ιπλωµατική Εργασία Των Φοιτητών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών:

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΙΑΝΟΜΗΣ ΚΑΙ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ιπλωµατική Εργασία Των Φοιτητών του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών: Λάµπρου Λάζαρου του Ιωάννη Αριθµός µητρώου: 4786 Σταφυλιά Σπυρίδωνα του Θωµά Αριθµός µητρώου: 4850 Θέµα: «Μελέτη Προβλήµατος Κατανεµηµένης Παραγωγής στα Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας» Επιβλέπων: Καθηγητής Νικόλαος Α. Βοβός Πάτρα, Οκτώβριος 2008

2 ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ Πιστοποιείται ότι η ιπλωµατική Εργασία µε θέµα: «ΜΕΛΕΤΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ» των φοιτητών του τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών Λάµπρου Λάζαρου του Ιωάννη (Α.Μ. 4786) Σταφυλιά Σπυρίδωνα του Θωµά (Α.Μ. 4850) Παρουσιάστηκε δηµόσια και εξετάστηκε στο τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών & Τεχνολογίας Υπολογιστών στις 15/10/2008. Ο Επιβλέπων: Ο ιευθυντής του Τοµέα: Καθηγητής Ν.Α. Βοβός Καθηγητής A.Αλεξανδρίδης

3 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η διπλωµατική εργασία πραγµατοποιήθηκε στο διάστηµα 10/ /2008 στα πλαίσια των ερευνητικών δραστηριοτήτων του εργαστηρίου Μεταφοράς, ιανοµής και Χρησιµοποίησης Ηλεκτρικής Ενέργειας του Τµήµατος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστηµίου Πατρών, υπό την επίβλεψη του Καθηγητή κ. Νικόλαου Βοβού. Σκοπός της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η µελέτη των προδιαγραφών που πρέπει να ικανοποιούνται ώστε να είναι εφικτή η σύνδεση εγκαταστάσεων κατανεµηµένης παραγωγής στα δίκτυα διανοµής και η εφαρµογή τους σε ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα που συνδέεται στο δίκτυο χαµηλής τάσης. Επειδή η µελέτη ενός τέτοιου πραγµατικού συστήµατος δεν ήταν εφικτή στα πλαίσια µιας διπλωµατικής εργασίας, επιλέχθηκε η µέθοδος της εξοµοίωσης σε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Για την εξοµοίωση χρησιµοποιήθηκε το πρόγραµµα PSCAD, ένα από τα πλέον καταλληλότερα προγράµµατα για την µελέτη των συστηµάτων ηλεκτρικής ενέργειας. Η επιλογή του PSCAD στηρίχθηκε στο γεγονός ότι είναι εξαιρετικά εύχρηστο ενώ ταυτόχρονα έχει γρήγορες αποκρίσεις και χρησιµοποιείται κατά κόρον για την προσοµοίωση τέτοιων συστηµάτων. Ο φοιτητής Λάζαρος Λάµπρου ασχολήθηκε µε τη µελέτη εκποµπών αρµονικών του φωτοβολταϊκού συστήµατος και την επίπτωση σε συστήµατα τηλεχειρισµού ακουστικής συχνότητας στο δίκτυο που εξοµοιώθηκε ενώ ο φοιτητής Σταφυλιάς Σπυρίδων ασχολήθηκε µε τις διακυµάνσεις τάσεις και τη µελέτη του συστήµατος σε περίπτωση βραχυκυκλωµάτων. Για την εκπόνηση της διπλωµατικής αυτής εργασίας νιώθουµε την ανάγκη να εκφράσουµε τις θερµές µας ευχαριστίες στον επιβλέποντα καθηγητή κύριο Νικόλαο Βοβό για την πολύτιµη βοήθεια που µας προσέφερε σε όλο το παραπάνω χρονικό διάστηµα και αξίζει να σηµειωθεί ότι, χωρίς την συµβολή του, η διπλωµατική αυτή εργασία δε θα είχε πραγµατοποιηθεί. Επίσης θα θέλαµε να ευχαριστήσουµε το φίλο µας Κοτρολό Νικόλαο και τις οικογένειες µας για την υποστήριξη και την ηθική συµπαράσταση κατά τη διάρκεια της εκπόνησης της διπλωµατικής εργασίας. Λάζαρος Λάµπρου Σταφυλιάς Σπυρίδων

4 ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ 1.1 Νέα εποχή στην ηλεκτρική ενέργεια Γενικό θεσµικό πλαίσιο και ρυθµίσεις Κατανεµηµένη παραγωγή Εισαγωγή Ορισµός κατανεµηµένης παραγωγής Επίπεδο τάσης στη σύνδεση µε το δίκτυο ισχύος Ισχύς παραγωγής Περιοχή που καλύπτει η κατανεµηµένη παραγωγή Τεχνολογία κατανεµηµένης παραγωγής Κατανεµηµένη παραγωγή και περιβαλλοντικές επιπτώσεις Τεχνολογίες κατανεµηµένης παραγωγής Τεχνολογίες ορυκτού καυσίµου Ανανεώσιµες πηγές ενέργειας 23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΥΝ ΕΣΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ 2.1 Εισαγωγή Αντικείµενο 2 ου κεφαλαίου Ορισµοί Βασικές έννοιες Γενικές αρχές και προϋποθέσεις σύνδεσης Σύνδεση παραγωγών στο δίκτυο χαµηλής τάσης Γενικά ιαµόρφωση της διασύνδεσης ιατάξεις ζεύξης & παραλληλισµού Προστασία της διασύνδεσης Επιπτώσεις στην τάση του δικτύου Μεταβολές της τάσης και flicker Εκποµπές αρµονικών Ενδιάµεσες και υψίσυχνες αρµονικές Επιπτώσεις σε συστήµατα Τηλεχειρισµών Ακουστικής Συχνότητας 79

5 2.3 Σύνδεση παραγωγών στο δίκτυο µέσης τάσης ιατάξεις ζεύξης Αυτόµατος διακόπτης διασύνδεσης (Α ) Προστασία απόζευξης Αντιστάθµιση αέργου ισχύος Συνθήκες ζεύξης Επάρκεια των στοιχείων του δικτύου Στάθµη βραχυκυκλώσεως Επιπτώσεις στην τάση του δικτύου Αργές µεταβολές τάσης Ταχείες µεταβολές της τάσης flicker Εκποµπές αρµονικών Ενδιάµεσες και υψίσυχνες αρµονικές Επιπτώσεις σε συστήµατα Τηλεχειρισµών Ακουστικής Συχνότητας 110 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο ΜΕΛΕΤΗ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΑΡΜΟΝΙΚΩΝ, ΙΑΚΥΜΑΝΣΕΩΝ ΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΗΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ ΣΥΝ Ε ΕΜΕΝΗΣ ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ PSCAD 3.1 Περιγραφή του συστήµατος Αντιστροφέας Τύποι αντιστροφέων Αντιστροφέας γέφυρας Ρύθµιση τάσης σε έναν αντιστροφέα Μέθοδος PWM Ανώτερες αρµονικές Επιλογή αντιστροφέα Εξοµοίωση αντιστροφέα στο πρόγραµµα PSCAD Λειτουργία αντιστροφέα στο PSCAD Ανιχνευτής σηµείου µέγιστης ισχύος (MPPT) Φορτίο στο PSCAD Εξοµοίωση του συστήµατος στο PSCAD και µελέτη εκποµπών αρµονικών Μελέτη διακυµάνσεων τάσης Μελέτη σε περίπτωση βραχυκυκλώµατος 160

6 3.8 Μελέτη επιπτώσεων σε συστήµατα τηλεχειρισµών ακουστικής συχνότητας 167 Βιβλιογραφία 168 Περίληψη 170

7 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ 1.1 Νέα εποχή στην ηλεκτρική ενέργεια Ο ηλεκτρικός τοµέας στο ξεκίνηµά του το 1880 ήταν µια επικερδής οικονοµική δραστηριότητα µε την ανάπτυξη τοπικών συστηµάτων παραγωγής, διανοµής και πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας για τις τοπικές κοινωνίες. Μετέπειτα, αναπτύχθηκαν τα εθνικά διασυνδεδεµένα ηλεκτρικά συστήµατα µε αποκορύφωση, στα µέσα του 20 ου αιώνα, τους µεγάλους κεντρικούς σταθµούς παραγωγής για οικονοµία κλίµακας και τα δίκτυα µεταφοράς, όπου σηµαντικό ρόλο είχαν οι εθνικές κυβερνήσεις. Η έντονα αυξανόµενη ζήτηση στις ανεπτυγµένες οικονοµίες ενίσχυσε την ιδέα για την ανάπτυξη ολοένα και µεγαλύτερων κεντρικών σταθµών παραγωγής, υδροηλεκτρικών, θερµικών ή και πυρηνικών. Η ενεργειακή κρίση της δεκαετίας του 70, η ευαισθητοποίηση της κοινής γνώµης για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις στη δεκαετία του 80, ο περιορισµός των αποθεµάτων των ορυκτών καυσίµων καθώς και η επιρροή των αρχών του νεοφιλελευθερισµού, άρχισαν σταδιακά να αλλάζουν τις στρατηγικές στον ηλεκτρικό τοµέα. Αποκεντρωµένες µονάδες µε αποδοτικές τεχνολογίες όπως της συµπαραγωγής θερµότητας και ηλεκτρικής ενέργειας (CHP) και µονάδες παραγωγής από ανανεώσιµες πηγές, άρχισαν να εντάσσονται στα ηλεκτρικά δίκτυα για παράλληλη λειτουργία µε τους κεντρικούς σταθµούς. Η αλλαγή του ρυθµιστικού πλαισίου στον ηλεκτρικό τοµέα και η σταδιακή απελευθέρωση της αγοράς της ηλεκτρικής ενέργειας που άρχισε στη δεκαετία του 90 δηµιουργούν µια νέα δυναµική µε την είσοδο του 21ου αιώνα Ο ηλεκτρικός τοµέας αποτελεί σήµερα την πιο κρίσιµη υποδοµή των σύγχρονων κοινωνιών όπου η αξιόπιστη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στηρίζει άµεσα τη λειτουργία σηµαντικών άλλων τεχνολογικών υποδοµών. Παράλληλα, οι απαιτήσεις για αδιάλειπτη και υψηλής ποιότητας παροχή ηλεκτρικής ενέργειας στους καταναλωτές καθίστανται επιτακτικές. Μια µακρά και πολύ σηµαντική για την οικονοµία και την κοινωνία µεταβατική περίοδος στον ηλεκτρικό τοµέα έχει αρχίσει. Αυτή χαρακτηρίζεται από νέους κανόνες και κρίσιµες αποφάσεις, νέες επιχειρηµατικές προκλήσεις σε ένα ευρύτερο 1

8 ανταγωνιστικό περιβάλλον και νέες τεχνολογίες µε αναγκαίες επενδύσεις και προοπτικές για βιώσιµη ανάπτυξη. Σηµαντικές ρυθµιστικές και τεχνολογικές εξελίξεις θα αποτελέσουν τη βάση για τη δηµιουργία των νέων ηλεκτρικών συστηµάτων αξιόπιστης παροχής ηλεκτρικής ενέργειας. Στην Ευρώπη, η στρατηγική της ΕΕ στην έρευνα χαράσσει το δρόµο για βιώσιµα ηλεκτρικά συστήµατα. Η αποκεντρωµένη παραγωγή καλύπτει µεγάλο εύρος νέων τεχνολογιών µε µικρές µονάδες εγκατεστηµένες κοντά στην κατανάλωση και θα παίξει σηµαντικό ρόλο. Η µεγάλη διείσδυση ανανεώσιµων πηγών και άλλων νέων και αποδοτικών τεχνολογιών αποτελεί τη νέα πρόκληση στον ηλεκτρικό τοµέα και θα απαιτηθούν ανάλογες επεµβάσεις στο ηλεκτρικό δίκτυο. Η ανάπτυξη και εφαρµογή τεχνολογιών ηλιακής ενέργειας, αιολικής ενέργειας, βιοµάζας, µικρών υδροηλεκτρικών, συµπαραγωγής θερµότητας/ ψύξης, και ηλεκτρικής ενέργειας, κυψελών καυσίµου, συστηµάτων αποθήκευσης, τεχνολογιών πληροφορικής και επικοινωνιών (ICT), καθώς και άλλων τεχνολογιών (ηλεκτρονικά ισχύος, υπεραγωγιµότητα, υδρογόνο κλπ), συµπεριλαµβάνονται στους µεσοπρόθεσµους και µακροπρόθεσµους στόχους. Η διείσδυση και συµµετοχή των αποκεντρωµένων µονάδων στην κάλυψη της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας για το 2030 εκτιµάται για το σύνολο της Ευρωπαϊκής Ένωσης στο 35%- 40%. Αυτό θεωρείται µεγάλη συµβολή στην ασφάλεια και στην αξιόπιστη παροχή ηλεκτρικής ενέργειας καθώς επίσης και στη βιώσιµη ανάπτυξη. Στον Πίνακα 1-1 παρουσιάζονται οι τιµές αναφοράς για τους εθνικούς ενδεικτικούς στόχους των κρατών µελών όσον αφορά τη συµµετοχή της ηλεκτρικής ενέργειας η οποία παράγεται από ανανεώσιµες πηγές ενέργειας στην ακαθάριστη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας µέχρι το Σύµφωνα µε µελέτη (τέλος του 2003) του IEA οι επενδύσεις στην ενέργεια µέχρι το τέλος του 2030 σε παγκόσµιο επίπεδο εκτιµώνται σε $16 τρις [IEA, 2003]. Η παραγωγή, µεταφορά και διανοµή ηλεκτρικής ενέργειας θα απορροφήσει µέχρι και το 70% (πάνω από $10 τρις) των παγκόσµιων ενεργειακών επενδύσεων, µε σηµαντικότερο µερίδιο τις επενδύσεις στα δίκτυα. Στην επόµενη ενότητα θα γίνει µια σύντοµη αναφορά στο θεσµικό πλαίσιο και τις ρυθµίσεις που διέπουν τον τοµέα της ηλεκτρικής ενέργειας µε σκοπό να γίνει οµαλή η εισαγωγή στην κατανεµηµένη παραγωγή ενέργειας. 2

9 Πίνακας 1-1 Τιµές αναφοράς για τους εθνικούς ενδεικτικούς στόχους των κρατών µελών όσο αφορά τη συµµετοχή της ηλεκτρικής ενέργειας η οποία παράγεται από ανανεώσιµες πηγές ενέργειας στην ακαθάριστη κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας µέχρι το 2010 [πηγή: Οδηγία 2001/77/ΕΚ] Χώρες ΗΕ-ΑΠΕ TWh 1997 ΗΕ-ΑΠΕ % 1997 ΗΕ-ΑΠΕ % 2010 Βέλγιο 0,86 1,1 6,0 ανία 3,21 8,7 29,0 Γερµανία 24,91 4,5 12,5 Ελλάδα 3,94 8,6 20,1 Ισπανία 37,15 19,9 29,4 Γαλλία 66,00 15,0 21,0 Ιρλανδία 0,84 3,6 13,2 Ιταλία 46,46 16,0 25,0 Λουξεµβούργο 0,14 2,1 5,7 Κάτω Χώρες 3,45 3,5 9,0 Αυστρία 39,05 70,0 78,1 Πορτογαλία 14,30 38,5 39,0 Φινλανδία 19,03 24,7 31,5 Σουηδία 72,03 49,1 60,0 Ηνωµένο Βασίλειο 7,04 1,7 10,0 Κοινότητα 338,41 13,9 % 22 % 1.2 Γενικό θεσµικό πλαίσιο και ρυθµίσεις Η απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας επιβάλλει για λόγους διαφάνειας και καθαρού ανταγωνισµού τον διαχωρισµό του ηλεκτρικού τοµέα, κυρίως των κάθετα δοµηµένων επιχειρήσεων ηλεκτρισµού, στις µονάδες παραγωγής, στο σύστηµα µεταφοράς (υψηλή τάση) και στο σύστηµα διανοµής (µέση και χαµηλή τάση). Παραδοσιακά, τα συστήµατα διανοµής λαµβάνονται ως ισοδύναµα φορτία από τα συστήµατα µεταφοράς, ενώ τα συστήµατα µεταφοράς λαµβάνονται ως ισοδύναµες 3

10 πηγές ενέργειας από τα συστήµατα διανοµής. Πρακτικά, ο διαχειριστής του συστήµατος µεταφοράς (TSO, Transmission System Operator) και ο διαχειριστής του δικτύου διανοµής (DNO, Distribution Network Operator) αποτελούν φυσικά µονοπώλια µε καθορισµένο το περιθώριο κέρδους και διέπονται από νόµους και κώδικες λειτουργίας ενιαίους για όλους όσους έχουν πρόσβαση στο δίκτυο, καταναλωτές και παραγωγούς. Η αγορά ηλεκτρικής ενέργειας και ο ελεύθερος ανταγωνισµός περιορίζονται στην παραγωγή και εµπορία. Μια κρατική ρυθµιστική αρχή παρακολουθεί, ελέγχει και ρυθµίζει τη λειτουργία της αγοράς για την εξυπηρέτηση των καταναλωτών και τις δράσεις όσων εµπλέκονται στον ηλεκτρικό τοµέα. Βεβαίως, η αξιοπιστία και ασφαλής παροχή ηλεκτρικής ενέργειας διαχωρίζονται από τη λειτουργία της αγοράς. Οι διαχειριστές (TSO, DNO), θα πρέπει να διατηρούν ένα αποδεκτό επίπεδο ασφαλείας και αξιόπιστης παροχής. Στη συνέχεια δίνεται µια σύντοµη ανασκόπηση χρήσιµων εννοιών και µεθόδων. Η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται στους σταθµούς παραγωγής πρέπει να µεταφερθεί και να διανεµηθεί στα σηµεία καταναλώσεως που είναι συνήθως τα αστικά κέντρα, µικρότεροι οικισµοί, βιοµηχανικές εγκαταστάσεις, αγροτικές εγκαταστάσεις κ.λ.π. Κατά τη διαδικασία µεταφοράς και διανοµής, τρία είναι τα σηµεία κύριου ενδιαφέροντος: α) της καλής λειτουργίας, β) της ασφαλούς λειτουργίας και γ) της οικονοµικής εκµεταλλεύσεως. Με τον όρο καλή λειτουργία εννοείται, ότι το σύστηµα λειτουργεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε οι µεταβολές τάσεως στα σηµεία των καταναλώσεων να µην υπερβαίνουν ορισµένα όρια. Τούτο απαιτείται από την ανάγκη οµοιόµορφης και αποδοτικής λειτουργίας των συσκευών και πολλές φορές, για την αποφυγή συντοµεύσεως του χρόνου ζωής τους. Γενικά, η κατανάλωση ζητεί όσο το δυνατό πιο σταθερή τάση δικτύου και το σύστηµα πρέπει να ικανοποιεί την απαίτηση αυτή µέσα στα πλαίσια ορισµένων ανοχών. Η ασφαλής λειτουργία αναφέρεται στο φαινόµενο Joule κατά το οποίο, η διέλευση ρεύµατος µέσα από αγωγό προκαλεί την έκλυση θερµότητας. Η θερµότητα αυτή υπό ορισµένες συνθήκες και όταν υπερβαίνει ανεκτά όρια, µπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά. Στην ασφαλή λειτουργία µπορούν να ενταχθούν και οι µέθοδοι εκείνες που 4

11 χρησιµοποιούνται για να αποφευχθούν σπινθήρες και διασπάσεις λόγω υψηλών τάσεων καθώς και στον υπολογισµό των γραµµών για να αντέχουν στις µηχανικές τάσεις. Η οικονοµική εκµετάλλευση των γραµµών αποβλέπει στο να ελαχιστοποιήσει τις ετήσιες δαπάνες της γραµµής. Οι δαπάνες αυτές είναι συνδυασµός του αρχικού κόστους προµήθειας και εγκατάστασης της γραµµής και του κόστους λειτουργίας της που περιλαµβάνει και τις απώλειες της γραµµής. Για παράδειγµα, εάν µειωθεί η διατοµή του αγωγού µιας γραµµής, θα µειωθεί και το κόστος προµήθειάς της, αλλά θα αυξηθούν οι απώλειες κατά µήκος των αγωγών της. Ο ηλεκτρικός τοµέας µέχρι πρόσφατα αναπτύχθηκε έτσι ώστε η ηλεκτρική ενέργεια από τις µονάδες παραγωγής όπου παράγεται, να µεταφέρεται µέσω των δικτύων στον καταναλωτή. Εποµένως, η ροή σε αυτά τα δίκτυα (παθητικά δίκτυα) έχει µια κατεύθυνση, από τον κεντρικό σταθµό στον καταναλωτή, που µπορεί να καλύπτει µεγάλες αποστάσεις µε γραµµές µεταφοράς και δίκτυα διανοµής µε σηµαντικές απώλειες (απώλειες µεταφοράς). Οι αποκεντρωµένες µονάδες συνδέονται συνηθέστερα στο δίκτυο διανοµής κοντά στα φορτία ζήτησης και η ροή ηλεκτρικής ενέργειας στα δίκτυα µπορεί να είναι αµφίδροµη καθιστώντας αυτά σε «ενεργητικά δίκτυα». Το πρόβληµα που ανακύπτει, είναι ότι τα υπάρχοντα δίκτυα έχουν σχεδιαστεί σαν παθητικά µε αποτέλεσµα να µην προσφέρουν ικανοποιητική απόδοση για αυτές τις νέες λειτουργικές απαιτήσεις, ιδιαίτερα όταν υπάρχει υψηλή διείσδυση αποκεντρωµένων µονάδων. Η ανάγκη µελέτης και ανάπτυξης ενεργητικών δικτύων που θα ανταποκρίνονται και στις νέες συνθήκες της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας, είναι επιτακτική σήµερα και θα απαιτήσει νέες ιδέες που θα συµπράξουν µε νέες τεχνολογίες. Εποµένως, ο ρόλος του διαχειριστή δικτύου διανοµής είναι πολύ βασικός για την ανάπτυξη και λειτουργία των νέων δικτύων και την ένταξη των αποκεντρωµένων µονάδων. Όπως είναι φυσικό, στις νέες συνθήκες, οι επενδύσεις τόσο στη µεταφορά όσο και στη διανοµή δεν είναι οικονοµικά ελκυστικές µε αποτέλεσµα τον περιορισµό των επενδύσεων, την προοδευτική υπερφόρτωση δικτύων µε αύξηση των απωλειών και των κινδύνων µερικών ή ολικών διακοπών. Με τις αναθεωρήσεις και βελτιώσεις των κωδίκων (DNO) που γίνονται σε τακτά χρονικά διαστήµατα σε χώρες µέλη της ΕΕ, άρχισαν ήδη να δίδονται οικονοµικά κίνητρα που ενθαρρύνουν επενδύσεις για τη µείωση των απωλειών διανοµής και την εισαγωγή νέων τεχνολογιών. 5

12 Στα πλαίσια της στρατηγικής της ΕΕ για την ενέργεια, οι χώρες µέλη επεξεργάζονται και εφαρµόζουν προγράµµατα για την ανάπτυξη της κατανεµηµένης παραγωγής µε µονάδες ανανεώσιµων πηγών και µε αποδοτικές τεχνολογίες συµπαραγωγής προβλέποντας τις αναγκαίες ρυθµίσεις. Πρόσφατα (Φεβρουάριος 2004), ένα τέτοιο πρόγραµµα στη Μ. Βρετανία για µεγάλη διείσδυση συµπαραγωγής στο δίκτυο (10% για το 2010) συνδυάστηκε µε την ίδρυση και λειτουργία ενός «Κέντρου Αποκεντρωµένης Παραγωγής και Βιώσιµης Ηλεκτρικής Ενέργειας» µε πρωτοβουλία του υπουργείου Βιοµηχανίας (DTI) και της Ρυθµιστικής Αρχής, αλλά και την υποστήριξη του ιαχειριστή ικτύου ιανοµής. Αυτό το Κέντρο θα επιλύσει τυχόν προβλήµατα και θα υποστηρίξει την οικονοµική και αποδοτική ένταξη των µονάδων στο δίκτυο. Οι πρόσφατες ολικές διακοπές ηλεκτρικής ενέργειας σε περιοχές της Ευρώπης και των ΗΠΑ δηµιουργούν την ανάγκη για τη λήψη µέτρων. Στις ΗΠΑ αναλαµβάνεται µια πρωτοβουλία µακράς πνοής από το υπουργείο ενέργειας (DOE, για την ανασχεδίαση και ανασυγκρότηση του δικτύου της χώρας µε νέες τεχνολογίες που θα αποτελέσει το δίκτυο του 21 ου αιώνα. Στην Ευρωπαϊκή Ένωση προβληµατίζει η ανάπτυξη των διασυνδέσεων και η λειτουργία και διαχείριση του ενιαίου Ευρωπαϊκού δικτύου. Καθίσταται αναγκαία η εισαγωγή νέων τεχνολογιών στο σύστηµα µεταφοράς καθώς και νέων ιδεών και κανόνων στη δοµή και διαχείριση. Το Ευρωπαϊκό Σύνταγµα, που αναµένεται να αποτελέσει τον καταστατικό χάρτη της Ενωµένης Ευρώπης, περιλαµβάνει [Ευρωπαϊκή Ένωση, 2003]: Την εξασφάλιση λειτουργίας της ενεργειακής αγοράς, Την εξασφάλιση ασφαλούς προµήθειας ενέργειας της ΕΕ, Την προώθηση της ενεργειακής απόδοσης και εξοικονόµησης ενέργειας, καθώς και την ανάπτυξη νέων και ανανεώσιµων πηγών ενέργειας. Εποµένως, προδιαγράφονται ευοίωνες προοπτικές για την κατανεµηµένη παραγωγή. Η ένταξη των µονάδων για µεγάλη διείσδυση µε την ανάπτυξη και εφαρµογή νέων τεχνολογιών ικανοποιεί πλήρως και τις τρεις παραπάνω περιοχές. 6

13 1.3 Κατανεµηµένη παραγωγή Εισαγωγή Η κατανεµηµένη παραγωγή αποτελεί µια νέα ιδέα στην οικονοµική βιβλιογραφία της αγοράς του ηλεκτρισµού, αλλά στην πραγµατικότητα ως ιδέα είναι κάθε άλλο παρά καινούργια. Όταν η ηλεκτρική παραγωγή βρισκόταν σε εµβρυακό στάδιο, η κατανεµηµένη παραγωγή ήταν ο κανόνας και όχι η εξαίρεση. Τα πρώτα εργοστάσια παραγωγής ισχύος παρείχαν ηλεκτρισµό σε φορτία-πελάτες που βρίσκονταν σε µικρή ακτίνα από αυτούς. Τα πρώτα ηλεκτρικά δίκτυα ισχύος (grids) 1 ήταν συνεχούς ρεύµατος (Direct Current, DC), οπότε η τάση παροχής ήταν σχετικά περιορισµένη, όπως και η απόσταση µεταξύ σταθµού παραγωγής και καταναλωτή. Η εξισορρόπηση ζήτησης και προµήθειας υλοποιούταν µερικώς µε τη χρήση τοπικής αποθήκευσης ενέργειας, όπως για παράδειγµα µε τη χρήση συσσωρευτών οι οποίοι είχαν τη δυνατότητα άµεσης ηλεκτρικής σύνδεσης µε το DC δίκτυο ισχύος. Παράλληλα, µε τη µικρής κλίµακας παραγωγή, επιστρέφουν στο προσκήνιο και οι µονάδες τοπικής αποθήκευσης. Με το πέρασµα του χρόνου, τεχνολογικές εξελίξεις, όπως η εµφάνιση των δικτύων ισχύος εναλλασσόµενου ρεύµατος (Alternate Current, AC), έδωσαν ώθηση στην ανάπτυξη του τοµέα µεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, επιτρέποντας την µεταφορά του ηλεκτρισµού σε µεγάλες πλέον αποστάσεις. Η πρώτη εγκατάσταση διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας έγινε από τον Thomas Edison µε τη χρησιµοποίηση τάσεως 60V η οποία αργότερα αυξήθηκε. Επιπλέον, οι οικονοµίες κλίµακας 2 στην παραγωγή ηλεκτρισµού οδήγησαν σε µια αύξηση της παραγόµενης ισχύος των εργοστασίων, καθώς και στη µείωση του κόστους ανά µονάδα. Κατασκευάστηκαν µαζικά ηλεκτρικά συστήµατα, που συνίστατο από τεράστια δίκτυα µεταφοράς και διανοµής, καθώς και µεγάλους σταθµούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. 1 Ως ηλεκτρικό δίκτυο ισχύος (grid) αναφέρεται γενικώς το αυτοελεγχόµενο τοπικό ή περιφερειακό δίκτυο των εργοστάσιων παραγωγής ισχύος, οι υψηλής ή χαµηλής τάσης γραµµές ισχύος και οι εγκατεστηµένοι σταθµοί µετασχηµατιστών που µεταφέρουν την παραγόµενη ισχύ από τα εργοστάσια στους καταναλωτές. 2 Η µείωση του κόστους κατασκευής, οφειλόµενη στη µαζική παραγωγή. Αυτό σηµαίνει, αύξηση της απόδοσης παραγωγής, καθώς η ποσότητα των παραγόµενων αγαθών αυξάνει. Ουσιαστικά, µια εταιρία που επιτυγχάνει οικονοµίες κλίµακας, µειώνει το µέσο κόστος ανά µονάδα, µέσω αύξησης παραγωγής, καθώς τα σταθερά κόστη καταµερίζονται στην αυξηµένη ποσότητα των προϊόντων. 7

14 Η ισορροπία προσφοράς και ζήτησης επιτεύχθηκε από τη µέση επίδραση του συνδυασµού µεγάλων ποσοτήτων ακαριαία µεταβαλλόµενων φορτίων. Η ασφάλεια της παροχής αυξήθηκε αφού, η µερική ή πλήρης ανεπάρκεια κάποιας µονάδας παραγωγής σε ένα χρονικό διάστηµα αντισταθµίστηκε από τις υπόλοιπες µονάδες παραγωγής εντός του διασυνδεδεµένου συστήµατος. Στην πραγµατικότητα, αυτή η διασύνδεση του συστήµατος υψηλής τάσης είχε ως αποτέλεσµα να γίνει εφικτή η οικονοµία κλίµακας. Την τελευταία δεκαετία, οι τεχνολογικές καινοτοµίες και οι αλλαγές στο οικονοµικό και στο ρυθµιστικό περιβάλλον έφεραν στο προσκήνιο την κατανεµηµένη παραγωγή. Αυτό επιβεβαιώνεται από την IEA (International Energy Agency, 2003) όπου παραθέτει τους πέντε βασικούς λόγους που συνετέλεσαν σ αυτό: Ανάπτυξη των τεχνολογιών κατανεµηµένης παραγωγής. Περιορισµοί στην κατασκευή νέων γραµµών µεταφοράς. Αυξηµένη ζήτηση παροχής ηλεκτρισµού υψηλής αξιοπιστίας. Απελευθέρωση της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Προβληµατισµοί για τις κλιµατικές αλλαγές. Η ενεργειακά απελευθερωµένη κοινή αγορά προχώρησε στις διαδικασίες φιλελευθεροποίησης του ενεργειακού τοµέα µε πολύ αργά βήµατα, µε διαφορετικά χαρακτηριστικά και σε διαφορετικούς χρόνους στις περισσότερες χώρες µέλη της ΕΕ. Όπως έγινε και σε άλλους τοµείς, τα πρώτα βήµατα και οι αρχικές ενέργειες για την κοινή αγορά της ενέργειας, όπως η Ντιρεκτίβες 96/92/EC και 98/30/EC αντίστοιχα, που καθορίζουν τα γενικά κριτήρια της εσωτερικής αγοράς ηλεκτρισµού και φυσικού αερίου, προσπαθούν να συµβιβάσουν τις ρυθµιστικές δοµές των αγορών των κρατών µελών. Παρά τις προσπάθειες τόσο σε κρατικό όσο και σε κοινοτικό επίπεδο, το ενεργειακό κόστος πέφτει και οι βελτιώσεις στην παρεχόµενη αξιοπιστία και στην αποδοτική ενεργειακή συντήρηση δεν είναι οι αναµενόµενες. Έλλειψη στην εγκατεστηµένη ηλεκτρική ενέργεια σε τοπικό επίπεδο σε διάφορα µέρη στην Ευρώπη, προκαλούν τη δύσκολη αντιµετώπιση από τον ενεργειακό τοµέα. Η κατάσταση δυσχεραίνεται ακόµη περισσότερο από την ολοένα αυξανόµενη ζήτηση. Ο αριθµός των διαχειριστών αγοράς (market operators) παραµένει µικρός σε πολλές χώρες, µε 8

15 αποτέλεσµα η κατανεµηµένη παραγωγή να µην έχει πάρει τις αναµενόµενες διαστάσεις. Είναι πολλά τα εµπόδια που τίθενται στη εξάπλωση της κατανεµηµένης παραγωγής. Επιγραµµατικά, θα λέγαµε ότι έχουν να κάνουν µε κανονιστικά και οικονοµικά ζητήµατα. Έπειτα από το κοινό πλαίσιο εργασίας για την ενέργεια, είναι επιβεβληµένο να εφαρµοστούν συγκεκριµένες πολιτικές που θα οδηγήσουν στην αύξηση της αξιοπιστίας του ενεργειακού συστήµατος και θα προωθήσουν «καθαρές» και αποδοτικές τεχνολογίες, µε σκοπό να υπερπηδήσουν τα προαναφερθέντα εµπόδια. 1.4 Ορισµός κατανεµηµένης παραγωγής Η κατανεµηµένη παραγωγή είναι ουσιαστικά τόσο νέα προσέγγιση στο πεδίο της ηλεκτρικής βιοµηχανίας, ώστε µε βάση τη διεθνή βιβλιογραφία να µην έχει δοθεί κάποιος γενικά αποδεκτός ορισµός αυτής. Έτσι, γίνεται προσπάθεια εξασφάλισης ενός κοινώς αποδεκτού ορισµού, εγχείρηµα δύσκολο καθώς αποτελεί ένα πολυπαραµετρικό ζήτηµα. Οι Αγγλοαµερικανικές χώρες συχνά χρησιµοποιούν τον όρο Embedded Generation, µε την έννοια ότι η παραγόµενη ισχύς ενός κατανεµηµένου σταθµού εκτείνεται- παρέχεται σε τοπικό επίπεδο. Οι Βορειοαµερικανικές χώρες χρησιµοποιούν τον όρο Dispersed Generation, δηλαδή διάσπαρτη παραγωγή, ενώ στην Ευρώπη και σε κάποιες περιοχές στην Ασία χρησιµοποιείται ο όρος Decentralized Generation, δηλαδή αποκεντρωµένη παραγωγή. Στη διεθνή βιβλιογραφία συναντάται πολύ συχνά ο όρος, όπου χρησιµοποιείται στην παρούσα εργασία, Distributed Generation (DG), κατανεµηµένη παραγωγή. Επιπλέον, όσο αφορά στην κατάταξη 1 των κατανεµηµένων σταθµών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, το EPRI (Electric Power Research Institute, Ινστιτούτο Έρευνας Ηλεκτρικής Ενέργειας) ορίζει την κατανεµηµένη παραγωγή ως παραγωγή από µερικά Kilowatts έως 50 MW. Το ιεθνές Συµβούλιο Μεγάλων Ηλεκτρικών Συστηµάτων (CIGRE International Council on Large Electric Systems), έχει δηµιουργήσει µια οµάδα εργασίας στον τοµέα της κατανεµηµένης παραγωγής. Σύµφωνα µε αυτή, µονάδες 1 Κατάταξη ή βαθµίδα. 9

