Technická a provozní kritéria výběru zdrojů elektřiny, vhodných pro realizaci plánu obnovy provozu (black out)

6.11.1.3

Technická a provozní kritéria výběru zdrojů elektřiny, vhodných pro realizaci plánu obnovy provozu (black out)

Ing. Vítězslav Šťastný, CSc. a kolektiv

V předchozí části bylo konstatováno, že úspěšnost likvidace nouzových provozních stavů je závislá na třech základních komponentech. Nejdůležitější z nich je dostatečná kapacita zdrojové části, kterou je možno využít v plánech obrany a zejména při realizaci plánu obnovy.

Jak již bylo obecně deklarováno, pro možná řešení stavů nouze existují silné vzájemné vazby mezi druhem odběru v postiženém regionu, alokací, druhem, počtem a kapacitou zdrojů v postiženém regionu a konfigurací sítě umožňující účelné propojení míst zdrojů a spotřeby (přenosová schopnost, manipulační možnosti, konfigurace ap.)

Obecně lze konstatovat, že v závislosti na místě, čase a druhu mimoprojektové poruchy lze možnosti řešení stavu nouze v postižené oblasti (části ERS) obecně rozdělit na dvě skupiny, a to podle skutečnosti, zda:

1. postižená část ERS (elektrorozvodného systému) nemá žádné zdroje použitelné pro obnovu zásobování či pro řešení stavů nouze

2. postižená část ERS má zdroje el. energie umožňující částečné nebo úplné řešení stavů nouze

Zatímco pro skupinu

ad a) platí, že lze stavy nouze řešit v závislosti na rozsahu postižené ERS pouze odstraněním mimoprojektové poruchy s případným částečným využitím mobilních zdrojů,

pro skupinu

ad b) je výhodné stanovit pravidla pro využití zdrojů, které se v postiženém ERS nacházejí. Jejich technické parametry a provozní vlastnosti musí odpovídat zásadám paralelního chodu a požadavkům, kladeným odběry v postižené části (zejména se to týká požadavku ve formě časově spolehlivostních bilancí). Nesplňuje-li se tato podmínka, likvidace stavu nouze inklinuje k řešení uvedeným pro skupinu a).

V jiné části příručky již byla prokázána z charakteristiky stavů nouze skutečnost, že do nouzových stavů se zahrnují provozní poměry při mimoprojektových poruchách. Lze tedy vyvodit závěr, že speciální zdroje v ERS, jejichž funkce by se předpokládala pouze ve stavech nouze, budou zcela výjimečné, spíše jejich reálnou přítomnost nelze předpokládat. Z toho vyplývá, že pro řešení stavů nouze bude nezbytné využívat zdrojů, o jejichž realizaci, lokalitě, druhu, technických parametrech a provozních vlastnostech rozhodovaly převážně úvahy zákazníků – odběratelů, zda veřejná elektroenergetika je schopna splnit jejich požadavky na nepřetržitost a kvalitu dodávané el. energie. Pouze u zcela nových zdrojů lze předpokládat, že bude brán zřetel na silnou vazbu mezi stavy nouze a ostatními provozními stavy ERS, regionální DS či LDS. Nejsou vzácné případy, že veřejná elektroenergetika se stala spolupodílníkem (spolurealizátorem) zdroje elektřiny. V takových případech již musí být respektována obecná technická kritéria připojení zdrojů:

• hledisko možnosti vyvedení jmenovitého výkonu zdroje do ERS (respektování napěťové hladiny ERS, konstrukční možnosti alternátoru, přístrojové osazení, dodržení kritéria statické stabilitypojem mezního výkonu, hlediska hospodárnosti – ekonomický výkon, možnosti zvládnutí zkratových poměrů po připojení k síti, náklady na rekonstrukci rozvodu atd.).

• hledisko zachování napěťové stability (stabilita pomocných zařízení sloužících pro uvedení zdroje do provozu, jeho odstavování, řešení poporuchových stavů v ERS). Obecně jde o vliv přechodových a kvazistacionárních dějů).

V případě oživení distribučního síťového systému z beznapěťového stavu v regionu je třeba si uvědomit, že pro napájení odběrů elektrické energie důležitých z hlediska likvidace stavu nouze (zejména kritických provozních situací) dané oblasti jsou velmi důležité zdroje malé a střední velikosti nacházející se na území postiženého regionu. Pomocí těchto zdrojů je možné v situacích "black outu“ řešit posílení zdrojové části ERS najmutím větších elektrárenských či teplárenských zdrojů v oblasti tak, že malé zdroje (např. VE) zajistí napájení vlastní spotřeby vybraných tepelných elektráren elektrickou energií.

Pro posílení zdrojové části musí být v těchto situacích využito všech vhodných zdrojů bez rozdílu vlastnických vztahů, pokud to jejich technické parametry a provozní vlastnosti dovolí.

