakanka,
naudojmos lygiagrečiai dirbančios kaupiklių baterijos, sudarytos nuo kelių iki kelių šimtų SEK [7].
Naujausių SEK smagračiai įsukami iki 20000-50000 aps/min. greičio, turi magnetinius
guolius ir dirba vakuume, kad būtų išvengta trinties nuostolių guoliuose ir į orą. Energetikoje SEK
turi dvi pagrindines taikymo sritis: jie naudojami kaip rezerviniai maitinimo šaltiniai arba
energetikos sistemos elektros tinkle trumpalaikiams galios perkričiams, kurių trukmė skaičiuojama
sekundėmis, išlyginti ir dažniui palaikyti.
Supaprastinta smagratinio energijos kaupyklos, kuri naudojama kaip rezervinis maitinimo
šaltinis (UPS), elektrinė schema pateikta 15.5 paveikslėlyje. Čia energija paimama ir atiduodama į
tos pačios įtampos elektros tinklą. Tokios SEK būna nedidelės galios, bet didelės energijos
iškrovos trukmės (nuo minučių iki valandos). Šiuo atveju naudojamas kintamosios srovės
generatorius-variklis.
Jeigu SEK naudojamas kaip rezervinio maitinimo šaltinis, tai nerekomenduojama naudoti
tik jį vieną tais atvejais, kai energijos tiekimas gali nutrūkti pakankamai ilgam laikotarpiui,
viršijančiam SEK galimybes. Tokiais atvejais papildomai dar naudojamos akumuliatorių baterijos
ir/arba dyzelgeneratoriai priklausomai nuo reikalaujamo energijos kiekio ir jos tiekimo patikimumo.
15.6 paveikslėlyje parodyta supaprastinta smagratinės energijos kaupyklos su nuolatinės srovės elektros
pavara elektrinė schema, kur energija smagračiui įsukti imama iš žemesnės įtampos tinklo ir gali būti
atiduodama į aukštesnės įtampos tinklą.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
177
15.5 pav. Supaprastinta SEK elektrinė schema su kintamos srovės elektros pavara
SEK energetikos sistemos elektros tinkle tampa labai naudingomis, kai padidėja
atsinaujinančiųjų šaltinių elektrinių generuojamų galių dalis, ypač vėjo ir dalinai saulės, jei
pasitaiko debesuota diena su dažnais pragiedruliais. Jos gerai tinka trumpalaikiams (s) teigiamiems
ir neigiamiems galios perkričiams elektros tinkle kompensuoti, nes tai yra labai greito reagavimo
priemonė. Šio tipo SEK išvysto didelę galią, o jų sukauptos energijos iškrovos laikas skaičiuojamas
sekundėmis. Galios reguliavimo efektyvumu ji pralenkia kitas tradicines galios reguliavimo
priemones. Galios balansavimo būdų efektyvumo palyginimas naudojant įvairių tipų elektrines
pavaizduotas 15.7 pav., kuriame idealiu šaltiniu laikomas beinertinis ir begalinės galios šaltinis.
15.6 pav. Supaprastinta SEK elektrinė schema su nuolatinės srovės elektros pavara
SEK energetikos sistemos elektros tinkle tampa labai naudingomis, kai padidėja
atsinaujinančiųjų šaltinių elektrinių generuojamų galių dalis, ypač vėjo ir dalinai saulės, jei
pasitaiko debesuota diena su pragiedruliais. Jos tinka trumpalaikiams (sekundiniams) teigiamiems ir
neigiamiems galios perkričiams elektros tinkle kompensuoti, nes tai yra labai greito reagavimo
~=
KeitiklisKS/NS
~= Keitiklis
NS/KS
V - G
Smagratis
~ƒ = var
= 0,7 kV
~ 0,4 kV 50 Hz
Į elektros tinklą
KS NS
KSNS
NS SEK
Galios elektrnikos keitikliai
~ ~
Iš elektros tinklo
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
178
priemonė. Galios reguliavimo efektyvumu ji pralenkia kitas tradicines galios reguliavimo
priemones. Galios balansavimo būdų efektyvumo palyginimas naudojant įvairių tipų elektrines
pavaizduotas 15.7 pav., kuriame idealiu šaltiniu laikomas beinertinis ir begalinės galios šaltinis.
Kaip parodyta 15.7 pav., greitai veikianti SEK technologija aštriems galios perkričiams
aplyginti gali būti apie 20 kartų efektyvenė, negu naudojant tradiciniais metodus (GTE ir KCE tipo
elektrinių galios reguliavimą). Be to, kiekvienas DTE, GTE ir KCE tipo elektrinių galios
reguliavimas nukrypstant nuo optimalaus jų darbo režimo didina kenksmingų išmetamų teršalų
kiekį ir jų gaminamos elektros energijos kainą. Yra dar vienas neigiamas aspektas, kurį reikia
įvertinti, kai naudojamas DTE, GTE ir KCE tipo elektrinių galios reguliavimas: dažnas ir nuolatinis
šio tipo elektrinių galios reguliavimas sukelia paspartintą įrengimų susidėvėjimą ir gedimus.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
IŠ SEK HE DTE GTE KCE
Re
gu
liavi
mo
efe
ktyv
um
as,
%
15.7 pav. Galios balansavimo būdų efektyvumo palyginimas naudojant įvairių tipų elektrines: IŠ – idealus
šaltinis, SEK – smagratinė energijos kaupykla, HE – hidroelektrinė, DTE – dujų turbininė elektrinė, GTE – garo turbininė elektrinė, KCE – kombinuoto ciklo elektrinė. Šaltinis: Pacific Northwest National
Laboratory, JAV
SEK yra nepralenkiamos ir savo ekologinėmis savybėmis. 15.8 paveiksle yra pateiktas
galios balansavimo būdų taršumo CO2 išlakomis per 20 metų palyginimas naudojant įvairių tipų 20
MW galios elektrines. Šiame paveikslėlyje parodytos visos su naudojamais galios balansavimo
būdais susijusios išlakos – ir tiesioginės, ir netiesioginės (įskaitant išlakas, susijusias su jų įrengimu
ir eksploatavimu). Jokios tiesioginės CO2 išlakos SEK darbo metu nesusidaro – jos lygios nuliui.