16 παραγωγής που (α) δεν υπερβαίνουν 100MW, (β) είναι συνήθως συνδεδεµένες στο δίκτυο διανοµής και (γ) η κατανοµή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής δεν γίνεται κεντρικά (not centrally dispatched 1 ), συνιστούν κατανεµηµένη παραγωγή [CIGRE, 2003]. Στον Πίνακα 1-2 ταξινοµείται η κατανεµηµένη παραγωγή µε βάση την πηγή. Πίνακας1-2 Ταξινόµηση κατανεµηµένης παραγωγής µε βάση την CIGRE, 2003 (3) Ανεκµετάλλευτη (1) Ανανεώσιµη (2) Ορυκτό καύσιµο Ενέργεια (4) Άλλη -Ηλιακή -Συµπαραγωγή -Απορρίµµατα -Συσσωρευτής -Αιολική -Αεριοστρόβιλος -Βιοµάζα -Σφόνδυλος -Μικρή υδροηλεκτρική -Κυψέλη καυσίµου Λόγω επίσης των διαφορετικών κυβερνητικών ρυθµίσεων ανά χώρα, ο ορισµός για την κατάταξη κάθε κατανεµηµένου σταθµού παραγωγής ποικίλει. Στον Πίνακα 1-3 αναφέρονται οι ορισµοί που προέκυψαν από τη CIRED (International Research Center on the Environment and Development,1999),στη βάση ενός ερωτηµατολογίου που συµπληρώθηκε από τις χώρες µέλη. Στην αγορά της Αγγλίας και Ουαλίας, τα εργοστάσια κατανεµηµένης παραγωγής µε δυναµικότητα µικρότερη από 100MW δεν υφίστανται κεντρικό έλεγχο κατανοµής φορτίου, ενώ αν η δυναµικότητα (capacity 2 ) είναι µικρότερη των 50MW, η παραγόµενη ισχύς δεν είναι υποχρεωτικό να εµπορευτεί στην χονδρική αγορά (wholesale market 3 ). Ως εκ τούτου, ο όρος κατανεµηµένη 1 Ο όρος not Centrally Dispatched δεν αποδίδεται µονοσήµαντα στα ελληνικά. Ουσιαστικά, ο διαχειριστής του ηλεκτρικού συστήµατος ισχύος δεν µπορεί να αποφασίσει τις υποχρεώσεις της µονάδας ή να ελέγξει την παραγόµενη έξοδο, συµπεριλαµβανοµένης και της άεργου ισχύος. Γενικότερα, dispatch είναι η κατανοµή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής. 2 Capacity, δυναµικότητα µε την έννοια της ισχύος παραγωγής. 3 Wholesale market: η αγορά στην οποία ο ηλεκτρισµός και οι υπηρεσίες που αφορούν την ενέργεια πωλούνται σε χονδρέµπορους, λιανέµπορους και διανοµείς, οι οποίοι µε τη σειρά τους πωλούν σε λιανική ή σε τελικούς πελάτες. Εκείνοι, θα είχαν την επιλογή να αγοράσουν ενέργεια από µια ποικιλία παραγωγών και προµηθευτών, οι οποίοι µε τη σειρά τους θα ήταν ικανοί να συναγωνιστούν στην πώληση της δικής τους ενέργειας τους χονδρέµπορους, λιανέµπορους και διανοµείς. 10

17 παραγωγή χρησιµοποιείται εξ ορισµού για µονάδες µε δυναµικότητα µικρότερη από 100MW. Στη Σουηδία, ο νόµος κάνει ειδική µεταχείριση σε µικρές µονάδες µε µέγιστη παραγωγική δυναµικότητα τα 1500kW. Έτσι, η κατανεµηµένη παραγωγή στη Σουηδία συχνά ορίζεται ως παραγωγή ισχύος έως 1500kW. Υπό το νοµικό όµως καθεστώς της χώρας, ένα αιολικό πάρκο µε 100 ανεµογεννήτριες των 1500kW ισχύος έκαστη, νοείται ως κατανεµηµένη παραγωγή, καθώς η κατάταξη κάθε µιας αιολικής ενεργειακής µονάδας, και όχι η κατάταξη του συνόλου του αιολικού πάρκου, είναι σύµφωνη µε τη Σουηδική νοµοθεσία. Εν αντιθέσει, για υδροηλεκτρικές µονάδες, η συνολική βαθµίδα είναι σύµφωνη µε τη Σουηδική νοµοθεσία. Κάποια από τα παραθαλάσσια Αιολικά πάρκα, έχουν µέγιστη δυναµικότητα µέχρι 1000MW. Αυτά θα µπορούσανε να ενταχθούν στο νοµοθετικό καθεστώς που ορίζει την κατανεµηµένη παραγωγή, εφόσον σχεδιάζουν να εγκαταστήσουν ανεµογεννήτριες 1500KW ισχύος. Έτσι, κάποια κράτη ορίζουν την κατανεµηµένη παραγωγή µε βάση το επίπεδο τάσης, ενώ άλλα βασίζονται στην αρχή, ότι η κατανεµηµένη παραγωγή συνδέεται σε κυκλώµατα από τα οποία τα φορτία εξυπηρετούνται άµεσα. Υπάρχουν και κράτη που ορίζουν την κατανεµηµένη παραγωγή στηριζόµενα σε κάποια βασικά χαρακτηριστικά αυτής (για παράδειγµα, χρήση ανανεώσιµων, συµπαραγωγής, ή µη κατανοµή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής, κλπ). Τo Ινστιτούτο των Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών Μηχανικών (Institute of Electrical and electronics Engineer Inc, IEEE), καθορίζει την κατανεµηµένη παραγωγή, ως παραγωγή ηλεκτρισµού από εγκαταστάσεις οι οποίες είναι σαφώς µικρότερες από τα κεντρικά εργοστάσια παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, έτσι ώστε να είναι δυνατή η διασύνδεσή τους σχεδόν σε κάθε σηµείο του συστήµατος ισχύος. Οι Dondi P. et al., (2002), ορίζουν την κατανεµηµένη παραγωγή ως µικρή πηγή, ηλεκτρικής παραγωγής ενέργειας, ή αποθήκευσης (όπου τυπικά εκτείνεται από µερικά kw έως δεκάδες MW) που δεν είναι µέρος της µεγάλης κεντρικής πηγής ενέργειας, και εγκαθίσταται κοντά στο φορτίο. Επιπλέον, στον ορισµό αυτό περιλαµβάνουν και εγκαταστάσεις αποθήκευσης ενέργειας, στοιχείο που δεν είναι ιδιαίτερα τυπικό στην βιβλιογραφία ενώ, αξίζει επίσης να σηµειωθεί ότι η πηγή ενέργειας που καθορίζουν, είναι σχετικά πολύ µικρής κλίµακας συγκρινόµενη µε τους ορισµούς των CIRED και CIGRE. 11

18 Πίνακας 1-3 Ποιος είναι ο ορισµός που δίνετε στην κατανεµηµένη παραγωγή [πηγή CIRED, 1999] ΧΩΡΑ Αυστραλία Αυστρία Βέλγιο ηµοκρατία Τσεχίας Φιλανδία Γαλλία Γερµανία Ελλάδα Ινδία Ιταλία Ολλανδία Πολωνία Πορτογαλία Ισπανία Μ. Βρετανία ΑΠΑΝΤΗΣΗ Συνδεδεµένη στο δίκτυο διανοµής (µέχρι 132kV), όπου παρέχεται η δυνατότητα άµεσης παροχής στο φορτίο του πελάτη. Παραγωγή συνήθως µέχρι 10MW, συνδεδεµένη στο δίκτυο µέσης τάσης. εν συµπεριλαµβάνεται στην εθνική συντονισµένη παραγωγή. Συνδεδεµένη στο δίκτυο διανοµής (µέχρι 110kV) και µέχρι την ανώτερη επιτρεπτή κατάταξη ισχύος. Συνδεδεµένη σε επίπεδο τάσης από 20kV έως 0,4kV. Συνδεδεµένη στο δίκτυο διανοµής (µέχρι 132kV), όπου παρέχεται η δυνατότητα άµεσης παροχής στο φορτίο του πελάτη. Παραγωγή που συνδέεται στα εξής επίπεδα τάσης (0.4, 15 και 20kV). εν υπάρχει αυστηρός ορισµός, κυριότερες τεχνολογίες, ήλιου, ανέµου, µικρών υδροηλεκτρικών (σύνδεση µέχρι 20kV, ενώ για αιολικά πάρκα µέχρι 110 kv). Σύνδεση στο σύστηµα διανοµής, όχι κεντρικά σχεδιασµένο. Η κατανοµή φορτίου στις εγκαταστάσεις παραγωγής δε γίνεται κεντρικά. Νέες ανανεώσιµες πηγές ενέργειας (σύνδεση µέχρι τα 11kV). Συνδεδεµένη στο σύστηµα διανοµής (από 0.4 kv έως 150 kv). Ανήκει σε επιχείρηση δηµόσιας ωφέλειας, βιοµηχανία ή συνδυασµό αυτών, αλλά δε µετέχει στην βελτιστοποίηση της εθνικής παραγωγής ( σύνδεση µέχρι τα 150kV). εν γίνεται κεντρική κατανοµή φορτίου, και συνδέεται µέχρι τα 110kV. Όριο ισχύος τα 10MW (εκτός από CHP), Συµπαραγωγή ή ανανεώσιµες πηγές ενέργειας, Σύνδεση σε οποιοδήποτε επίπεδο τάσης. Συνδεδεµένη στο σύστηµα διανοµής. Συνδεδεµένη στο σύστηµα διανοµής (µέχρι τα 132kV), ενδεχοµένως να γίνεται κεντρική κατανοµή φορτίου. Ίσως να ήταν σκόπιµο να εξετασθεί τι δεν είναι κατανεµηµένη παραγωγή. Με βάση αυτό το σκεπτικό, σχετικά µε τον ορισµό της Οµάδας εργασίας του ιεθνούς Συµβουλίου Μεγάλων Ηλεκτρικών Συστηµάτων (CIGRE), που παρουσιάστηκε νωρίτερα, φαίνεται ότι οι µονάδες κατανεµηµένης παραγωγής δεν υφίστανται έλεγχο από το διαχειριστή του δικτύου µεταφοράς. Έτσι, µονάδες παραγωγής που 12

19 κατασκευάζονται από τον διαχειριστή του δικτύου µεταφοράς ως υποκατάστατο της επέκτασης του δικτύου ισχύος και υπακούουν σε µέτρα εφαρµογής για κατανοµή φορτίου δεν θεωρούνται ότι κατατάσσονται στην κατανεµηµένη παραγωγή. Είναι σαφές λοιπόν ότι υπάρχουν πολλοί ορισµοί για την κατανεµηµένη παραγωγή, επιτρέποντας την υιοθέτηση ενός ευρύτερου φάσµατος πιθανών σχηµάτων παραγωγής. Κάποιοι ορισµοί επιτρέπουν τη σύνδεση µονάδων συµπαραγωγής µεγαλύτερης κλίµακας, ή µεγάλων αιολικών πάρκων στο δίκτυο µεταφοράς ισχύος, ενώ άλλοι εστιάζονται σε µικρής κλίµακας µονάδες παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανοµής ισχύος. Από όλους αυτούς τους ορισµούς αφήνεται να εννοηθεί ότι τουλάχιστο οι µικρής κλίµακας µονάδες παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο διανοµής ισχύος πρέπει να θεωρούνται µέρος της κατανεµηµένης παραγωγής (Κριτήριο 1). Επιπλέον, οι µονάδες παραγωγής που εγκαθίστανται κοντά στο φορτίο ή στην πλευρά του πελάτη- µετρητή µπορούνε να αναγνωριστούν ως µονάδες κατανεµηµένης παραγωγής (Κριτήριο 2). Το τελευταίο κριτήριο επικαλύπτει µερικώς το πρώτο καθώς, οι περισσότερες µονάδες παραγωγής που είναι εγκατεστηµένες στον µετρητή, είναι επίσης συνδεδεµένες στο δίκτυο διανοµής. Εντούτοις, το τελευταίο κριτήριο µπορεί να συµπεριλάβει και µεγαλύτερες µονάδες, εγκατεστηµένες στην πλευρά του πελάτη, αλλά συνδεδεµένες στο δίκτυο µεταφοράς ισχύος. Σύµφωνα µε έναν άλλον ορισµό η κατανεµηµένη παραγωγή καθορίζεται µε βάση τη φύση σύνδεσής της στο δίκτυο, παρά µε την δυναµικότητα παραγωγής. Ορίζεται πηγή κατανεµηµένης παραγωγής, η πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ισχύος που συνδέεται απ ευθείας στο δίκτυο διανοµής ή στην πλευρά του µετρητή του πελάτη. Παρακάτω, γίνεται µια προσπάθεια χρήσης κάποιων επιπλέον κριτηρίων που ίσως να είναι χρήσιµη και απαραίτητη προκειµένου να γίνει πιο σαφής και αυστηρός ο ορισµός της κατανεµηµένης παραγωγής Επίπεδο τάσης στη σύνδεση µε το δίκτυο ισχύος Σκοπός του κεφαλαίου αυτού είναι να γίνει µια λεπτοµερής διάκριση των συστηµάτων µεταφοράς και διανοµής. Ο διαχωρισµός που γίνεται σε αυτά τα δύο 13

20 συστήµατα µε βάση το επίπεδο τάσης όπως για παράδειγµα, ότι τάση από 220kV και πάνω θεωρείται ότι ανήκει στο δίκτυο µεταφοράς, ενώ κάτω από αυτή την τιµή στο δίκτυο διανοµής, δεν είναι χρήσιµη καθώς, εταιρίες διανοµής έχουν στη κατοχή τους και λειτουργούν γραµµές 220kV, και εταιρίες µεταφοράς διαχειρίζονται γραµµές 110kV. Άρα, αφού το επίπεδο τάσης δεν παρέχει σαφή κοινό διαχωρισµό σε διεθνές επίπεδο µεταξύ µεταφοράς και διανοµής, θα πρέπει να γίνει άλλη προσέγγιση ορισµού των δυο συστηµάτων. Στο ανταγωνιστικό σύστηµα ηλεκτρικής ενέργειας, οι νοµικές ρυθµίσεις ορίζουν το σύστηµα µεταφοράς, το οποίο το διαχειρίζεται ανεξάρτητη εταιρία η οποία δεν εµπλέκεται στην παραγωγή, διανοµή και πώληση της ενέργειας. Αυτά βέβαια αναφέρονται σε κράτη µε ξεκάθαρη νοµοθετική ρύθµιση επί του θέµατος. Είναι άξιο αναφοράς ότι σε κάποια κράτη όπως η Σουηδία, τα περιφερειακά δίκτυα περιλαµβάνονται στις νοµικές ρυθµίσεις του κράτους. Τα δίκτυα αυτά ανήκουν σε µια περιοχή µεταξύ του µεγάλου εθνικού δικτύου µεταφοράς και του τοπικού δικτύου διανοµής. Εντούτοις, εντάσσονται στο σύστηµα του δικτύου διανοµής. Κατά συνέπεια, το δίκτυο διανοµής (συνήθως ακτινωτό) και το δίκτυο µεταφοράς (συνήθως πλέγµα) θα ορίζονται µε βάση την ισχύουσα νοµοθεσία του εκάστοτε εξεταζόµενου κράτους Ισχύς παραγωγής Ένα από τα προφανή κριτήρια, θα έπρεπε να είναι η δυναµικότητα της εγκατεστηµένης µονάδας. Εντούτοις, η βιβλιογραφική έρευνα που έγινε, έδειξε ότι δεν υπάρχει συµφωνία στα επίπεδα µέγιστης δυναµικότητας παραγωγής. Για παράδειγµα, µονάδες παραγωγής ισχύος µεγαλύτερης από MW δεν είναι εφικτό να συνδεθούνε σε επίπεδα τάσης 110 kv, εξαιτίας τεχνικών περιορισµών. Καθώς αυτή η τάση είναι στις περισσότερες των περιπτώσεων η µέγιστη που κατέχουν και διαχειρίζονται οι οργανισµοί διανοµής, θα έλεγε κάποιος ότι η µέγιστη δυναµικότητα ενός κατανεµηµένου σταθµού παραγωγής είναι τα MW. Στο Βερολίνο όµως, η τοπική εταιρία BEW AG κατασκεύασε ένα σταθµό παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας συνδυασµένου κύκλου τουρµπίνας αερίου, στο κέντρο της πόλης. Ο σταθµός παράγει ηλεκτρισµό (δυναµικότητας 300MW) και περιφερειακή 14

21 θέρµανση (δυναµικότητας 300ΜW). Ο σταθµός συνδέεται σε διάφορες γραµµές του δικτύου διανοµής (ισχύος 33 και 110 kv) που ανήκουν στην ίδια εταιρία. Η ηλεκτρική ισχύς όπως και η θερµότητα χρησιµοποιούνται κυρίως σε τοπικό επίπεδο. Κατ επέκταση, ο σταθµός θα µπορούσε να χαρακτηριστεί κατανεµηµένης παραγωγής, παρόλο που η δυναµικότητά του φτάνει τα 300MW. Πίνακας1-4 Κατηγοριοποίηση Κατανανεµηµένης Παραγωγής µε βάση τη δυναµικότητα του σταθµού[πηγή Ackerman T. et al., (2001)] Κατηγορία Πολύ µικρή Μικρή Μεσαία Μεγάλη Ισχύς 1W-5kW 5kW-5MW 5MW-50MW 50MW-500MW Είναι όµως φανερό ότι η µέγιστη δυναµικότητα ενός σταθµού κατανεµηµένης παραγωγής που µπορεί να συνδεθεί στο δίκτυο διανοµής είναι συνάρτηση της δυναµικότητας του ίδιου του δικτύου διανοµής. Εξαιτίας του ότι η δυναµικότητα ενός δικτύου διανοµής µπορεί να ποικίλει ευρέως, δεν είναι δυνατό να συµπεριληφθεί ως στοιχείο ορισµού για την κατανεµηµένη παραγωγή. Εντούτοις, η δυναµικότητα θα έπρεπε να αποτελεί κριτήριο ορισµού της κατανεµηµένης παραγωγής Περιοχή που καλύπτει η κατανεµηµένη παραγωγή Σε κάποιες περιπτώσεις, η κατανεµηµένη παραγωγή περιγράφεται ως ισχύς που παράγεται και καταναλώνεται εντός του ιδίου δικτύου διανοµής. Στη Νέα Ζηλανδία όµως, η εταιρία Wairarapa Electricity λειτούργησε ένα αιολικό πάρκο ισχύος 3,5 MW εντός του νοτίου δικτύου διανοµής 11/33 kv. Η παραγόµενη ενέργεια χρησιµοποιείται εντός του υφιστάµενου δικτύου διανοµής. Τις βραδινές όµως ώρες όπου η ζήτηση είναι χαµηλή και οι ταχύτητες ανέµου µεγάλες, το αιολικό πάρκο εξάγει ενέργεια πίσω στο δίκτυο µεταφοράς. 15

22 Κατά συνέπεια, ένας ορισµός της κατανεµηµένης ενέργειας που υπαγορεύει ότι συνδέεται στο δίκτυο διανοµής, θα ακύρωνε την ένταξη του παραπάνω προγράµµατος στην κατηγορία της κατανεµηµένης παραγωγής, παρόλο που πρόκειται για ένα τυπικό παράδειγµα κατανεµηµένης παραγωγής. Άρα, θα ήταν δύσκολο να χρησιµοποιηθεί ως κριτήριο η περιοχή διανοµής ενέργειας, διότι τότε θα απαιτούνταν σύνθετες αναλύσεις των ροών ισχύος στο δίκτυο διανοµής Τεχνολογία κατανεµηµένης παραγωγής Συχνά ο όρος κατανεµηµένη παραγωγή χρησιµοποιείται για να περιγράψει παραγωγή µε συγκεκριµένη τεχνολογία όπως µε ανανεώσιµες πηγές ενέργειας. Θα δούµε όµως ότι είναι δυνατό να χρησιµοποιηθεί οποιαδήποτε τεχνολογία για την υλοποίηση της κατανεµηµένης παραγωγής. Στον Πίνακα 5 παραθέτονται επιγραµµατικά οι τεχνολογίες που χρησιµοποιούνται για το σκοπό αυτό. Από τον παρακάτω Πίνακα 1-5 είναι φανερό ότι είναι δύσκολο να εντάξουµε στον ορισµό της κατανεµηµένης ενέργειας την τεχνολογία που χρησιµοποιείται, διότι οι διαθέσιµες τεχνολογίες και οι ισχύς που αποδίδει κάθε είδος από αυτές, ειδικά στον τοµέα των ανανεώσιµων, διαφέρουν µεταξύ των κρατών. Εκτός όµως από τις τεχνολογίες που βασίζονται στις ανανεώσιµες, βλέπουµε ότι και οι δυναµικότητες των συµβατικών µονάδων παραγωγής ποικίλουν εξίσου. Ενδεικτικό παράδειγµα αποτελούν οι αεριοστρόβιλοι όπου η ισχύς τους µπορεί να κυµαίνεται από µερικά kw έως και 500MW. Από την άλλη, τίθεται σε αµφισβήτηση ακόµη και η ένταξη ΑΠΕ οποιασδήποτε µορφής και δυναµικότητας. Για παράδειγµα, µια τεράστια υδροηλεκτρική µονάδα που είναι εγκατεστηµένη στα βουνά, θα µπορούσε να ενταχθεί στην κατανεµηµένη παραγωγή. 16

23 Πίνακας1-5 Τεχνολογίες κατανεµηµένης παραγωής [πηγή Pepermans G. et al., (2005)] Τεχνολογία Αεριοστρόβιλος συνδυασµένου κύκλου Μηχανή εσωτερικής καύσης Γεννήτρια καύσης Μικρο-Τουρµπίνα Πολύ µικρό υδροηλεκτρικό Μικρό υδροηλεκτρικό Ανεµογεννήτρια Φωτοβολταϊκή συστοιχία Ηλιακό θερµικό, κεντρικός δέκτης Ηλιακό θερµικό, σύστηµα Lutz Βιοµάζα (αεριοποίηση) Κυψέλη φωσφορικού οξέος Κυψέλη τηγµένου άνθρακα Κυψέλη καυσίµου ανταλλαγής πρωτονίου Κυψέλη καυσίµου στερεού οξειδίου Γεωθερµική Ωκεανική ενέργεια Μηχανή Stirling Συσσωρευτές Τυπικά µεγέθη MW 5 kw-10mw MW 35kW-1 MW 25-1 MW MW 200W-3 MW 20W-100kW 1-10 MW MW 100kW-20 MW 200kW-2 MW 250kW-2 MW 1kW-250kW 250kW-5 MW MW 100kW-1 MW 2-10kW 500kW-5MW Κατανεµηµένη παραγωγή και περιβαλλοντικές επιπτώσεις Συχνά, οι τεχνολογίες κατανεµηµένης παραγωγής περιγράφονται ως περιβαλλοντικά φιλικές σε σχέση µε τις αντίστοιχες τεχνολογίες ενός κεντρικού σταθµού παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Εντούτοις, στον Πίνακα 1-6 φαίνεται ότι οι ανάλυση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων είναι µια πολύπλοκη διαδικασία καθώς, για κάθε τεχνολογία παραγωγής υπάρχουν έµµεσες και άµεσες εκποµπές ρύπων. Οι έµµεσες εκποµπές είναι εκποµπές ρύπων κατά τη διαδικασία κατασκευής της µονάδας, αναζήτησης και µεταφοράς των πηγών ενέργειας. Ο Πίνακας 1-6 δείχνει, ότι οι εκποµπές ενός τυπικού σταθµού κατανεµηµένης παραγωγής είναι σαφώς χαµηλότερες σε σχέση µε αυτές των σταθµών που ως καύσιµη ύλη χρησιµοποιούν κάρβουνο. Επίσης, οι εκποµπές σε SO 2 και CO 2 των µεγάλων υδροηλεκτρικών µονάδων και των 17

24 αεροστρόβιλων συνδυασµένου κύκλου είναι επίσης χαµηλότερες από τις αντίστοιχες των σταθµών αυτών. Η τεχνολογία βιοµάζας δεν συµπεριλήφθηκε στην λίστα διότι θεωρείται CO 2 ουδέτερη καθώς, η ποσότητα του CO 2 που εκπέµπεται κατά την καύση της ισούται µε το ποσό του CO 2 που απορροφάται κατά τη διαδικασία ανάπτυξής της [IEE, 2003]. Η εκποµπή NO x s αναφέρεται ότι είναι 20-40% µικρότερη από τις µονάδες ορυκτών καυσίµων, ενώ οι εκποµπές SO 2 θεωρούνται αµελητέες. Επιπρόσθετα, περιβαλλοντικά οφέλη που προκύπτουν από την µείωση των απωλειών στις γραµµές µεταφοράς ένεκα της σωστής χωροθέτησης των σταθµών κατανεµηµένης παραγωγής σε σχέση µε την τοποθεσία και δυναµικότητα, µπορεί να βελτιώσουν ακόµη περισσότερο το περιβαλλοντικό ισοζύγιο της κατανεµηµένης παραγωγής. Πίνακας1-6 Σύγκριση χρόνου απόσβεσης και εκποµπών διαφόρων ενεργειακών τεχνολογιών [πηγή: Pepermans G. et al., 2005] CO2 και eqco2 Απόσβεση SO2(kg/ για Τεχνολογία NOx(kg/GWh) CO2(t/GWh) (µήνες) GWh) CH4 (t/gwh) Μηχανές καύσης άνθρακα 1-1, Πυρηνικές.Ε.Ε.Ε.Ε.Ε Αεροστρόβιλος συνδυασµένου κύκλου 0, Μεγάλο υδροηλεκτρικό Πολύ µικρό υδροηλεκτρικό Ε Μικρό υδροηλεκτρικό Ανεµογεννήτρια 4,5 m/s Ε Ανεµογεννήτρια 5,5 m/s Ε Ανεµογεννήτρια 6,5 m/s Φωτοβολταϊκό µονοκρυστ Ε Φωτοβολταϊκό πολυκρυστ Φωτοβολταϊκό άµορφο Ε Γεωθερµική.Ε.Ε.Ε.Ε Κυµατική.Ε.Ε.Ε.Ε 2 18

25 Οι συστοιχίες αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και οι κυψέλες καυσίµου δεν έχουν άµεσες εκποµπές. Πέρα από τις εκποµπές κατά τη διαδικασία της κατασκευής, το µίγµα καυσίµου που χρησιµοποιείται για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που αποθηκεύεται στις µπαταρίες, θα πρέπει να συµπεριληφθεί στις έµµεσες εκποµπές. Οµοίως, στην περίπτωση των κυψελών καυσίµου οι έµµεσες εκποµπές είναι συνάρτηση του µίγµατος που απαιτείται για την παραγωγή του υδρογόνου, αφού αυτό δεν γίνεται να εξορυχτεί. Επιπλέον, κάποιοι πιστεύουν πως η µεγάλη διείσδυση και χρήση σταθµών κατανεµηµένης παραγωγής θα έχει ως αποτέλεσµα τη υπολειτουργία των µεγάλων κεντρικών σταθµών παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, µε αποτέλεσµα να αυξηθούν οι εκποµπές ανά παραγόµενη kwh. Άλλα στοιχεία τα οποία κάνουν δύσκολη την ενιαία περιβαλλοντική εκτίµηση, είναι οι διαφορετικές απόψεις που διατυπώνονται σε διάφορα σχετικά θέµατα όπως για παράδειγµα, την επικινδυνότητα των πυρηνικών σταθµών, ή την υψηλή στάθµη θορύβου και την οπτική ρύπανση που µπορεί να προκαλεί µια ανεµογεννήτρια. Γίνεται αντιληπτό ότι δεν µπορεί να περιγραφεί το σύνολο των τεχνολογιών κατανεµηµένης παραγωγής ως περιβαλλοντικά φιλικό. Εντούτοις, η χρήση κατανεµηµένων µονάδων παραγωγής που βασίζονται σε εναλλακτικές πηγές ενέργειας, θεωρείται ότι περιορίζει ή µειώνει τις εκποµπές ανεπιθύµητων αερίων ρύπων και αερίων του θερµοκηπίου. 19

26 1.5 Τεχνολογίες κατανεµηµένης παραγωγής Σχήµα 1.1 Τύποι και τεχνολογίες κατανεµηµένης παραγωγής Τεχνολογίες ορυκτού καυσίµου Οι τεχνολογίες ορυκτού καυσίµου παραµένουν η αρχική πηγή κατανεµηµένης παραγωγής σε αναπτυγµένες και αναπτυσσόµενες χώρες. Οι κυριότερες τρεις χρήσεις απολιθωµένων καυσίµων είναι: µηχανές εσωτερικής καύσης, αεριοστρόβιλοι και µικροτουρµπίνες, µε τις τελευταίες ακόµα στο στάδιο ανάπτυξης. Οι περισσότερες από αυτές χρησιµοποιούν φυσικό αέριο ή πετρέλαιο. Εντούτοις, η υποδοµή για το φυσικό αέριο δεν είναι πάντα επαρκής σε πολλές αναπτυσσόµενες χώρες και το αέριο πρέπει συχνά να εισαχθεί. Πολλές εφαρµογές απολιθωµένου καυσίµου µπορούν να έχουν υψηλές εκποµπές ρύπων. 20

27 Μηχανές εσωτερικής καύσης Οι µηχανές εσωτερικής καύσης είναι η πιο ευρέως χρησιµοποιηµένη εφαρµογή κατανεµηµένης παραγωγής, κυρίως για την κάλυψη της εφεδρείας ή φορτίου έκτακτης ανάγκης για µικρούς βιοµηχανικούς πελάτες. Αυτό οφείλεται κυρίως στον γρήγορο χρόνο εκκίνησης τους. Επίσης µπορούν να χρησιµοποιηθούν και για συνεχή παραγωγή ισχύος λόγω της υψηλούς αποδοτικότητας τους και τις χαµηλές δαπάνες για καύσιµα. Σε αυτές περιλαµβάνονται οι ατµοηλεκτρικοί σταθµοί και οι µηχανές Otto. Η απόδοσή τους κυµαίνεται από 25 έως 36 τοις εκατό, αν και µερικοί ντιζελοηλεκτρικοί σταθµοί που χρησιµοποιούν ως καύσιµο ποικίλους τύπους πετρελαίου µπορούν να φτάσουν στο 50%. Επίσης µπορούν να αξιοποιούν το 70 80% της ενέργειας του καυσίµου που χρησιµοποιούν µε την ανάκτηση της θερµότητας από το θάλαµο καύσης στους σταθµούς συνδυασµένου κύκλου. Οι εφαρµογές αυτές όµως παρόλη την ευρεία διαθεσιµότητα τους, το χαµηλό τους κόστος και την υψηλή απόδοσή τους έχουν υψηλό κόστος συντήρησης ενώ οι ντιζελοηλεκτρικοί σταθµοί έχουν αυξηµένες εκποµπές ρύπων. Αεριοστροβιλικοί σταθµοί Οι αεριοστροβιλικές µονάδες αποτελούνται από ένα στρόβιλο, που στρέφει τη γεννήτρια, ένα θάλαµο καύσης και ένα συµπιεστή, που κινείται επίσης από το στρόβιλο. Ο συµπιεσµένος αέρας τροφοδοτείται στο θάλαµο καύσης, όπου εξασφαλίζεται η συνεχής καύση του τροφοδοτούµενου καυσίµου (πετρέλαιο ή φυσικό αέριο). Τα θερµά αέρια της καύσης χρησιµοποιούνται για να κινήσουν τον αεριοστρόβιλο. Ο συντελεστής απόδοσής τους κυµαίνεται από 25 30%. Το µεγάλο τους πλεονέκτηµα είναι η γρήγορη εκκίνηση και ανάληψη φορτίου. Έτσι µπορούν να τροφοδοτούν τις αιχµές φορτίου, αλλά και σαν σύγχρονοι αντισταθµιστές για τη διατήρηση της ονοµαστικής τάσης στο δίκτυο. 21

28 Μικροστρόβιλοι Οι µικροστρόβιλοι είναι στροβιλικές µηχανές ισχύος kw και χρησιµοποιούν για καύσιµο φυσικό αέριο, βενζίνη ή πετρέλαιο. Προερχόµενοι από τα βοηθητικά συστήµατα των αεροσκαφών οι µικροστρόβιλοι έχουν έναν ή δύο άξονες που λειτουργούν σε ταχύτητες έως rpm για µηχανές µε έναν άξονα και έως rpm για µηχανές µε διπλό άξονα. Είναι σχετικά καινούρια τεχνολογία και η απόδοσή τους κυµαίνεται από 25 30%. Το κύριο πλεονέκτηµά τους είναι το µικρό τους µέγεθος και οι σχετικά χαµηλές εκποµπές ρύπων. Μπορούν να χρησιµοποιηθούν από µικρές βιοµηχανικές µονάδες. Συνδυασµένου κύκλου σταθµοί Η ανάγκη για εκµετάλλευση της µεγάλης θερµικής ενέργειας που διαφεύγει στο περιβάλλον στους αεριοστροβιλικούς σταθµους, οδήγησε στην κατασκευή σταθµών συνδυασµένου κύκλου. Σε αυτούς, τα θερµά αέρια από την έξοδο των αεριοστροβίλων, διοχετεύονται σε ειδικούς λέβητες ανάκτησης θερµότητας για την παραγωγή ατµού, που χρησιµοποιείται από ατµοστρόβιλο. Με τη µέθοδο αυτή ο συνολικός βαθµός απόδοσης του σταθµού φτάνει στο 50%, υψηλότερος του 40% των µεγάλων ατµοηλεκτρικών σταθµών και χωρίς την απαίτηση για µεγάλες µονάδες, µε ένα κόστος κατασκευής περίπου 35% του κόστους κατασκευής των ατµοηλεκτρικών σταθµών. Το µεγάλο τους µειονέκτηµα είναι ότι χρησιµοποιούν για καύσιµο πετρέλαιο ή φυσικό αέριο. Επίσης λόγω της µεσολάβησης του ατµοστροβίλου, η εκκίνησή τους και ανάληψη του φορτίου τους γίνεται βραδύτερα από τους αεριοστροβιλικούς σταθµούς. Η ετήσια συνολική εγκαθιστώµενη ισχύς σταθµών συνδυασµένου κύκλου από το 1995 ξεπέρασε την αντίστοιχη ισχύ των ατµοηλεκτρικών σταθµών και έγινε η νέα κύρια πηγή παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στον κόσµο. Το αυξηµένο ενδιαφέρον για αυτά τα συστήµατα προέκυψε από το µικρό κεφάλαιο εγκατάστασης σε συνδυασµό µε τον υψηλό βαθµό απόδοσης, που µπορεί να φτάσει το 65%. 22

29 1.5.2 Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας Αιολική Ενέργεια Παραγωγή Ενέργειας Πολλά χρόνια πριν από την ανακάλυψη των µηχανών εσωτερικής και εξωτερικής καύσης, η αιολική ενέργεια αποτελούσε τη µόνη ζωτική µορφή ενέργειας για τα ιστιοπλοϊκά, τους µύλους και τις αντλίες νερού. Παρά τις ιδιαιτερότητες του ανέµου, την απρόβλεπτη ένταση και τις ανεµοθύελες, η ενέργειά του χρησιµοποιήθηκε για πώληση και σε άλλες εφαρµογές. Η αιολική παραγωγή εκµεταλλεύεται την ενέργεια του αέρα για να κινήσει ηλεκτρικές γεννήτριες. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιµοποιώντας διάφορα είδη ανεµογεννητριών. Τα πλεονεκτήµατα της αιολικής παραγωγής είναι τα εξής: i) δεν υπάρχει κόστος καυσίµου ii) δεν ρυπαίνει το περιβάλλον iii) υπάρχει γραµµική σχέση της ισχύος έναντι της σχέσης κόστους για µεγάλες εγκαταστάσεις iv) αντίθετα µε την ηλιακή παραγωγή, η αιολική είναι πιθανή σε 24ωρη βάση Τα µειονεκτήµατά της αιολικής παραγωγής είναι τα εξής: i) υψηλά αρχικά κόστη ii) µη δυνατότητα πρόβλεψης της παραγωγής iii) µη ύπαρξη βιώσιµου συστήµατος αποθήκευσης της παραγόµενης ενέργειας (σε αντίθεση µε την ηλιακή) iv) ο περιβαλλοντικός αντίκτυπος γενικά θεωρείται ότι είναι µεγαλύτερος από τον αντίστοιχο της ηλιακής παραγωγής 23