Naznačenou problematiku lze rozdělit do těchto oblastí řešení:

• výběr vhodných zdrojů el. energie pro řešení stavu nouze v regionu

• výběr vhodných konfigurací sítí a elektrických stanic pro oživení distribučních sítí

• určení výkonů pohonů ve vlastní spotřebě el. energie najížděných elektráren (včetně prověření technologických možností zařízení elektrárny) a kontrola velikosti zdroje pro jejich úspěšný rozběh

Řešení této problematiky vyžaduje výběr možných variant, teoretické zpracování doplněné modelovými výpočty (případně experimentálním ověřením a doporučení reálné varianty scénáře oživení distribučního systému z beznapěťového stavu).

V postižené části ERS se obecně mohou vyskytovat různé druhy zdrojů, s různými parametry a provozními vlastnostmi a v závislosti na tom následně i různými funkcemi při řešení stavů nouze. Z hlediska funkce jde o tři základní skupiny:

1. iniciační zdroje

2. najížděcí zdroje

3. trvale pracující zdroje základního bloku

Jejich základní charakteristiku lze deklarovat následujícím:

ad a) iniciační zdroj je určen pro oživení ERS, musí tedy v co nejkratším přípustném časovém intervalu umožnit normální provoz najížděcího zdroje. Tomu musí být přizpůsoben i výběr jeho základních parametrů a charakteristik.

ad b) základní funkcí najížděcího zdroje je, že po uvedení do provozu musí umožnit urychlené napětí trvale pracujícího zdroje na provozní parametry. Tomuto cíli se musí přizpůsobit jeho základní parametry a charakteristiky.

ad c) základní funkcí trvale pracujícího zdroje (zdrojů) je, že poté, co byly uvedeny do provozu, umožňují trvalé zásobování postiženého regionu el. energií v závislosti na požadavcích odběru. Stroj (stroje) musí být schopné "sólo provozu“ na vyčleněný odběr. Tomuto cíli musí být přizpůsobeny základní parametry a charakteristiky strojů.

Základní sekvenci "oživování“ v regionu postižené ERS lze definovat následně:

Příklad:

Pro jednotlivé skupiny zdrojů uvádíme stručné definice technických a provozních kritérií, které by měly být uplatněny při výběru vhodných zdrojů elektrické energie pro řešení stavů nouze v ES, DS, případně LDS

1. INICIAČNÍ ZDROJE

   U těchto zařízení se předpokládají zejména následující vlastnosti

   • jejich uvedení do provozu musí být zcela nezávislé na vnější elektrorozvodné soustavě, musí být schopné "startu ze tmy“

   • doba náběhu z klidu na jmenovitý výkon v maximálně možném nejkratším čase

   • maximální možná změna dP/dt s minimálním vlivem na změnu otáček, nezávislá budící soustava (souprava), maximální strop buzení, rychlá odezva na změnu zatížení

   • možnost paralelního provozu, stroj musí být vybaven fázovacím zařízením, přednostně automatickým, případné vybavení automatickým systémem sjetí do ostrovního provozu, příp do "vlastní spotřeby“

   • zásoba primární energie pro pohonný agregát musí být zvolena tak, aby byla pokryta spotřeba nezbytně nutného provozu agregátu po dobu rozběhu dalšího zdroje (dalších zdrojů), vytipovaných pro realizaci plánu obnovy provozu

   • preferují se stroje s parametry X“_d,q = min; X¨_d,q = min; X_d,q = min s tím, že platí omezení, že:
     X = min nebude menší, než je tzv. přirozená reaktance

     K_o [(statika), nerovnoměrnosti regulátoru otáček] = min

     T_m [časová hodnota pohonného stroje] = min

     požaduje se, aby platilo E_q o = E_q = konst

2. NAJÍŽDĚCÍ ZDROJE

   Tento zdroj by měl mít podobné vlastnosti jako iniciační zdroj s výjimkou úplné nezávislosti uvedení do provozu na elektrizační soustavě.

   Preferují se zdroje, které mají následující vlastnosti:

   • co možná nejdelší doba provozuschopnosti v závislosti na druhu primární energie a množství její zásoby

   • pružná charakteristika P/t a Q/t, aby bylo možné zabezpečit zásobování odběrů v časech, které ještě zajišťují funkční stav určitého spotřebiče pro stavy nouze. Překročení tohoto času je příčinou (zdrojem) nevratných změn v rozvodných systémech, pro jejichž činnost je určen

   • u najížděcích zdrojů, schopných vzhledem k zásobě primární energie dlouhodobého provozu, je vhodné zvážit jejich využití (po rozběhu spotřebičů vlastní spotřeby zdrojů…