Apibendrinant galima teigti, kad SEK yra viena iš geriausių priemonių trumpalaikiams galios
svyravimams energetikos sistemos elektros tinkle balansuoti: ji veikia labai greitai, efektyviai,
patikimai ir neišmeta jokių tiesioginių aplinkai kenksmingų išlakų, tarp jų ir CO2.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
179
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
APE ABE DPE DBE HE SEK
CO
2 iš
lako
s p
er
20
m.,
t
15.8 pav. Galios balansavimo būdų taršumo palyginimas per 20 metų naudojant įvairių tipų elektrines: APE – anglies pikinė elektrinė, ABE – anglies bazinė elektrinė, DPE – dujų pikinė elektrinė, DBE – dujų bazinė elektrinė, HE – hidroelektrinė, SEK – smagratinė energijos kaupykla. Šaltinis: Pacific Northwest National
Laboratory, JAV
Dėl tų pačių išvardintų priežasčių SEK tam tikrose ribose tinka ir energetikos sistemos
elektros tinklo dažniui reguliuoti. Norint palaikyti dažnį elektros sistemoje, reikia taip pat turėti
labai greitai veikiantį reguliuojamos galios elektros energijos šaltinį. Šiam tikslui JAV Niujorko
valstijoje Stephentown mieste statoma 20 MW galios elektros energijos kaupykla, kurioje bus
naudojama 200 SEK, dirbančių lygiagrečiai (SEK baterija). Kiekvienos iš jų vardinė galia 100 kW,
sukauptos energijos kiekis – 25 kWh ( visos baterijos – 5 MWh). SEK rotoriaus (smagračio)
sukimosi greitis – nuo 8000 iki 16000 aps/min. SEK mechaninis naudingo veikimo koeficientas –
97 %, o viso energijos įkrovos/iškrovos ciklo efektyvumas – 85 %.
20 MW smagratinę energijos kaupyklą įrengia JAV kompanija Beacon Power iš Tyngsboro
[4, 7]. Ši kaupykla sudarys labai dinamišką galios rezervą dažniui elektros tinkle palaikyti. JAV
regioninių elektros tinklų nepriklausomų sistemos operatorių duomenimis dažniui palaikyti per
metus reikės ne mažiau, kaip 6000 SEK įkrovos/iškrovos ciklų, o sistema yra pajėgi atlaikyti
daugiau kaip 150000 pilnų įkrovos/iškrovos ciklų. Iškrovimo gylis reguliuojamas nuo 0 iki 100 %
ribose. JAV ketinama įversti naują tarifą dažnio palaikymo rezervo elektros energijai 30 sekudžių
laikotarpiui.
Smagratinių kaupyklų įsigijimo kainos svyruoja nuo 100 iki 300 JAV dolerių už įrengtą
kilovatą. Kaina mažėja didejant SEK vardinei galiai ir mažėjant vardiniam smagračio sukimosi
greičiui ir atvirkščiai. SEK įrengimas yra nesudėtingas ir nebrangus – nuo 20 iki 40 JAV dolerių už
kilovatą. SEK aptarnavimo ir priežiūros išlaidos sudaro tik kelis JAV dolerių už kilovatą per metus.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
180
15.2. Energijos kaupimo technologijų palyginimas
15.9 paveiksle yra palyginti kai kurių tipų energijos kaupiklių galios ir energijos tankiai
[14]. Energetikoje šiuo metu jau yra naudojamos ir geriausias perspektyvas ateityje turi HAE,
SOEK, REK, SEK ir SMEK energijos kaupyklos. Baterijos (akumuliatoriai) ir superkondensatoriai
jau naudojami transporte ir rezerviniuose maitinimo šaltiniuose, o netolimoje ateityje gali būti
pradėti naudoti ir elektros energetikoje kaip paskirstyti energijos kaupikliai. Jų galia turėtų būti
nedidelė (šimtai kW), bet jų skaičius – labai didelis. HAE ir SOEK atveju jų energijos kaupimi
savybes sunku įvertinti tokiais rodikliais, kurių dimensijose yra kilogramai, todėl jos šiame
paveikslėlyje neparodytos. 15.9 pav. NB pažymėtos naujausios baterijos, kuriamos naudojant
nanotechnologijas, kurios, kaip manoma, bus komercializuotos netolimoje ateityje.
0,01
0,10
1,00
10,00
100,00
1000,00
10000,00
100000,00
1E+00 1E+01 1E+02 1E+03 1E+04 1E+05 1E+06 1E+07
15. 9 pav. Įvairių tipų energijos kaupiklių galios ir energijos tankių palyginimas
Kaupiklių energetikoje labai svarbus parametras yra energijos iškrovos laikas. Įvairių
energijos kaupiklių energijos iškrovos laikų ir jų galių ribinės reikšmės yra palygintos 15.10 pav.