30 Ο άνεµος αποτελεί απλά κίνηση του αέρα. Αέρια κίνηση στα 11.8 m/s φέρει 1kW ενέργειας. Ο άνεµος µπορεί να παράγει πραγµατικά καταπληκτικά ποσά ενέργειας. Η αιολική ενέργεια που µπορεί να παραχθεί δίνεται από τη σχέση P αερ 1 = ρ Α 2 R c p v 3 w Από τη παραπάνω σχέση παρατηρούµε ότι η αεροδυναµική ενέργεια που µπορεί να παραχθεί είναι ανάλογη του κύβου της ταχύτητας του ανέµου. Η κινητική ενέργεια της ταχύτητας του αέρα µεταβάλλεται ανάλογα µε το τετράγωνο της ταχύτητά του, σύµφωνα µε τη σχέση E κιν = 1 2 m 2 v w και η µάζα του αέρα που περνάει από κάθε σηµείο είναι ανάλογη της ταχύτητας του αέρα, έτσι η µάζα διπλασιάζεται καθώς διπλασιάζεται η ταχύτητα. Για το λόγο αυτό, τελικά, εάν η ταχύτητα του ανέµου διπλασιαστεί, η ενέργεια πολλαπλασιάζεται µε παράγοντα το 8. Για το λόγο αυτό ταχύτητα των 5.9 m/s φέρει µόνο το 1/8 της ενέργειας της αντίστοιχης ταχύτητας των 11.8 m/s. Τα συστήµατα µετατροπής αιολικής ενέργειας ουσιαστικά παράγουν την ενέργεια επιβραδύνοντας τον άνεµο και συλλέγοντας τη διαφορά της κινητικής ενέργειας. Ο άνεµος είναι ένα ελαστικό υγρό. Επιβραδύνοντάς τον εντελώς θα σήµαινε ότι καµία ποσότητας µάζας βρίσκεται σε κίνηση διαπερνώντας τα πτερά της γεννήτριας και η ενέργεια που θα συλλεγόταν θα ήταν µηδενική. Για το λόγο αυτό η ενέργεια αποσπάται από τον άνεµο όταν αυτός επιβραδύνεται αλλά όχι όταν ακινητοποιείται. Η µέγιστη ενέργεια που αποσπάται είναι για επιβράδυνση στο 1/3 της ταχύτητάς του, όπου επιτυγχάνεται απόσπαση του 59% της ενέργειάς του. Μια από τις δυσκολίες στη χρησιµοποίηση της αιολικής ενέργειας είναι ότι η ταχύτητα του ανέµου δεν είναι απολύτως προβλέψιµη, καθιστώντας αδύνατο το γεγονός να βασιστούµε σε αυτή εξολοκλήρου ή να θέσουµε ένα πρόγραµµα παραγωγής ή ένα 24

31 αυστηρό συµβόλαιο πώλησης ενέργειας. Ως αποτέλεσµα, ο παραγωγός δύναται να λάβει οποιαδήποτε ποσότητα ενέργειας είναι διαθέσιµη όταν είναι διαθέσιµη. Γενικά η κατανοµή της ταχύτητας του ανέµου ακολουθεί τη κατανοµή Raleigh, ενώ η διανοµή της ενέργειας συναρτήσει του ανέµου είναι πολύ κοντά στην κατανοµή του Gauss. Το ποσό της διαθέσιµης ενέργειας σε µηνιαία βάση ποικίλει ανάλογα µε την τοποθεσία. Περιοχές κοντά στην ακτογραµµή και περιοχές επίπεδες έχουν υψηλότερη διαθεσιµότητα αιολικής ενέργειας. Άλλος σηµαντικός παράγοντας στην απόδοση της παραγωγής αιολικής ενέργειας είναι η επιλογή του τύπου και του σχεδιασµού των ανεµογεννητριών. Οι διάφοροι τύποι ανεµογεννητριών φαίνονται στο σχήµα 1.2. Σχήµα 1.2. Μερικοί τύποι ανεµογεννητριών. Οι τρεις επάνω τύποι είναι οι συχνότερα και περισσότερο χρησιµοποιούµενοι. Όλοι οι παραπάνω τύποι ανεµογεννητριών παράγουν ενέργεια αφαιρώντας κινητική ενέργεια από τον αέρα, βασικά επιβραδύνοντάς τον. Κάθε τύπος µηχανής έχει πλεονεκτήµατα έναντι των υπολοίπων υπό ορισµένες συνθήκες ή υπό συγκεκριµένες προοπτικές. Οι ανεµογεννήτριες είναι γεννήτριες είτε σταθερών στροφών ανεξάρτητα από την ταχύτητα του ανέµου είτε µεταβλητών στροφών όπου ο ρυθµός περιστροφής 25

32 µεταβάλλεται ανάλογα µε τη ταχύτητα του ανέµου και/ή µε τις ανάγκες της απαιτούµενης ισχύς. Περιβαλλοντικός Αντίκτυπος Οι ανεµογεννήτριες γενικά θεωρούνται µια φιλική προς το περιβάλλον τεχνολογία παραγωγής ενέργειας. Φυσικά, δεν παράγουν µόλυνση µε τη κλασσική µορφή της, και το σηµαντικότερο, δεν συµβάλλουν στην αύξηση της θερµοκρασίας του πλανήτη. Παρόλα αυτά δεν είναι εντελώς ασφαλείς. Οι ανεµογεννήτριες περιστασιακά πετούν τα πτερύγιά τους, τα οποία γίνονται πολύ επικίνδυνα για απόσταση ½ µιλίου. Κατά τη διάρκεια ψυχρού καιρού, τα πτερύγια µπορεί να παγώσουν µε αποτέλεσµα µε το λιώσιµο των πάγων, αυτοί να εκσφενδονίζονται κατά την περιστροφή µε ταχύτητες της τάξης των 200m/h. Ο θόρυβος αποτελεί ένα ακόµη πρόβληµα για το περιβάλλοντα χώρο. Ο αέρας καθώς περνά από τα πτερύγια παράγει ένα µικρό θόρυβο ο οποίος γίνεται αντιληπτός κοντά στην γεννήτρια. Ο θόρυβος αυτός δεν γίνεται ιδιαίτερα αντιληπτός εξαιτίας ενός άλλου θορύβου που προκαλείται από την ταλάντωση του κάθε πτερυγίου όταν αυτό περνά µπροστά από τον πύργο. Για µια γεννήτρια των 500kW, σε απόσταση 100 m ο θόρυβος αυτός φθάνει το επίπεδο των 56dB καθιστώντας τον ισοδύναµο µε το θόρυβο µιας µοτοσικλέτας που κινείται µε ταχύτητα 60m/h. Ένα αιολικό πάρκο πέρα από τον προκαλούµενο θόρυβο έχει και σηµαντικό οπτικό αντίκτυπο. Ενώ µια ανεµογεννήτρια δεν αποτελεί εγγενώς µια άσχηµη συσκευή, παρόλα αυτά δεν είναι φυσικό ούτε ευχάριστο στα µάτια ορισµένων, µε αποτέλεσµα να έχει αισθητικό και περιβαλλοντικό αντίκτυπο, ο οποίος πρέπει να λαµβάνεται υπόψη. Μικρά Υδροηλεκτρικά Η υδροηλεκτρική ενέργεια είναι µια αποδεδειγµένη εφαρµόσιµη τεχνολογία για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ενώ τα περισσότερα υδροηλεκτρικά έχουν µια σηµαντική υψοµετρική διαφορά µεταξύ του ανώτερου και κατώτερου σηµείου του νερού, είναι πιθανό να παραχθεί ηλεκτρική ενέργεια σε µικρές ποσότητες µε µια µικρή 26

33 υψοµετρική διαφορά της τάξης των µερικών δεκάδων µέτρων και µε ροή νερού ανάλογη αυτής πολλών µικρών ποταµών και µεγάλων χειµάρρων. Τα µικρά υδροηλεκτρικά έχουν αξιολογηθεί εφικτά και οικονοµικώς ανταγωνιστικά σε πολλές τοποθεσίες. Η υδροηλεκτρική ενέργεια προέρχεται από τη δυνητική ενέργεια φραγµένου νερού που οδηγεί έναν υδροστρόβιλο και µια γεννήτρια. Στην περίπτωση αυτή, η ενέργεια που επάγεται από το νερό εξαρτάται από τον όγκο και τη υψοµετρική διαφορά µεταξύ της πηγής και του σηµείου εκροής του νερού. Η υψοµετρική αυτή διαφορά καλείται καθαρό ύψος πτώσης. Το ποσό της δυνητικής ενέργειας είναι ανάλογο της κεφαλής. Ο υδροηλεκτρισµός αντλούµενος από αποθήκευση παράγει ηλεκτρισµό για να καλύψει υψηλές απαιτήσεις µετακινώντας νερό µεταξύ των ρεζερβουάρ και διαφορετικών ανυψώσεων. Σε περιόδους χαµηλής ζήτησης ηλεκτρισµού, η επιπλέον ικανότητα παραγωγής χρησιµοποιείται για την άντληση του νερού σε υψηλότερα ρεζερβουάρ. Όταν υπάρχει υψηλότερη ζήτηση, το νερό απελευθερώνεται πίσω στα χαµηλότερα ρεζερβουάρ µέσω γεννήτριας. Λιγότεροι κοινοί τύποι υδροηλεκτρικών είναι εκείνοι που εκµεταλλεύονται την κινητική ενέργεια του νερού ή µη φραγµένες πηγές όπως τη ροή των ποταµών, καταρράκτες, παλιρροιακή δύναµη. Σχήµα 1.3. Υδροηλεκτρικό φράγµα. 27

34 Τα πλεονεκτήµατα της υδροηλεκτρικής παραγωγής είναι τα εξής: i) Οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις, παρέχουν καλή 24ωρη ηµερήσια παραγωγή. ii) παρέχουν το µόνο εµπορικά σηµαντικό µέσο για την αποθήκευση ενέργειας του δικτύου. iii) βελτιώνουν το συντελεστή φορτίου του συστήµατος παραγωγής. iv) σε περίπτωση ανάγκης, µπορούν να παραχθούν 360MW ηλεκτρισµού µόλις σε 60 sec, για υδροηλεκτρικά µε υψηλά ρεζερβουάρ. v) Αποβολή του κόστους καυσίµου. Το λειτουργικό κόστος είναι σχεδόν ανεξάρτητο από τις αυξήσεις του κόστους των ορυκτών καυσίµων. vi) εν απαιτούνται καύσιµα και συνεπώς εισαγωγές. vii) Οι υδροηλεκτρικές εγκαταστάσεις τείνουν να έχουν µεγαλύτερη οικονοµική διάρκεια ζωής. viii) Τα λειτουργικά κόστη είναι χαµηλά καθώς οι εγκαταστάσεις είναι αυτοµατοποιηµένες και διαθέτουν λίγο προσωπικό υπό συνθήκες κανονικής λειτουργίας. ix) εν συµβάλλουν στις εκποµπές CO2. Τα µειονεκτήµατα της υδροηλεκτρικής παραγωγής είναι τα εξής: i) συµβάλει στην περιβαλλοντική καταστροφή (µείωση του αριθµού του πληθυσµού του σολοµού στερώντας δυνατότητα πρόσβασης σε περιοχές). ii) Επηρεάζει το περιβάλλον υδατόπτωσης. iii) Επειδή οι τουρµπίνες είναι συχνά σε περιοδική λειτουργία, παρατηρούνται ταχείες ή ηµερήσιες παλινδροµήσεις του νερού. iv) Προβλήµατα σε µεγάλα υδροηλεκτρικά µπορούν να αποδειχθούν ιδιαιτέρως καταστροφικά για τον άνθρωπο (ακόµη και πρόκληση θανάτων). Βιοµάζα Η βιοµάζα στη βιοµηχανία παραγωγής ενέργειας, αναφέρεται σε ζωντανά και πρόσφατα νεκρά βιολογικά υλικά τα οποία µπορούν να χρησιµοποιηθούν ως καύσιµο ή 28

35 στην βιοµηχανική παραγωγή. Συνήθως η βιοµάζα αναφέρεται σε φυτικά υλικά για χρήση ως βιοκαύσιµα, αλλά περιλαµβάνει επίσης και φυτικά ή ζωικά υλικά που χρησιµοποιούνται για την παραγωγή ινών, χηµικών ή θερµότητας. Η βιοµάζα µπορεί επίσης να περιλαµβάνει βιοδιασπούµενα απόβλητα τα οποία δύναται να καούν ως καύσιµο. Περιλαµβάνει οργανικά υλικά τα οποία µετατράπηκαν κατά τις γεωλογικές διαδικασίες σε ουσίες όπως ο άνθρακας ή το πετρέλαιο. Ως µονάδα µέτρησης συνήθως έχει το ξηρό βάρος. Ο όρος βιοµάζα είναι χρήσιµος για τα φυτά όπου µερικές εσωτερικές δοµές δεν µπορούν πάντα να θεωρηθούν ζωντανοί ιστοί όπως το ξύλο ενός δέντρου. Η βιοµάζα αυτή παράχθηκε από φυτά τα οποία µετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε φυτικά υλικά µέσω της φωτοσύνθεσης. Συνεπώς ως πηγές της βιοµάζας κατέληξαν να είναι υπολείµµατα συγκοµιδών, ενεργειακές φυτείες, δηµοτικά και βιοµηχανικά απόβλητα. Η βιοµάζα αναπτύσσεται σε διάφορα φυτά, συµπεριλαµβανοµένων των καλαµπόκι, λεύκα, ιτιά, ζαχαροκάλαµο. Το εκάστοτε φυτό που χρησιµοποιείται δεν είναι συνήθως ιδιαίτερα σηµαντικό για το τελικό προϊόν, αλλά επηρεάζει τη διαδικασία των πρώτων υλών. Παρά το γεγονός ότι η βιοµάζα είναι ένα ανανεώσιµο καύσιµο, και ορισµένες φορές καλείται ανθρακικά ουδέτερο καύσιµο, η χρήση της µπορεί να συµβάλει στην αύξηση της θερµοκρασίας του πλανήτη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός οτι διαταράσσεται η ισορροπία της ανθρακικής ουδετερότητας, για παράδειγµα µε τις αποψιλώσεις και την αστικοποίηση πράσινων περιοχών. Οι δραστηριότητες αυτές χαρακτηρίζονται ως «διαρροές άνθρακα». Η βιοµάζα είναι µέρος του κύκλου του άνθρακα. Ο άνθρακας της ατµόσφαιρας µετατρέπεται σε βιολογικό υλικό µέσω της φωτοσύνθεσης. Κατά την αποσύνθεση ή την καύση ο άνθρακας επιστρέφει στην ατµόσφαιρα ή στο έδαφος. Αυτό συµβαίνει σε σχετικά σύντοµο χρονικό διάστηµα και το χρησιµοποιούµενο ως καύσιµο φυτικό υλικό µπορεί να αντικαθίσταται συνεχώς µε νέο. Για το λόγο αυτό ένα λογικά σταθερό επίπεδο ατµοσφαιρικού άνθρακα προέρχεται από τη χρήση του ως καύσιµο. Είναι ευρέως αποδεκτό ότι το ποσό του άνθρακα που αποθηκεύεται στη βιοµάζα αντιστοιχεί περίπου στο 50% του βάρους της βιοµάζας. 29

36 Άλλες χρήσεις ης βιοµάζας, εκτός από καύσιµο: Κατασκευαστικά υλικά Βιοδιασπούµενα πλαστικά και χαρτί (χρησιµοποιώντας ίνες κελουλόζης) Κυψέλες Καυσίµου Οι κυψέλες καυσίµου µπορούν να χαρακτηριστούν σαν κέντρα ενός συστήµατος το οποίο χρησιµοποιεί το υδρογόνο ως καύσιµο. Είναι αυτές οι οποίες αναλαµβάνουν τη µετατροπή του καυσίµου σε χρήσιµη ηλεκτρική ενέργεια. Η έννοια της κατάλυσης παίζει πολύ σηµαντικό ρόλο στη λειτουργία µιας κυψέλης καυσίµου, και για το λόγο αυτό η έρευνα για τη βελτίωση της απόδοσής της γίνεται κυρίως σε αυτόν τον τοµέα, τοµέας εξ ορισµού µελετώµενος στην κλίµακα του νανοµέτρου. Η κυψέλη καυσίµου αποτελεί ένα µηχανισµό για την ηλεκτροχηµική µετατροπή της ενέργειας µετατρέποντας υδρογόνο και οξυγόνο σε νερό, παράγοντας ταυτόχρονα µε τη διαδικασία αυτή, ηλεκτρισµό και θερµότητα. Ο ηλεκτρισµός παράγεται µε τη µορφή συνεχούς ρεύµατος. Η πρώτη κυψελίδα φτιάχτηκε από τον Sir William Grove, το Ωστόσο η συστηµατική έρευνα πάνω σε αυτές άρχισε µόλις τη δεκαετία του '60, όταν η NASA χρησιµοποίησε κυψέλες καυσίµου στο διαστηµικό σκάφος Gemini και Apollo ως φθηνότερη λύση από την ηλιακή ενέργεια. Οι κυψέλες καυσίµου µπορούν να ταξινοµηθούν βάση του τύπου του ηλεκτρολύτη τον οποίο χρησιµοποιούν. Το πιο γνωστό είδος είναι η κυψέλη καυσίµου µε µεµβράνη ανταλλαγής πρωτονίου ( PEM ). Μία κυψέλη καυσίµου PEM αποτελείται εν συντοµία από τα εξής µέρη: ύο ηλεκτρόδια, τα οποία διαχωρίζονται από µία µεµβράνη, η οποία έχει το ρόλο του ηλεκτρολύτη. Μεταξύ αυτής της πολυµερισµένης µεµβράνης και των ηλεκτροδίων υπάρχει ένα στρώµα καταλύτη. (Σχήµα 1.4) 30

37 Σχήµα 1.4. Κύρια µέρη µιας κυψέλης καυσίµου Συνοπτικά, η διαδικασία παραγωγής ηλεκτρισµού περιγράφεται από τα παρακάτω επιµέρους στάδια. Το υδρογόνο τροφοδοτεί την άνοδο της κυψέλης, το αρνητικό ηλεκτρόδιο, το οποίο ερχόµενο σε επαφή µε τον καταλύτη διαχωρίζεται σε θετικά φορτισµένα ιόντα υδρογόνου και ηλεκτρόνια. Η άνοδος και ο καταλύτης είναι τέτοιας κατασκευής ώστε η διάχυση των ατόµων του υδρογόνου να γίνεται µε οµογενή τρόπο. Τα ηλεκτρόνια τα οποία απελευθερώθηκαν µεταφέρονται µέσω εξωτερικού ηλεκτρικού κυκλώµατος προς την κάθοδο δηµιουργώντας ηλεκτρισµό αφού η µεµβράνη αποτρέπει τη διέλευση τους µέσω αυτής. Για αυτό το λόγο για την άνοδο και το καταλύτη διαλέγονται αγώγιµα υλικά. Τα θετικά φορτισµένα ιόντα του υδρογόνου (στην ουσία αναφερόµαστε σε µεµονωµένα πρωτόνια) διαπερνούν τη µεµβράνη και ενώνονται µε το οξυγόνο το οποίο τροφοδοτεί την κάθοδο, το θετικά φορτισµένο ηλεκτρόδιο, και παράγεται νερό. Όπως και πριν, την οµογενή διάχυση του οξυγόνου στον καταλύτη 31

38 εξασφαλίζει η κατασκευή του ηλεκτροδίου. Ο καταλύτης αναλαµβάνει την επιτάχυνση της δηµιουργίας του νερού από τα συστατικά του. Στο σχηµατισµό του νερού συµµετέχουν εκτός των µορίων του οξυγόνου και των ιόντων του υδρογόνου, τα ηλεκτρόνια τα οποία διοχετεύτηκαν µέσω του εξωτερικού ηλεκτρικού κυκλώµατος στην κάθοδο, στην αρχή της διαδικασίας. Τα δύο στρώµατα (στηριζόµενου) καταλύτη χρησιµεύουν στην αύξηση της ταχύτητας των αντιδράσεων διάσπασης του µορίου του υδρογόνου και της ένωσης υδρογόνου οξυγόνου για τη δηµιουργία νερού, στην άνοδο και στην κάθοδο αντίστοιχα. Συνήθως αποτελείται από ένα πολύ λεπτό στρώµα λευκόχρυσου ( Pt ) πάνω σε επιφάνεια άνθρακα. Το στρώµα αυτό είναι και το µέρος του καταλύτη το οποίο βρίσκεται σε επαφή µε τη µεµβράνη. Ο καταλύτης είναι τραχύς και πορώδης ώστε να µεγιστοποιεί την εκτεθειµένη επιφάνεια του. Οι χηµικές αντιδράσεις οι οποίες χαρακτηρίζουν τα παραπάνω βήµατα, συνοψίζονται παρακάτω. 2H O 2 2H 2 4H + 4H 2 + O e + 4e 2H 2H 2 O 2 O Οι παραπάνω αντιδράσεις σε µία απλή κυψέλη καυσίµου παράγει περίπου 0,7 Volts. Προκειµένου να παραχθούν µεγαλύτερες (και πρακτικά αξιοποιήσιµες) τάσεις, χρησιµοποιούνται περισσότερες κυψέλες σε σειρά ( fuel cell stack ). Τα πλεονεκτήµατα των κυψέλων καυσίµου είναι τα εξής: i) υψηλότερη απόδοση από άλλες µορφές ορυκτών καυσίµων της διασπαρµένης παραγωγής ii) χαµηλή µόλυνση. Οι καλύτερες από αυτές είναι συσκευές µηδενικής µόλυνσης iii) παράγουν πολύ χαµηλό θόρυβο και δονήσεις 32

39 iv) εύκολα επαναχρησιµοποιούµενη θερµότητα στην έξοδό τους, επειδή διαθέτουν καλή αναλογία καθαρής θερµότητας v) γρήγορη εγκατάσταση Τα µειονεκτήµατα των κυψέλων καυσίµου είναι τα εξής: i) υψηλό αρχικό κόστος. Κοστίζουν 2 έως 10 φορές περισσότερο από ότι άλλες µορφές ορυκτών καυσίµων της διασπαρµένης παραγωγής ii) απαιτούνται ικανότητες συντήρησης. Εξειδικευµένο προσωπικό συντήρησης υπάρχει ελάχιστο iii) ευαισθησία καυσίµων. Πολλές κυψέλες καυσίµου είναι ευαίσθητες σε ακαθαρσίες του καυσίµου Φυσικό Αέριο Το φυσικό αέριο είναι αέριο ορυκτό καύσιµο αποτελούµενο κυρίως από µεθάνιο αλλά συµπεριλαµβάνει και άλλες σηµαντικές ποσότητες αιθανίου, προπανίου, διοξειδίου του άνθρακα, άζωτο, ήλιο και σουλφίδια υδρογόνου. ηµιουργήθηκε πριν από πολλά εκατοµµύρια έτη στους πυθµένες των θαλασσών από µεγάλες ποσότητες µικροοργανισµών, την απουσία αέρα και υπό την επίδραση βακτηριδίων. Κατά τη διάρκεια γεωλογικών αιώνων το υλικό αυτό βυθίστηκε και καταπλακώθηκε από µεγάλα στρώµατα γης. Σήµερα, εντοπίζεται σε πετρελαιοπηγές και σε περιοχές µε κοιτάσµατα φυσικού αερίου. Tο φυσικό αέριο πριν χρησιµοποιηθεί ως καύσιµο πρέπει να κατεργαστεί ώστε να αφαιρεθούν όλα σχεδόν τα άλλα συστατικά του εκτός από το µεθάνιο. Τα παραπροϊόντα αυτής της διαδικασίας περιλαµβάνουν τα αιθάνιο, προπάνιο, βουτάνιο, πεντάνια και υψηλότερους υδρογονάνθρακες µοριακού βάρους, στοιχειώδες θείο, και µερικές φορές ήλιο και άζωτο. Όπως είναι γνωστό, οι καταναλωτές φυσικού αερίου βρίσκονται µακριά από τις πηγές του. Για το λόγο αυτό δηµιουργήθηκαν διάφορα συστήµατα µεταφοράς µεγάλων ποσοτήτων του σε µεγάλες αποστάσεις και βεβαία µεγάλης κλίµακας διεθνές εµπόριο. Η όλη διαχείριση του φυσικού αερίου µπορούµε να πούµε ότι γίνεται σε τρία τµήµατα τα οποία φαίνονται στο ακόλουθο διάγραµµα. 33

40 Το µεγαλύτερο ποσοστό του φυσικού αερίου διακινείται µε δίκτυα πιεστικών αγωγών. Συνεπώς, η αύξηση της δυνατότητας παροχής επιδιώκεται µε αύξηση των πιέσεων. Οι ποσότητες του φυσικού αερίου µετριούνται σε m 3 για θερµοκρασία 0 C και πίεση 1 atm. Η ακαθάριστη θερµότητα καύσης ενός m 3 φυσικού αερίου είναι περίπου 39 MJ. Τα κυριότερα προβλήµατα που τίθενται στο σχεδιασµό των δικτύων είναι: αριθµός παραλλήλων αγωγών (ένας ή περισσότεροι) επιλογή διαµέτρου αγωγών µέγιστη πίεση λειτουργίας απόσταση των σταθµών συµπίεσης σχέση συµπίεσης των σταθµών αποθήκευση αερίου ή εγκατάσταση παραγωγής συµπληρωµατικού αερίου για την αντιµετώπιση αιχµών Σχήµα 1.5. ιαχείρηση Φυσικού Αερίου Το φυσικό αέριο αποτελεί βασική πηγή παραγωγής ηλεκτρισµού µέσω της χρήσης αεροστροβίλων και ατµοστροβίλων. Ιδιαίτερα υψηλές αποδόσεις µπορούν να επιτευχθούν µέσω του συνδυασµού αεροστροβίλων και ατµοστροβίλων κατά τον συνδυασµένο κύκλο. Το φυσικό αέριο καίγεται καθαρότερα σε σχέση µε τα άλλα ορυκτά καύσιµα όπως το πετρέλαιο και ο άνθρακας, και παράγει λιγότερα αέρια του θερµοκηπίου ανά µονάδα παραχθήσας ενέργειας καθώς και σχεδόν µηδενικά σωµατίδια στάχτης. Για µια δεδοµένη ποσότητα θερµότητας καίγοντας φυσικό αέριο παράγεται 34

41 περίπου 30% λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα, από ότι εάν καιγόταν πετρέλαιο και 45% λιγότερο από οτι άνθρακα. Η παραγωγή ενέργειας µε χρήση συνδυασµένου κύκλου, είναι συνεπώς η καθαρότερη διαθέσιµη πηγή ενέργειας µε χρήση ορυκτών καυσίµων, και χρησιµοποιείται όποτε το αέριο διατίθεται σε λογική τιµή. Παρόλα αυτά, όπως και τα υπόλοιπα ορυκτά καύσιµα, το φυσικό αέριο επίσης επηρεάζει το περιβάλλον όταν παράγεται, αποθηκεύεται και µεταφέρεται. Επειδή αυτό παράγεται κυρίως από µεθάνιο (που αποτελεί αέριο του θερµοκηπίου), µικρές ποσότητες µεθανίου µπορούν µερικές φορές να διαρρεύσουν προς την ατµόσφαιρα από τα φρεάτια, δεξαµενές αποθήκευσης και αγωγούς. Η βιοµηχανία φυσικού αερίου εργάζεται προς αποφυγή οποιουδήποτε τύπου διαρροής. Η εκµετάλλευση και η διάτρηση του φυσικού αερίου πάντα θα έχει έναν αντίκτυπο στους βιότοπους εδάφους και στους θαλάσσιους βιότοπους. Οι αγωγοί και οι εγκαταστάσεις αποθήκευσης φυσικού αερίου διαθέτουν πολύ καλό µητρώο ασφάλειας. Αυτό είναι πολύ σηµαντικό γιατί ενδεχόµενη διαρροή αερίου µπορεί να προκαλέσει εκρήξεις. Καθώς το ακατέργαστο φυσικό αέριο δεν έχει οσµή, εταιρίες φυσικού αερίου προσθέτουν σε αυτό δύσοσµες ουσίες ώστε οι άνθρωποι να δύναται να αντιλαµβάνονται τυχόν διαρροή. Σήµερα στην Αµερική περίπου στο 22% των ενεργειακών καταναλώσεων χρησιµοποιείται φυσικό αέριο. Πάνω από το 50% των σπιτιών το χρησιµοποιεί ως µέσο θέρµανσης. Συγκεκριµένα το 62,5% των νοικοκυριών το χρησιµοποιεί στις σόµπες καυσίµου, στους φούρνους, στους θερµοσίφωνες, στεγνωτήρες ενδυµάτων και σε άλλες οικιακές συσκευές. Το ακατέργαστο φυσικό αέριο είναι επίσης ένα σηµαντικό υλικό για πολλά προϊόντα όπως: µπογιές, λιπάσµατα, αντιψυκτικά, πλαστικά, χρωστικές ουσίες, φωτογραφικά φιλµ, φάρµακα και εκρηκτικά. Επίσης από αυτό λαµβάνεται και το προπάνιο. Στο τοµέα της βιοµηχανίας επίσης χρησιµοποιείται ευρέως. Πέρα της παραγωγής ηλεκτρισµού, χρησιµοποιείται για τη παραγωγή µετάλλου, γυαλιού, χαρτιού, ρουχισµού, τούβλων και πολλών άλλων προιόντων. Στο παρακάτω διάγραµµα απεικονίζονται οι διάφοροι τοµείς χρήσης του µαζί µε τα αντίστοιχα ποσοστά τους 35

42 Σχήµα 1.6. Ποσοστιαία κατανοµή χρησιµοποίησης του φυσικού αερίου. Φωτοβολταϊκή Ενέργεια Μέχρι πριν από µερικά χρόνια τα φωτοβολταϊκά συστήµατα χρησιµοποιούνταν ευρέως για τη παροχή ηλεκτρισµού σε αποµονωµένες περιοχές όπου δεν ήταν εφικτή η παροχή ηλεκτρικής ενέργειας από το διασυνδεδεµένο σύστηµα ή ως εφεδρική πηγή ηλεκτρικής ενέργειας για οικιακές αλλά και για βιοµηχανικές καταναλώσεις. Η πρόοδος που επιτεύχθηκε τα τελευταία χρόνια στο τοµέα της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας, σε συνδυασµό µε το ολοένα και αυξανόµενο περιβαλλοντικό ενδιαφέρον συνέβαλλαν στη δραµατική επιτάχυνση της εξάπλωσης των φωτοβολταϊκών πανέλων. Η εγκατεστηµένη παραγωγή αυξάνεται κατά 40% κάθε έτος µε πρώτη τη Γερµανία. Παρά το γεγονός ότι η ηλιακή ακτινοβολία είναι δωρεάν και άφθονη, κάθε λεπτό ο ήλιος λούζει τη γη µε ενέργεια ίση µε αυτή που καταναλώνει ο παγκόσµιος πληθυσµός σε όλο το έτος, η ηλιακή ενέργεια παραµένει συνήθως ακριβότερη σε σχέση µε τις µεγάλες µονάδες παραγωγής εξαιτίας του κόστους των πανέλων παρόλο που το κόστος κατασκευής τους έχει ήδη µειωθεί σηµαντικά. Τα ηλιακά συστήµατα παραγωγής ενέργειας µετατρέπουν την ηλιακή ακτινοβολία σε ηλεκτρισµό. Οι ηλιακές κυψέλες διαθέτουν ειδικά υλικά, ηµιαγωγούς, τα 36

43 οποία παράγουν ηλεκτρισµό κατά την έκθεσή τους στον ήλιο. Τα ηλιακά συστήµατα παραγωγής ενέργειας είναι αθόρυβα και εύκολα στη χρήση. εν απαιτούν άλλη µορφή καυσίµου πέρα από τον ήλιο. Επειδή δύναται να µην διαθέτουν κινητά µέρη είναι ανθεκτικά, αξιόπιστα και εύκολα στη συντήρηση. Οι ηλιακές κυψέλες είναι επίσης γνωστές ως φωτοβολταϊκές κυψέλες και είναι αυτές που παράγουν ηλεκτρισµό. Αυτές συνδέονται µε πλήθος άλλα στοιχεία ώστε να δηµιουργηθεί το ολοκληρωµένο σύστηµα παραγωγής. Πολλά από τα συστήµατα διαθέτουν µπαταρίες, φορτιστές µπαταριών, µια γεννήτρια εφεδρείας, και έναν ελεγκτή ώστε οι καταναλωτές να µπορούν να θέσουν σε λειτουργία τα φορτία. Το διάγραµµα ενός τέτοιου συστήµατος παρουσιάζεται στην παρακάτω εικόνα. Σχήµα 1.7. Στοιχεία ενός τυπικού αποµονωµένου φωτοβολταϊκού συστήµατος. Μερικά αποµονωµένα συστήµατα όπως αυτά για την άντληση νερού, δεν απαιτούν εφεδρική πηγή. Τα διασυνδεδεµένα συστήµατα δεν απαιτούν την ύπαρξη µπαταριών ή γεννήτριας εφεδρείας καθώς χρησιµοποιούν το δίκτυο ως εφεδρεία. Τα φωτοβολταϊκά συστήµατα της διασπαρµένης παραγωγής µπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο διαµέσου ενός κατάλληλου αντιστροφέα. Αποθήκευση ενέργειας δεν είναι απαραίτητη σε αυτή τη περίπτωση. Τις ηλιόλουστες ηµέρες η φωτοβολταϊκή γεννήτρια παράγει ισχύ που τροφοδοτεί µέρος των φορτίων, πχ οικειακές καταναλώσεις, ενώ η επιπλέον ενέργεια παρέχεται στο δίκτυο. Κατά τη διάρκεια της νύχτας και των ηµερών µε χαµηλή ή και καθόλου ηλιοφάνεια, τα φορτία τροφοδοτούνται αποκλειστικά από το δίκτυο. Τα ηλιακά 37

44 συστήµατα µπορούν να ενσωµατώσουν αντιστροφείς ή ελεγκτές ισχύος για τη µετατροπή του παραγόµενου συνεχούς ρεύµατος σε εναλλασσόµενο ώστε να χρησιµοποιηθεί στις καταναλώσεις ή στο δίκτυο. Τα ολοκληρωµένα συστήµατα συνήθως διαθέτουν αποζεύκτες, ασφάλειες και κύκλωµα γείωσης. Τα πλεονεκτήµατα των αποµονωµένων φωτοβολταϊκών συστηµάτων είναι τα εξής: i) Τα αποµονωµένα συστήµατα µπορούν να περιορίσουν την ανάγκη δηµιουργίας νέων γραµµών σε αποµονωµένες περιοχές. ii) Για αγροτικές και αποµακρυσµένες περιοχές η ηλιακή ενέργεια κοστίζει λιγότερο από οποιοδήποτε άλλο τρόπο παραγωγής ηλεκτρισµού. iii) Μπορούν να συνδεθούν στο υπάρχον δίκτυο για να διαθέσουν τη παραγωγή τους σε περιόδους υψηλής ζήτησης. iv) Τα πανέλα είναι ευέλικτα, δυνατό να τοποθετηθούν στο έδαφος, σε σκεπές, σε τοίχους, σε παράθυρα. v) Χρειάζονται στοιχειώδη συντήρηση. vi) Λειτουργούν αθόρυβα και αποτελεσµατικά χωρίς να µολύνουν. vii) Μπορούν να συνδυαστούν εύκολα µε άλλους τύπους παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. viii) Μπορούν να φορτίζουν µπαταρίες ώστε να διατίθεται συνεχώς ενέργεια. 38

45 2 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΥΝ ΕΣΗΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ ΙΑΝΟΜΗΣ 2.1. ΕIΣΑΓΩΓΗ Αντικείµενο του 2 ου κεφαλαίου Τις τελευταίες δύο δεκαετίες αρκετές εφαρµογές κατανεµηµένης παραγωγής συνδέθηκαν στο ελληνικό δίκτυο διανοµής, κυρίως στο δίκτυο µέσης τάσης (15 ή 20kV) όπως επίσης και στο δίκτυο χαµηλής τάσης (230/400V). Η πλειοψηφία αυτών των εγκαταστάσεων είναι αιολικά πάρκα ή ανεξάρτητες ανεµογεννήτριες και µικροί υδροηλεκτρικοί σταθµοί. Υπάρχουν επίσης µερικές εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας από βιοκαύσιµα, καθώς επίσης και αρκετές µικρές φωτοβολταικές εγκαταστάσεις στο δίκτυο χαµηλής τάσης. Η λειτουργία ενός ηλεκτρικού δικτύου ελέγχεται από συσκευές προστασίας και ρύθµισης της τάσης, που έχουν σκοπό την παροχή προς τους καταναλωτές ηλεκτρικής ενέργειας αποδεκτής ποιότητας 1, ελαχιστοποιώντας τον αριθµό των σφαλµάτων και προσφέροντας υψηλό επίπεδο ασφάλειας. Η σύνδεση στο δίκτυο µονάδων κατανεµηµένης παραγωγής πρέπει να συµβαδίζει µε αυτές τις γενικές αρχές, ώστε αφενός µεν να µην προκαλούνται ενοχλήσεις στους λοιπούς καταναλωτές και αφετέρου να υπάρχει συµβατότητα µεταξύ του δικτύου διανοµής και των εγκαταστάσεων των παραγωγών. Το παρών κεφάλαιο αναφέρεται στις προϋποθέσεις που πρέπει να ισχύουν για τη σύνδεση και παράλληλη λειτουργία των εγκαταστάσεων παραγωγής µε τα δίκτυα διανοµής, καθώς και στον απαιτούµενο εξοπλισµό ζεύξης και προστασίας, µε στόχο την αποτελεσµατική αντιµετώπιση της πλειονότητας των περιπτώσεων. 1 Η «ποιότητα ισχύος» που παρέχεται στους καταναλωτές χαρακτηρίζεται ως «αποδεκτή» όταν τηρούνται τα χαρακτηριστικά της τάσης που ορίζουν εθνικοί και διεθνείς κανονισµοί (όπως το πρότυπο ΕΝ 50160, στο οποίο στηρίζεται η Οδηγία 120 της ΕΗ, καθώς και σχετικά πρότυπα IEC της σειράς 61000). Σηµαντικότερα από τα χαρακτηριστικά αυτά είναι οι αργές και ταχείες µεταβολές της τάσης, το flicker και η αρµονική παραµόρφωση της τάσης, τα οποία αποτελούν και κριτήρια εξέτασης της δυνατότητας σύνδεσης στο δίκτυο. 39

46 Οι τεχνικές προδιαγραφές που περιγράφονται αφορούν στη σύνδεση παραγωγών στο δίκτυο µέσης τάσης (ΜΤ) ή χαµηλής τάσης (ΧΤ). Και στις δύο περιπτώσεις ο στόχος είναι κοινός η διασφάλιση της οµαλής συνεργασίας των εγκαταστάσεων µε το δίκτυο, η ασφάλεια προσώπων και εγκαταστάσεων και η εξασφάλιση αποδεκτής ποιότητας ισχύος. Βασικά κριτήρια και προϋποθέσεις που εξετάζονται προκειµένου να επιτραπεί η σύνδεση νέων εγκαταστάσεων παραγωγής είναι τα ακόλουθα: (ΤΑΣ) Επάρκεια του δικτύου (γραµµών, µετασχηµατιστών κλπ.) Συµβολή στη στάθµη βραχυκύκλωσης Αργές µεταβολές της τάσης (µόνιµης κατάστασης) Ταχείες µεταβολές της τάσης Εκποµπές flicker Εκποµπές αρµονικών ιαµόρφωση των προστασιών της διασύνδεσης εγκαταστάσεων-δικτύου Επίπτωση στη λειτουργία συστηµάτων Τηλεχειρισµού Ακουστικής Συχνότητας Το περιεχόµενο του παρόντος κεφαλαίου περιγράφει αρκετά πιστά την πρακτική εξέτασης που ακολουθείται κατά τη σύνδεση εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο, πρακτική η οποία σε πολλά ζητήµατα βρίσκεται ακόµη υπό διαµόρφωση και εξελίσσεται διαρκώς, µε την εµφάνιση νέων τεχνολογιών, αλλά και τη σηµαντική αύξηση της διείσδυσης ανανεώσιµων πηγών στα δίκτυα. Τα κριτήρια και οι µέθοδοι εξέτασης που περιγράφονται στηρίζονται κατά κύριο λόγο στη σειρά προτύπων της IEC και εξασφαλίζουν την ικανοποίηση των απαιτήσεων του ευρωπαϊκού προτύπου ΕΝ (πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ και Οδηγία διανοµής 120 της ΕΗ Α.Ε.). Τα σχετικά πρότυπα της IEC, στα οποία γίνεται αναφορά στο κείµενο και περιλαµβάνονται στο κεφάλαιο της βιβλιογραφίας, παρέχουν εκτενείς πληροφορίες και µεθοδολογίες συστηµατικής ανάλυσης προβληµάτων ποιότητας ισχύος (κυρίως flicker και αρµονικών) και συνιστάται η εφαρµογή τους κατά την εξέταση σύνθετων και ειδικών περιπτώσεων εγκαταστάσεων. Επίσης, πολλές από τις αρχές και µεθοδολογίες που 40

47 παρουσιάζονται έχουν µεταφερθεί από τις Γερµανικές οδηγίες σύνδεσης εγκαταστάσεων παραγωγής σε δίκτυα διανοµής ΜΤ και ΧΤ. Σε ειδικές περιπτώσεις, π.χ. για τη σύνδεση µεγάλων µονάδων παραγωγής που µπορούν να προκαλέσουν προβλήµατα ευστάθειας σε αυτόνοµα συστήµατα νησιών, ή όταν επικρατούν ειδικές συνθήκες (π.χ. αυξηµένος κίνδυνος αυτοδιεγειρόµενης λειτουργίας, πιθανότητα αρµονικών συντονισµών στο δίκτυο λόγω πυκνωτών ή της χωρητικότητας καλωδίων), είναι σκόπιµο και αναγκαίο να πραγµατοποιείται ειδική εξέταση κατά περίπτωση. Πρέπει να τονιστεί ότι οι διαταραχές οι οποίες προκαλούνται από τη σύνδεση µονάδων παραγωγής είναι σε σηµαντικό βαθµό παρόµοιες µε αυτές που προκαλούν εγκαταστάσεις καταναλωτών αντίστοιχου µεγέθους (βυθίσεις τάσεις λόγω χειρισµών ζεύξης, flicker, αρµονικές κλπ.). Συνεπώς, οι αρχές, τα κριτήρια και τα όρια που δίνονται (κυρίως όσον αφορά τη διατήρηση της ποιότητας της τάσης του δικτύου) µπορούν και πρέπει να εφαρµόζονται και κατά την εξέταση της δυνατότητας σύνδεσης µεγάλων καταναλωτών. Αυτό αφορά ιδιαίτερα την περίπτωση των αυτοπαραγωγών, οι εγκαταστάσεις των οποίων περιλαµβάνουν µονάδες παραγωγής και φορτία. Για τον έλεγχο της συµβατότητας των εγκαταστάσεων παραγωγής µε το δίκτυο, ο παραγωγός υποβάλει τις αναγκαίες πληροφορίες για το µέγεθος και τον τύπο των γεννητριών που πρόκειται να συνδεθούν και προσκοµίζει πιστοποιητικά µετρήσεων, τα οποία παρέχουν τα αναγκαία στοιχεία για την τεχνική αξιολόγηση της δυνατότητας σύνδεσης σε συγκεκριµένο σηµείο του δικτύου. Τα χαρακτηριστικά του δικτύου παρέχονται από τη ΕΗ Α.Ε., η οποία επιτελεί τον ρόλο του διαχειριστή του δικτύου. 41

48 Ορισµοί Βασικές έννοιες Αυτοδιεγειρόµενες ασύγχρονες γεννήτριες Η αυτοδιεγειρόµενη λειτουργία ασύγχρονων γεννητριών συµβαίνει σε περιπτώσεις αποµονωµένης λειτουργίας όπου οι εγκαταστάσεις παραγωγής περιλαµβάνουν ασύγχρονες γεννήτριες. Στην περίπτωση αυτή, η απαιτούµενη άεργος ισχύς για τη διέγερση των ασύγχρονων γεννητριών παρέχεται είτε από συσκευές (πυκνωτές) που συνδέονται στους ακροδέκτες της γεννήτριας, είτε από άλλα στοιχεία του αποµονωµένου τµήµατος του δικτύου (π.χ. χωρητικότητες καλωδίων). Ασύγχρονες γεννήτριες µε διόρθωση συντελεστή ισχύος. Στην περίπτωση αυτή η απαιτούµενη άεργος ισχύς (συνήθως µέρος αυτής) παρέχεται από συσκευή (πυκνωτές) που συνδέεται στους ακροδέκτες της γεννήτριας, προκειµένου να αυξηθεί ο επαγωγικός συντελεστής ισχύος της γεννήτριας και άρα να µειωθεί η απορρόφηση αέργου ισχύος από το δίκτυο. Σηµείο Σύνδεσης στο δίκτυο (ΣΣ ) Είναι το σηµείο του δικτύου ΜΤ ή ΧΤ όπου συνδέονται οι εγκαταστάσεις του παραγωγού και βρίσκεται πάντοτε στην έξοδο των εγκαταστάσεων αυτών. Στο ΣΣ εγκαθίσταται η διάταξη µέτρησης της ενέργειας την οποία απορροφούν οι εγκαταστάσεις του παραγωγού από το δίκτυο της ΕΗ. Η ενέργεια που αποδίδει ο παραγωγός στο δίκτυο και αυτή που απορροφά από το δίκτυο ως καταναλωτής, µεταφέρεται πάντοτε µέσω της ίδιας παροχής. (Βλ. και Σχήµα 2.1.1). Σηµείο Κοινής Σύνδεσης (ΣΚΣ) Είναι το πλησιέστερο προς τις εγκαταστάσεις του παραγωγού σηµείο του δικτύου, στο οποίο συνδέεται (ή µπορεί να συνδεθεί µελλοντικά) άλλος καταναλωτής ή 42

49 παραγωγός. Το ΣΚΣ αποτελεί το σηµείο αναφοράς για τον προσδιορισµό των προκαλούµενων επιπτώσεων στο δίκτυο από την εγκατάσταση παραγωγής. Γενικά, το ΣΣ και το ΣΚΣ µπορεί να είναι διαφορετικά. Π.χ. στην περίπτωση παραγωγών οι οποίοι συνδέονται µέσω αποκλειστικής γραµµής, το ΣΣ βρίσκεται στο πλησιέστερο προς τον παραγωγό άκρο της γραµµής, ενώ το ΣΚΣ µπορεί να ληφθεί στο άλλο άκρο της γραµµής. (Βλ. και Σχήµα 2.1.1). Σχήµα ΣΣ και ΣΚΣ για µια τυπική περίπτωση σύνδεσης παραγωγού στο δίκτυο ΜΤ. Σηµείο µεταβίβασης ευθύνης Το σηµείο του δικτύου, που αποτελεί το όριο διαχωρισµού αρµοδιοτήτων και ευθύνης µεταξύ ΕΗ και παραγωγού, και είναι συνήθως είναι οι ακροδέκτες των Μ/Σ εντάσεως της µέτρησης προς την πλευρά του παραγωγού. 43

50 Αυτόµατος ιακόπτης ιασύνδεσης (Α ) Είναι το στοιχείο εκείνο που επιτρέπει τη ζεύξη ή αποµόνωση των εγκαταστάσεων παραγωγής από το δίκτυο. Ο Α ελέγχεται µέσω κατάλληλου εξοπλισµού (ηλεκτρονόµων προστασίας). Εγκατάσταση Παραγωγής Ένα τµήµα εγκατάστασης στο οποίο υπάρχουν µία ή περισσότερες µονάδες γεννητριών για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, συµπεριλαµβανοµένων και όλων των απαιτουµένων για τη λειτουργία τους ηλεκτρικών διατάξεων και συσκευών. Μια εγκατάσταση είναι δυνατό να αποτελείται αποκλειστικά από µια εγκατάσταση παραγωγής ή να περιλαµβάνει και φορτία. Σύµβολα αναφερόµενα σε εγκαταστάσεις παραγωγής περιέχουν τον δείκτη Α. Όταν δεν υπάρχει κίνδυνος σύγχυσης, ο δείκτης µπορεί να παραλείπεται. Μοναδιαία εγκατάσταση Το τµήµα εγκατάστασης παραγωγής που περιλαµβάνει µία (1) µονάδα γεννήτριας, συµπεριλαµβανοµένων και όλων των απαιτούµενων για τη λειτουργία της ηλεκτρικών διατάξεων και συσκευών. Όριο της µοναδιαίας εγκατάστασης είναι το σηµείο στο οποίο είναι συνδεδεµένη µε άλλη µοναδιαία εγκατάσταση ή µε την υπόλοιπη εγκατάσταση ή µε το δηµόσιο δίκτυο. Η εγκατάσταση παραγωγής είναι δυνατό να αποτελείται αποκλειστικά από µία µοναδιαία εγκατάσταση. Μαθηµατικά σύµβολα αναφερόµενα σε µία µοναδιαία εγκατάσταση περιέχουν τον δείκτη Ε. 44

51 Σχήµα Ενδεικτική εγκατάσταση παραγωγής µε ανεµογεννήτριες. Μονάδα Γεννήτριας Το τµήµα µιας µοναδιαίας εγκατάστασης το οποίο παράγει ενέργεια, συµπεριλαµβανοµένου και του µετατροπέα ισχύος εάν υπάρχει, αλλά χωρίς ενδεχόµενους πυκνωτές αντιστάθµισης αέργου ισχύος, µετασχηµατιστή προσαρµογής 45

52 στην τάση του δικτύου, εξοπλισµό ζεύξης κλπ. Σύµβολα αναφερόµενα σε µονάδα γεννήτριας περιέχουν τον δείκτη G. Συντελεστής ισχύος λ Ορίζεται ως ο λόγος της ενεργού ισχύος P προς τη φαινοµένη ισχύ S : P λ = (1.1) S και περιλαµβάνει τη συνεισφορά της θεµελιώδους συνιστώσας και όλων των αρµονικών ανώτερης τάξης των εναλλασσόµενων µεγεθών. Εάν οι αρµονικές της τάσης και του ρεύµατος είναι αµελητέες, τότε ο συντελεστής ισχύος λ ταυτίζεται µε τον συντελεστή φασικής µετατόπισης cosφ, όπου φ είναι η φασική γωνία του ρεύµατος ως προς την τάση. Φασική γωνία του ρεύµατος εγκατάστασης, φ Α Η φασική γωνία φ Α του ρεύµατος εξόδου της εγκατάστασης παραγωγής είναι η γωνία του µιγαδικού διανύσµατος του ρεύµατος ως προς αυτό της τάσης στην έξοδο της εγκατάστασης. Συµβατικά το ρεύµα θεωρείται εξερχόµενο από την εγκατάσταση (σύµβαση γεννήτριας) και αντίστοιχα η ενεργός και άεργος ισχύς είναι θετικές όταν παράγονται από την εγκατάσταση, όπως δείχνεται στο Σχήµα Αν P A και Q A είναι η ενεργός και άεργος ισχύς εξόδου της εγκατάστασης παραγωγής, η τιµή της γωνίας φ Α υπολογίζεται από τη σχέση Q = A φ Α arctan (1.2) PA Για την αποφυγή οποιασδήποτε σύγχυσης κατά τον υπολογισµό της γωνίας φ Α µέσω της παραπάνω σχέσης, στο Σχήµα διευκρινίζεται το διάστηµα τιµών της φ Α, 46

53 ανάλογα µε το αν η ενεργός και η άεργος ισχύς παράγονται ή καταναλώνονται από την εγκατάσταση. Προφανώς, ο παραπάνω ορισµός ισχύει και για τη φασική γωνία του ρεύµατος µονάδας γεννήτριας ή µοναδιαίας εγκατάστασης. Σχήµα Συµβάσεις για τον καθορισµό της φασικής γωνίας φ Α του ρεύµατος εξόδου των εγκαταστάσεων παραγωγής. Η γωνία φ Α χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό των προκαλούµενων αργών µεταβολών της τάσης του δικτύου από τη λειτουργία των εγκαταστάσεων. Στην περίπτωση αυτή, ως cχρησιµοποιούνται οι µέγιστες τιµές συνεχούς λειτουργίας, όπως ορίζονται στη συνέχεια. Ονοµαστικά µεγέθη Μονάδας Γεννήτριας Ονοµαστική ενεργός ισχύς (ή απλώς, ονοµαστική ισχύς), P ng, µιας µονάδας γεννήτριας είναι η ενεργός ισχύς που προσδιορίζεται από τον κατασκευαστή της γεννήτριας για ονοµαστικές συνθήκες λειτουργίας (τάση, συχνότητα, ροπή στον άξονα κλπ.). Η άεργος ισχύς στην έξοδο της γεννήτριας όταν αυτή λειτουργεί υπό ονοµαστικές συνθήκες, παράγοντας την ονοµαστική ενεργό ισχύ της, λέγεται ονοµαστική άεργος ισχύς 1, Q ng. Οµοίως ορίζεται η ονοµαστική φαινοµένη ισχύς της µονάδας γεννήτριας, 1 Όταν η τάση και η ένταση παρουσιάζουν αρµονική παραµόρφωση, τότε η άεργος ισχύς περιλαµβάνει και την ισχύ παραµόρφωσης εξαιτίας των ανώτερων αρµονικών. 47

54 S ng, η ονοµαστική ένταση, I ng, και ο ονοµαστικός συντελεστής ισχύος εξόδου, λ ng. Ισχύει: ng = P ng λ ng S (1.3) ng S = P + Q (1.4) 2 ng 2 ng I ng S ng = (1.5) 3 U ng όπου U ng είναι η ονοµαστική τάση της γεννήτριας. Η σχέση (1.5) αφορά 3-φασικό εξοπλισµό. Ονοµαστικά µεγέθη Μοναδιαίας Εγκατάστασης Ονοµαστική ενεργός ισχύς (ή απλώς, ονοµαστική ισχύς), P ne, µιας µοναδιαίας εγκατάστασης είναι η ενεργός ισχύς εξόδου που δίνεται από τον κατασκευαστή για ονοµαστικές συνθήκες λειτουργίας (π.χ. ονοµαστική ταχύτητα ανέµου για αιολικές εγκαταστάσεις, ονοµαστικό ύψος υδατοπτώσεως για υδραυλικές εγκαταστάσεις κλπ.). Ονοµαστική άεργος ισχύς, Q ne, φαινοµένη ισχύς, S ne, και συντελεστής ισχύος, λ ne, ορίζονται οι τιµές των µεγεθών αυτών υπό ονοµαστικές συνθήκες λειτουργίας και ονοµαστική ενεργό ισχύ εξόδου. Ισχύουν σχέσεις ανάλογες των (1.3) έως (1.5). Η ονοµαστική ενεργός ισχύς µοναδιαίας εγκατάστασης γενικά συµπίπτει µε την ονοµαστική ισχύ της αντίστοιχης µονάδας γεννήτριας (P ne =P ng ). Αντίθετα, οι ονοµαστικές τιµές της αέργου και φαινοµένης ισχύος, του συντελεστή ισχύος και του ρεύµατος µιας µοναδιαίας εγκατάστασης µπορεί να µην είναι ίσες προς τις αντίστοιχες της µοναδιαίας γεννήτριας. Π.χ. η ονοµαστική άεργος ισχύς µιας µοναδιαίας εγκατάστασης Α/Γ µε γεννήτρια επαγωγής απ ευθείας συνδεόµενη στο δίκτυο διαφέρει από αυτή της γεννήτριας, λόγω των πυκνωτών αντιστάθµισης που συνήθως υπάρχουν. Συνεπώς και οι S ne, λ ne και I ne είναι διαφορετικές από τις S ng, λ ng και I ng. 48

55 Κατά την εξέταση των επιπτώσεων από τη σύνδεση εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο δεν ενδιαφέρουν τόσο τα ονοµαστικά µεγέθη των γεννητριών, όσο κυρίως των µοναδιαίων εγκαταστάσεων (και βέβαια της εγκατάστασης παραγωγής συνολικά). Ονοµαστικά µεγέθη εγκατάστασης παραγωγής Η ονοµαστική ενεργός ισχύς µιας εγκατάστασης παραγωγής ισούται µε το άθροισµα των ονοµαστικών ενεργών ισχύων όλων των επιµέρους µοναδιαίων εγκαταστάσεων: N P na = P ne, i (1.6α) i= 1 Σε πολλές περιπτώσεις οι εγκαταστάσεις παραγωγής διαθέτουν διατάξεις κεντρικής αντιστάθµισης (ή φίλτρα), οι οποίες ρυθµίζουν τον συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης. Στην περίπτωση αυτή ορίζεται ο ονοµαστικός συντελεστής ισχύος, λ na, από τον οποίον προκύπτει η ονοµαστική φαινοµένη και άεργος ισχύς και η ονοµαστική ένταση βάσει των σχέσεων (1.3)-(1.5). Εάν δεν υπάρχουν τέτοιες διατάξεις, τότε η ονοµαστική άεργος ισχύς της εγκατάστασης παραγωγής δίνεται από το άθροισµα των τιµών των επιµέρους µοναδιαίων εγκαταστάσεων: N Q na = Q ne, i (1.6β) i= 1 Η ονοµαστική φαινοµένη ισχύς 1, ένταση και συντελεστής ισχύος προκύπτουν από τις σχέσεις (1.3)-(1.5). 1 εν ισχύει N S na = S ne i= 1,, παρά µόνο εάν οι ονοµαστικοί συντελεστές ισχύος των επιµέρους i µοναδιαίων εγκαταστάσεων είναι ίσοι µεταξύ τους και δεν υπάρχουν κεντρικές διατάξεις αντιστάθµισης, φίλτρα κλπ. 49

56 Μέγιστη ισχύς µοναδιαίας εγκατάστασης Είναι η µεγίστη τιµή της ενεργού ισχύος εξόδου µιας µοναδιαίας εγκατάστασης (η οποία µπορεί να υπερβαίνει την ονοµαστική της ισχύ), υπολογιζόµενη ως µέση τιµή καθορισµένης χρονικής διάρκειας. Για αιολικές εγκαταστάσεις πρέπει να δίνονται στο σχετικό πιστοποιητικό δοκιµών οι εξής τιµές: P mce : Μέγιστη πραγµατική ισχύς συνεχούς λειτουργίας, η οποία υπολογίζεται ως µέση τιµή 10 min, και αποτελεί τη µέγιστη τιµή της ισχύος εξόδου µόνιµης κατάστασης της µοναδιαίας εγκατάστασης, υπό οποιεσδήποτε συνθήκες ανέµου, δικτύου κλπ. Η τιµή αυτή χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό των προκαλούµενων αργών µεταβολών της τάσης του δικτύου. P 60Ε : Μέγιστη µετρηθείσα ενεργός ισχύς εξόδου, µέσης τιµής 1 min (60 sec). Η τιµή αυτή µπορεί να χρησιµοποιείται για τον έλεγχο των θερµικών ορίων φόρτισης των στοιχείων του δικτύου. P 0.2Ε : Μέγιστη µετρηθείσα στιγµιαία ενεργός ισχύς εξόδου, µέσης τιµής 0.2 sec. Η τιµή αυτή πρέπει να λαµβάνεται υπόψη στις ρυθµίσεις των προστασιών υπερεντάσεως. Στο πιστοποιητικό δοκιµών προσδιορίζονται επίσης και οι αντίστοιχες τιµές της αέργου ισχύος της µοναδιαίας εγκατάστασης, Q mcε, Q 60Ε και Q 0.2Ε. Για άλλου είδους εγκαταστάσεις των οποίων η µέγιστη ισχύς κανονικής λειτουργίας µπορεί να υπερβαίνει την ονοµαστική, είναι επίσης απαραίτητο να προσδιορίζονται στο πιστοποιητικό δοκιµών αντίστοιχες µέγιστες τιµές ισχύος. Μέγιστη ισχύς εγκατάστασης παραγωγής Η µεγίστη τιµή της ενεργού ισχύος εξόδου µιας εγκατάστασης παραγωγής, υπολογιζόµενη ως µέση τιµή καθορισµένης χρονικής διάρκειας. Στην περίπτωση αιολικών εγκαταστάσεων, η µέγιστη ενεργός ισχύς 1 min και 10 min ενός αιολικού πάρκου ισούται µε το άθροισµα των µέγιστων ισχύων των επιµέρους µοναδιαίων εγκαταστάσεων (Α/Γ): 50

57 N P mca = P mce, i (1.8) i= 1 N P60 A = P60 E, i (1.9) i= 1 Η στιγµιαία (0.2 sec) µέγιστη ενεργός ισχύς του αιολικού πάρκου δίνεται από τη σχέση: N i= 1 N ( P0.2 E, i PnE, i) P0.2 A = PnE, i + (1.10) όπου θεωρείται ότι οι ταχείες διακυµάνσεις της παραγόµενες ισχύος των Α/Γ είναι ασυσχέτιστες µεταξύ τους. Οι αντίστοιχες τιµές της αέργου ισχύος της εγκατάστασης παραγωγής, Q mca, Q 60A και Q 0.2A, προκύπτουν από τις τιµές των επιµέρους Α/Γ µε εφαρµογή των σχέσεων: i= 1 2 N Q mca = Q mce, i (1.11) i= 1 N Q60 A = Q60E, i (1.12) Για άλλου τύπου εγκαταστάσεις µπορούν να εφαρµόζονται ανάλογες σχέσεις, λαµβάνοντας υπόψη ότι διακυµάνσεις ισχύος επιµέρους µοναδιαίων εγκαταστάσεων οι οποίες είναι συσχετισµένες (δηλαδή συµβαίνουν ταυτόχρονα και χωρίς σηµαντική διαφορά φάσης) αθροίζονται αλγεβρικά, όπως στις σχέσεις (1.8) και (1.9). Αντίθετα, αν µπορούν να θεωρηθούν ασυσχέτιστες τυχαίες µεταβλητές, τότε αθροίζονται όπως στη σχέση (1.10). Εάν οι εγκαταστάσεις παραγωγής διαθέτουν κεντρική αντιστάθµιση (ή άλλη συσκευή παραγωγής/κατανάλωσης αέργου ισχύος, όπως φίλτρα αρµονικών), τότε αυτή πρέπει να λαµβάνεται υπόψη στον καθορισµό της συνολικής αέργου ισχύος της εγκατάστασης. Αυτό µπορεί να γίνει προσθέτοντας (αλγεβρικά) την άεργο ισχύ της κεντρικής διάταξης, υπό ονοµαστικές συνθήκες λειτουργίας, στην άεργο ισχύ που υπολογίζεται από τις σχέσεις (1.11) έως (1.13). i= 1 51

58 Με γνωστές τις P mca, P 60A, P 0.2A και Q mca, Q 60A, Q 0.2A, οι αντίστοιχες τιµές της φαινοµένης ισχύος, του συντελεστή ισχύος και του ρεύµατος εξόδου της εγκατάστασης προκύπτουν µε εφαρµογή των σχέσεων (1.3)-(1.5). Συµφωνηµένη ενεργός και φαινοµένη ισχύς παροχής, P va και S va Συµφωνηµένη ενεργός ισχύς παροχής είναι η µεγίστη ενεργός ισχύς µιας εγκατάστασης παραγωγής, η οποία έχει συµφωνηθεί µεταξύ του παραγωγού και της ΕΗ να παρέχεται στο δίκτυο στο σηµείο µεταβίβασης ευθύνης. Ανάλογα µε το είδος της εγκατάστασης, η τιµή αυτή είναι γενικά ίση µε την ονοµαστική ή τη µέγιστη ενεργό ισχύ της εγκατάστασης παραγωγής, αλλά σε ιδιαίτερες περιπτώσεις µπορεί, για τεχνικούς λόγους, να είναι µικρότερη της ονοµαστικής ισχύος της εγκατάστασης. Για αιολικές εγκαταστάσεις, η συµφωνηµένη ενεργός ισχύς παροχής καθορίζεται συνήθως από την ονοµαστική ισχύ, P na, ή τη µέγιστη ισχύ 10 min της εγκατάστασης, P mca. Η συµφωνηµένη φαινοµένη ισχύς παροχής µιας εγκατάστασης παραγωγής καθορίζεται κατ αντιστοιχία µε τα προαναφερθέντα για την ενεργό ισχύ. Ονοµαστική τάση του δικτύου, U n Η τάση µε την οποία χαρακτηρίζεται το δίκτυο (βλ. ΕΝ 50160/Οδηγία ιανοµής 120). Π.χ. 230/400 V για δίκτυο ΧΤ, 15 kv ή 20 kv για δίκτυο ΜΤ. Τάση τροφοδότησης, U c Η τάση του δικτύου στο οποίο συνδέονται οι εγκαταστάσεις παραγωγής, η οποία υπό κανονικές συνθήκες είναι ίση µε την ονοµαστική τάση U n και µπορεί να κυµαίνεται περί αυτήν εντός των προδιαγραφοµένων ορίων (βλ. πρότυπο ΕΝ 50160). 52

59 Ισχύς βραχυκυκλώσεως του δικτύου, S k Η ισχύς βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣΚΣ (ή στο ΣΣ ), η οποία λαµβάνεται υπόψη για τον υπολογισµό των επιπτώσεων από τη σύνδεση των εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο. Γενικά είναι µικρότερη από την ισχύ βραχυκυκλώσεως που λαµβάνεται υπόψη για τον υπολογισµό της αντοχής των εγκαταστάσεων έναντι βραχυκυκλωµάτων. Γωνία της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως του δικτύου, ψ k Είναι η φασική γωνία της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣΚΣ ~ Z k = Rk + jx k (1.14) και υπολογίζεται µέσω της σχέσης ~ X k ψ = = k Z k arctan (1.15) Rk Λόγος βραχυκυκλώσεως, R k Είναι ο λόγος της ισχύος βραχυκυκλώσεως του δικτύου, S k, στο ΣΚΣ των εγκαταστάσεων παραγωγής, προς τη συµφωνηµένη φαινοµένη ισχύ παροχής, S va, της εγκατάστασης παραγωγής: R S k k = S (1.16) νa Χρησιµεύει ως βάση πρόχειρου υπολογισµού της δυνατότητας σύνδεσης των εγκαταστάσεων. Συχνά, αντί της συµφωνηµένης χρησιµοποιείται η ονοµαστική ισχύς ή η µέγιστη ισχύς συνεχούς λειτουργίας. 53

60 Αργές µεταβολές της τάσης Πρόκειται για µεταβολές της τάσης «µόνιµης κατάστασης», οι οποίες εκφράζονται από µέσες τιµές 10 min της τάσης (όπως προβλέπεται στο EN 50160) και µπορεί να οφείλονται σε αντίστοιχες διακυµάνσεις της ισχύος εξόδου των εγκαταστάσεων παραγωγής ή σε µεταβολές του φορτίου του δικτύου. Συχνά χρησιµοποιείται η εκατοστιαία µεταβολή της τάσης, ε(%), η οποία εκφράζει τη µεταβολή της τάσης ανηγµένη επί της ονοµαστικής τάσης του δικτύου: U ε (%) = 100 (1.17) Εάν U είναι η προκαλούµενη πτώση ή ανύψωση της τάσης επί της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως του δικτύου εξαιτίας του ρεύµατος των εγκαταστάσεων, τότε πρέπει να χρησιµοποιείται η ονοµαστική φασική τάση και άρα ε (%) = 100 U n U U n (1.18) 3 Ταχείες µεταβολές της τάσης Σχήµα Τυπική µορφή ταχείας µεταβολής της τάσης. Σύµφωνα µε το πνεύµα του προτύπου EN 50160, ταχείες µεταβολές της τάσης είναι οποιεσδήποτε γρήγορες µεταβολές της ενδεικνύµενης (rms) τιµής της, οι οποίες 54

61 συµβαίνουν σε χρονικές κλίµακες από 1 κύκλο έως αρκετά δευτερόλεπτα (και πάντως οπωσδήποτε εντός διαστήµατος µικρότερου των 10 min). Ταχείες µεταβολές συµβαίνουν λόγω χειρισµών στις εγκαταστάσεις παραγωγής (ζεύξη-απόζευξη, αλλαγή γεννητριών κλπ.) ή και εξαιτίας της µεταβλητότητας της ισχύος εξόδου των εγκαταστάσεων. Στο Σχήµα παρουσιάζεται µια ενδεικτική ταχεία µεταβολή της τάσης (π.χ. εξαιτίας χειρισµού ζεύξης γεννήτριας), η οποία χαρακτηρίζεται από τη µέγιστη µεταβολή, U max, και τη µεταβολή µόνιµης κατάστασης, U c. Με βάση αυτές ορίζονται οι αντίστοιχες σχετικές µεταβολές, ανηγµένες στην ονοµαστική τάση του δικτύου, U n : d d U max (%) = (1.19) max 100 U = 100 U n c c (%) U (1.20) n Συντελεστής µεταβολής της τάσης, k U (ψk) Αναφέρεται και ως συντελεστής ρεύµατος ζεύξης εξαρτώµενος από τη γωνία του δικτύου, k iψ. Αδιάστατο µέγεθος, χαρακτηριστικό της εγκατάστασης, το οποίο σε συνδυασµό µε την ονοµαστική της ισχύ και την ισχύ και γωνία βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣΚΣ, επιτρέπει την εκτίµηση του µέγιστου πλάτους των προκαλούµενων µεταβολών της τάσης στο ΣΚΣ εξαιτίας χειρισµών (συνήθως ζεύξεων) στις εγκαταστάσεις. Για αιολικές εγκαταστάσεις, ο συντελεστής k U περιλαµβάνεται στο σχετικό πιστοποιητικό δοκιµών και πρέπει να δίνεται ως συνάρτηση της γωνίας βραχυκυκλώσεως του δικτύου, k U (ψk). Συντελεστής µέγιστου ρεύµατος ζεύξης, k imax Ο λόγος της µέγιστης έντασης κατά τη διάρκεια ενός χειρισµού ζεύξης (π.χ. ρεύµα εκκίνησης) προς την ονοµαστική ένταση της µοναδιαίας εγκατάστασης, Ι nε. Iεκκ E ki max = I (1.21) ne 55

62 Επιτρέπει, σε συνδυασµό µε την ονοµαστική ισχύ της εγκατάστασης και την ισχύ βραχυκυκλώσεως του δικτύου, την προσεγγιστική εκτίµηση της µέγιστης αναµενόµενης µεταβολής της τάσης του ΣΚΣ εξαιτίας χειρισµών ζεύξης. Χρησιµοποιείται όταν δεν είναι διαθέσιµη η τιµή του συντελεστή µεταβολής της τάσης, k U (ψk). Flicker Με τον όρο flicker ορίζεται η προκαλούµενη οπτική ενόχληση από τις διακυµάνσεις της φωτεινότητας λαµπτήρων πυρακτώσεως, εξαιτίας αντίστοιχων διακυµάνσεων της τάσης τροφοδοσίας τους. Η λειτουργία των εγκαταστάσεων παραγωγής προκαλεί µεταβολές της τάσης στο ΣΚΣ, καθώς και σε άλλα σηµεία του δικτύου, οι οποίες µπορεί να δηµιουργήσουν παρενόχληση λόγω flicker σε άλλους καταναλωτές. Μέτρο του προκαλούµενου από τις διακυµάνσεις της τάσης flicker είναι οι δείκτες flicker βραχείας διάρκειας, P st, και µακράς διάρκειας P lt. είκτης flicker βραχείας διάρκειας, P st Αποτελεί µέτρο της προκαλούµενης οπτικής διαταραχής λόγω flicker, για χρονικό διάστηµα παρατήρησης 10 λεπτών (ο δείκτης st αντιστοιχεί στο short term, βραχεία διάρκεια). Η τιµή του δείκτη P st είναι ευθέως ανάλογη του µεγέθους (πλάτους) των µεταβολών τάσης και εξαρτάται επίσης από τη µορφή των µεταβολών και τη συχνότητα επανάληψής τους. Κατώφλι ενόχλησης λαµβάνεται η τιµή P st =1. είκτης flicker µακράς διάρκειας, P lt Αποτελεί µέτρο της προκαλούµενης οπτικής διαταραχής λόγω flicker, για χρονικό διάστηµα παρατήρησης 120 λεπτών (ο δείκτης lt αντιστοιχεί στο long term, µακρά διάρκεια). Η τιµή του δείκτη P lt διαµορφώνεται από τις 12 διαδοχικές τιµές P st (των 12 δεκαλέπτων του διαστήµατος παρατήρησης) σύµφωνα µε τη σχέση: 56

63 lt = ( P st, i) 12 i= 1 P (1.22) Στην περίπτωση όπου οι επιµέρους τιµές P st,i είναι ίσες µεταξύ τους (δηλαδή τα χαρακτηριστικά λειτουργίας της εγκατάστασης δεν διαφοροποιούνται εντός του διαστήµατος παρατήρησης των 120 min), τότε P lt =P st. Αυτό ισχύει για τις εκποµπές flicker που προκαλούνται κατά την κανονική λειτουργία ανεµογεννητριών. Συντελεστής flicker κανονικής λειτουργίας, c(ψ k,v a ) Αδιάστατο µέγεθος, χαρακτηριστικό της εγκατάστασης, το οποίο σε συνδυασµό µε την ονοµαστική της ισχύ και την ισχύ και γωνία βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣΚΣ, επιτρέπει την εκτίµηση των αναµενόµενων εκποµπών flicker κατά την κανονική λειτουργία της εγκατάστασης. Ο συντελεστής c περιλαµβάνεται στο πιστοποιητικό δοκιµών της εγκατάστασης και είναι επιθυµητό να δίνεται ως συνάρτηση της γωνίας βραχυκυκλώσεως του δικτύου, c(ψk). Στην περίπτωση αιολικών εγκαταστάσεων πρέπει επιπλέον να δίνεται και ως συνάρτηση της µέσης ετήσιας ταχύτητας ανέµου, v a, στη θέση εγκατάστασης, c(ψk,va). Συντελεστής flicker χειρισµών, k f (ψk) Αδιάστατο µέγεθος, χαρακτηριστικό της εγκατάστασης, το οποίο σε συνδυασµό µε την ονοµαστική της ισχύ, την ισχύ και γωνία βραχυκυκλώσεως στο ΣΚΣ και τη µέγιστη αναµενόµενη συχνότητα χειρισµών, επιτρέπει την εκτίµηση των εκποµπών flicker εξαιτίας χειρισµών στις εγκαταστάσεις. Ο συντελεστής k f περιλαµβάνεται στο πιστοποιητικό δοκιµών της εγκατάστασης, γενικά ως συνάρτηση της γωνίας βραχυκυκλώσεως του δικτύου, k f (ψk). 57