[14]. VE galiai balansuoti reikia turėti didelės galios ilgo iškrovos laiko (val.) ir trumpo iškrovos
laiko (s) energijos kaupiklių. Kaip parodyta 15.10 pav., tinkamiausiomis valandinėmis VE parkų
galios balansavimo ir rezervavimo priemonės gali būti HAE, SOEK ir SB. Tačiau kol kas nėra
ištirta, ar Lietuvos teritorijoje gali būti tinkamų natūralių pakankamai sandarių ir erdvių požeminių
ertmių, kuriose būtų galima įrengti SOEK. Užsienyje šiam tikslui naudojamos senos šachtos ir
požeminės ertmės, susidariusios išsiurbus naftą ar gamtines dujas. Kaip trumpalaikės VE parkų
galios kokybės valdymo priemonės gali būti naudojamos SMEK, SEK, superkondensatoriai.
Kuro elementai
Dvigubo sluoksnio kondensatoriai (superkond.)
Baterijos
Kondensatoriai
SEK
SMEK
NB
Ene
rgijo
s ta
nkis
, W
h/kg
Galios tankis, W/kg
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
181
15. 10 pav. Kaupiklių iškrovos laiko ir jų galios priklausomybių palyginimas [www.electricitystorage.org]: DĮS – didelės įkrovos superkondensatoriai
15. 11 pav. Energijos kaupimo technologijų palyginimas pagal kapitalinius kaštus galios vienetui ir sukaupiamos energijos vienetui (RMŠ – rezerviniai maitinimo šaltiniai (UPS))
Iškr
ovos
laik
as
1 kW
Didelės galios superkondensatoriai
SMEK
Didelės galios SEK
Li-jonų baterijos
Ni-Cd baterijos
Rūgštinės švino baterijos
Metalo-oro baterijos
SB
NaS baterijos DĮS
SOEK
HAE
Ilgo
iškr
ovos
laik
o SE
K
100 kW 1 MW 100 MW 1 GW
Galia
Sekundės
Minutės
Valandos
Ilgos iškrovos trukmės SEK
Li-jonų baterijos
HAE
SOEK Metalo-oro
baterijos
SB
100 300 100 1000300
NaS baterijos
Cinko-oro baterijos
Ilgos iškrovos trukmės
superkondensatoriai
Rūgštinės švino
baterijos
Ni-Cd baterijos
Didelės galios superkondensatoriai
Didelės galios SEK
Ultrabaterijos
10
100
1000
10
000
Ger
iau
tinka
en
ergi
jai b
alan
suot
i
Geriau tinka RMŠ ir energijos kokybei gerinti
Kapitaliniai kaštai galios vnt., $/kW
Kap
ital
inia
i kaš
tai e
nerg
ijos
vnt
., $/
kWh
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
182
15.11 pav. energijos kaupimo technologijų palygintos pagal kapitalinius kaštus galios ir
sukaupiamos energijos vienetui. Kaip parodyta 15.11 paveikslėlyje, mažiausius kapitalinius kaštus
sukauptos ir regeneruotos energijos vienetui turi SOEK, HAE, metalo-oro baterijos, ilgos iškrovos
trukmės superkondensatoriai, SB. 15.11 pav. paminėtos ultrabaterijos yra naujo tipo baterijos,
kurios gaminamos naudojant CSIRO ultrabaterijų technologiją [15]. Iš esmės tai yra rūgštinių švino
baterijų ir į šias baterijas interguotų superkonsatorių hibridas. Tokia kombinacija leidžia prailginti
baterijų darbo amžių ir žymiai pagreitinti baterijų įkrovos-iškrovos trukmes. Pražioje buvo
numatyta jas naudoti automobiliuose, bet dabar jau matoma žymiai platesnės jų taikymo sritys, tarp
jų ir elektros energijai kaupti. Australijoje 2009 m. vykdomas demoprojektas, kuriame numatoma
ultrabaterijas, kurių galia 360 kW ir įkrova 200 kWh, panaudoti VE parko generuojamos elektrinės
galios netolygumams kompensuoti ir efektyvesniam parko darbui užtikrinti [15].
15.12 pav. įvairių tipų energijos kaupikliai palyginti pagal energijos tankius masės ir tūrio
vienetams. Į šiuos rodiklius atsižvegiama, kai kaupiklių masė ir svoris yra svarbūs. Kaip parodyta
15.12 pav., šiuo poziūriu beriausios yra NaS, Li-jonų ir metalo-oro baterijos.
15.12 pav. Energijos kaupiklių palyginimas pagal energijos tankius masės ir tūrio vienetus
Įvertinant ne tik masiško paskirstyto elektros energijos generavimo galimybes netolimoje
ateityje, bet ir elektros energijos paskirstyto kaupimo galimybes, galima tikėtis, kad pasaulyje taip
Ni – Cd baterijos
Švino rūgštinėsbaterijos
SB
10 30 100 300 1000
30
100
300
1000
SEK
Cinko – Zn-oro
Superkondensatoriai
Metalo – oro
baterijos (elektriškai
neįkraunamos) Li-
jonų
NaS
Mažesnis
Len
gves
nis
Energijos tankis tūrio vienetui, kWh/m3
Ene
rgijo
s ta
nkis
mas
es v
iene
tui,
kWh/
t
10
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
183
pat bus naudojami nedidels galios (dešimtys ir šimtai kW) paskirstyti elektros energijos kaupikliai
baterijų ir superkondensatorių pagrindu. Šie kaupikliai turėtų būti valdomi perdavimo elektros
tinklo operatorių naudojant naujausias informacines ir komunikacines technologijas. Lietuvoje
tokių energijos kaupyklų kiekis turėtų būti skaičiuojamas tūkstančiais. Kaupyklos būtų išdėstytos
visoje šalies teritorijoje ir prie VE parkų. Jas eksploatuoti galėtų mažųjų elektros energijos kaupimo
ir regeneravimo įmonių savininkai.