64 Μέγιστη συχνότητα χειρισµών, Ν 10 και Ν 120 Είναι ο µέγιστος αριθµός χειρισµών που µπορούν να συµβούν σε µια µοναδιαία εγκατάσταση, εντός διαστήµατος 10 min και 120 min, αντίστοιχα..ίνονται στο πιστοποιητικό δοκιµών της εγκατάστασης και χρησιµοποιούνται για τον υπολογισµό των αναµενόµενων εκποµπών flicker, P st και P lt, εξαιτίας χειρισµών. (Καθιερώθηκαν από το πρότυπο IEC για τις Α/Γ, αλλά µπορούν να χρησιµοποιηθούν και για οποιοδήποτε άλλο είδος µοναδιαίας εγκατάστασης). Αρµονικές συνιστώσες Λόγω της ύπαρξης µη γραµµικών στοιχείων και φορτίων (ηλεκτρονικές διατάξεις, φαινόµενα κορεσµού κλπ.), η τάση του δικτύου παρουσιάζει πάντοτε απόκλιση από την ιδεατή καθαρά ηµιτονοειδή κυµατοµορφή, ενώ το ίδιο ακριβώς συµβαίνει και µε την κυµατοµορφή των ρευµάτων. Η κυµατοµορφή της τάσης ή του ρεύµατος µπορεί να αναλυθεί κατά Fourier σε σειρά ηµιτονοειδών συνιστωσών διαφόρων συχνοτήτων, οι οποίες αποτελούν τις αρµονικές συνιστώσες του εξεταζόµενου µεγέθους (τάσης ή ρεύµατος). Η βασική αρµονική συνιστώσα συχνότητας 50 Hz ονοµάζεται θεµελιώδης συνιστώσα, ενώ οι συνιστώσες των οποίων η συχνότητα είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της θεµελιώδους ονοµάζονται αρµονικές (π.χ. 3η στα 150 Hz, 5η στα 250 Hz κλπ.). Συνιστώσες της ανάλυσης Fourier των οποίων η συχνότητα δεν είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της θεµελιώδους ονοµάζονται ενδιάµεσες αρµονικές 1 (π.χ. αρµονική συνιστώσα συχνότητας 375 Hz= Hz είναι ενδιάµεση αρµονική). Κάθε αρµονική ή ενδιάµεση αρµονική συνιστώσα χαρακτηρίζεται από τη συχνότητα, το πλάτος (συνήθως rms τιµή) και τη φασική της γωνία. Συχνά το πλάτος εκφράζεται ως ποσοστό της θεµελιώδους συνιστώσας ή της ονοµαστικής τιµής (τάσης ή ρεύµατος), και όχι ως απόλυτη τιµή (V ή A). 1 Ο όρος ενδιάµεσες αρµονικές χρησιµοποιείται για να αποδώσει τον αγγλικό όρο interharmonics, ο οποίος και είναι καθιερωµένος στη διεθνή βιβλιογραφία για τις αρµονικές συνιστώσες σε συχνότητα η οποία δεν είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της θεµελιώδους. Ενδιάµεσες αρµονικές µπορούν να εµφανιστούν και σε συχνότητες χαµηλότερες της θεµελιώδους (περιοχή 0 έως 50 Hz), οπότε χρησιµοποιείται εναλλακτικά και ο όρος υφαρµονικές (sub-harmonics). Σχετικά µε τη µέθοδο µέτρησης και τα όρια για τις ενδιάµεσες αρµονικές δεν έχει ακόµη καθιερωθεί διεθνής τυποποίηση. 58

65 Συντελεστής Ολικής Αρµονικής Παραµόρφωσης, THD (%) Αποτελεί µέτρο της συνολικής αρµονικής παραµόρφωσης (Total Harmonic Distortion-THD) της τάσης και ορίζεται από την ακόλουθη σχέση: 2 hmax U h THD (%) = 100 (1.23) h= 2 U1 όπου U 1 είναι η rms τιµή της θεµελιώδους συνιστώσας της τάσης (συχνότητας f 1 =50 Hz) και U h η rms τιµή της αρµονικής συνιστώσας τάξης h (συχνότητας h f 1 ). Συχνά, για λόγους απλούστευσης (αν και θεωρητικά δεν είναι ορθό) χρησιµοποιείται η ονοµαστική τάση U n αντί για τη θεµελιώδη συνιστώσα U 1. Η ανώτερη τάξη αρµονικών, h max, η οποία λαµβάνεται υπόψη στον υπολογισµό του THD, είναι η 40η κατά IEC (f max =2 khz) και η 50η κατά ΙΕΕΕ (f max =2.5 khz) 1. Ακριβώς ανάλογη σχέση µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τον συντελεστή THD του ρεύµατος. Και στην περίπτωση αυτή, αντί για την rms τιµή της θεµελιώδους συνιστώσας, I 1, χρησιµοποιείται συχνά το ονοµαστικό ρεύµα της συσκευής ή της εγκατάστασης, I n. Συντελεστής Μερικής Αρµονικής Παραµόρφωσης, PWHD (%) Αποτελεί µέτρο της αρµονικής παραµόρφωσης υψηλής τάξης (Partial Weighted Harmonic Distortion-PWHD) του ρεύµατος και ορίζεται από την ακόλουθη σχέση: hmax I h PWHD (%) = 100 h (1.24) h= 14 I1 όπου Ι 1 είναι η rms τιµή της θεµελιώδους συνιστώσας του ρεύµατος (συχνότητας f 1 =50 Hz) και Ι h η rms τιµή της αρµονικής συνιστώσας τάξης h (συχνότητας h f 1 ). Στον υπολογισµό του PWHD λαµβάνονται υπόψη αρµονικές τάξης ανώτερης της 14 ης (µέχρι την τάξη h max, η οποία κατά IEC είναι η 40η). Ο συντελεστής αυτός χρησιµοποιείται 2 1 Αρµονικές ανώτερης συχνότητας υπάρχουν στα δίκτυα αλλά δεν έχουν ακόµη καθιερωθεί µεθοδολογίες εξέτασης και όρια. 59

66 στην αξιολόγηση της δυνατότητας σύνδεσης συσκευών ΧΤ και εξασφαλίζει ότι το αρµονικό περιεχόµενο υψηλών συχνοτήτων της κυµατοµορφής του ρεύµατος είναι επαρκώς χαµηλό, ώστε να µην απαιτείται η εξέταση των επιµέρους αρµονικών. Αποµονωµένη λειτουργία Στην περίπτωση αυτή οι γεννήτριες του παραγωγού και ενδεχοµένως ένα τµήµα του δικτύου που µπορεί να περιλαµβάνει και καταναλωτές λειτουργούν αποµονωµένα από το υπόλοιπο δίκτυο (π.χ. µετά από το άνοιγµα του διακόπτη της γραµµής όπου συνδέεται ο παραγωγός). Οι γεννήτριες του παραγωγού µπορεί να είναι σύγχρονες, ασύγχρονες, µετατροπείς ισχύος ή συνδυασµός αυτών Γενικές αρχές και προϋποθέσεις σύνδεσης Όπως αναφέρθηκε και στην Παράγραφο 2.1.1, η σύνδεση παραγωγών στο δίκτυο διανοµής είναι αποδεκτή όταν δεν επηρεάζει αρνητικά την ποιότητα ισχύος που παρέχεται στους άλλους συνδεόµενους, δεν διαταράσσει την ορθή λειτουργία των µέσων ρύθµισης και προστασίας του δικτύου και δεν δηµιουργεί προβλήµατα ασφάλειας σε πρόσωπα και άλλες εγκαταστάσεις. Η εξασφάλιση των προϋποθέσεων αυτών επιτυγχάνεται µε διαδικασίες τεχνικής αξιολόγησης όπως αυτές που περιγράφονται αναλυτικά στα επόµενα και µε την τήρηση των απαιτήσεων που τίθενται αναφορικά µε τον εξοπλισµό της διασύνδεσης εγκαταστάσεων παραγωγής-δικτύου και τις συνθήκες παραλληλισµού και ζεύξης. Πιστοποιητικά µετρήσεων και δεδοµένων της εγκατάστασης Για την εφαρµογή των µεθοδολογιών εξέτασης που περιγράφονται απαιτούνται αναλυτικά στοιχεία για το µέγεθος, τον τύπο και τα ειδικότερα χαρακτηριστικά των 60

67 γεννητριών που πρόκειται να συνδεθούν στο δίκτυο, πολλά από τα οποία προαπαιτούν τη διεξαγωγή εκτενών µετρήσεων. Για τον σκοπό αυτό, κατά τη φάση της έκδοσης της Άδειας Εγκατάστασης οι παραγωγοί υποβάλλουν στις αρµόδιες υπηρεσίες καταστάσεις στοιχείων, παραµέτρων και πιστοποιητικών δοκιµών της εγκατάστασής τους. Εάν οι τιµές ορισµένων συντελεστών και δεικτών (π.χ. µεταβολής της τάσης, ρεύµατος ζεύξης κ.ά.) δεν είναι διαθέσιµοι, τότε η εξέταση γίνεται µε τη χρήση τυπικών τιµών, οι οποίες βέβαια δίνουν αποτελέσµατα από την ασφαλή πλευρά. Από την άλλη πλευρά, η ΕΗ παρέχει στους παραγωγούς πληροφορίες για τη δυνατότητα παράλληλης λειτουργίας των µονάδων τους µε το δίκτυο, για τις αναγκαίες ενισχύσεις/επεκτάσεις του τελευταίου και για τον απαιτούµενο εξοπλισµό προστασίας και µετρητικές διατάξεις. Επάρκεια δικτύου Είναι αυτονόητο ότι η βασικότερη προϋπόθεση για τη σύνδεση εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο είναι η επάρκεια των στοιχείων του δικτύου (υποσταθµού, µετασχηµατιστών και γραµµών). Εάν οι υφιστάµενες γραµµές δεν επαρκούν (ή εάν προκύπτουν ανεπίτρεπτες διαταραχές στην τάση του δικτύου), τότε εξετάζονται κατά σειρά οι ακόλουθες λύσεις: Ενίσχυση του υφιστάµενου δικτύου ΜΤ Απ ευθείας σύνδεση στους ζυγούς ΜΤ του Υ/Σ ΥΤ/ΜΤ µέσω αποκλειστικής γραµµής Προσθήκη νέου Μ/Σ ΥΤ/ΜΤ και Κατασκευή ιδιαίτερου Υ/Σ ΥΤ/ΜΤ (οπότε η σύνδεση πραγµατοποιείται απ ευθείας το δίκτυο ΥΤ) Ο τρόπος σύνδεσης µιας δεδοµένης εγκατάστασης παραγωγής δεν προκύπτει µονοσήµαντα από την ονοµαστική ισχύ της. ηλαδή σταθµοί παραγωγής ίδιας ισχύος µπορεί να συνδέονται στο δίκτυο κατά τελείως διαφορετικούς τρόπους, ανάλογα µε τα ειδικά τεχνικά τους χαρακτηριστικά, την κατά περίπτωση υφιστάµενη κατάσταση δικτύων και την προβλεπόµενη ανάπτυξή τους. Παρ όλα αυτά υπάρχουν οι ακόλουθοι δύο περιορισµοί ως προς το επίπεδο τάσης στο οποίο µπορεί να συνδεθεί µια 61

68 εγκατάσταση παραγωγής, οι οποίοι εφαρµόζονται κατά την εξέταση, ασχέτως των λοιπών τεχνικών κριτηρίων: Εγκαταστάσεις συµφωνηµένης ισχύος µεγαλύτερης των 100 kw δεν µπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο ΧΤ Εγκαταστάσεις συµφωνηµένης ισχύος µεγαλύτερης των 20 MW δεν µπορούν να συνδεθούν στο δίκτυο MΤ Γενικά η επιλογή του τρόπου σύνδεσης αποτελεί αντικείµενο τεχνικοοικονοµικής εξέτασης, λαµβάνοντας υπόψη το κόστος κεφαλαίου των έργων ενίσχυσης και επέκτασης του δικτύου και αφετέρου τις απώλειες ενέργειας κάθε τρόπου διασύνδεσης καθ όλη τη διάρκεια ζωής της εγκαστάστασης, αλλά και άλλους παράγοντες (χρόνος και δυνατότητα κατασκευής των έργων, χρηµατοδότησή τους κλπ.). Στον ακόλουθο πίνακα δίνεται, ενδεικτικά και µόνο, ο πιθανός (ή προτιµητέος) τρόπος διασύνδεσης, ανάλογα µε την ισχύ του σταθµού. Ενδεικτική συµφωνηµένη ισχύς (MW) έως 0.1 έως 4 έως 6 έως 20 άνω των 20 Πιθανός τρόπος σύνδεσης στο δίκτυο ίκτυο ΧΤ ίκτυο ΜΤ, σε υφιστάµενη γραµµή (µε πιθανή ενίσχυσή της) ίκτυο ΜΤ, µέσω αποκλειστικής γραµµής απλού κυκλώµατος ίκτυο ΜΤ, µέσω αποκλειστικής γραµµής διπλού κυκλώµατος ίκτυο ΥΤ, µε κατασκευή ιδιαίτερου Υ/Σ ανύψωσης ΥΤ/ΜΤ Επιλογή του σηµείου εξέτασης των επιπτώσεων στην ποιότητα τάσης του δικτύου Όσον αφορά τις επιπτώσεις στην ποιότητα τάσης του δικτύου, κριτήρια και προϋποθέσεις που εξετάζονται προκειµένου να επιτραπεί η σύνδεση νέων εγκαταστάσεων είναι οι προκαλούµενες αργές και ταχείες διακυµάνσεις της τάσης, καθώς και οι εκποµπές flicker και αρµονικών. Η εξέταση πραγµατοποιείται στο ΣΚΣ, το οποίο δεν βρίσκεται κατ ανάγκην στην έξοδο των εγκαταστάσεων (δηλαδή δεν 62

69 συµπίπτει µε το ΣΣ ) 1. Είναι συνεπώς δυνατό οι απαιτήσεις ποιότητας τάσης που τίθενται να µην ικανοποιούνται σε σηµεία του δικτύου πλησιέστερα προς τις εγκαταστάσεις παραγωγής. Είναι πάντως σκόπιµο να τηρούνται τα όρια των κανονισµών ακόµη και στο ΣΣ, προκειµένου να εξασφαλίζεται η οµαλή λειτουργία των εγκαταστάσεων του παραγωγού, µε επίπτωση βέβαια στο κόστος των έργων διασύνδεσης. Επίσης σηµειώνεται ότι τα όρια του προτύπου ΕΝ πρέπει υποχρεωτικώς να ικανοποιούνται σε κάθε σηµείο του δικτύου, ακόµη και κατά µήκος της ιδιαίτερης γραµµής σύνδεσης των εγκαταστάσεων παραγωγής. Εκτός από τις επιπτώσεις στην ποιότητα της τάσης, οι προς σύνδεση εγκαταστάσεις πρέπει να εξασφαλίζεται ότι δεν παρενοχλούν τη λειτουργία των συστηµάτων Τηλεχειρισµού Ακουστικής Συχνότητας (ΤΑΣ) (ή άλλων ανάλογων συστηµάτων) του δικτύου. Στην περίπτωση αυτή το σηµείο εξέτασης είναι γενικά το ΣΣ των εγκαταστάσεων, δεδοµένου ότι συστήµατα ΤΑΣ µπορεί να χρησιµοποιούνται για τον έλεγχο µετρητικών διατάξεων εγκατεστηµένων στην έξοδο των εγκαταστάσεων παραγωγής. Εάν οι απαιτήσεις που τίθενται δεν ικανοποιούνται πρέπει να επιλεγεί σηµείο σύνδεσης µε µεγαλύτερη ισχύ βραχυκυκλώσεως (σηµείο πλησιέστερο προς τον υποσταθµό, επαύξηση της ικανότητας του δικτύου µέσω ενισχύσεων ή κατασκευής νέων γραµµών ή σύνδεση στους ζυγούς του Υ/Σ µέσω αποκλειστικής γραµµής). Στην περίπτωση µεγάλων εγκαταστάσεων παραγωγής µπορεί να είναι αναγκαία η σύνδεση στο Σύστηµα ΥΤ µέσω ανεξάρτητου Μ/Σ ΥΤ/ΜΤ ή ιδιαίτερου Υ/Σ ΥΤ/ΜΤ. Ανάλογα, πάντως, µε την προκαλούµενη διαταραχή, µπορεί να υπάρχουν και άλλες εναλλακτικές λύσεις, τεχνικά αρτιότερες και χαµηλότερου κόστους. Γενικά, πρέπει να ενθαρρύνεται η εφαρµογή νέων τεχνολογιών, οι οποίες µπορούν να συνεισφέρουν στη βελτίωση της ποιότητας ισχύος των δικτύων και στην αύξηση του βαθµού διείσδυσης της διεσπαρµένης παραγωγής. Εάν µετά τη σύνδεση και θέση σε λειτουργία των µονάδων του παραγωγού διαπιστωθούν προβλήµατα στην οµαλή λειτουργία διατάξεων του δικτύου ή 1 Η επιλογή αυτή αποσκοπεί στη διευκόλυνση της σύνδεσης µονάδων που εγκαθίστανται σε αποµακρυσµένα σηµεία (π.χ. Α/Γ και µικρά υδροηλεκτρικά) και συνδέονται µέσω αποκλειστικής γραµµής στο δίκτυο ΜΤ ή σε ζυγούς υποσταθµού ΥΤ/ΜΤ. 63

70 ανεπίτρεπτες διαταραχές της τάσης εξαιτίας των εγκαταστάσεών του, ο παραγωγός είναι γενικά υποχρεωµένος να λάβει τα απαραίτητα διορθωτικά µέτρα. Μέσα ζεύξης και προστασίας Τα µέσα ζεύξης/απόζευξης και προστασίας της διασύνδεσης παραγωγού-δικτύου έχουν ιδιαίτερη σηµασία για την εξασφάλιση της συνεργασίας µε τις διατάξεις προστασίας του δικτύου και την αποφυγή επικίνδυνων καταστάσεων. Συγκεκριµένα, το σύστηµα προστασίας του παραγωγού θα πρέπει να συνεργάζεται µε το σύστηµα προστασίας του δικτύου, ώστε σφάλµατα σε οποιαδήποτε πλευρά να ανιχνεύονται σωστά και να εκκαθαρίζονται. Οι ρυθµίσεις των προστασιών θα πρέπει να εξασφαλίζουν την άµεση απόζευξη των γεννητριών σε περίπτωση σφάλµατος, ώστε να µην υφίσταται κίνδυνος αποµονωµένης λειτουργίας των εγκαταστάσεων (ενδεχοµένως µε τµήµα του δικτύου). Για την προστασία των εγκαταστάσεων παραγωγής από υψηλές υπερεντάσεις και µηχανικές καταπονήσεις, όταν στο δίκτυο χρησιµοποιούνται διατάξεις αυτόµατου επανοπλισµού η απόζευξη θα πρέπει να επιτυγχάνεται πριν τη λειτουργία επαναφοράς των διακοπτών του δικτύου. Προκειµένου να αποφευχθούν κίνδυνοι για το προσωπικό που µπορεί να εκτελεί εργασίες σε τµήµα του δικτύου κοντά στις εγκαταστάσεις παραγωγής, θα πρέπει να εξασφαλίζεται η αυτόµατη ή χειροκίνητη αποµόνωση των εγκαταστάσεων του παραγωγού, όποτε αυτό είναι αναγκαίο. Επίσης ζητείται η διασύνδεση να διαθέτει µέσο ορατής απόζευξης, µε ικανότητα διακοπής ρεύµατος φορτίου, προσιτό ανά πάσα στιγµή στο προσωπικό της ΕΗ. Η ζεύξη περισσότερων γεννητριών σε ένα σηµείο σύνδεσης (ΣΣ ) είναι εφικτή και αποδεκτή, πρέπει όµως να λαµβάνεται πρόνοια ώστε να αποφεύγεται η ταυτόχρονη εκκίνησή τους. Στην περίπτωση εγκαταστάσεων µε ασύγχρονες γεννήτριες, για την αποφυγή υπερεντάσεων και βυθίσεων της τάσης του δικτύου, οι γεννήτριες δεν παραλληλίζονται άµεσα στο δίκτυο, αλλά εκκινούν µέσω ηλεκτρονικού εκκινητή. Εάν χρησιµοποιούνται σύγχρονες γεννήτριες ή µετατροπείς ελεγχόµενης τάσης εξόδου, τότε είναι αναγκαία η ύπαρξη διάταξης παραλληλισµού (κατά προτίµηση αυτόµατου), η οποία επιτρέπει τη ζεύξη των εγκαταστάσεων µόνο όταν οι συνθήκες φασικής απόκλισης 64

71 των διανυσµάτων των τάσεων εκατέρωθεν του διακόπτη διασύνδεσης (Α ) το επιτρέπουν. Εγκαταστάσεις παραγωγής που συνδέονται στο δίκτυο συµβάλλουν στην ένταση σφαλµάτων, αυξάνοντας έτσι τη στάθµη βραχυκύκλωσης. Η συµβολή αυτή λαµβάνεται υπόψη, ώστε να µην υπερβαίνεται το όριο αντοχής του εξοπλισµού του δικτύου. Ταυτόχρονα, ο εξοπλισµός των εγκαταστάσεων πρέπει να είναι προδιαγεγραµµένος για τη στάθµη βραχυκύκλωσης του δικτύου στο σηµείο όπου συνδέονται (ΣΣ ). ιατάξεις µέτρησης Η µέτρηση της αποδιδόµενης στο δίκτυο ενέργειας πραγµατοποιείται γενικά στο ΣΚΣ, όπου γίνεται και η εξέταση των επιπτώσεων από τη λειτουργία των εγκαταστάσεων (πρακτικώς στο άκρο της ιδιαίτερης γραµµής του παραγωγού), όπως δείχνεται στο Σχήµα Η µέτρηση της καταναλισκόµενης ενέργειας από φορτία των εγκαταστάσεων του παραγωγού γίνεται στο ΣΣ. Στην περίπτωση όπου η αποκλειστική γραµµή έχει πολύ µικρό µήκος, η θέση των δύο µετρητών µπορεί να είναι κοινή, στην έξοδο των εγκαταστάσεων του παραγωγού. Σε κάθε περίπτωση πρέπει να χρησιµοποιούνται διαφορετικοί µετρητές για την αποδιδόµενη και την απορροφούµενη ενέργεια, ακόµη και για συνδέσεις στο δίκτυο ΧΤ, παρ ότι για την τελευταία περίπτωση εξετάζεται το ενδεχόµενο να επιτραπεί η χρήση κοινού µετρητή (net metering). Η ενέργεια που αποδίδει ο παραγωγός στο δίκτυο και αυτή που απορροφά από το δίκτυο ως καταναλωτής µεταφέρεται µέσω της ίδιας παροχής. 65

72 2.2 ΣΥΝ ΕΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ ΧΤ Γενικά - ιαµόρφωση της διασύνδεσης Η σύνδεση γεννητριών παραγωγών στο δίκτυο ΧΤ επιτρέπεται για εγκαταστάσεις συνολικής ισχύος µέχρι 100 kw. Ανάλογα µε την ισχύ των γεννητριών που θα συνδεθούν στο δίκτυο ΧΤ, εξετάζεται αν είναι δυνατή η σύνδεση χωρίς επαύξηση της παροχής του παραγωγού. Αν απαιτείται επαύξηση της παροχής, γίνεται µελέτη επάρκειας του δικτύου, λαµβάνοντας υπόψη τους όρους και προϋποθέσεις της Παραγράφου Εγκαταστάσεις παραγωγής µπορούν να συνδέονται σε µία φάση µέχρι την ισχύ των 4.6 kva (5 kwp για φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις). Στην περίπτωση εγκατάστασης παραγωγής µε περισσότερες µοναδιαίες εγκαταστάσεις/γεννήτριες, ο παραπάνω περιορισµός αφορά την κάθε µονάδα, υπό την προϋπόθεση όµως ότι οι µονάδες κατανέµονται οµοιόµορφα στις τρεις φάσεις. (1) Κιβώτιο σύνδεσης (link-box) δύο διευθύνσεων (2) Ασφαλειοκιβώτιο παροχής (3) Εναλλακτικές θέσεις εγκατάστασης του Α * (4) ιακόπτης γεννήτριας** (5) Mέτρηση (*) Στον Α επενεργεί το σύστηµα προστασίας της Παραγράφου 2.2 (**) Με τη σύµφωνη γνώµη της ΕΗ, ο διακόπτης της γεννήτριας µπορεί να χρησιµοποιείται και ως Α Σχήµα Τυπική διάταξη σύνδεσης παραγωγού στο δίκτυο ΧΤ. 66

73 Στο Σχήµα φαίνεται µια τυπική διάταξη σύνδεσης παραγωγού στο δίκτυο ΧΤ. Βασική απαίτηση για λόγους ασφάλειας είναι η ύπαρξη µέσων διακοπής (µε ικανότητα διακοπής ρεύµατος φορτίου) και ορατής απόζευξης, προσιτών ανά πάσα στιγµή στο προσωπικό της ΕΗ, ώστε να εξασφαλίζεται η αποµόνωση του παραγωγού από το δίκτυο όταν αυτό απαιτείται από τη ΕΗ 1. Η απαίτηση ορατής απόζευξης ικανοποιείται τόσο από το κιβώτιο σύνδεσης (1), όσο και από τις ασφάλειες της παροχής (2). Για εγκαταστάσεις µικρής ισχύος τα µέσα αυτά µπορούν σε έκτακτες περιπτώσεις να χρησιµοποιηθούν και για τη διακοπή της εγκατάστασης. Σε εγκαταστάσεις µεγαλύτερης ισχύος είναι αναγκαία η ύπαρξη διακόπτη φορτίου ή ισχύος. Το µέσο διακοπής (3) είναι ο αυτόµατος διακόπτης της διασύνδεσης (Α ) στον οποίο εφαρµόζεται το σύστηµα προστασίας της Παραγράφου 2.2. Μπορεί να τοποθετηθεί εναλλακτικά σε δύο θέσεις, όπως φαίνεται στο Σχήµα 2.2.1, ανάλογα µε την επιθυµία του παραγωγού. Εάν επιλεγεί η θέση (3α), τότε είναι εφικτή η αποµονωµένη λειτουργία της συνολικής εγκατάστασης (εγκατάσταση παραγωγής και φορτία). Ο παραγωγός θα πρέπει να παρέχει πρόσβαση στον Α και στο σχετικό σύστηµα προστασίας στο αρµόδιο προσωπικό της ΕΗ. Είναι γενικά αποδεκτό, αλλά απαιτεί προηγούµενη συµφωνία µε τη ΕΗ, οι λειτουργίες του Α να πραγµατοποιούνται από τον διακόπτη και το σύστηµα προστασίας των γεννητριών, όταν δεν προβλέπεται η αποµονωµένη λειτουργία των εγκαταστάσεων. Το είδος και ο αριθµός των απαιτούµενων µετρητικών διατάξεων και συσκευών ρύθµισης (αλλαγής τιµολογίου) καθορίζονται σύµφωνα µε τους όρους της σύµβασης ΕΗ-Παραγωγού. Σε κάθε περίπτωση, πάντως, χρησιµοποιούνται µετρητικές διατάξεις χωρίς δυνατότητα αντίθετης περιστροφής και πραγµατοποιείται ανεξάρτητη µέτρηση της παραγόµενης και καταναλισκόµενης ενέργειας στις εγκαταστάσεις του παραγωγού. Εάν η παροχή είναι τριφασική, ο µετρητής της παρεχόµενης στο δίκτυο ενέργειας πρέπει να είναι τριφασικός, ακόµη και για µονοφασικές εγκαταστάσεις παραγωγής. 1 Η δυνατότητα διακοπής και απόζευξης της εγκατάστασης είναι αναγκαία τόσο για την προστασία άλλων συνδεόµενων, αλλά και του προσωπικού της ΕΗ, από τάσεις που οφείλονται στην εγκατάσταση παραγωγής, όσο και για την προστασία της ίδιας της εγκατάστασης από χειρισµούς που µπορεί να απαιτηθούν στο δίκτυο (π.χ. κατά τον εντοπισµό σφαλµάτων). 67

74 2.2.2 ιατάξεις ζεύξης & παραλληλισµού Προστασία της διασύνδεσης ιακόπτης ζεύξης (Α ) Για τη σύνδεση και παράλληλη λειτουργία εγκαταστάσεων παραγωγής µε το δίκτυο απαιτείται η εγκατάσταση διακόπτη ζεύξης (Α ) ο οποίος να διαθέτει τουλάχιστον ικανότητα διακοπής ρεύµατος φορτίου. Εφόσον δεν προβλέπεται δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας των εγκαταστάσεων, είναι δυνατό να χρησιµοποιηθεί για τον σκοπό αυτόν η διάταξη ζεύξης της εγκατάστασης παραγωγής (π.χ. ο διακόπτης της γεννήτριας, ο οποίος θα διαθέτει το σύστηµα προστασίας που περιγράφεται στη συνέχεια). Για εγκαταστάσεις παραγωγής µε αντιστροφείς ΣΡ/ΕΡ, ο διακόπτης ζεύξης πρέπει να εγκαθίσταται στην πλευρά ΕΡ του µετατροπέα. Σε κάθε περίπτωση, ο διακόπτης πρέπει να εξασφαλίζει τον γαλβανικό διαχωρισµό των τριών φάσεων. Η διάταξη ζεύξης θα πρέπει να παρέχει προστασία έναντι βραχυκυκλώµατος στο εσωτερικό της εγκατάστασης, είτε µέσω ασφαλειών, είτε µέσω του διακόπτη ζεύξης, θα πρέπει δε να επιλέγεται µε βάση το µέγιστο ρεύµα βραχυκυκλώσεως στο ΣΣ των εγκαταστάσεων. Εάν η συµβολή των εγκαταστάσεων παραγωγής αυξάνει τη στάθµη βραχυκυκλώσεως του δικτύου πέρα από το προδιαγραφόµενο όριο του εξοπλισµού, ο παραγωγός λαµβάνει τα αναγκαία µέτρα για τον περιορισµό του ρεύµατος βραχυκύκλωσης των εγκαταστάσεών του. Συνθήκες ζεύξης Η ζεύξη των εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο είναι δυνατή όταν η τάση και συχνότητα του δικτύου είναι κοντά στις ονοµαστικές τους τιµές και συγκεκριµένα διαφέρουν από αυτές λιγότερο από τα όρια ρύθµισης των σχετικών προστασιών τάσης και συχνότητας. Σε περίπτωση αποσύνδεσης της εγκατάστασης, συνιστάται να προβλέπεται καθυστέρηση της τάξης των λεπτών της ώρας µεταξύ της επανόδου της τάσης και της επανάζευξης της εγκατάστασης, για λόγους προστασίας της τελευταίας, αλλά και αποφυγής παρενόχλησης άλλων συνδεόµενων. 68

75 Ασύγχρονες γεννήτριες είναι επιθυµητό να συνδέονται στο δίκτυο χωρίς τάση, µε αριθµό στροφών µεταξύ 95% και 105% των σύγχρονων, κατά προτίµηση µέσω διάταξης οµαλής εκκίνησης. Για σύγχρονες γεννήτριες απαιτείται διάταξη συγχρονισµού η οποία εξασφαλίζει κατ ελάχιστον τις παρακάτω συνθήκες συγχρονισµού: ιαφορά τάσης U < ± 10 % ιαφορά συχνότητας f < ± 0.5 Hz ιαφορά φασικής γωνίας φ < ± 10º Για εγκαταστάσεις παραγωγής µε αντιστροφείς ΣΡ/ΕΡ, η ζεύξη πρέπει να γίνεται µε την πλευρά ΕΡ του µετατροπέα χωρίς τάση. Εάν προβλέπεται δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας της εγκατάστασης, τότε ο Α πρέπει να διαθέτει διάταξη συγχρονισµού αντίστοιχη αυτής των σύγχρονων γεννητριών. Οι πυκνωτές αντιστάθµισης κάθε µοναδιαίας εγκατάστασης παραγωγής (εάν υπάρχουν) πρέπει να συνδέονται µετά τον παραλληλισµό της γεννήτριας και να τίθενται αυτόµατα εκτός µε το άνοιγµα του διακόπτη της γεννήτριας. Το ίδιο ισχύει και για τις διατάξεις κεντρικής αντιστάθµισης εγκαταστάσεων παραγωγής οι οποίες δεν διαθέτουν δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας. Προστασία απόζευξης Η εγκατάσταση παραγωγής πρέπει να διαθέτει προστασία έναντι βραχυκυκλώµατος, έναντι υπερφόρτισης και έναντι άµεσης και έµµεσης επαφής. Επιπλέον, για την προστασία της ίδιας της εγκατάστασης, αλλά και των άλλων εγκαταστάσεων του δικτύου, απαιτείται η ύπαρξη συστήµατος προστασίας απόζευξης το οποίο επενεργεί στον Α και εξασφαλίζει την αποσύνδεση της εγκατάστασης από το δίκτυο όταν εµφανιστούν αποκλίσεις τάσης ή/και συχνότητας άνω των προβλεπόµενων ορίων. Για εγκαταστάσεις µε σύγχρονες και ασύγχρονες γεννήτριες απαιτούνται κατ ελάχιστον οι λειτουργίες προστασίας του Πίνακα 2-1, οι οποίες αποσκοπούν στην ανίχνευση καταστάσεων σφαλµάτων του δικτύου και αποµονωµένης λειτουργίας (δηλαδή αυτόνοµης λειτουργίας της εγκατάστασης παραγωγής, τροφοδοτώντας 69

76 ενδεχοµένως µέρος του δικτύου το οποίο έχει αποκοπεί από το υπόλοιπο δίκτυο) και στην άµεση αποσύνδεσή της. Πρόσθετες λειτουργίες προστασίας µπορούν βεβαίως να υφίστανται (π.χ. ασυµµετρίας τάσεων). Πίνακας 2-1. Προστασίες της διασύνδεσης µε το δίκτυο Τύπος ηλεκτρονόµου Περιοχή Ρυθµίσεων Συνιστώµενη Ρύθµιση Υπότασης (mv) 0.70 U n 1.00 U n 0.80 U n Υπέρτασης (MV) 1.00 U n 1.15 U n 1.10 U n 1.15 U n Υποσυχνότητας (mf) Hz 49.5 (48) Hz Υπερσυχνότητας (Mf) Hz 50.5 (51) Hz U n : Ονοµαστική τάση δικτύου ΧΤ (230/400 V) - Τιµές εντός παρενθέσεων αφορούν νησιωτικά συστήµατα Η επιτήρηση τάσης πρέπει να γίνεται και στις τρεις φάσεις, ώστε ακόµη και µονοφασικές διακοπές ή βυθίσεις να αναγνωρίζονται ασφαλώς. Η χρονική καθυστέρηση διέγερσης των προστασιών υπότασης και υπέρτασης δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 3 sec. Γενικά συνιστάται η επιλογή ρυθµίσεων κάτω του 1 sec, ώστε να εξασφαλίζεται η αποσύνδεση της εγκατάστασης παραγωγής πριν από ενδεχόµενη ταχεία επαναφορά της τάσης του δικτύου (π.χ. λόγω λειτουργίας επαναφοράς διακόπτη ισχύος). Ταυτόχρονα, πρέπει να λαµβάνεται υπόψη ότι η επιλογή πολύ µικρών τιµών χρονικής καθυστέρησης µπορεί να οδηγήσει σε αυξηµένη συχνότητα αποσύνδεσης των εγκαταστάσεων παραγωγής. Η χρονική καθυστέρηση της προστασίας συχνότητας πρέπει επίσης να ρυθµίζεται σε µικρές τιµές (κάτω του 1 sec). Οι συνιστώµενες ρυθµίσεις του Πίνακα 2-1 είναι ενδεικτικές. Σε εγκαταστάσεις παραγωγής µε αντιστροφείς ΣΡ/ΕΡ η επιτήρηση συχνότητας µπορεί να απουσιάζει, εάν ο αντιστροφέας δεν διαθέτει τη δυνατότητα αυτή. Αντίθετα, η επιτήρηση της τάσης (προστασίες υπότασης και υπέρτασης) είναι πάντοτε αναγκαία, η δε συνιστώµενη ρύθµιση για την προστασία υπέρτασης είναι 1.10 Un. Η ανίχνευση καταστάσεων αποµονωµένης λειτουργίας µπορεί να υλοποιείται και µέσω άλλων διατάξεων προστασίας, όπως µέσω ηλεκτρονόµων απότοµης µεταβολής διανύσµατος ή ηλεκτρονόµων απότοµης µεταβολής φορτίου. Επίσης, ορισµένες εγκαταστάσεις παραγωγής µε µετατροπείς ισχύος (κυρίως Φ/Β) µπορεί να διαθέτουν πιο 70

77 προηγµένες διατάξεις ανίχνευσης, ενσωµατωµένες στα κυκλώµατα ελέγχου του µετατροπέα εξόδου Επιπτώσεις στην τάση του δικτύου Η σύνδεση εγκαταστάσεων παραγωγής σε κάποιο σηµείο του δικτύου ΧΤ είναι δυνατή, υπό την προϋπόθεση ότι η λειτουργία τους δεν προκαλεί υπέρβαση της επιτρεπόµενης στάθµης διαταραχών για δηµόσια δίκτυα ΧΤ και άρα δεν παρενοχλεί άλλες εγκαταστάσεις και συσκευές του δικτύου. ιαταραχές οι οποίες εξετάζονται είναι οι προκαλούµενες µεταβολές της τάσης στο ΣΚΣ, το flicker και η αρµονική παραµόρφωση της τάσης εξαιτίας της λειτουργίας των εγκαταστάσεων. Η λειτουργία µιας εγκατάστασης παραγωγής είναι αποδεκτή όταν δεν γίνεται υπέρβαση των ορίων που καθορίζονται από τα πρότυπα IEC , και και τις τεχνικές εκθέσεις IEC και (ή τους αντίστοιχους κανονισµούς ΕΝ και ΕΛΟΤ). Σε κάθε περίπτωση πρέπει οπωσδήποτε να τηρούνται τα όρια του προτύπου ΕΝ Μεταβολές της τάσης και flicker Συσκευές οι οποίες είναι δοκιµασµένες και πιστοποιηµένες σύµφωνα µε τα παραπάνω πρότυπα µπορούν να συνδεθούν, είτε χωρίς άλλη εξέταση (αν πληρούν τα όρια του IEC ), ή σύµφωνα µε τις προϋποθέσεις που τίθενται (κατά IEC ) ως προς την ισχύ βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣΚΣ ή το µέγεθος της παροχής. Όταν οι προς σύνδεση εγκαταστάσεις δεν είναι πιστοποιηµένες κατά IEC, τότε ακολουθείται η διαδικασία εξέτασης που περιγράφεται στη συνέχεια. Οι διαταραχές της τάσης που προκαλούνται στο ΣΚΣ από τη λειτουργία των εγκαταστάσεων παραγωγής δεν πρέπει να υπερβαίνουν τα όρια του Πίνακα 2-2. (Η µέγιστη σχετική µεταβολή, d max, και η σχετική µεταβολή µόνιµης κατάστασης, d c, ορίζονται στην Παράγραφο 2.1.2). Κατά την κανονική λειτουργία, οι προκαλούµενες µεταβολές της τάσης πρέπει να µην υπερβαίνουν το όριο της d c. Τα όρια της d max αφορούν χειρισµούς (συνήθως, οι δυσµενέστερες µεταβολές της τάσης προκαλούνται 71

78 από χειρισµούς ζεύξης) και εξαρτώνται από τη συχνότητα αυτών 1. Απαραίτητη προϋπόθεση για την εφαρµογή των ορίων (αλλά και για λόγους ασφάλειας) είναι οι εγκαταστάσεις παραγωγής, µετά από διακοπή της λειτουργίας τους, να επανεκκινούν είτε µε εντολή του χειριστή, είτε αυτόµατα αλλά µε χρονική καθυστέρηση (κατ ελάχιστο κάποιων δεκάδων δευτερολέπτων και κατά προτίµηση λίγων λεπτών). Η αναµενόµενη συχνότητα χειρισµών πρέπει να προκύπτει από πιστοποιητικό του κατασκευαστή ή από τις ρυθµίσεις του σχετικού συστήµατος ελέγχου. Πίνακας 2-2. Όρια µεταβολών τάσης και flicker για τη σύνδεση εγκαταστάσεων στο δίκτυο ΧΤ Άνω της 1 ανά ώρα Συχνότητα χειρισµών Μεταξύ 1 ανά ώρα και 2 ανά ηµέρα Συντελεστής flicker βραχείας διάρκειας, P st P st 1.0 Συντελεστής flicker µακράς διάρκειας, P lt P lt 0.65 Σχετική µεταβολή τάσης µόνιµης dc 3 % κατάστασης, d c Μέγιστη σχετική Κάτω των 2 ανά ηµέρα µεταβολή τάσης, d max d max 4 % d max 5.5 % d max 7 % ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Τα όρια d max µπορούν να περιορίζονται µέχρι και κατά 50% για εγκαταστάσεις παραγωγής που συνδέονται σε περιοχές µε µεγάλη πυκνότητα φορτίου. Ο υπολογισµός των d c και d max που προκαλούνται από τις εγκαταστάσεις παραγωγής µπορεί να γίνει µε εφαρµογή των παρακάτω απλουστευµένων σχέσεων: S d c (%) S 0.2 A 100 (2.1) 2 k S ne d max (%) 100 k S (2.2) k 1 Η ικανοποίηση των ορίων που τίθενται για τις διακυµάνσεις της τάσης δεν εξασφαλίζει τη δυνατότητα σύνδεσης, εάν δεν ελεγχθούν και οι προκαλούµενες εκποµπές flicker. 2 Εάν από τη σχέση (2.1) προκύπτει µη αποδεκτή τιµή, τότε µπορεί να εφαρµόζεται η ακριβέστερη σχέση (3.3), η οποία λαµβάνει υπόψη τη γωνία της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως του δικτύου και του ρεύµατος εξόδου της εγκατάστασης. 72

79 όπου S k είναι η ισχύς βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣΚΣ S nε είναι η ονοµαστική ισχύς της µοναδιαίας εγκατάστασης για την οποία το γινόµενο k SnΕ είναι µέγιστο (αν η εγκατάσταση παραγωγής περιλαµβάνει µόνο µία µοναδιαία εγκατάσταση, προφανώς S nε =S na ) S 0.2Α είναι η φαινοµένη ισχύς που αντιστοιχεί στη µέγιστη στιγµιαία ενεργό ισχύ της συνολικής εγκατάστασης παραγωγής (για Α/Γ, τιµή ισχύος 0.2 sec) k είναι συντελεστής ο οποίος πρέπει να τίθεται ίσος µε τον συντελεστή µεταβολής της τάσης, k U (ψk), της µοναδιαίας εγκατάστασης (δίνεται στο πιστοποιητικό δοκιµών). Εάν η τιµή του συντελεστή k U (ψk) δεν είναι διαθέσιµη, τότε χρησιµοποιείται ο συντελεστής µέγιστου ρεύµατος ζεύξης, k imax (επίσης από το πιστοποιητικό δοκιµών). Απουσία συγκεκριµένης τιµής και του k imax, λαµβάνονται οι εξής τιµές: k imax =1 Σύγχρονες γεννήτριες µε διάταξη συγχρονισµού και µετατροπείς ισχύος k imax =4 Ασύγχρονες γεννήτριες που συνδέονται µέσω διάταξης περιορισµού του ρεύµατος εκκίνησης (π.χ. µέσω διάταξης οµαλής εκκίνησης και µε ταχύτητα περιστροφής 95% ως 105% των ονοµαστικών στροφών) k imax =8 Ασύγχρονες γεννήτριες που εκκινούν µε απ ευθείας σύνδεση στο δίκτυο, καθώς και όταν δεν υπάρχουν πληροφορίες για το ρεύµα εκκίνησης Στην εφαρµογή της σχέσης (2.2) λαµβάνεται υπόψη η µοναδιαία εγκατάσταση και όχι η συνολική εγκατάσταση παραγωγής, η οποία µπορεί να περιλαµβάνει περισσότερες µοναδιαίες εγκαταστάσεις, εφόσον έχει ληφθεί πρόνοια ώστε να αποφεύγονται οι ταυτόχρονοι χειρισµοί 1. Αντίθετα, για τη σχέση (2.1) χρησιµοποιείται η στιγµιαία ισχύς της συνολικής εγκατάστασης παραγωγής, δεδοµένου ότι η ταυτόχρονη αποσύνδεση της όλης εγκατάστασης παραγωγής είναι πιθανή. Τα όρια του παραπάνω πίνακα, αφορούν τις σχετικές µεταβολές της τάσης, οι οποίες υπερτίθενται στα υφιστάµενα επίπεδα τάσεων λόγω των υπόλοιπων καταναλωτών 1 Εάν οι γεννήτριες διαθέτουν σύστηµα αυτόµατης επανεκκίνησης µε χρονική καθυστέρηση, οι ρυθµίσεις των σχετικών σταθερών χρόνου πρέπει να διαφέρουν από γεννήτρια σε γεννήτρια, ώστε να αποφεύγεται η ταυτόχρονη επανάζευξή τους π.χ. µετά από διακοπή της τροφοδότησης. Η διαφορά αυτή θα πρέπει να είναι επαρκώς µεγάλη ώστε να µην παραβιάζονται τα κριτήρια εκποµπών flicker. 73

80 (ή και παραγωγών) που συνδέονται στο δίκτυο. Η τήρηση των τιθέµενων ορίων για τις σχετικές µεταβολές αναµένεται να εξασφαλίζει και ότι τα επίπεδα τάσης του δικτύου είναι αποδεκτά. Παρ όλα αυτά, σε περιπτώσεις δικτύων όπου οι υφιστάµενες αποκλίσεις της τάσης από την ονοµαστική τιµή είναι σηµαντικές, πρέπει να ελέγχεται ότι η σύνδεση της εγκατάστασης δεν θα οδηγήσει σε υπέρβαση των ορίων διακύµανσης της τάσης. Π.χ. γεννήτρια παραγωγού η οποία προκαλεί d max =4% (τιµή αποδεκτή βάσει του Πίνακα 2-2) δεν είναι σκόπιµο να συνδεθεί σε σηµείο δικτύου όπου η τάση είναι ήδη µειωµένη κατά 9% λόγω των υφιστάµενων φορτίων, δεδοµένου ότι χειρισµοί στην εγκατάσταση θα προκαλούν βυθίσεις της τάσης κάτω του 90% της ονοµαστικής της τιµής. Ως όρια διακύµανσης της τάσης στα δίκτυα ΧΤ λαµβάνονται τιµές σχεδιασµού, οι οποίες πρέπει σε κάθε περίπτωση να είναι µικρότερες ή ίσες των ορίων που θέτει το πρότυπο ΕΝ Ο συντελεστής flicker θα πρέπει να εξετάζεται τόσο για την κανονική λειτουργία της εγκατάστασης, όσο και για την πραγµατοποίηση χειρισµών (εκκινήσεις-στάσεις κλπ.). Η τιµή των δεικτών P st και P lt προκύπτει από πιστοποιητικό που προσκοµίζει ο παραγωγός ή εκτιµώνται σύµφωνα µε τις αρχές του προτύπου IEC Για εγκαταστάσεις παραγωγής οι οποίες δεν εµφανίζουν αξιοσηµείωτη διακύµανση της ισχύος τους κατά την κανονική λειτουργία (π.χ. µικροί αεριοστρόβιλοι, κυψέλες καυσίµου κλπ.), η εξέταση των εκποµπών flicker είναι αναγκαία µόνο για χειρισµούς. Αν η τιµή των δεικτών flicker για χειρισµούς δεν προκύπτει από πιστοποιητικό δοκιµών της εγκατάστασης, τότε τίθεται περιορισµός στη συχνότητα των χειρισµών εντός των εγκαταστάσεων παραγωγής σύµφωνα µε τη σχέση: 5 r d χειρισµοί/λεπτό (2.3) 3 max όπου r ο µέγιστος αριθµός χειρισµών ανά λεπτό και d max η προκαλούµενη από κάθε χειρισµό εκατοστιαία µεταβολή της τάσης (d max (%), από τη σχέση (2.2)). Επιπλέον, διαδοχικοί χειρισµοί είναι επιθυµητό να απέχουν τουλάχιστον 1 min. 74

81 Εκποµπές αρµονικών Η εκποµπή αρµονικών από τις εγκαταστάσεις παραγωγής (όπως και από οποιαδήποτε άλλη εγκατάσταση η οποία συνδέεται στο δίκτυο) προκαλεί παραµόρφωση της τάσης και άρα ενδεχόµενη παρενόχληση της λειτουργίας άλλων συσκευών (φορτίων ή στοιχείων του δικτύου). Έλεγχος των εκποµπών αρµονικών απαιτείται γενικά όταν ο προς σύνδεση εξοπλισµός διαθέτει διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος (όπως συµβαίνει στις ανεµογεννήτριες µεταβλητών στροφών, στα φωτοβολταϊκά και άλλες διατάξεις οι οποίες περιλαµβάνουν µετατροπείς ισχύος). Στην περίπτωση της απ ευθείας σύνδεσης συµβατικών γεννητριών (σύγχρονων ή ασύγχρονων), χωρίς την παρεµβολή µετατροπέων ισχύος, δεν αναµένονται προβλήµατα εκποµπών αρµονικών, εφόσον η τάση διατηρείται εντός των προβλεπόµενων ορίων 1. Επίσης, ενδιαφέρουν οι εκποµπές αρµονικών µόνο κατά την κανονική λειτουργία των εγκαταστάσεων και όχι για µεταβατικές περιόδους διάρκειας λίγων δευτερολέπτων (π.χ. κατά τον παραλληλισµό µε το δίκτυο). Για τη σύνδεση συσκευών στα δίκτυα ΧΤ εφαρµόζονται κατ αρχήν οι προϋποθέσεις των σχετικών προτύπων IEC και Σε κάθε περίπτωση ο παραγωγός πρέπει να προσκοµίσει είτε πιστοποιητικό συµβατότητας µε τα παραπάνω πρότυπα, είτε πιστοποιητικό δοκιµών όπου θα καταγράφονται οι µέγιστες τιµές των αρµονικών συνιστωσών του ρεύµατος εξόδου κατά την κανονική λειτουργία του εξοπλισµού του. Η µέγιστη τάξη αρµονικών που λαµβάνεται υπόψη είναι η 40η, µε την εξαίρεση εξοπλισµού όπου χρησιµοποιούνται µετατροπείς ισχύος υψηλής διακοπτικής συχνότητας (άνω του 1 khz) και η µέτρηση αρµονικών είναι σκόπιµο να επεκτείνεται σε συχνότητες άνω των 2 khz (και συνήθως µέχρι τα 9 khz). Για διατάξεις οι οποίες µπορεί να παράγουν και ενδιάµεσες αρµονικές (π.χ. ελεγκτές ρεύµατος τύπου υστέρησης, καθώς και πολλοί τύποι µετατροπέων ισχύος AC/DC/AC), το πιστοποιητικό µετρήσεων πρέπει να περιλαµβάνει και τις ενδιάµεσες αρµονικές. Οι µετρήσεις πρέπει να έχουν διεξαχθεί 1 Η λειτουργία των γεννητριών υπό αυξηµένη τάση ακροδεκτών µπορεί να προκαλέσει φαινόµενα κορεσµού και άρα εµφάνιση αρµονικών συχνοτήτων 3k f1 Hz, όπου k ακέραιος και f 1 η θεµελιώδης συχνότητα. 75

82 σύµφωνα µε τα προβλεπόµενα στα πρότυπα IEC , και Η εξέταση της δυνατότητας σύνδεσης πραγµατοποιείται όπως περιγράφεται στη συνέχεια. Α) Εξοπλισµός µε ονοµαστικό ρεύµα µικρότερο ή ίσο των 16 Α ανά φάση Πρέπει να ικανοποιούνται οι απαιτήσεις εκποµπών του προτύπου IEC για συσκευές Κλάσης Α. Οι απαιτήσεις αυτές συνοψίζονται στον Πίνακα 2-3, ο οποίος δίνει τις µέγιστες επιτρεπόµενες τιµές των αρµονικών του ρεύµατος εξόδου. Β) Εξοπλισµός µε ονοµαστικό ρεύµα µεγαλύτερο των 16 Α και µικρότερο των 75 Α ανά φάση Για σύνδεση εγκαταστάσεων παραγωγής σε σηµεία του δικτύου όπου ο λόγος βραχυκύκλωσης 1 είναι µεγαλύτερος ή ίσος του 33, R k 33, εξετάζεται κατ αρχήν η συµµόρφωση µε τα όρια του Πίνακα 2-4. Για 3Φ εξοπλισµό του οποίου οι εκποµπές αρµονικών υπερβαίνουν τα όρια του Πίνακα 2-4, η σύνδεση είναι δυνατή σε σηµείο του δικτύου µε υψηλότερο λόγο βραχυκύκλωσης, εφόσον τηρούνται τα όρια του Πίνακα 2-5 Πίνακας 2-3. Όρια αρµονικών συνιστωσών του ρεύµατος εξόδου για εξοπλισµό ΧΤ µε ονοµαστικό ρέυµα 16Α/φάση Τάξη h h 39 Περιττές αρµονικές Μέγιστη επιτρεπόµενη ένταση (Α) /h Τάξη h h 40 Άρτιες αρµονικές Μέγιστη επιτρεπόµενη ένταση (Α) /h 1 Για µονοφασικό εξοπλισµό ονοµαστικής φαινοµένης ισχύος S nα, ο οποίος συνδέεται σε σηµείο του δικτύου µε ισχύ βραχυκύκλωσης S k, ο λόγος βραχυκύκλωσης R k δίνεται από τη σχέση R k S k = 3 S na 76

83 Πίνακας 2-4. Όρια αρµονικών συνιστωσών του ρεύµατος εξόδου για εξοπλισµό ΧΤ µε ονοµαστικό ρεύµα µεταξύ 16 και 75 Α ανά φάση. Τάξη h Μέγιστη επιτρεπόµενη ένταση I h /I 1n % Τάξη h Ι 1 : Θεµελιώδης συνιστώσα ονοµαστικού ρεύµατος I h : Αρµονική συνιστώσα τάξης h του ρεύµατος Μέγιστη επιτρεπόµενη ένταση I h /I 1n % Άρτιες 8/h ή 0.6 Πίνακας 2-5. Όρια αρµονικών συνιστωσών του ρεύµατος εξόδου για 3Φ εξοπλισµό XT µε ονοµαστικό ρεύµα µεταξύ 16 και 75 Α ανά φάση, ο οποίος δεν ικανοποιεί τα όρια του Πίνακα 2-4. Ελάχιστ ος λόγος R k Επιτρεπόµενη αρµονική παραµόρφωση του ρεύµατος (%) Επιτρεπόµενες εντάσεις αρµονικών I h /I 1n (%) THD PWHD I s I 7 I 11 I Άρτιες αρµονικές: I h /I 1n 16/h (%) Για ενδιάµεσες τιµές του λόγου R k µπορεί να χρησιµοποιηθεί γραµµική παρεµβολή Ι 1 : Θεµελιώδης συνιστώσα ονοµαστικού ρεύµατος I h : Αρµονική συνιστώσα τάξης h του ρεύµατος Γ) Εξοπλισµός µε ονοµαστικό ρεύµα µεγαλύτερο των 75 Α ανά φάση Εγκαταστάσεις ΧΤ µε ονοµαστικό ρεύµα µεγαλύτερο των 75 Α δεν αναµένεται να προκαλέσουν προβλήµατα αρµονικής παραµόρφωσης στο δίκτυο εφόσον ικανοποιούνται οι εξής απαιτήσεις: 1. Η συνολική ισχύς εγκαταστάσεων παραγωγής που προκαλούν αρµονική παραµόρφωση δεν υπερβαίνει το 25% της ισχύος του τοπικού µετασχηµατιστή διανοµής. 77

84 2. Οι αρµονικές συνιστώσες του ρεύµατος εξόδου του εξοπλισµού, οι οποίες δίνονται στο πιστοποιητικό δοκιµής που τον συνοδεύει, ικανοποιούν την απαίτηση: I h S k Lh sinψ (2.4) k όπου I h η µέγιστη τιµή κανονικής λειτουργίας της αρµονικής τάξεως h του ρεύµατος εξόδου της υπό εξέταση εγκατάστασης (σε Α) L h το ανηγµένο όριο εκποµπών αρµονικών ρεύµατος (σε Α/MVA), το οποίο δίνεται στον Πίνακα 2-6 S k η ισχύς βραχυκυκλώσεως (σε MVA) στο ΣΚΣ και ψ k η γωνία της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣΚΣ Πίνακας 2-6. Ανηγµένα όρια αρµονικών του ρεύµατος ανά MVA ισχύος βραχυκύκλωσης του δικτύου, για εξοπλισµό ΧΤ ονοµαστικού ρεύµατος άνω των 75 Α ανά φάση Τάξη h Όριο αρµονικών του ρεύµατος, L h (Α/MVA) h άρτιος ή 1/h h = 3 k ή h >25 Εάν οι παραπάνω προϋποθέσεις δεν ικανοποιούνται, ή η ισχύς των εγκαταστάσεων οι οποίες προκαλούν αρµονική παραµόρφωση υπερβαίνει το 25% της ισχύος του τοπικού µετασχηµατιστή διανοµής, πρέπει να πραγµατοποιείται ειδική εξέταση, ώστε να εξασφαλίζεται ότι η προκαλούµενη αρµονική παραµόρφωση της τάσης δεν υπερβαίνει τα τιθέµενα όρια. 78

85 Ενδιάµεσες και υψίσυχνες αρµονικές Για τις εκποµπές ενδιάµεσων αρµονικών, όπως επίσης και για τις εκποµπές αρµονικών τάξης ανώτερης της 40 ης (h>40) πρέπει να εξασφαλίζεται ότι η προκαλούµενη αρµονική παραµόρφωση, U h, της τάσης του δικτύου είναι µικρότερη του 0.2% της ονοµαστικής: U U h n 0.2 για h ακέραιος ή h > 40 Το όριο L h =1/h που τίθεται για τις άρτιες και τις υψηλής τάξης αρµονικές στον Πίvακα 2-6 γενικά επαρκεί, αλλά είναι πολύ συντηρητικό για αρµονικές συχνότητας άνω των 2 khz (h>40) Επιπτώσεις σε συστήµατα Τηλεχειρισµών Ακουστικής Συχνότητας Τα συστήµατα Τηλεχειρισµού Ακουστικής Συχνότητας (ΤΑΣ) της ΕΗ λειτουργούν στη συχνότητα των 175 Hz και η τάση του σήµατος των ακουστικών παλµών κυµαίνεται κανονικά µεταξύ 1% έως 2% της ονοµαστικής τάσης U n του δικτύου. Οι εγκαταστάσεις παραγωγών, αλλά και καταναλωτών, που συνδέονται στο δίκτυο είναι δυνατό να επηρεάσουν τη λειτουργία των συστηµάτων ΤΑΣ κατά δύο τρόπους: Είτε προκαλώντας αρµονική παραµόρφωση της τάσης στην ακουστική συχνότητα των 175 Hz (η οποία υπερτίθεται και αλλοιώνει το ακουστικό σήµα ελέγχου), είτε εξασθενώντας το σήµα ελέγχου (π.χ. λόγω της χαµηλής σύνθετης αντίστασης των εγκαταστάσεων στη συχνότητα των 175 Hz). Οι απαιτήσεις οι οποίες πρέπει να πληρούνται κατά τη σύνδεση των εγκαταστάσεων στο δίκτυο προκειµένου να µην παρενοχλείται η λειτουργία των συστηµάτων ΤΑΣ είναι: Α. Η προκαλούµενη αρµονική παραµόρφωση της τάσης από τις συνδεόµενες εγκαταστάσεις σε συχνότητα παραπλήσια των 175 Hz δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0.1% της ονοµαστικής τάσης U n. Επίσης, η παραµόρφωση της τάσης σε συχνότητες 79

86 που απέχουν 100 Hz εκατέρωθεν της ακουστικής συχνότητας (75 και 275 Hz) δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0.3% της U n. Β. Η εξασθένηση ή ενίσχυση του ακουστικού σήµατος ελέγχου που προκαλείται από τη σύνδεση των εγκαταστάσεων πρέπει να περιορίζεται, έτσι ώστε το σήµα να διατηρείται µεταξύ του 85% και 150% της κανονικής του τιµής. Σε περίπτωση σύνδεσης περισσότερων εγκαταστάσεων, οι παραπάνω προϋποθέσεις αφορούν τη συνολική επίδραση όλων των εγκαταστάσεων. 2.3 ΣΥΝ ΕΣΗ ΠΑΡΑΓΩΓΩΝ ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ ΜΤ ιατάξεις ζεύξης Η σύνδεση εγκατάστασης παραγωγής (ή εγκατάστασης καταναλωτή που περιλαµβάνει µονάδες παραγωγής) στο δίκτυο γίνεται µέσω διάταξης ζεύξης, η οποία πρέπει να διαθέτει τη δυνατότητα διακοπής ρεύµατος φορτίου, να περιλαµβάνει µέσο ορατής απόζευξης και να είναι ανά πάσα στιγµή προσιτή στο προσωπικό της ΕΗ. Για την επιλογή των στοιχείων και τη διαµόρφωση της διάταξης ζεύξης, η οποία βρίσκεται συνήθως στον Υ/Σ ζεύξης της συνδεόµενης εγκατάστασης 1, εφαρµόζονται οι σχετικές οδηγίες (π.χ. Οδηγία ιανοµής 34 της ΕΗ, «Παροχές ΜΤ») και η τρέχουσα πρακτική. Όπως και στην περίπτωση των καταναλωτών ΜΤ, η διάταξη ζεύξης πρέπει να διαθέτει τα αναγκαία µέσα προστασίας έναντι βραχυκυκλωµάτων στο εσωτερικό των εγκαταστάσεων, τα οποία πρέπει να συνεργάζονται µε τα µέσα προστασίας του δικτύου της ΕΗ. 1 Στην περίπτωση εγκαταστάσεων µικρής σχετικά ισχύος, οι οποίες συνδέονται στό εναέριο δίκτυο ΜΤ, η διάταξη ζεύξης µπορεί να είναι εξωτερικού χώρου (εναέριες παροχές ΜΤ τύπου Α1 και Α2). Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να προβλέπεται η ύπαρξη µέσου το οποίο θα παρέχει τη δυνατότητα απόζευξης της εγκατάστασης (µε ικανότητα διακοπής ρεύµατος φορτίου και ορατή απόζευξη), προσιτού στο προσωπικό της ΕΗ. 80

87 Σε εγκαταστάσεις παραγωγής µε περισσότερες από µία µοναδιαίες εγκαταστάσεις, οι οποίες συνδέονται στον υποσταθµό ζεύξης µέσω εσωτερικού δικτύου ΜΤ (π.χ. αιολικά πάρκα), συνιστάται η εγκατάσταση προτασσόµενης προστασίας απόζευξης, η οποία αποσυνδέει κεντρικά το σύνολο των εγκαταστάσεων παραγωγής (βλ. Παράγραφο 2.3.3). Η προστασία αυτή πρέπει να επενεργεί σε διακόπτη ισχύος, ο οποίος µπορεί να αναλάβει και τη λειτουργία της διάταξης ζεύξης. Για την επιλογή των διατάξεων ζεύξης πρέπει να ληφθεί υπόψη η µέγιστη ισχύς βραχυκύκλωσης, στην οποία συµβάλλει τόσο το δίκτυο όσο και οι µονάδες των γεννητριών (ιδιαίτερα στην περίπτωση εγκαταστάσεων µε σύγχρονες γεννήτριες). Η στάθµη βραχυκύκλωσης που προκύπτει δεν πρέπει να υπερβαίνει το όριο των 250 MVA. Σε αντίθετη περίπτωση ο παραγωγός πρέπει να λαµβάνει µέτρα περιορισµού του ρεύµατος βραχυκύκλωσης των εγκαταστάσεών του Αυτόµατος ιακόπτης ιασύνδεσης (Α ) Για τη σύνδεση των µονάδων παραγωγής µε το δίκτυο της ΕΗ, ή µε την υπόλοιπη εγκατάσταση, πρέπει να εγκατασταθεί διακόπτης µε ικανότητα διακοπής τουλάχιστον ρεύµατος φορτίου (διακόπτης ισχύος, ασφαλειοδιακόπτης φορτίου, επαφέας µε ασφάλειες προστασίας έναντι βραχυκυκλωµάτων), ο οποίος εξασφαλίζει τον γαλβανικό διαχωρισµό όλων των φάσεων. Ο διακόπτης αυτός αναφέρεται ως Αυτόµατος ιακόπτης ιασύνδεσης (Α ) και σε αυτόν επενεργεί το σύστηµα προστασίας απόζευξης της Παραγράφου Ως Α µπορεί να χρησιµοποιηθεί ο διακόπτης που συνδέει την όλη εγκατάσταση µε το δίκτυο (οπότε και είναι εγκατεστηµένος στον Υ/Σ ζεύξης), ή διακόπτης που συνδέει τις εγκαταστάσεις παραγωγής µε την υπόλοιπη εγκατάσταση. Ο Α µπορεί γενικά να βρίσκεται στην πλευρά ΜΤ ή ΧΤ. Σε εγκαταστάσεις που δεν διαθέτουν τη δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας, τον ρόλο του Α µπορεί να παίξει ο διακόπτης της γεννήτριας (ή των γεννητριών) 1, εφόσον διαθέτει την απαιτούµενη προστασία απόζευξης της Παραγράφου Εάν προβλέπεται η 1 Σε µονάδες παραγωγής µε µετατροπείς ισχύος, ο διακόπτης πρέπει να βρίσκεται στην έξοδο του µετατροπέα προς την πλευρά του δικτύου και η λειτουργία του να µην επηρεάζεται από τυχόν εσωτερικά σφάλµατα των µετατροπέων. 81

88 δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας των εγκαταστάσεων 1, τότε ο Α εγκαθίσταται στο όριο των εγκαταστάσεων που λειτουργούν αποµονωµένα και πρέπει να διαθέτει σύστηµα συγχρονισµού ακριβείας για τον παραλληλισµό µε το δίκτυο. Στο Σχήµα παρατίθενται παραδείγµατα συνδέσεων εγκαταστάσεων παραγωγής, µίας ή περισσότερων γεννητριών, µε και χωρίς δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας. Στα παραδείγµατα αυτά σηµειώνονται οι εναλλακτικές θέσεις εγκατάστασης του Α. Μια ενδεικτική διαµόρφωση του Υ/Σ ζεύξης εγκατάστασης παραγωγής εικονίζεται στο Σχήµα Το συγκρότηµα σύνδεσης περιλαµβάνει τον πίνακα άφιξης των καλωδίων ΜΤ από τις µονάδες παραγωγής, τον πίνακα προστασίας και τον πίνακα αναχώρησης προς τη γραµµή ΜΤ. Ο διακόπτης ζεύξης της εγκατάστασης παίζει τον ρόλο του Α, στον οποίο επενεργεί το σύστηµα προστασίας απόζευξης της Παραγράφου Ο διακόπτης αυτός είναι συνήθως διακόπτης ισχύος, αλλά σε εγκαταστάσεις µικρής ισχύος µπορεί να είναι και διακόπτης φορτίου (µε ασφάλειες για προστασία έναντι βραχυκυκλωµάτων, κατ αναλογία µε τις παροχές ΜΤ τύπου Β1) Προστασία απόζευξης Για την προστασία της εγκατάστασης του παραγωγού, αλλά και άλλων συνδεόµενων εγκαταστάσεων, απαιτείται η τοποθέτηση συστήµατος προστασίας απόζευξης, το οποίο επενεργεί στον Α της εγκατάστασης παραγωγής και εξασφαλίζει την άµεση απόζευξή της όταν εµφανιστούν ανεπίτρεπτες διακυµάνσεις της τάσης και της συχνότητας. Μέσω της προστασίας απόζευξης αποτρέπεται η νησιδοποίηση τµήµατος του δικτύου που έχει αποµονωθεί από το υπόλοιπο δίκτυο (π.χ. λόγω της λειτουργίας διακόπτη στα ανάντη της γραµµής ΜΤ όπου συνδέεται ο παραγωγός), τα φορτία του οποίου τροφοδοτούνται από την εγκατάσταση παραγωγής. Τέτοιες καταστάσεις αποµονωµένης λειτουργίας µπορούν να προκαλέσουν την εµφάνιση σοβαρών υπερτάσεων (ιδιαίτερα στην περίπτωση ασύγχρονων γεννητριών). 1 Οι περιπτώσεις αυτές αφορούν εγκαταστάσεις αυτοπαραγωγών όπου επιδιώκεται η συνέχεια της τροφοδότησης των εσωτερικών φορτίων σε καταστάσεις απώλειας του δικτύου. Στις συνήθεις περιπτώσεις αιολικών πάρκων, φωτοβολταϊκών, µικρών υδροηλεκτρικών κλπ. που συνδέονται στο δίκτυο, δεν προβλέπεται δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας. 82

89 Σχήµα Παραδείγµατα σύνδεσης εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο ΜΤ. (α) Μία γεννήτρια χωρίς δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας. (β) Μία γεννήτρια µε δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας. (γ) Περισσότερες γεννήτριες χωρίς δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας. (δ) Περισσότερες γεννήτριες µε δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας. 83

90 Σχήµα (συνέχεια). Παραδείγµατα σύνδεσης εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο ΜΤ. (ε) Εγκατάσταση παραγωγής µε περισσότερες γεννήτριες, χωρίς κεντρικό διακόπτη διασύνδεσης ( ιακόπτες των γεννητριών ως Α ). (στ) Εγκατάσταση παραγωγής µε περισσότερες γεννήτριες και κεντρικό διακόπτη διασύνδεσης µε προτασσόµενη προστασία απόζευξης. Σχήµα Ενδεικτική διαµόρφωση του Υ/Σ ζεύξης εγκατάστασης παραγωγής. 84

91 Εάν η εγκατάσταση παραγωγής συνδέεται σε γραµµή ΜΤ µε σύστηµα αυτόµατης επανάζευξης (διακόπτης στην αναχώρηση της γραµµής ή ΑΕ σε ενδιάµεσο σηµείο), τότε είναι αναγκαίο το σύστηµα προστασίας απόζευξης να αποσυνδέει τις µονάδες παραγωγής οπωσδήποτε πριν από τη λειτουργία επαναφοράς του διακόπτη 1. Με τον τρόπο αυτόν εξασφαλίζεται επιπλέον ότι το σφάλµα στο αποµονωµένο τµήµα του δικτύου δεν εξακολουθεί να τροφοδοτείται από τις γεννήτριες του παραγωγού, προϋπόθεση αναγκαία για την αποτελεσµατικότητα του συστήµατος βραχείας διακοπής/ταχείας επανάζευξης των εναερίων δικτύων ΜΤ. Το σύστηµα προστασίας απόζευξης περιλαµβάνει κατ ελάχιστον προστασίες υπότασης, υπέρτασης, υποσυχνότητας και υπερσυχνότητας, περιοχές ρύθµισης και ενδεικτικές ρυθµίσεις των οποίων δίνονται στον Πίνακα 2-7. Η επιτήρηση της τάσης πρέπει να γίνεται και στις τρεις φάσεις, ώστε να ανιχνεύονται ακόµη και µονοφασικές διαταραχές. Η επιτήρηση της συχνότητας αρκεί να γίνεται σε µία φάση. Το σύστηµα προστασίας απόζευξης µπορεί να περιλαµβάνει, επιπλέον των προστασιών του Πίνακα 2-7, και επιτήρηση της οµοπολικής συνιστώσας της τάσης, U 0, για την ανίχνευση σφαλµάτων γης επί της γραµµής όπου συνδέεται η εγκατάσταση παραγωγής. Μπορεί ακόµη να διαθέτει ηλεκτρονόµο υπερέντασης για την ανίχνευση της τροφοδότησης εξωτερικών σφαλµάτων από την εγκατάσταση παραγωγής, εφόσον όµως µπορεί να εξασφαλιστεί η επιλογική του συνεργασία µε τα λοιπά µέσα προστασίας έναντι υπερεντάσεων της εγκατάστασης και η µη διέγερσή του από τα ρεύµατα ζεύξης αυτής. Οι συγκεκριµένες ρυθµίσεις των τιµών διέγερσης και των χρονικών καθυστερήσεων του συστήµατος προστασίας επιλέγονται κατά περίπτωση, λαµβάνοντας υπόψη την ανάγκη κατά το δυνατόν ταχύτερης απόζευξης της εγκατάστασης παραγωγής µετά από την εµφάνιση σφάλµατος ή άλλης διαταραχής στο δίκτυο ΜΤ όπου αυτή συνδέεται. 1 Εάν κατά τον επανοπλισµό του διακόπτη οι γεννήτριες δεν έχουν αποσυνδεθεί και άρα το αποµονωµένο τµήµα του δικτύου βρίσκεται υπό τάση, µπορεί να προκληθούν ανεπίτρεπετες µηχανικές καταπονήσεις στις γεννήτριες λόγω των αναπτυσσόµενων µεταβατικών ταλαντώσεων της ροπής. Ο κίνδυνος αυτός είναι µεγαλύτερος για σύγχρονες γεννήτριες µέσου και µεγάλου µεγέθους. Γενικά ο παραγωγός πρέπει να µεριµνά ώστε χειρισµοί, διακυµάνσεις της τάσης, βραχείες διακοπές ή άλλα συµβάντα στο δίκτυο της ΕΗ να µην οδηγούν σε βλάβες των δικών του εγκαταστάσεων. 85