15.3 lentelėje yra palyginti pagrindinių elektros energijos kaupiklių parametrai, o 15.4
lentelėje elektros energijos kaupimo technologijos sugrupuotos pagal jų taikymo sritis.
15. 3 lentelė. Elektros energijos kaupiklių pagrindinių parametrų palyginimas
Kaupiklio tipas Tipinė galia Tipinė energija Tipinė iškrovos
trukmė Technologijos
brandumas Baterijos (švino-rūgštinės, NiCd, NiMH, Li-jonų)
1 kW – 500 kW 1 MWh – 100 MWh 1 h – 8 h Brandžios, yra rinkoje
SEK 500 kW – 1 MW 100 kWh – 100 MWh < 5 min. Brandi, yra rinkoje
HAE 100 MW – 4000
MW 500 MW – 15 GWh 4 – 12 h
Brandi, naudojama > 100 metų
Suspausto oro energijos kaupikliai (SOEK)
25 MW – 3000 MW 200 MW – 10 GWh 1 – 20 h Sukurta, yra demonstraciniai objektai
NaS baterijos 1 MW 1 MWh 1 h Sukurta, yra rinkoje, yra demonstraciniai objektai
SMEK 10 kW – 10 MW 10 kWh – 1 MWh 1 – 30 min. Sukurta, dar nėra rinkojeSuperkondensatoriai < 250 kW 10 kWh < 1 min. Sukurta, yra rinkoje
Srautinės baterijos 100 kW – 10 MW 1 – 100 MWh 10 h Sukurta, demonstracinių projektų stadija
Vandenilio kaupikliai 10 MW Neribota > 5 h Kūrimo stadijoje 15.4 lentelė. Elektros energijos kaupiklių taikymo sritys, pagrindiniai parametrai ir naudojamos technologijos
Taikymo sritys Tipinė galia,
tipinis iškrovos laikas Naudojamos technologijos
Galios kokybės gerinimas < 1 MW, 1 s Superkondensatoriai, SMEK, SEK, baterijos
Energijos valdymas (ilgalaikiai svyravimai, apkrovos išlyginimas)
10 – 100 MW, 1 – 10 h HAE, Suspausto oro energijos kaupikliai, baterijos, srautinės baterijos, NaS baterijos, vandenilio kaupikliai
Atsinaujinančiosios energijos elektrinių integravimas
0,1 – 100 MW, 1 min – 10 h SEK, baterijos, srautinės baterijos, NaS
Atsinaujinančiosios energijos elektrinių rezervavimas
~ 1 MW, 1 – 20 h HAE, SMEK, baterijos, srautinės baterijos, NaS
Pikinis energijos generavimas ~ 1 MW, ~ 1 h HAE, SMEK, SEK, baterijos, srautinės baterijos, NaS baterijos
Energijos perdavimo stabilumas 1 – 100 MW, 1 s SMEK, baterijos, srautinės baterijos, NaS baterijos
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
184
15.3. Elektros energijos kaupimo priemonių tinkamumas ir jų naudojimo galimybės
Elektros energetikoje energijos kaupimo priemonės priemonės pagal sukauptos energijos
iškrovimo laiką skirstomos į dvi pagrindines grupes:
ilgalaikio energijos kaupimo/regeneravimo priemonės, kai iškrova matuojama valandomis,
trumpalaikio energijos kaupimo ir regeneravimo priemonės, kai iškrovos laikas matuojamas
nuo sekundžių iki kelių minučių.
Pasaulio praktikoje elektros energetikos sistemose naudojamas abi priemonės. Jos tampa
ypač aktualios, kai į energetikos sistemą integruotų vėjo ir saulės elektrinių suminė galia viršija 15-
20 % nuo visų sistemoje įrengtų galių sumos. Didelė vėjo energetikos plėtra prognozuojama visame
pasaulyje ir Lietuvoje, nes tą daryti skatina daug žinomų ekologinių, energetinių ekonominių ir
politinių motyvų, kuriuos įvertina ES direktyvos atsinaujinančiųjų energijos šaltinių naudojimo
srityje. Kadangi Lietuva turi oficialų tikslą iki 2010 m pabaigos pasiekti, kad į ESTET būtų
integruota suminė 200 MW vėjo elektrinių galia, o pradinių projektavimo sąlygų VE ir jų parkų
prijungimui prie elektros tinklo išduota dar 4000 MW suminei galiai, tai greitai ir Lietuvoje
susidarys tokios sąlygos, kai naujos įvairių tipų energijos kaupyklos bus būtinos.
Ilgalaikio energijos kaupimo sistemos, įrengtos prie stambių elektros energijos vartotojų,
padeda išvengti didelių kapitalinių įdėjimų tais atvejais, kai paskirstymo tinklas yra arti savo ribinės
perdavimo galios. Kaip parodyta 15.13 pav., įrengus energijos kaupyklą, ji gali padengti pikinius
elektros energijos poreikius be didelės dalies paskirstymo tinklo linijos laidininkų skerspjūvio
padidinimo ir/arba papildomo galios transformatoriaus įrengimo (pakeitimo). Kaip parodyta šiame
paveikslėlyje, tuomet tam tikros paskirstymo tinklo dalies galios poreikių paros grafikas pasidaro
žymiai lygesnis (ištisinė linija), kas palengvina perdavimo tinklo operatoriaus darbą.