92 Πίνακας 2-7. Προστασία απόζευξης εγκατάστασης παραγωγής Τύπος ηλεκτρονόµου Ενδεικτική Ρύθµιση Περιοχή Ρύθµισης Χρονική Τιµής ιέγερσης Τιµή διέγερσης καθυστέρηση Υπότασης (mv) 0.70 U n 1.00 Un 0.90 U n 0.3 s Υπέρτασης (MV) 1.00 U n 1.15 Un 1.10 U n 0.3 s Υποσυχνότητας (mf) Hz 49.5 (48) Hz 0.3 s Υπερσυχνότητας (Mf) Hz 50.5 (51) Hz 0.3 s U n : Ονοµαστική τάση του δικτύου ΜΤ Οι τιµές εντός παρενθέσεων αφορούν νησιωτικά συστήµατα Συνεπώς πρέπει να επιλέγονται στενά όρια µεταβολής της τάσης και της συχνότητας και µικροί χρόνοι ενεργοποίησης 1. Για µονάδες παραγωγής που εγκαθίστανται σε αυτόνοµα νησιωτικά συστήµατα απαιτείται γενικά ελαστικότερη ρύθµιση των ορίων τάσης και κυρίως συχνότητας, λόγω των αυξηµένων διακυµάνσεών τους, αλλά και για την αποφυγή συχνής απώλειας σηµαντικού ποσοστού παραγωγής 2. Για την ανίχνευση της αποµονωµένης λειτουργίας της εγκατάστασης χρησιµοποιούνται σε ορισµένες περιπτώσεις ηλεκτρονόµοι απότοµης µεταβολής του ανύσµατος της τάσης, απότοµης µεταβολής του φορτίου, ρυθµού µεταβολής της συχνότητας κ.ά. Τα µέσα αυτά είναι γενικά αποδεκτά, αλλά δεν µπορούν να υποκαταστήσουν τις βασικές λειτουργίας του Πίνακα 2-7 για την προστασία της διασύνδεσης. Σε εγκαταστάσεις παραγωγής µεγάλου µεγέθους µπορεί να εφαρµοστεί αλληλένδεση (transfer trip) του Α της εγκατάστασης µε τον διακόπτη στην αναχώρηση της γραµµής ΜΤ. Με τον τρόπο αυτόν εξασφαλίζεται η άµεση απόζευξη της εγκατάστασης για οποιαδήποτε διαταραχή προκαλεί το άνοιγµα του διακόπτη της 1 Ενδεικτικές τιµές ρύθµισης είναι ±10% για αποκλίσεις της τάσης και ±0.5 Hz για αποκλίσεις της συχνότητας από τις ονοµαστικές τους τιµές. Οι χρονικές καθυστερήσεις δεν πρέπει να υπερβαίνουν το 1 sec και πρέπει να εξασφαλίζουν την απόζευξη της εγκατάστασης πριν από ενδεχόµενη λειτουργία ταχείας επαναφοράς διακόπτη στα ανάντη του δικτύου. 2 Για εγκαταστάσεις παραγωγής νησιωτικών συστηµάτων, αλλά και για µεγάλες σχετικά εγκαταστάσεις που συνδέονται στο ηπειρωτικό δίκτυο, επιλέγεται χαµηλή τιµή ρύθµισης για την επιτήρηση υποσυχνότητας (π.χ. περί τα 48 Hz), ώστε να αποφεύγεται η αποσύνδεσή τους κατά τη διάρκεια σηµαντικών διαταραχών του δικτύου. Για την αποφυγή ταυτόχρονης αποσύνδεσης µεγάλου αριθµού µονάδων διεσπαρµένης παραγωγής κατά τη διάρκεια τέτοιων διαταραχών είναι σκόπιµο να εισάγονται τιµές διέγερσης µε σηµαντικό εύρος διασποράς περί το κάτω όριο της περιοχής ρύθµισης. 86

93 γραµµής και αποκλείεται η ασύγχρονη επανάζευξή του. Το ίδιο επιτυγχάνεται µε την εφαρµογή συστήµατος διαφορικής προστασίας σε εγκαταστάσεις που συνδέονται µέσω αποκλειστικών καλωδιακών γραµµών. Μετά από λειτουργία απόζευξης του Α, η ζεύξη του πρέπει να καθυστερήσει µέχρι να επανέλθει η τάση και η συχνότητα του δικτύου εντός της προβλεπόµενης ζώνης κανονικής λειτουργίας. Για την προστασία της εγκατάστασης παραγωγής, συνιστάται να προβλεφθεί µια χρονική καθυστέρηση της τάξης των λεπτών της ώρας µεταξύ της επανόδου της τάσης και της ζεύξης της εγκατάστασης, ώστε να έχουν ολοκληρωθεί ενδεχόµενοι χειρισµοί ζεύξεων στο δίκτυο. Για εγκαταστάσεις µε δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας, η ζεύξη αυτή θα πρέπει να πραγµατοποιείται από αυτόµατο σύστηµα συγχρονισµού ακριβείας. Οι λειτουργίες της προστασίας απόζευξης της εγκατάστασης µπορεί να υλοποιούνται µέσω συµβατικών ηλεκτρονόµων ή να αποτελούν µέρος ολοκληρωµένων ψηφιακών συστηµάτων προστασίας. Σε κάθε περίπτωση, η απώλεια της τάσης τροφοδότησης των συσκευών προστασίας και ζεύξης πρέπει να οδηγεί αυτοµάτως στην απόζευξη της εγκατάστασης παραγωγής, επειδή, σε αντίθετη περίπτωση, σφάλµατα στο δίκτυο της ΕΗ δεν οδηγούν σε λειτουργία των ηλεκτρονόµων και απόζευξη. Για τη διεξαγωγή δοκιµών λειτουργίας των διατάξεων προστασίας πάντοτε προβλέπεται κατάλληλο σηµείο πρόσβασης (π.χ. σύστηµα ακροδεκτών µε διαµήκη διαχωρισµό και αναµονές δοκιµών). Το σύστηµα προστασίας ασφαλίζεται/σφραγίζεται και οποιαδήποτε µεταβολή στις ρυθµίσεις του γίνεται κατόπιν έγκρισης από τη ΕΗ Αντιστάθµιση αέργου ισχύος Ο συντελεστής ισχύος στην έξοδο της εγκατάστασης παραγωγής (ή της συνολικής εγκατάστασης καταναλωτή, ο οποίος διαθέτει και εγκαταστάσεις παραγωγής) πρέπει να ανταποκρίνεται στα συµφωνηµένα στη σύµβαση πώλησης ηλεκτρικής ενέργειας. Συνήθης περιοχή αποδεκτών τιµών του είναι µεταξύ 0.95 επαγωγικού και 0.95 χωρητικού. εδοµένου ότι η απορρόφηση σηµαντικής αέργου ισχύος από µια εγκατάσταση συνεπάγεται αυξηµένες απώλειες και πτώσεις τάσεως στο δίκτυο, µπορεί να είναι 87

94 αναγκαία η αντιστάθµιση της καταναλισκόµενης αέργου ισχύος, συνήθως µε τη βοήθεια αποζεύξιµων συστοιχιών πυκνωτών. Η αντιστάθµιση µπορεί να πραγµατοποιείται τοπικά για κάθε µονάδα γεννήτριας ή οµάδα γεννητριών, ή/και κεντρικά για το σύνολο της εγκατάστασης. Όταν η ενεργός ισχύς εξόδου της εγκατάστασης παραγωγής παρουσιάζει σηµαντικές διακυµάνσεις (όπως π.χ. στις αιολικές εγκαταστάσεις), τότε είναι συνήθως αναγκαία η αυτόµατη ρύθµιση της αντιστάθµισης, προκειµένου να διατηρείται ο συντελεστής ισχύος κοντά στην επιθυµητή τιµή. Η αναγκαία αντιστάθµιση γενικά καθορίζεται από το είδος και τον τρόπο λειτουργίας των εγκαταστάσεων, αλλά και από τις προκαλούµενες επιπτώσεις στην τάση του δικτύου 1. Οι ασύγχρονες γεννήτριες καταναλώνουν άεργο ισχύ, η οποία ανέρχεται περίπου στο 50% της φαινοµένης ισχύος εξόδου υπό ονοµαστικές συνθήκες λειτουργίας. Συνεπώς, σε εγκαταστάσεις αυτού του τύπου είναι αναγκαία η εγκατάσταση πυκνωτών αντιστάθµισης. Κατά την απόζευξη της γεννήτριας, οι πυκνωτές πρέπει να αποσυνδέονται ταυτόχρονα µε το άνοιγµα του διακόπτη, προκειµένου να αποφευχθούν φαινόµενα αυτοδιέγερσης. Επίσης, οι πυκνωτές δεν πρέπει να συνδέονται πριν από τη ζεύξη της γεννήτριας 2. Οι σύγχρονες γεννήτριες διαθέτουν τη δυνατότητα ελέγχου της διέγερσής τους, η οποία µπορεί να χρησιµοποιηθεί για τη ρύθµιση του συντελεστή ισχύος εξόδου τους 3 και άρα γενικά δεν απαιτείται η εγκατάσταση πυκνωτών αντιστάθµισης. Οι ανάγκες αέργου ισχύος των µετατροπέων ισχύος εξαρτώνται από τον τύπο του µετατροπέα. Μετατροπείς µε µεταγωγή από την τάση του δικτύου (όπως οι ανορθωτές/αντιστροφείς γέφυρας µε thyristors) καταναλώνουν σηµαντική άεργο ισχύ και απαιτούν την εγκατάσταση διατάξεων αντιστάθµισης 4. Οι σύγχρονοι αυτοµεταγόµενοι (self-commutated) µετατροπείς (όπως οι µετατροπείς τύπου πηγής 1 Σε δίκτυα µε µεγάλο µήκος καλωδιακών γραµµών, η παραγόµενη άεργος ισχύς από την εγκάρσια χωρητικότητα των καλωδίων µπορεί να προκαλεί αυξηµένα επίπεδα τάσεων, ιδιαίτερα σε διαστήµατα χαµηλού φορτίου. Στις περιπτώσεις αυτές µπορεί να απαιτηθεί περιορισµός της αντιστάθµισης αέργου ισχύος των εγκαταστάσεων παραγωγής. 2 Η ίδια απαίτηση υφίσταται και για τις συστοιχίες κεντρικής αντιστάθµισης εγκαταστάσεων παραγωγής χωρίς δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας (π.χ. αιολικά πάρκα). Οι πυκνωτές πρέπει να αποσυνδέονται µε την απόζευξη της εγκατάστασης από το δίκτυο και να µην συνδέονται πριν από τη ζεύξη αυτής. 3 Ανάλογα µε το είδος και το µέγεθος της εγκατάστασης, µπορεί να αρκεί η λειτουργία υπό σταθερή διέγερση, ή να απαιτείται αυτόµατη ρύθµιση του συντελεστή ισχύος ή της τάσης ακροδεκτών. 4 Συνήθως η αντιστάθµιση τέτοιων µετατροπέων πραγµατοποιείται µέσω συντονισµένων φίλτρων LC στην πλευρά εναλλασσόµενου ρεύµατος. 88

95 τάσης µε IGBTs που χρησιµοποιούνται ευρέως σε διατάξεις διεσπαρµένης παραγωγής) παρουσιάζουν ελάχιστες ανάγκες αέργου ισχύος και συνήθως παρέχουν τη δυνατότητα ρύθµισης του συντελεστή ισχύος στην έξοδό τους εντός µιας περιορισµένης περιοχής (π.χ επαγ χωρ.). Κατά τη µελέτη των πυκνωτών αντιστάθµισης πρέπει να λαµβάνεται υπόψη η επίπτωσή τους στις αρµονικές του δικτύου. Συγκεκριµένα, οι εγκάρσιες χωρητικότητες σε συνδυασµό µε τις επαγωγικές αντιδράσεις σειράς του δικτύου (π.χ. αντιδράσεις σκεδάσεως των Μ/Σ) δηµιουργούν συχνότητες συντονισµού οι οποίες µπορεί να οδηγήσουν σε αύξηση της αρµονικής παραµόρφωσης της τάσης. Για τον λόγο αυτό µπορεί να απαιτηθεί, κατόπιν ειδικής µελέτης και σε συνεννόηση µε τη ΕΗ, η εγκατάσταση στραγγαλιστικών πηνίων σε σειρά µε τους πυκνωτές. Επίσης πρέπει να εξετάζεται και ενδεχόµενη επίπτωση στη λειτουργία του συστήµατος ΤΑΣ του δικτύου. Γενικά, η επιλογή και ο τρόπος ρύθµισης και ζεύξης της εγκατάστασης αντιστάθµισης αέργου ισχύος πρέπει να συµφωνούνται µε τη ΕΗ. Σηµειώνεται ακόµη ότι στα νησιωτικά συστήµατα όπου λειτουργούν ΑΣΠ και ΤΣΠ, πιθανόν να απαιτείται πρόσθετη αντιστάθµιση στους ζυγούς ΜΤ αυτών λόγω της λειτουργίας ασύγχρονων γεννητριών παραγωγών Συνθήκες ζεύξης Η ζεύξη των εγκαταστάσεων παραγωγής στο δίκτυο είναι δυνατή µόνον όταν η τάση και συχνότητα του δικτύου είναι κοντά στις ονοµαστικές τους τιµές και συγκεκριµένα διαφέρουν από αυτές λιγότερο από τα όρια ρύθµισης των σχετικών προστασιών τάσης και συχνότητας. Ασύγχρονες γεννήτριες είναι επιθυµητό να συνδέονται στο δίκτυο χωρίς τάση, µε αριθµό στροφών µεταξύ 95% και 105% των σύγχρονων, κατά προτίµηση µέσω διάταξης οµαλής εκκίνησης. Για σύγχρονες γεννήτριες απαιτείται διάταξη συγχρονισµού η οποία εξασφαλίζει κατ ελάχιστον τις παρακάτω συνθήκες συγχρονισµού: ιαφορά τάσης U < ± 10 % ιαφορά συχνότητας f < ± 0.5 Hz ιαφορά φασικής γωνίας φ < ± 10ο 89

96 Ανάλογα µε τα χαρακτηριστικά του δικτύου, είναι δυνατό να απαιτούνται στενότερα όρια ρύθµισης. Γενικά, ο παραλληλισµός σύγχρονων γεννητριών πρέπει να πραγµατοποιείται µέσω αυτόµατης διάταξης συγχρονισµού ακριβείας. Για εγκαταστάσεις παραγωγής µε αντιστροφείς ΣΡ/ΕΡ, η ζεύξη πρέπει να γίνεται µε την πλευρά ΕΡ του µετατροπέα χωρίς τάση. Εάν προβλέπεται δυνατότητα αποµονωµένης λειτουργίας της όλης εγκατάστασης, τότε ο Α πρέπει να διαθέτει διάταξη συγχρονισµού ακριβείας. Ο χρόνος καθυστέρησης κατά την επανάζευξη µιας γεννήτριας και η διαβάθµιση των χρόνων επανάζευξης περισσότερων γεννητριών πρέπει να είναι επαρκούν ώστε να έχουν αποκατασταθεί πλήρως τα µεταβατικά φαινόµενα και οι διαδικασίες ρύθµισης που σχετίζονται αφενός µε την αποκατάσταση της τάσης του δικτύου και αφετέρου µε την ένταξη των γεννητριών. Συνήθως, χρόνοι της τάξης των λίγων λεπτών της ώρας είναι επαρκείς Επάρκεια των στοιχείων του δικτύου Στάθµη βραχυκυκλώσεως Οι εγκαταστάσεις παραγωγής είναι δυνατό να προκαλέσουν υψηλότερες από τις επιτρεπόµενες φορτίσεις σε αγωγούς, µετασχηµατιστές και άλλα στοιχεία του δικτύου. Εποµένως είναι απαραίτητος ο επανέλεγχος της ικανότητας φόρτισής τους, λαµβάνοντας υπόψη τις συνδεδεµένες εγκαταστάσεις παραγωγής. Σαν βάση του θερµικού υπολογισµού των στοιχείων του δικτύου λαµβάνεται η µέγιστη φαινοµένη ισχύς εξόδου της εγκατάστασης παραγωγής. Όταν η ισχύς αυτή εξαρτάται από το διάστηµα υπολογισµού της (όπως π.χ. για τις αιολικές εγκαταστάσεις), µπορεί να χρησιµοποιείται η µέγιστη φαινοµένη ισχύς περιόδου 10 λεπτών, S mcα, αν και συνιστάται η χρήση της µέγιστης ισχύος 1 λεπτού, S 60Α, (η οποία είναι γενικά υψηλότερη της S mcα ). Με τη σύνδεση της εγκατάστασης παραγωγής, το ρεύµα βραχυκυκλώσεως του δικτύου αυξάνεται κατά το ρεύµα βραχυκυκλώσεως της εγκατάστασης παραγωγής. Η συµβολή των εγκαταστάσεων µεγιστοποιείται για σφάλµατα κοντά στο σηµείο σύνδεσης. Εάν δεν είναι γνωστή η ένταση βραχυκυκλώσεως της εγκατάστασης παραγωγής, τότε µπορεί να ληφθεί σαν προσεγγιστική ενεργός τιµή το ακόλουθο 90

97 πολλαπλάσιο του αθροίσµατος των ονοµαστικών εντάσεων των συνδεδεµένων γεννητριών: Για σύγχρονες γεννήτριες, 8 φορές Για ασύγχρονες γεννήτριες, 6 φορές Για γεννήτριες µε µετατροπείς ισχύος, 1 φορά Η παραπάνω θεώρηση είναι καθαρά προσεγγιστική, καθώς αγνοεί τα στοιχεία του δικτύου που παρεµβάλλονται µεταξύ γεννητριών και της θέσης του σφάλµατος, τις διαφορετικές φασικές γωνίες των ρευµάτων βραχυκύκλωσης, όπως επίσης και το γεγονός ότι η συµβολή ορισµένων τύπων γεννητριών αποσβένυται ταχύτατα (π.χ. ασύγχρονες γεννήτριες και µετατροπείς ισχύος µε ταχείες προστασίες). Ακριβέστεροι υπολογισµοί είναι δυνατοί µε εφαρµογή των σχετικών προτύπων και κανονισµών και µε τη χρήση εξειδικευµένου λογισµικού. Εάν η υπολογιζόµενη στάθµη βραχυκύκλωσης αυξηθεί πάνω από την προδιαγεγραµµένη τιµή αντοχής των στοιχείων του δικτύου (250 MVA για τα δίκτυα ΜΤ της ΕΗ) εξ αιτίας της εγκατάστασης παραγωγής, τότε πρέπει να συµφωνηθούν κατάλληλα µέτρα µεταξύ του συνδεόµενου και της ΕΗ, τα οποία θα περιορίζουν το µέγεθος της έντασης βραχυκυκλώσεως, ή συνηθέστερα να επιλεγεί η απ ευθείας σύνδεση στο σύστηµα ΥΤ Επιπτώσεις στην τάση του δικτύου Αργές µεταβολές της τάσης Η λειτουργία εγκαταστάσεων παραγωγής συνδεόµενων στο δίκτυο ΜΤ προκαλεί µεταβολή των ροών ισχύος στις γραµµές του δικτύου και συνεπώς των τάσεων στα διάφορα σηµεία του. Στην ενότητα αυτή εξετάζονται οι αργές µεταβολές της τάσης, δηλαδή οι διακυµάνσεις σε χρονικά διαστήµατα 10 λεπτών, οι επιτρεπόµενες τιµές των οποίων ορίζονται από το πρότυπο ΕΝ Σύµφωνα µε το πρότυπο αυτό, στο δίκτυο ΜΤ οι αποκλίσεις της µέσης τιµής 10 min της τάσης πρέπει να µην υπερβαίνουν το ±10% της ονοµαστικής τάσης για το 95% του χρόνου µέτρησης, ο οποίος 91

98 Για την ακριβή και αξιόπιστη εξέταση των επιπέδων της τάσης µετά τη σύνδεση των εγκαταστάσεων παραγωγής απαιτείται ο υπολογισµός ροής φορτίου στο δίκτυο ΜΤ λαµβάνοντας υπόψη τα υφιστάµενα και προβλεπόµενα φορτία των υποσταθµών διανοµής, όπως επίσης και άλλες εγκαταστάσεις παραγωγής που ενδεχοµένως συνδέονται ή πρόκειται να συνδεθούν, διότι οι τάσεις των κόµβων του δικτύου διαµορφώνονται από τις συνολικές ροές ισχύος των κλάδων. Παρ όλα αυτά, όταν εξετάζεται η σύνδεση µιας εγκατάστασης παραγωγής σε συγκεκριµένο σηµείο του δικτύου (ή περισσότερων εγκαταστάσεων στο ίδιο ή σε πολύ κοντινά σηµεία), η διαδικασία εξέτασης µπορεί να διαµορφωθεί σε δύο διαδοχικά βήµατα, προκειµένου να απλουστευθούν οι σχετικοί υπολογισµοί. Αν από τους προσεγγιστικούς υπολογισµούς του πρώτου επιπέδου εξέτασης προκύπτει ότι τα τιθέµενα όρια παραβιάζονται, τότε απαιτείται η εξέταση σύµφωνα µε τη λεπτοµερέστερη διαδικασία του δεύτερου επιπέδου. ιαφορετικά, επιτρέπεται η σύνδεση του παραγωγού, εφόσον βέβαια ικανοποιούνται και οι υπόλοιπες προϋποθέσεις του κεφαλαίου αυτού. Αν εξετάζεται η σύνδεση στο δίκτυο περισσοτέρων του ενός παραγωγών µε διαφορετικά σηµεία σύνδεσης, τότε η εξέταση πρέπει να γίνεται απ ευθείας µε εφαρµογή της λεπτοµερούς διαδικασίας. Επίσης, σε περιπτώσεις δικτύων µε σηµαντικά µήκη υπόγειων ή υποβρύχιων καλωδίων, η τάση µπορεί να είναι ήδη σηµαντικά αυξηµένη, µε αποτέλεσµα η σύνδεση εγκαταστάσεων παραγωγής να προκαλεί ανεπίτρεπτη περαιτέρω ανύψωση. Στην περίπτωση αυτή η εξέταση πρέπει επίσης να γίνεται µε τη λεπτοµερή διαδικασία. Προσεγγιστική µέθοδος Υπολογίζεται ο λόγος βραχυκυκλώσεως R k στο ΣKΣ: S k R k = S (3.1) mca ορίζεται ίσος µε 1 εβδοµάδα. Στην ΧΤ τίθεται ο ίδιος περιορισµός, ενώ επιπλέον απαιτείται οι αποκλίσεις να µην υπερβαίνουν το 15% έως +10% για το 100% του χρόνου. 92

99 όπου S k είναι η ισχύς βραχυκυκλώσεως του δικτύου στο ΣKΣ και S mcα η µέγιστη τιµή 1 µόνιµης κατάστασης της φαινοµένης ισχύος εξόδου της εγκατάστασης παραγωγής (µέση τιµή 10 min). Αν η εγκατάσταση παραγωγής περιλαµβάνει περισσότερες της µιας µοναδιαίες εγκαταστάσεις, η S mcα υπολογίζεται κατά τα αναφερόµενα στην Παράγραφο Εάν ικανοποιείται η συνθήκη R k 33 (3.2) τότε οι προκαλούµενες µεταβολές της τάσης θεωρούνται αποδεκτές και η σύνδεση επιτρέπεται. Όταν η σύνθετη αντίσταση του δικτύου είναι σηµαντικά επαγωγική, ο υπολογισµός µε τον λόγο βραχυκυκλώσεως R k είναι πολύ συντηρητικός, δηλαδή η επιτρεπόµενη ισχύς των εγκαταστάσεων περιορίζεται περισσότερο από όσο πραγµατικά απαιτείται. Στην περίπτωση αυτή, η αναµενόµενη µεταβολή της τάσης στο ΣΚΣ µπορεί να εκτιµηθεί χρησιµοποιώντας την προσεγγιστική σχέση: S 100 ε + ( ψ + φ ) = ( ψ φ ) mca (%) = 100 cos k A cos k A S k R (3.3) k όπου ε(%) είναι η αναµενόµενη µέγιστη µεταβολή της τάσης στο ΣΚΣ εξαιτίας των εγκαταστάσεων παραγωγής, κατά την κανονική τους λειτουργία, εκφρασµένη επί τοις εκατό της ονοµαστικής τάσης του δικτύου, ψ k η φασική γωνία της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως του δικτύου και φ Α η φασική γωνία του ρεύµατος στην έξοδο των εγκαταστάσεων παραγωγής (βλέπε Παράγραφο 1.2). Η υπολογιζόµενη από τη σχέση (3.3) µεταβολή της τάσης πρέπει να είναι κατ απόλυτη τιµή µικρότερη του 3%. Άρα: ε ( ψ + φ ) k 3 % Rk 33 cos k A S mca 33 cos( ψ k + φ A) (3.4) S 1 Σύµφωνα µε τους ορισµούς της παραγράφου 1.2, S mcα είναι η φαινοµένη ισχύς που αντιστοιχεί στη µέγιστη ενεργό ισχύ συνεχούς λειτουργίας. Πρακτικώς η τιµή αυτή είναι και η µέγιστη φαινοµένη ισχύς µόνιµης κατάστασης. Εάν αυτό δεν ισχύει, τότε αντί της S mcα πρέπει να χρησιµοποιείται η αντίστοιχη S max. 93

100 Εάν στους παραπάνω υπολογισµούς προκύψει για το συνηµίτονο τιµή µικρότερη του 0.15, τότε, λαµβάνοντας υπόψη τον προσεγγιστικό χαρακτήρα του υπολογισµού, θα χρησιµοποιηθεί η τιµή Κατά την εξέταση εγκαταστάσεων οι οποίες µπορούν να λειτουργούν υπό µεταβλητό συντελεστή ισχύος (Σ.Ι.) εξόδου (σύγχρονες γεννήτριες µε ελεγχόµενη διέγερση και ορισµένοι τύποι µετατροπέων ισχύος), η δυνατότητα αυτή πρέπει να ληφθεί υπόψη στους υπολογισµούς, δεδοµένου ότι ακόµη και µικρές µεταβολές του Σ.Ι. µπορεί να έχουν σηµαντική επίπτωση στην τάση. Αυτό µπορεί να γίνει µε σχετικά απλό τρόπο, χρησιµοποιώντας το διάστηµα µεταβολής του Σ.Ι. υπό ονοµαστική ισχύ λειτουργίας (στοιχείο που παρέχεται από τον κατασκευαστή, π.χ επαγ χωρ.) και άρα της γωνίας φ Α της σχέσης (3.3). Εάν η υπολογιζόµενη µέσω της σχέσης (3.3) µεταβολή της τάσης ε(%) µπορεί να γίνει µικρότερη του ορίου του 3% για κάποιες από τις δυνατές τιµές του Σ.Ι., τότε η σύνδεση της εγκατάστασης πρέπει να κρίνεται αποδεκτή (έστω και αν άλλες τιµές του Σ.Ι. της εγκατάστασης οδηγούν σε παραβίαση του ορίου). Στις περιπτώσεις αυτές αποτελεί υποχρέωση του παραγωγού να λειτουργεί τις µονάδες του υπό Σ.Ι. που προκαλεί ελάχιστες µεταβολές της τάσης. Για τον σκοπό αυτό είναι γενικά αναγκαία η ύπαρξη και θέση σε λειτουργία αυτόµατου συστήµατος ρύθµισης της τάσης (π.χ. ρυθµιστές τάσης των σύγχρονων γεννητριών ή ανάλογο σύστηµα), το οποίο θα µεταβάλει κατάλληλα τον Σ.Ι. εξόδου προκειµένου να ελαχιστοποιεί τις αποκλίσεις της τάσης. Ακριβής µέθοδος Σε σύνθετες ή ειδικές περιπτώσεις δικτύων, όταν εξετάζεται η δυνατότητα σύνδεσης περισσοτέρων του ενός παραγωγών, καθώς και όταν παραβιάζονται τα όρια της προσεγγιστικής µεθόδου, η εξέταση πρέπει να γίνει µε τον υπολογισµό ροής φορτίου στο εξεταζόµενο δίκτυο. Σε σχετικά απλές περιπτώσεις, οι υπολογισµοί που απαιτούνται µπορούν να γίνουν αναλυτικά, αλλά συνήθως είναι αναγκαία η χρήση κατάλληλου λογισµικού. Ο υπολογισµός ροών φορτίου αποσκοπεί στην ακριβέστερη εκτίµηση των επιπέδων τάσης στα διάφορα σηµεία του δικτύου, σε όλες τις πιθανές ακραίες 94

101 λειτουργικές καταστάσεις, συνεκτιµώντας την επίδραση φορτίων και παραγωγών. Συνιστάται η πραγµατοποίηση τεσσάρων ροών φορτίου, για τις ακραίες λειτουργικές καταστάσεις του συστήµατος: Α. Μέγιστο φορτίο Ελάχιστη παραγωγή Β. Μέγιστο φορτίο Μέγιστη παραγωγή Γ. Ελάχιστο φορτίο Ελάχιστη παραγωγή. Ελάχιστο φορτίο Μέγιστη παραγωγή Οι καταστάσεις «ελάχιστης παραγωγής» και «µέγιστης παραγωγής» αφορούν το σύνολο των εγκαταστάσεων παραγωγής που είναι συνδεδεµένες ή πρόκειται να συνδεθούν στο δίκτυο 1. Οι χρησιµοποιούµενες ισχείς εξόδου των εγκαταστάσεων πρέπει να είναι οι µέγιστες τιµές ισχύος µόνιµης κατάστασης (τιµές 10 λεπτών, P mca και Q mca, για κάθε εγκατάσταση). Για την κατάσταση ελάχιστης παραγωγής µπορεί να θεωρηθεί ότι οι εγκαταστάσεις παραγωγής είναι εκτός λειτουργίας, εφόσον η άεργος ισχύς εξόδου τους είναι µικρή όταν αυτές λειτουργούν υπό χαµηλή ενεργό ισχύ εξόδου. Στις καταστάσεις «µέγιστου φορτίου» και «ελάχιστου φορτίου» χρησιµοποιούνται οι µέγιστες και ελάχιστες τιµές 10 min του φορτίου του υπό εξέταση δικτύου κατά τη διάρκεια ενός έτους. (Π.χ. το ετήσιο ελάχιστο φορτίο µπορεί να αντιστοιχεί στο ηµερήσιο ελάχιστο φορτίο κατά τη διάρκεια ενός 24ώρου του Χειµώνα, ενώ το ετήσιο µέγιστο φορτίο στο µέγιστο φορτίο κατά τη διάρκεια ενός θερινού 24ώρου). Οι καταστάσεις Α και δίνουν γενικά τα ελάχιστα και µέγιστα αναµενόµενα επίπεδα τάσεων στο δίκτυο. Η σύγκριση των υπολογιζόµενων τάσεων για τις καταστάσεις Α και B, ή για τις Γ και, δίνει τη µέγιστη µεταβολή των τάσεων στους κόµβους του δικτύου εξαιτίας µεταβολών της ισχύος εξόδου των εγκαταστάσεων παραγωγής, για δεδοµένο φορτίο. Από τις ροές φορτίου για τις 4 καταστάσεις προκύπτουν η ελάχιστη και η µέγιστη τιµή της τάσης κάθε κόµβου j, U min,i και U max,i : 1 Οι καταστάσεις Α- παρουσιάζουν µια πιθανότητα εµφάνισης, η οποία δεν είναι πάντοτε εύκολο να εκτιµηθεί. Γενικά, χρειάζεται προσοχή ώστε να µην λαµβάνονται υπόψη απίθανες καταστάσεις. Π.χ. αν θεωρηθεί γραµµή ΜΤ όπου το ελάχιστο φορτίο εµφανίζεται τη νύχτα και σε αυτή συνδέεται εγκατάσταση φωτοβολταϊκών, προφανώς η κατάσταση δεν είναι εφικτή. (Σε αυτή την περίπτωση, στο σενάριο λειτουργίας θα πρέπει να χρησιµοποιηθεί το ελάχιστο φορτίο κατά τις ώρες υψηλής ηλιοφάνειας). 95

102 { U A, j, UΒ, j, UΓ, j U j } { U, U, U U } U max, j max,, = (3.5) U min, j min A, j Β, j Γ, j,, j = (3.6) όπου U A,j, U B,j, U Γ,j, U,j είναι οι τιµές των τάσεων του κόµβου j, οι οποίες υπολογίστηκαν από τις ροές φορτίου των καταστάσεων Α, B, Γ και. Τα κριτήρια τα οποία τίθενται προκειµένου να επιτραπεί η σύνδεση των εγκαταστάσεων παραγωγής στα θεωρούµενα ΣΣ είναι τα ακόλουθα, σύµφωνα και µε την Οδηγία ιανοµής Νο. 32, και πρέπει να τηρούνται σε κάθε σηµείο του δικτύου (µε την εξαίρεση ενδεχοµένως του τµήµατος µεταξύ ΣΣ και ΣΚΣ των παραγωγών, σύµφωνα µε τα αναφερόµενα στην Παράγραφο 2.1.3) 1 : Η µέση τάση κάθε κόµβου, U med,j, δεν πρέπει να αποκλίνει άνω του ±5% από την ονοµαστική: U + U 0.95 U n U 05 2 min, j max, j med, j = 1. U n (3.7) Η διακύµανση της τάσης, Uj, περί τη µέση τιµή U med,j δεν πρέπει να υπερβαίνει το ±3% της ονοµαστικής τάσης: 2 U j = U max, j U min, j U n (3.8) Το όριο του ±5% της µέσης τιµής συνδέεται µε το γεγονός ότι οι Μ/Σ διανοµής ΜΤ/ΧΤ τυποποίησης ΕΗ διαθέτουν ρυθµιζόµενες λήψεις 5% έως +5%, µε βήµα 2.5%, και συνεπώς µπορούν να αντισταθµίσουν τέτοιες αποκλίσεις της τάσης πρωτεύοντος. Ο περιορισµός του ±3% όσον αφορά τη διακύµανση περί τη µέση τιµή επιβάλλεται έτσι ώστε να διασφαλίζεται η διατήρηση της τάσης εντός των ορίων κατά µήκος του δικτύου ΧΤ που τροφοδοτεί ο κάθε Μ/Σ διανοµής. Η µέση τιµή Umed και η διακύµανση U της τάσης κάποιου κόµβου δείχνονται στο διάγραµµα του Σχήµατος 2.3.3(α). Οι παραπάνω απαιτήσεις δίνουν την περιοχή αποδεκτών τιµών της ελάχιστης και µέγιστης τάσης κάθε κόµβου που απεικονίζεται µε 1 Στο τµήµα της αποκλειστικής γραµµής µεταξύ ΣΣ και ΣΚΣ γίνεται αποδεκτή η υπέρβαση των τιθέµενων ορίων, δεδοµένου ότι πρόκειται για τµήµα του δικτύου όπου δεν αναµένονται άλλες συνδέσεις. κατά µήκος αποκλειστικών γραµµών ΜΤ παραγωγών, µπορεί να εφαρµόζεται όριο διακύµανσης της τάσης ±8% περί την ονοµαστική τιµή. 96