15.13 pav. Energetikos sistemos generuojamų galios poreikių paros grafikas
6 12 18 24
Bazinis generavimas
Dieninis generavimas
Pikinis generavimas
Gal
ios
por
eiki
s (M
W)
Kaupyklos įkrovai naudojama galia
Paskirstymo tinkloribinė galia
Iškrovos kaupyklos atiduodama galia
Paros laikas
su kaupykla be kaupyklos
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
185
Kad nebūtų ištampytas perdavimo tinklo paros momentinių galių grafikas ir apsunkintas
operatoriaus darbas, daug ką galima padaryti skirstomajame tinkle įrengus trumpalaikio ar/ir
ilgalaikio energijos kaupimo ir regeneravimo priemones prie probleminių elektros energijos
gamintojų ir probleminių vartotojų, kurių generuojamos arba naudojamos galios staigiai kinta.
Tokios priemonės yra taikomos ir tobulinamos įvairiose užsienio šalyse nuo Australijos iki JAV.
Vėjo elektrinių parko ir energijos kaupyklos su ultrabaterijomis sistemos struktūra pavaizduota
15.14 pav. Kaip jau buvo minėta, tokia sistema 2009 m. įrengta Australijoje [15].
15.14 pav. Energijos kaupyklos ir vėjo elektrinių parko sistemos struktūrinė schema
Apibendrinant pateiktą informaciją galima teigti, kad VE energijai kaupti ir jų galiai
balansuoti naudojamos įvairių tipų ir parametrų elektros energijos kaupyklos, turinčios savo
pritaikymo sritis. Didelės koncentruotos energijos įkrovos ir ilgalaikės iškrovos priemonės (HAE,
SOEK) naudojamos VE parkų ir kitų elektros generatorių energijai kaupti, kai vartotojams jo
nereikia, ir galiai elektros energijos perdavimo tinkle balansuoti. Tam pačiam tikslui jau netolimoje
ateityje gali būti naudojami paskirstytieji elektros energijos kaupikliai su baterijomis,
superkondensatoriais, vandenilio generatoriais ir kuro elementais. Šie mažieji elektros energijos
kaupikliai ir jų grupės gali būti naudojamos ir prie VE parkų, ir visoje šalies teritorijoje prie
skirstomojo elektros tinklo ir stambesnių elektros energijos vartotojų, kurie piko valandomis ir
sunaudotų tų kaupyklų sukauptą energiją. Kadangi sukaupta energija didžiąja dalimi bus
sunaudojama vietoje, tai bus išvengta energijos perdavimo nuostolių dideliais atstumais ir bus
mažiau apkraunamas perdavimo tinklas.
Elektros energijos kaupyklos su trumpalaike energijos iškrova (SEK, SMEK) jau
naudojamos dažnio stabilizavimo sistemose bei trumpalaikiams teigiamiems ir neigiamiems galios
perkričiams užlyginti, pereinamųjų procesų dinamikai pagerinti [16]. Tie perkričiai atsiranda
VE parkas
V; m/s
Vėjo prognozė
Valdymosistema
Inverteris- įkroviklis
Energijos kaupiklis
ET
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
186
elektros tinkle dėl VE darbo netolygumo, dėl įvairių komutacijų elektros tinkle ir dėl specifinių
elektros energijos vartotojų, kurių naudojama elektrinė galia gali staigiai kisti. Ateityje šiems
tikslams gali būti naudojami ir didelės galios superkondensatoriai, ypač pereinamiesiems procesams
dėl komutacijų elektros tinkluose slopinti.
Paminėtos priemonės turi būti naudojamos kompleksiškai. Reikalingų priemonių parinkimas
turi būti atliktas išanalizavus EES veikiančios galios paros darbo grafikus.
Iš kitų elektros energijos kaupiklių, kurie netolimoje ateityje turės įtakos EES darbui galima
paminėti elektromobilius, kurie energiją iš elektros tinklo ims dažniausiai naktimis, kada pigesnė
elektros energija. Stambios pasaulio automobilių gamyklos jau gamina elektromobilius ir turi
didelius planus ateičiai. Vien tik Kinija po 2010 m. planuoja pagaminti 10 mln. elektromobilių.
Be to, 2009 m rugsėjo mėnesį pasaulio žiniasklaidoje buvo paskelbta, kad VW automobilių
gamykla kartu su Vokietijos Hamburgo miesto atsinaujinančiosios energijos grupe Lichtblick
pasiūlė koncepciją „SchwarmStrom“, pagal kurią numatoma prigaminti šimtus tūkstančių mažos
galios kogeneracinių elektrinių, kurios bus išdėstytos individualiuose gyvenamuose namuose visoje
Vokietijoje ir bus naudojamos VE parkų galiai balansuoti ir rezervuoti. Tokią jėgainę sudarys VW
dujomis (tarp jų ir biodujomis) varomas automobilinis varikis ir elektros generatorius. Bendra šių
kogeneracinių jėgainių įrengtoji galia prilygs atominės elektrinės galiai ir sudarys 2 GW. Šilumos
energija bus naudojama pastatui šildyti, o elektros energija – tiekiama į EES. Jėgaines valdys EES
operatoriai. Jėgainės kaina bus apie 5000 eurų.
Išvados
1. Pasaulio energetikos sistemose naudojami įvairių tipų energijos kaupikliai, kurių poreikis
ateityje dar labiau padidės dėl numatomos didelio masto atsinaujinančios energijos
elektrinių skverbties į elektros energetikos sistema.
2. Elektros perdavimo tinklo galiai balansuoti šiuo metu geriausiai tinka ilgalaikės energijos
iškrovos priemonės kaip HAE, suspausto oro energijos kaupyklos, o netolimoje ateityje gali
būti naudojami paskirstytieji elektros energijos kaupikliai su baterijomis,
superkondensatoriais bei vandenilio kaupikliais.
3. Elektros tinklo energijos kokybei gerinti ir švytavimams gesinti šiuo metu naudojami
efektyvūs smagratiniai energijos kaupikliai ir superlaidininkų magnetinės energijos
kaupikliai, o ateityje gali būti naudojami ir didelės galios superkondensatoriai, ypač
komutaciniams pereinamiesiems procesams elektros tinkluose slopinti.
4. Elektros energijos kaupimo ir regeneravimo sistemas tikslinga naudoti tiek elektros
energijos perdavimo tinklo, tiek skirstomojo elektros tinklo sistemose. Tinkamai naudojant
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
187
energijos kaupimo priemones skirstomajame elektros tinkle galima palengvinti perdavimo
elektros tinklo operatorių darbą.
5. Vėjo ir kitų atsinaujinančiosios energijos elektrinių supirkimo tarifas turėtų būti didesnis
tiems elektros gamintojams, kurie naudos kaupyklas elektros tinklą galios grafikui išlyginti
arba ją tieks pagal tinklo operatoriaus pateiktą grafiką.
6. Elektros energijos kaupiklius tikslinga naudoti įvairiuose elektros tinklo lygmenyse.
7. Elektros energijos generavimo, perdavimo, kaupimo ir skirstymo naujų technologijų srityje
užsienio šalyse daug dirbama.
LITERATŪROS SĄRAŠAS
1. European Renewable Energy Council (EREC). Renewable Energy Scenario to 2040. Brussels, 16 p. Prieiga per internetą: http://www.erec.org/documents/publications/2040-scenario.html 2. Report Future of Electrical Energy Storage. Publisher: Business Insights, February 2009. 138 p. Prieiga per internetą: https://www.energybusinessreports.com/shop/showcart.asp 3. Report Smart Grid Promises and Challenges. Publisher: Energy Business Reports, October 2007. 79 p. Prieiga per internetą: http://www.energybusinessreports.com/shop/item.asp?itemid=1415 4. Report Microgrids Market Potential. Publisher: Energy Business Reports, September 2008. 79 p. Prieiga per internetą: http://www.energybusinessreports.com/shop/item.asp?itemid=2101 5. Farret F. A. Integration of Alternative Sources of Energy. Wiley & Sons, 2006, 504 p. 6. Tixador P. Superconducting Magnetic Energy Storage: Status and Perspective. IEEE/CSC&ESAS European Superconductivity news forum, No.3, January 2008. Prieiga per internetą: http://ewh.ieee.org/tc/csc/europe/newsforum/pdf/CR5_Final3_012008.pdf 7. http://www.beaconpower.com 8. Wind Power and Energy Storage. AWEA. Prieiga per internetą: http://www.awea.org/pubs/factsheets/Energy_Storage_Factsheet.pdf 9. http://www.energystorage.org/technology / 10. Redox flow cells for load levelling. 2001 IUPAC, Pure and Applied Chemistry 73. – P.1819 – 1837. 11. http://www.cac.unsw.edu.au/centers/vrb/vanad.2a.htm. 12. VRB Power System INC. Commercialized Energy Storage.Loewen, Ondaatje McCutcheon Limited. January 17, 2005. P.1-30. 13. C. J. Rydh. Environmental assessment of vanadium redox and lead-acid batteries for stationary energy storage. Journal of Power Sources 80, 1999. P 21-29. 14. http://www.mpoweruk.com/alternatives.htm 15. Coppin, P.; Lam, L.; Ernst, A. Using Intelligent Storage to Smooth Wind Energy Generation. European Wind Energy Conference, 2009, Marseille, 8 p. Prieiga per internetą: http://www.evec2009proceedings.info/proceedings/index.php?page=zip 16. Padimiti D.S., Chowdhury B.H. Superconducting Magnetic Energy Storage System (SMES) for Improved Dynamic System Performance. Power Engineering Society General Meeting, 2007. IEEE. P. 1-6. Prieiga per internetą: http://scholarsmine.mst.edu/post_prints/pdf/042755_09007dcc8053002e.pdf
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
188
IŠVADOS
1. Sudaryta vėjo elektrinių darbinės galios įvertinimo metodika atsižvelgiant į
hidroakumuliacinės elektrinės specifiką.
2. Sudaryta metodika įvertinti antrinio ir tretinio rezervų galias, atsižvelgiant į vėjo
progrnozavimo ir vėjo kitimo valandos bėgyje statistinius parametrus.
3. Sudaryta metodika kintamo greičio vėjo elektrinių keitiklių valdymui siekiant išnaudoti
besisukančio rotoriaus ir sparnuotės inerciją dažnio stabilizavimui pradiniu pereinamojo
proceso momentu, atsižvelgiant į sukimosi greitį ir leistiną kinetinės energijos pokytį.
4. Suminė vėjo elektrinių įrengtoji galia Lietuvoje, kai Baltijos EES dirba savarankiškai, dėl
rezervų stokos turi būti ne didesnė kaip:
2012 metais (didžiausia apkrova 1872 MW) – 123 MW;
2016 metais (didžiausia apkrova 2099 MW) – 348 MW;
2020 metais (didžiausia apkrova 2335 MW) – 348 MW.
5. Baltijos EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS suminė vėjo elektrinių galia
dėl mažo EES dydžio ir rezervų stokos turi būti ne didesnė kaip:
2012 metais – 389 MW;
2016 metais ir 2020 metais – 473 MW.
6. Veikiant naujai atominei elektrinei ir norint įrengti 2000 MW vėjo elektrinių, reikia
papildomų 330 MW antrinio, 530 MW tretinio galių reguliavimo rezervų ir apkrova turėtų
būti ne mažesnė kaip 3435 MW, kai Baltijos EES dirba savarankiškai, arba papildomų
300 MW antrinio, 200 MW tretinio galių reguliavimo rezervų ir eksporto galia turėtų būti ne
mažesnė kaip 2100 MW, kai Baltijos EES dirba sinchroniškai su UCTE arba IPS/UPS. Tai
pareikalaus apie 3 mlrd. litų, kai Baltijos EES dirba savarankiškai, ir 1,75 mlrd. litų, kai
Baltijos EES dirbtų sinchroniškai su UCTE arba su IPS/UPS.
7. Vėjo elektrinės ir naujoji atominė elektrinė su 1300 MW bloko galia dėl galių rezervų
stokos 2020 m. negali dirbti kartu, kai Baltijos EES dirba savarankiškai ir yra tik Estlink
1000 MW galios ryšys (kitų tarpsisteminių asinchroninių ryšių nėra). Esant Estlink
1000 MW ir NordBalt 700 MW galios tarpsisiteminiams ryšiams ir 348 MW suminei
įrengtų vėjo elektrinių galiai, tektų mažinti atominės elektrinės galią iki 287 MW. Baltijos
EES dirbant sinchroniškai su UCTE arba IPS/UPS ir esant 473 MW suminės įrengtų vėjo
elektrinių galios bei eksportuojant 650 MW galios, vasaros režimuose atominės elektrinės
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
189
galią tektų mažinti iki 650 MW, o žiemos režimuose atominė elektrinė galėtų dirbti pilna
galia.
8. Norint įrengti 2000 MW suminės galios vėjo elektrinių reikia, kad sistemos apkrova būtų
virš 3400 MW ir investuoti apie 1400–1700 mln. litų į papildomus galios rezervus
Lietuvoje, statant dujų turbinų elektrines, kurių bendroji papildoma suminė galia turi būti
apie 500–600 MW.
9. Didesnė nei 500 MW vėjo elektrinių suminė galia, neproporcingai didelė lyginant su
Lietuvos EES apkrova, turės neigiamos įtakos Lietuvos EES galių balanso valdymui ir tai
gali būti viena iš svarbesnių kliūčių, siekiant susijungti sinchroniniam darbui su UCTE, bei
padidintų priklausomybę nuo Rusijos EES.
10. Netikslinga, kad vėjo elektrinių eksportuojamą galią Lietuvos perdavimo sistemos
operatorius (ir vartotojai) rezervuotų papildomu antriniu ir tretiniu rezervu savo sistemoje ar
užsienyje perkamais pajėgumais. Elektros energijos eksportu ir jo rezervavimu turėtų
rūpintis pačios vėjo elektrinės arba jas atstovaujantys tiekėjai, netaikant eksportuojamai
elektros energijos daliai subsidijų, kompensuodami operatoriui savo sukeltų tarpsisteminių
nebalansų išlyginimo sąnaudas.
11. Vėjo parkus tikslinga plėtoti visoje Lietuvos teritorijoje taip, kad elektros perdavimo tinklai
būtų tolygiau apkrauti, o vėjo elektrinės išdėstytos kiek galima didesnėje teritorijoje.
Tuomet pagal tinklų pralaidumą prie 110 kV tinklo ir skirstomųjų tinklų, būtų galima
prijungti iki 1530 MW ir prie 330 kV tinklo – iki 2350 MW galios vėjo parkų, tačiau bendra
prijungtų vėjo parkų galia turi neviršyti 2950 MW. Lietuvos EES dydis ir reguliuojamų
galių rezervai leidžia žymiai mažiau – įrengti tik 473 MW sumines įrengtosios galios vėjo
elektrinių.
12. Pagal išduotų projektavimo ir išankstinių sąlygų nurodytas prijungimo vietas norint prijungti
nuo 500 MW iki 2000 MW suminės galios vėjo elektrines, reikėtų rekonstruoti elektros
tinklus (perstatyti 110 kV oro elektros linijas nuo Pagėgių iki Klaipėdos ir nuo Klaipėdos iki
Mažeikių), keisti autotransformatorius Klaipėdos ir Jurbarko pastotėse. Tam reikėtų nuo 74
iki 492 mln. Lt investicijų. Diegiant vėjo elektrines visoje Lietuvos EES teritorijoje šių
investicijų galima išvengti.
13. Prijungiamų prie elektros tinklų vėjo elektrinių techninių sąlygų tikslas yra nustatyti
pagrindinius minimalius techninius, projektavimo ir veiklos (darbo) kriterijus, kad būtų
netrikdomas elektros tinklų darbas, galėtų tinkamai vykdyti savo funkcijas ir būtų vienodi
visoms tokios pat kategorijos elektrinėms (savininkams).
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
190
14. Prie elektros tinklo prijungiamos vėjo elektrinės turi turėti tokias konstrukcijos, valdymo ir
veikos dinamines savybes, kurios atitiktų Lietuvoje galiojančių norminių dokumentų ir
standartų reikalavimus, o vėjo elektrinių gaminama elektros energija negadintų elektros
kokybės ir jos tiekimo patikimumo, bei neužkirstų galimybės susijungti sinchroniniam
darbui su UCTE.
15. 11 Atsižvelgiant į Lietuvos EES dydį, būtinumą palaikyti reikiamą galios rezervų kiekį,
siekiant sinchroniškai susijungti su UCTE, maksimali galima vėjo elektrinių galia
perdavimo ir skirstomuosiuose tinkluose turi būti ne didesnė kaip 500 MW, o. nesant
jungčių su Lenkija ir Švedija – 389 MW.
16. Pastačius 500 MW suminės galios vėjo elektrinių rekomenduojama įvertinti ar jų įtaka
elektros energetikos sistemai atitinka studijos rezultatus, įvertinti naujas pasaulines
tendencijas ir galimybes.
17. Prijungiant vėjo elektrines prie skirstomųjų tinklų rekomenduojama taikyti paskirstytosios
generacijos principus, siekiant, kad generuojama galia būtų suvartojama vietoje, išvengiant
atvirkštinės transformacijos į perdavimo tinklus. Kol skirstomieji elektros tinklai
nemodernizuoti į sumaniai valdomą aktyvųjį elektros tinklą (smart grid), tol prie
skirstomojo tinklo fiderio tik vieno taško galima jungti vieną vėjo elektrinę (parką). Kitais
atvejais reikia atlikti darbo režimų ir apsaugų skaičiavimus, kad visuose darbo režimuose
vienoje grandinėje dirbtų tik viena elektrinė (parkas)
18. Vėjo elektrinių skatinimui naujam laikotarpiui nuo 2010 iki 2020 metų rekomenduojama
taikyti priemokų prie rinkos kainos principus, numatant atskirą priedą skirtą balansavimo
sąnaudoms kompensuoti.
19. Papildomai vėjo elektrinių plėtrai, naujų galių paskirstymui rekomenduojama taikyti
konkursų ar aukcionų principus.
Vėjo elektrinių plėtros galimybių analizė KTU
191
LITERATŪRA
1. The Economics of Wind Energy. A report by the European Wind Energy Association. March 2009. http://www.ewea.org.
2. EUROPEAN COMMISSION. ExternE Externalities of Energy. Methodology 2005 Update. Directorate-General for Research Sustainable Energy Systems. http://www.externe.info.
3. Rudiger Barth, Christoph Weber, Derk J. Swider. Distribution of costs induced by the integration of RES-E power. Energy Policy, Volume 36, Issue 8, August 2008, Pages 3107-3115
4. C. Hiroux, M. Saguan. Large-scale wind power in European electricity markets: Time for revisiting support schemes and market designs? Energy Policy (2009), doi: 10.1016/j.nepol.2009.07.030.
5. H. Holttinen et al. Design and operation of power systems with large amounts of wind power. State-of-the-art report.VTT WORKING PAPERS 82 October 2007. Pasiekiamas 2009 m. rugsėjo mėn. http://www.vtt.fi/inf/pdf/workingpapers/2007/W82.pdf.
6. Derk J. Swider, Luuk Beurskens, Sarah Davidson, John Twidell, Jurek Pyrko, Wolfgang Prüggler, Hans Auer, Katarina Vertin, Romualdas Skema. Conditions and costs for renewables electricity grid connection: Examples in Europe. Renewable Energy, Volume 33, Issue 8, August 2008, Pages 1832-1842.
7. Klein, A., Pfluger, B., Held, A., Ragwitz, M., Resch, G., Faber, Th., 2008. Evaluation of different feed-in tariff design options – best practice paper for the International Feed-In Cooperation. October 2008.
8. Support Schemes for Renewable Energy – A comparative analysis of payment mechanisms in the
EU. http://www.ewea.org.
10. UCTE Operation Handbook. Policy 1. Load-Frequency Control and Performance. V3 (final version). 01.04.2009, 33 p.
11. UCTE Operation Handbook. Policy 1-8. 2004-2009. 12. Elektros energijos, kuriai gaminti naudojami atsinaujinantys energijos ištekliai, gamybos ir
pirkimo skatinimo tvarkos aprašas. Patvirtinta Lietuvos Respublikos Vyriausybės 2004 m. sausio 13 d. nutarimu Nr. 25.
13. Study of the interactions and dependencies of Balancing Markets, Intraday Trade and Automatically Activated Reserves. Final Report. Prepared by Leuven University and Tractebel Engineering. February 009. 0 p.
14. Online monitoring and prediction of wind power in German transmission system operation. Prepared by Institute of Solar Energieverson Guntechnik, Germany, 5p.
15. Design and operation of power systems with large amounts of wind power. Final report, IEA WIND Task 25, Phase one 2006 – 2008, p.235.
16. Integrating Wind: Developing Europe’s power market for the large-scale integration of wind power. February 2009.
17. Liew, S.N.; Strbac, G. Maximising penetration of wind generation in existing distribution network // Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings- Volume 149, Issue 3, May 2002. Page(s) 256 – 262.
18. The impacts of increased levels of wind penetration on the electricity systems of the Republic of Ireland and Northern Ireland: Final Report. Prepared by P. Gardner, H. Snodin, A. Higgins, S. McGoldrick for the Commission on Energy Regulation/OFREG NI. 11 February 2003. 155 p.