103 γκρίζο χρώµα στο Σχήµα 2.3.3(β). Είναι εµφανές ότι απόκλισης της τάσης άνω του ±8% δεν είναι αποδεκτή σε καµία περίπτωση. Σχήµα (α) Ορισµοί µέγιστης και ελάχιστης τάσης, µέσης τάσης και απόκλισης από τη µέση τάση για κάποιον κόµβο (µέσες τιµές 10 λεπτών). (β) ιάγραµµα αποδεκτών τιµών ελάχιστης- µέγιστης τάσης κόµβου. Κατά τον υπολογισµό των ροών φορτίου πρέπει να λαµβάνονται υπόψη τα υφιστάµενα µέσα ρύθµισης της τάσης (ΣΑΤΦ µετασχηµατιστών ΥΤ/ΜΤ, ρυθµιστές τάσης επί των γραµµών κλπ.). Τα µέσα αυτά έχουν συνήθεις χρόνους λειτουργίας περί τα sec και άρα επηρεάζουν τη µέση τιµή 10 min της τάσης. Περαιτέρω διερεύνηση µπορεί να απαιτούν περιπτώσεις όπου η ρύθµιση γίνεται χρησιµοποιώντας αντιστάθµιση της πτώσης τάσης επί της γραµµής. Η εγκατάσταση σηµαντικής ισχύος παραγωγής µπορεί να µεταβάλλει το κέντρο βάρος του φορτίου και άρα τις απαιτούµενες ρυθµίσεις αντιστάθµισης. Εάν οι εγκαταστάσεις παραγωγής διαθέτουν δυνατότητα ελέγχου του συντελεστή ισχύος εξόδου, π.χ. µέσω των ρυθµιστών τάσης των σύγχρονων γεννητριών, αυτό θα λαµβάνεται υπόψη στους υπολογισµούς ροών φορτίου. Σηµειώνεται ότι η παραπάνω µέθοδος εξέτασης σε ορισµένες περιπτώσεις είναι σηµαντικά ελαστικότερη από την προσεγγιστική αξιολόγηση που περιγράφηκε προηγουµένως (π.χ. για εγκατάσταση παραγωγής συνδεόµενη σε δίκτυο µε ασθενή φόρτιση, το περιθώριο µεταβολής της τάσης στο ΣΚΣ µπορεί να είναι έως και 6%). Κατά 97

104 την εφαρµογή της πρέπει να λαµβάνονται υπόψη όχι µόνο οι υφιστάµενες εγκαταστάσεις παραγωγής, αλλά και άλλες οι οποίες αναµένεται να συνδεθούν, όπως επίσης και η εξέλιξη του φορτίου του δικτύου για ένα εύλογο χρονικό διάστηµα. Εάν από την προηγούµενη εξέταση προκύπτουν µεταβολές της τάσης εκτός των τιθέµενων ορίων, τότε πρέπει να ληφθούν µέτρα για την ενίσχυση του δικτύου. Στην απλούστερη περίπτωση πρέπει να επιλεγεί σηµείο σύνδεσης µε µεγαλύτερη ισχύ βραχυκυκλώσεως. Εάν αυτό δεν είναι δυνατό, τότε εξετάζονται κατά σειρά η ενίσχυση του υπάρχοντος δικτύου, η κατασκευή αποκλειστικής γραµµής για τη σύνδεση των εγκαταστάσεων στους ζυγούς ΜΤ του υποσταθµού ΥΤ/ΜΤ, η εγκατάσταση νέου µετασχηµατιστή στον υποσταθµό και τελικά η κατασκευή νέου υποσταθµού ΥΤ/ΜΤ για απ ευθείας σύνδεση στο δίκτυο ΥΤ Ταχείες µεταβολές της τάσης - Flicker Σύµφωνα µε το πνεύµα του προτύπου EN 50160, ταχείες µεταβολές της τάσης είναι γρήγορες µεταβολές της rms τιµής της οι οποίες συµβαίνουν σε χρονικές κλίµακες από 1 κύκλο έως αρκετά δευτερόλεπτα (και πάντως οπωσδήποτε εντός διαστήµατος µικρότερου των 10 min). Ταχείες µεταβολές συµβαίνουν λόγω χειρισµών στις εγκαταστάσεις παραγωγής (συνηθέστερες οι ζεύξεις/αποζεύξεις γεννητριών και πυκνωτών) ή και εξαιτίας της µεταβλητότητας της ισχύος εξόδου των εγκαταστάσεων (π.χ. ανεµογεννήτριες). Κατά την εξέταση µεταβολών αυτού του τύπου πρέπει να εκτιµώνται: Α) Το µέγεθος των αναµενόµενων µεταβολών της τάσης στο ΣΚΣ και Β) Οι προκαλούµενες εκποµπές flicker (χειρισµών, αλλά και κανονικής λειτουργίας) Α. Χειρισµοί Η προκαλούµενη µεταβολή της τάσης στο ΣΚΣ εξαιτίας χειρισµών δεν πρέπει να υπερβαίνει τα όρια που δίνονται στον Πίνακα 2-8 και τα οποία εξαρτώνται από την αναµενόµενη συχνότητα χειρισµών, r. υσµενέστερη περίπτωση χειρισµών είναι 98

105 συνήθως οι χειρισµοί ζεύξης, οι οποίοι και λαµβάνονται υπόψη στην αξιολόγηση, εκτός αν η έκθεση δοκιµών του εξοπλισµού υποδεικνύει άλλο είδος. Πίνακας 2-8. Μέγιστη επιτρεπόµενη µεταβολή της τάσης στο ΣΚΣ, d max (%), εξαιτίας χειρισµών στις εγκαταστάσεις παραγωγής Συχνότητα χειρισµών, r Επιτρεπόµενη µεταβολή της (h -1 : ανά ώρα) τάσης, d max (%) r > 10 h -1 2 % 1 h -1 < r 10 h -1 3 % r 1 h -1 4 % Ο υπολογισµός της προκαλούµενης µεταβολής, d max (%), γίνεται µε εφαρµογή της σχέσης S ne d max (%) = 100 k S (3.9) όπου S nε είναι η ονοµαστική φαινοµένη ισχύς της µοναδιαίας εγκατάστασης για την οποία το γινόµενο k S nε είναι µέγιστο (αν η εγκατάσταση παραγωγής περιλαµβάνει µόνο µία µοναδιαία εγκατάσταση, προφανώς S nε =S na ) και S k η ισχύς βραχυκυκλώσεως στο ΣΚΣ. Ο συντελεστής k της σχέσης (3.9) πρέπει να τίθεται ίσος µε τον συντελεστή µεταβολής τάσης, k U (ψ k ), της µοναδιαίας εγκατάστασης (βλ. Παράγραφο 2.1.2), ο οποίος δίνεται στο σχετικό πιστοποιητικό δοκιµών για τον δυσµενέστερο από πλευράς επιπτώσεων στην τάση χειρισµό. Ο συντελεστής µεταβολής τάσης λαµβάνει υπόψη την κυµατοµορφή του ρεύµατος της εγκατάστασης και δίνεται ως συνάρτηση της γωνίας ψ k της σύνθετης αντίστασης του δικτύου 1. Εάν ο συντελεστής µεταβολής τάσης δεν είναι διαθέσιµος, ως k χρησιµοποιείται ο συντελεστής µέγιστου ρεύµατος ζεύξης, k imax, της µοναδιαίας εγκατάστασης (βλ. Παράγραφο 2.1.2), ο οποίος πρέπει να περιλαµβάνεται στο πιστοποιητικό δοκιµών. Απουσία συγκεκριµένης τιµής και του k imax, λαµβάνεται: k 1 Η τιµή του k U (ψ k ) για τιµές γωνίας ενδιάµεσες αυτών που δίνονται στο πιστοποιητικό δοκιµών βρίσκεται µε γραµµική παρεµβολή. 99

106 k imax = 1 1 για σύγχρονες γεννήτριες µε διατάξεις συγχρονισµού ακριβείας και για µετατροπείς ισχύος k imax = 4 για ασύγχρονες γεννήτριες που συνδέονται στο δίκτυο µε 95 ως 105% του σύγχρονου αριθµού στροφών, εφόσον δεν υπάρχουν πληρέστερα δεδοµένα για το είδος του περιορισµού της έντασης ζεύξης k imax = 8 σε περίπτωση που το ρεύµα εκκίνησης δεν είναι γνωστό Για την εφαρµογή της σχέσης (3.9) λαµβάνεται υπόψη η δυσµενέστερη µοναδιαία εγκατάσταση και όχι η συνολική εγκατάσταση παραγωγής, η οποία µπορεί να περιλαµβάνει περισσότερες µοναδιαίες εγκαταστάσεις. Αυτό είναι δικαιολογηµένο, δεδοµένου ότι στο σύστηµα ελέγχου της εγκατάστασης πρέπει να λαµβάνεται πρόνοια ώστε να αποφεύγονται ταυτόχρονοι χειρισµοί 2. Εάν αυτό δεν είναι εξασφαλισµένο τότε πρέπει να χρησιµοποιείται η ονοµαστική ισχύς του συνόλου των γεννητριών που µπορεί να εκκινήσουν ταυτόχρονα. Εκτός από τον περιορισµό της µέγιστης βύθισης τάσης, πρέπει ταυτόχρονα να εξασφαλίζεται και ότι το προκαλούµενο flicker εξαιτίας χειρισµών στις εγκαταστάσεις παραγωγής δεν υπερβαίνει το επιτρεπόµενο όριο για τη συγκεκριµένη εγκατάσταση: Pst E Pst (3.10) Plt E Plt (3.11) όπου P st και P lt είναι οι δείκτες flicker βραχείας και µακράς διάρκειας της εγκατάστασης παραγωγής εξαιτίας χειρισµών και E Pst, E Plt είναι τα αντίστοιχα όρια για τη συγκεκριµένη εγκατάσταση. Στη συνέχεια δίνεται συνοπτικά ο τρόπος υπολογισµού των δεικτών flicker και ο καθορισµός των σχετικών ορίων. Όρια εκποµπών flicker, E Pst και E Plt 1 Στην πράξη τείνει πλέον να καθιερωθεί η χρησιµοποίηση της τιµής 0.6, δεδοµένου ότι η χρήση συστηµάτων συγχρονισµού ακριβείας έχει γενικευθεί. 2 Εάν οι γεννήτριες διαθέτουν σύστηµα αυτόµατης επανένταξης µε χρονική καθυστέρηση µετά από διακοπή της λειτουργίας τους, οι ρυθµίσεις των σχετικών σταθερών χρόνου πρέπει να διαφέρουν από γεννήτρια σε γεννήτρια, ώστε να αποφεύγεται η ταυτόχρονη επανάζευξή τους. Η διαφορά αυτή θα πρέπει να είναι επαρκώς µεγάλη ώστε να µην παραβιάζονται τα κριτήρια εκποµπών flicker. 100

107 Για δίκτυα ΜΤ, το συνολικά διαθέσιµο όριο flicker (για το σύνολο των εγκαταστάσεων που συνδέονται στο συγκεκριµένο τµήµα του δικτύου) είναι το παρακάτω: G Pst = 0.79 G Plt = 0.63 Εάν στο δίκτυο ΜΤ δεν συνδέονται (ή αναµένεται να συνδεθούν) άλλες εγκαταστάσεις παραγωγών ή καταναλωτών οι οποίες προκαλούν διαταραχή flicker, τότε το παραπάνω όριο µπορεί να διατεθεί εξ ολοκλήρου στην υπό εξέταση εγκατάσταση: E Pst =G Pst = 0.79 E Plt =G Plt = 0.63 ιαφορετικά, το συνολικά διαθέσιµο όριο, G Pst και G Plt, πρέπει να κατανεµηθεί µεταξύ των επιµέρους εγκαταστάσεων, ανάλογα προς την ονοµαστική τους ισχύ. Αυτό γίνεται χρησιµοποιώντας τις σχέσεις: S n, i E 3 Pst, i = GPst 0.35 (3.12) S t S n, i E 3 Plt, i = GPlt 0.25 (3.13) S όπου EPst,i και EPlt,i είναι τα επιτρεπόµενα όρια εκποµπών flicker της υπό εξέταση εγκατάστασης i, ονοµαστικής (ή συµφωνηµένης) ισχύος Sn,i, και St η συνολική ισχύς των εγκαταστάσεων του δικτύου οι οποίες προκαλούν flicker. Τα υπολογιζόµενα µε τον τρόπο αυτόν όρια EPst,i και EPlt,i δεν πρέπει να είναι µικρότερα από 0.35 και 0.25, αντιστοίχως. Για πρόχειρους υπολογισµούς, ή όταν υπάρχει δυσκολία εκτίµησης των διαθέσιµων ορίων για µια συγκεκριµένη εγκατάσταση, συνιστάται να χρησιµοποιούνται τα εξής όρια για τη συγκεκριµένη εγκατάσταση παραγωγής: E Pst = 0.60 E Plt = 0.45 t Υπολογισµός των δεικτών flicker, P st και P lt 101

108 Στη συνέχεια δίνονται οι σχέσεις υπολογισµού των εκποµπών flicker εξαιτίας χειρισµών, για την περίπτωση ανεµογεννητριών. Οι σχέσεις αυτές εφαρµόζονται άµεσα και για άλλου τύπου εγκαταστάσεις, εφόσον υπάρχουν τα αναγκαία στοιχεία. Το flicker που προκαλείται εξαιτίας των χειρισµών µίας Α/Γ δίνεται από τις σχέσεις P st S = 18 N k ( ) 0.31 n 10 f ψ k (3.14) S k όπου P lt S = 8 N k ( ) 0.31 n 120 f ψ k S (3.15) k Ν 10 και Ν 120 είναι ο µέγιστος αριθµός χειρισµών εντός περιόδου 10min και 120min (δίνονται στο πιστοποιητικό δοκιµών της Α/Γ). S n η ονοµαστική φαινοµένη ισχύς της Α/Γ S k η ισχύς βραχυκυκλώσεως στο ΣKΣ k f (ψ k ) ο συντελεστής flicker χειρισµών της Α/Γ, ο οποίος δίνεται στο πιστοποιητικό δοκιµών ως συνάρτηση της γωνίας ψ k της σύνθετης αντίστασης βραχυκυκλώσεως του δικτύου 1. Εάν εξετάζεται εγκατάσταση η οποία περιλαµβάνει περισσότερες Α/Γ (αιολικό πάρκο), τότε µπορούν να χρησιµοποιούνται οι εξής σχέσεις για τον υπολογισµό των συνολικών δεικτών flicker του πάρκου, P stσ και P ltσ : N wt Pst Σ = N10, i ( k f, i( ψ k) S n, i) (3.16) S k i= N wt PltΣ = N120, i ( k f, i( ψ k) S n, i) (3.17) S k i= 1 όπου N wt είναι ο αριθµός των Α/Γ του πάρκου. Ο δείκτης i υποδηλώνει µεγέθη της Α/Γ i. Εάν το πάρκο περιλαµβάνει N wt όµοιες Α/Γ, τότε οι παραπάνω σχέσεις απλοποιούνται στις: P stσ S n 0.31 = 18 N wt N k f k Pst = N wt Pst 3 10 ( ψ ) Σ N wt Pst S (3.18) k Η τιµή του συντελεστή k f (ψ k ) για τιµές γωνίας ενδιάµεσες αυτών που δίνονται στο πιστοποιητικό δοκιµών βρίσκεται µε γραµµική παρεµβολή. 102

109 P ltσ S n 0.31 = 8 N wt N k f k Plt = N wt Plt ( ψ ) Σ N wt Plt S (3.19) k όπου P st και P lt είναι οι δείκτες flicker µίας ανεµογεννήτριας. Εάν πρόκειται για άλλου είδους εγκαταστάσεις, για τις οποίες δίνεται ο συντελεστής flicker χειρισµών, k f (ψ k ), τότε οι παραπάνω σχέσεις (3.16)-(3.19) είναι άµεσα εφαρµόσιµες. Οι υπολογιζόµενες τιµές των δεικτών P st και P lt της όλης εγκατάστασης παραγωγής πρέπει να είναι µικρότερες από τα αντίστοιχα όρια, E Pst και E Plt. Εάν δεν είναι εφικτός ο υπολογισµός των εκποµπών flicker της εγκατάστασης (τιµές δεικτών P st και P lt ), τότε ο περιορισµός των εκποµπών flicker κάτω από τα επιτρεπόµενα όρια επιτυγχάνεται περιορίζοντας τη συχνότητα των χειρισµών που πραγµατοποιούνται εντός των εγκαταστάσεων παραγωγής, σύµφωνα µε την παρακάτω σχέση, η οποία γενικά δίνει συντηρητικά αποτελέσµατα: 3.5 r d χειρισµοί/λεπτό (3.20) 3 max όπου r ο αριθµός χειρισµών ανά λεπτό εντός της εγκατάστασης παραγωγής και d max η προκαλούµενη µέγιστη σχετική µεταβολή της τάσης, εκφρασµένη επί τοις εκατό (d max (%), από τη σχέση (3.9)). Επιπλέον, διαδοχικοί χειρισµοί πρέπει να απέχουν τουλάχιστον 1.5 min. Β. Κανονική λειτουργία Όπως και για τους χειρισµούς, έτσι και για την κανονική λειτουργία της εγκατάστασης πρέπει να εξασφαλίζεται ότι οι εκποµπές flicker διατηρούνται εντός των τιθέµενων ορίων, δηλαδή ικανοποιούνται οι σχέσεις (3.10) και (3.11), όπου τα όρια E Pst και E Plt είναι ακριβώς ίδια µε αυτά των χειρισµών. Ο υπολογισµός των δεικτών P st και P lt για την κανονική λειτουργία γίνεται µε τη βοήθεια του συντελεστή flicker c(ψ k ), ο οποίος δίνεται στο πιστοποιητικό µετρήσεων που συνοδεύει την εγκατάσταση. Οι σχέσεις που δίνονται στη συνέχεια αναφέρονται στην περίπτωση των Α/Γ, που είναι και η συνηθέστερη πηγή flicker µεταξύ των διαφόρων τύπων εγκαταστάσεων παραγωγής. Παρ όλα αυτά, οι εξισώσεις και ο τρόπος υπολογισµού επεκτείνονται άµεσα σε 103

110 οποιονδήποτε τύπο εγκατάστασης, αν υπάρχουν τα αναγκαία στοιχεία, τα οποία οφείλει να προσκοµίζει ο παραγωγός. Στην περίπτωση εγκατάστασης µίας ανεµογεννήτριας ο υπολογισµός γίνεται µέσω της σχέσης: P ( v ) S n st = Plt = cψ k, α S (3.21) k όπου S n είναι η ονοµαστική ισχύς της Α/Γ, S k η ισχύς βραχυκυκλώσεως στο ΣKΣ και c(ψ k, v a ) ο συντελεστής flicker της Α/Γ, ο οποίος δίνεται στο πιστοποιητικό µετρήσεων της Α/Γ υπό µορφή πίνακα, για µια σειρά τιµών της γωνίας της σύνθετης αντίστασης ψ k του δικτύου στο ΣKΣ και της µέσης ετήσιας ταχύτητας va του ανέµου (µετρούµενης στο ύψος της πλήµνης της Α/Γ) 1. Σηµειώνεται ότι για την κανονική λειτουργία Α/Γ, οι δείκτες flicker βραχείας και µακράς διάρκειας θεωρούνται πάντοτε ίσοι µεταξύ τους (P st = P lt ). Εάν εξετάζεται εγκατάσταση αιολικού πάρκου µε περισσότερες Α/Γ (όχι υποχρεωτικά του ίδιου τύπου), τότε ο συνολικός δείκτης flicker στο ΣΚΣ προκύπτει µε τετραγωνική άθροιση των επιµέρους συµβολών: P stσ = P ltσ 1 = S k N wt ( ci( k, vα) S i) n, i= 1 2 ψ (3.22) όπου N wt είναι ο αριθµός Α/Γ του αιολικού πάρκου και S n,i η ονοµαστική ισχύς της Α/Γ i. Για N wt όµοιες Α/Γ η παραπάνω σχέση γίνεται: P stσ = Plt Σ = N wt S ( ) n, i ci ψ k, vα = N wt Pst (3.23) S k Συχνά παλαιότερα πιστοποιητικά δοκιµών Α/Γ, όπως επίσης και άλλων ειδών εγκαταστάσεων παραγωγής, δίνουν µια µοναδική τιµή του συντελεστή flicker c (ανεξαρτήτως γωνίας δικτύου και µέσης ταχύτητας ανέµου). Στην περίπτωση αυτή ο υπολογισµός των δεικτών flicker γίνεται µέσω της προσεγγιστικής σχέσης P S n st = Plt = c S (3.24) k 1 Για ενδιάµεσες τιµές γωνίας και ταχύτητας ανέµου χρησιµοποιείται γραµµική παρεµβολή µεταξύ των τιµών του πίνακα. 104

111 Αν η τιµή που προκύπτει είναι υψηλότερη του ορίου, τότε µπορεί να χρησιµοποιείται η ακόλουθη ακριβέστερη σχέση: P P c S ( ψ + φ ) n st = lt = cos k f S (3.25) k όπου η φ f είναι η φασική γωνία της εγκατάστασης παραγωγής η σχετιζόµενη µε το flicker, η οποία πρέπει να δίνεται στο πιστοποιητικό της εγκατάστασης, προκειµένου να εφαρµοστεί η σχέση (3.25) Εκποµπές αρµονικών Η σύνδεση των εγκαταστάσεων στο δίκτυο ΜΤ είναι εφικτή όταν η προκαλούµενη από τη λειτουργία τους αρµονική παραµόρφωση της τάσης του δικτύου δεν υπερβαίνει κάποια γενικά όρια. Σε αντίθεση µε τον εξοπλισµό ΧΤ, όπου διεθνείς κανονισµοί ορίζουν συγκεκριµένα όρια εκποµπών αρµονικών του ρεύµατος, για σύνδεση στη ΜΤ δεν υπάρχει αντίστοιχη τυποποίηση και οι κανονισµοί γενικά συνιστούν την κατά περίπτωση εξέταση. Έλεγχος των εκποµπών αρµονικών απαιτείται όταν ο προς σύνδεση εξοπλισµός διαθέτει διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος (ανεµογεννήτριες µεταβλητών στροφών, φωτοβολταϊκά κλπ.). Στην περίπτωση της απ ευθείας σύνδεσης συµβατικών γεννητριών (σύγχρονων ή ασύγχρονων), χωρίς την παρεµβολή µετατροπέων ισχύος, δεν αναµένονται προβλήµατα εκποµπών αρµονικών, εφόσον η τάση διατηρείται εντός των προβλεπόµενων ορίων 2. Επίσης, ενδιαφέρουν οι εκποµπές αρµονικών µόνο κατά την κανονική λειτουργία των εγκαταστάσεων και όχι για µεταβατικές περιόδους διάρκειας λίγων δευτερολέπτων (π.χ. κατά τον παραλληλισµό µε το δίκτυο). Η τήρηση των ορίων αρµονικής παραµόρφωσης της τάσης εξασφαλίζεται όταν ικανοποιείται ο παρακάτω περιορισµός για όλες τις αρµονικές συνιστώσες (τάξης h 40) του ρεύµατος εξόδου: 1 Κατά την εφαρµογή της σχέσης (3.25), λόγω του προσεγγιστικού χαρακτήρα του υπολογισµού, είναι σκόπιµο να µην χρησιµοποιούνται τιµές του συνηµιτόνου χαµηλότερες του Οι ασύγχρονες γεννήτριες θεωρείται ότι γενικά δεν προκαλούν προβλήµατα αρµονικής παραµόρφωσης. Οµοίως και οι σύγχρονες γεννήτριες, εφόσον ικανοποιούν τις απαιτήσεις του προτύπου της IEC όσον αφορά την κυµατοµορφή της τάσης που παράγουν. Παρ όλα αυτά, λειτουργία υπό αυξηµένη τάση ακροδεκτών µπορεί να προκαλέσει φαινόµενα µαγνητικού κορεσµού και άρα εµφάνιση περιττών αρµονικών συχνοτήτων 3k f 1 Hz (3 η, 9 η κ.ο.κ.), όπου k ακέραιος και f 1 η θεµελιώδης συχνότητα 105

112 I S A h Lh S k S (3.26) t όπου I h η µέγιστη τιµή της αρµονικής συνιστώσας τάξης h του ρεύµατος εξόδου κατά την κανονική λειτουργία της εγκατάστασης (σε Α) 1, η οποία δίνεται στο πιστοποιητικό δοκιµών του προς εγκατάσταση εξοπλισµού L h το ανηγµένο όριο εκποµπών αρµονικών ρεύµατος (σε Α/MVA), το οποίο δίνεται στον Πίνακα 2-9 S k η ισχύς βραχυκυκλώσεως (σε MVA) στο ΣΚΣ της εγκατάστασης S A η ονοµαστική (ή συµφωνηµένη) φαινοµένη ισχύς της εγκατάστασης και S t η συνολική ισχύς εγκαταστάσεων που συνδέονται (ή αναµένεται να συνδεθούν) στο δίκτυο ΜΤ και οι οποίες προκαλούν αρµονική παραµόρφωση Εάν η εγκατάσταση παραγωγής περιλαµβάνει περισσότερες της µιας µοναδιαίες εγκαταστάσεις οι οποίες προκαλούν αρµονική παραµόρφωση, τότε το ρεύµα I h της σχέσης (3.26) πρέπει να είναι το συνολικό αρµονικό ρεύµα εξόδου τάξης h της εγκατάστασης παραγωγής. Αυτό προκύπτει από τις αρµονικές εντάσεις των επιµέρους εγκαταστάσεων, σύµφωνα µε τους κανόνες άθροισης αρµονικών 2 και ειδικότερα µε εφαρµογή της σχέσης (Π1.1). Π.χ. για αιολικό πάρκο N wt όµοιων Α/Γ ισχύει I a h = N wt I h, i Σ (3.27) όπου a είναι ο εκθέτης του κανόνα άθροισης, εξαρτώµενος από την τάξη h. 1 Αρµονικές συνιστώσες Ih του ρεύµατος εξόδου µικρότερες από 0.1% του ονοµαστικού ρεύµατος των εγκαταστάσεων θεωρούνται αµελητέες και δεν λαµβάνονται υπόψη. Αυτό ισχύει για όλες τις τάξεις αρµονικών (συµπεριλαµβανοµένων των υψίσυχνων και ενδιάµεσων αρµονικών). 2 Για τον προσδιορισµό του συνολικού ρεύµατος των εγκαταστάσεων πρέπει να λαµβάνεται υπόψη και η δυνατότητα ταυτόχρονης λειτουργίας των επιµέρους µοναδιαίων εγκαταστάσεων. 106

113 Πίνακας 2-9. Ανηγµένα όρια αρµονικών συνιστωσών του ρεύµατος ανά MVA ισχύος βραχυκύκλωσης του δικτύου, για σύνδεση εγκαταστάσεων στο δίκτυο ΜΤ Τάξη Όριο εκποµπών αρµονικών του ρεύµατος, L h, (Α/MVA) h ίκτυο 15 kv ίκτυο 20 kv h άρτιος ή h=15,21 ή h > /h 0.03/h ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Για άλλες ονοµαστικές τάσεις δικτύου τα όρια υπολογίζονται κατ αντίστροφη αναλογία προς την τάση. Το ρεύµα I h της σχέσης (3.26) πρέπει να αναφέρεται στην πλευρά ΜΤ. Αν τα πιστοποιητικά δοκιµών του εξοπλισµού περιλαµβάνουν µετρήσεις ρευµάτων στην πλευρά ΧΤ, αυτές ανάγονται στη ΜΤ µέσω του λόγου ανύψωσης του µετασχηµατιστή ΧΤ/ΜΤ, ακριβώς όπως και η θεµελιώδης συνιστώσα του ρεύµατος. Εάν η συνδεσµολογία του Μ/Σ ΜΤ/ΧΤ της εγκατάστασης (ή των µονάδων γεννητριών) είναι τέτοια ώστε να διακόπτεται το κύκλωµα µηδενικής ακολουθίας (π.χ. τριγώνου-αστέρα), τότε για τις περιττές αρµονικές τάξης h = 3 k (3 η, 9 η, 15 η κλπ.) µπορούν να χρησιµοποιούνται τα όρια της αµέσως µεγαλύτερης περιττής αρµονικής (π.χ. για την 3 η αρµονική χρησιµοποιείται το όριο της 5 ης, για την 9 η το όριο της 11 ης κ.ο.κ.) 1. Αν το 1 Στην πλειοψηφία των περιπτώσεων αρµονικές τάξης πολλαπλάσιας του 3, h=3.k, είναι µηδενικής ακολουθίας. Αρµονικές τάξης h=3 k+1 (7 η, 13 η κλπ.) είναι θετικής ακολουθίας, ενώ για h=3 k-1 (5 η, 11 η κλπ.) είναι αρνητικής ακολουθίας. Παρ όλα αυτά, σε ορισµένους σύγχρονους τύπους µετατροπέων ισχύος (π.χ. µε διαµόρφωση εύρους παλµών PWM) η αρχή αυτή δεν ισχύει πάντοτε. Σε αυτή την περίπτωση, προκειµένου να ληφθεί υπόψη η αποκοπή αρµονικών λόγω της συνδεσµολογίας του µετασχηµατιστή, το πιστοποιητικό δοκιµών του εξοπλισµού πρέπει να περιλαµβάνει τα απαιτούµενα στοιχεία. 107

114 πιστοποιητικό δοκιµών του εξοπλισµού περιλαµβάνει πληροφορίες για τις ακολουθιακές συνιστώσες (θετική-αρνητική-µηδενική ακολουθία) των αρµονικών ρευµάτων, αυτό µπορεί και πρέπει να λαµβάνεται υπόψη. Αν οι µετρήσεις αρµονικών του πιστοποιητικού δοκιµών έχουν διεξαχθεί στην πλευρά ΜΤ (π.χ. για Α/Γ µε ενσωµατωµένο Μ/Σ ΜΤ/ΧΤ), τότε η όποια συµβολή του µετασχηµατιστή στην αποκοπή αρµονικών έχει ήδη ληφθεί υπόψη και εφαρµόζονται τα όρια του Πίνακα 2-9. Εάν το όριο της σχέσης (3.26) δεν ικανοποιείται, τότε πρέπει να πραγµατοποιείται κατά περίπτωση εξέταση. Σε ειδικές περιπτώσεις δικτύων όπου είναι αναγκαίοι ακριβέστεροι υπολογισµοί, συνιστάται η εφαρµογή των αρχών του προτύπου IEC , σε συνδυασµό ενδεχοµένως µε τη χρήση κατάλληλου λογισµικού αρµονικής ροής φορτίου. Στην περίπτωση που τα τιθέµενα όρια αρµονικής παραµόρφωσης παραβιάζονται, ο παραγωγός πρέπει να λάβει µέτρα περιορισµού των εκποµπών αρµονικών από τις εγκαταστάσεις του (εγκατάσταση φίλτρων, συνοδευόµενη από σχετική µελέτη), ή να επιλεγεί σηµείο σύνδεσης µε υψηλότερη ισχύ βραχυκυκλώσεως. Η υποχρέωση αυτή υφίσταται ακόµα και όταν διαπιστώνεται αυξηµένη αρµονική παραµόρφωση της τάσης µετά τη σύνδεση και θέση σε λειτουργία των εγκαταστάσεων Ενδιάµεσες και υψίσυχνες αρµονικές Για τις εκποµπές ενδιάµεσων αρµονικών συχνότητας κάτω των 2 khz (h<40, h.ακέραιος) µπορεί να χρησιµοποιείται το όριο του Πίνακα 2-9 το οποίο ισχύει για τις αρµονικές άρτιας τάξης. Με την εφαρµογή του ορίου αυτού εξασφαλίζεται γενικά ότι η προκαλούµενη αρµονική παραµόρφωση, U h, της τάσης του δικτύου είναι µικρότερη του % της ονοµαστικής. Για τις ενδιάµεσες αρµονικές δεν είναι αναγκαίο να γίνεται επιµερισµός του διαθέσιµου ορίου ανάλογα µε την ισχύ των εγκαταστάσεων, δηλαδή, κατά την εφαρµογή της σχέσης (3.26) ο λόγος S A /S t µπορεί να τίθεται ίσος µε τη µονάδα 1. Συνεπώς το κριτήριο ελέγχου διαµορφώνεται ως εξής: 1 Η συµβολή ενδιάµεσων όπως και υψίσυχνων αρµονικών που προέρχονται από διαφορετικές εγκαταστάσεις είναι σχετικά απίθανη και µπορεί να συµβαίνει για σύντοµα χρονικά διαστήµατα. Εάν παρ όλα αυτά υπάρχει ενδεχόµενο συµβολής τέτοιων αρµονικών από διαφορετικές πηγές, µπορεί τότε να χρησιµοποιηθεί η σχέση (3.26) αντί της (3.28). 108

115 I h Lh S k (3.28) όπου I h (Α) η µέγιστη τιµή της ενδιάµεσης αρµονικής συνιστώσας τάξης h<40 (h ακέραιος) του ρεύµατος εξόδου κατά την κανονική λειτουργία της εγκατάστασης, η οποία δίνεται στο πιστοποιητικό δοκιµών του προς εγκατάσταση εξοπλισµού 1 L h (Α/MVA) το ανηγµένο όριο εκποµπών αρµονικών ρεύµατος άρτιας τάξης του Πίνακα 2-9 (L h =0.03/h για τάση δικτύου 20 kv και Lh=0.04/h στα 15 kv) Sk (MVA) η ισχύς βραχυκυκλώσεως στο ΣΚΣ της εγκατάστασης Οι αρµονικές στην περιοχή συχνοτήτων άνω των 2 khz (και µέχρι τα 9 khz) ενδιαφέρουν κυρίως για την αξιολόγηση διατάξεων που διαθέτουν µετατροπείς ισχύος µε διαµόρφωση εύρους παλµών (PWM). Σε αυτή την περιοχή συχνοτήτων, το όριο της προκαλούµενης αρµονικής παραµόρφωσης της τάσης (συµπεριλαµβανοµένων των ενδιάµεσων αρµονικών) τίθεται ίσο µε 0.2% της ονοµαστικής: U U h n 0.2% για h > 40 (h ακέραιος ή µη ακέραιος) Η τήρηση του παραπάνω ορίου εξασφαλίζεται εάν ικανοποιείται η συνθήκη (3.28), όπου το όριο L h λαµβάνεται διπλάσιο από αυτό των ενδιάµεσων αρµονικών χαµηλής συχνότητας, δηλαδή L h =0.06/h για τάση δικτύου 20 kv και L h =0.08/h στα 15 kv 2. Και σε αυτή την περιοχή συχνοτήτων θεωρείται απίθανη η συµβολή αρµονικών προερχόµενων από διαφορετικές πηγές. Σηµειώνεται ακόµη ότι το παραπάνω όριο είναι γενικά πολύ συντηρητικό όταν οι εγκαταστάσεις συνδέονται µέσω αποκλειστικών γραµµών µεγάλου µήκους ή καλωδιακών γραµµών, δεδοµένου στις συχνότητες αυτές ότι οι εγκάρσιες χωρητικότητες περιορίζουν σηµαντικά τις εγχεόµενες αρµονικές εντάσεις στο ΣΚΣ. 1 Αρµονικές συνιστώσες I h του ρεύµατος εξόδου µικρότερες από 0.1% του ονοµαστικού ρεύµατος των εγκαταστάσεων θεωρούνται αµελητέες και δεν λαµβάνονται υπόψη. Αυτό ισχύει για όλες τις τάξεις αρµονικών, συµπεριλαµβανοµένων των υψίσυχνων και ενδιάµεσων αρµονικών. 2 Τα όρια που εφαρµόζονται για τις υψίσυχνες αρµονικές εξαρτώνται από το χρησιµοποιούµενο εύρος ζώνης κατά τη µέτρηση. Οι τιµές που δίνονται αφορούν εύρος ζώνης περί τα 10 Hz. Εάν χρησιµοποιείται µεγαλύτερο εύρος (π.χ. 200 Hz) τα όρια L h µπορούν να προσαυξηθούν µέχρι κατά 50%. 109

116 2.3.8 Επιπτώσεις σε συστήµατα Τηλεχειρισµών Ακουστικής Συχνότητας Οι εγκαταστάσεις τηλεχειρισµού ακουστικής συχνότητας (ΤΑΣ) της ΕΗ λειτουργούν στη συχνότητα των 175 Hz και η τάση του σήµατος των ακουστικών παλµών κυµαίνεται κανονικά µεταξύ 1% έως 2% της ονοµαστικής τάσης U n του δικτύου. Οι εγκαταστάσεις που συνδέονται στο δίκτυο είναι δυνατό να επηρεάσουν τη λειτουργία των συστηµάτων ΤΑΣ κατά δύο τρόπους: Είτε προκαλώντας αρµονική παραµόρφωση της τάσης στην ακουστική συχνότητα των 175 Hz (η οποία υπερτίθεται και αλλοιώνει το ακουστικό σήµα ελέγχου), είτε εξασθενώντας το σήµα ελέγχου (π.χ. λόγω της χαµηλής σύνθετης αντίστασης των εγκαταστάσεων στη συχνότητα των 175 Hz). Οι απαιτήσεις οι οποίες πρέπει να πληρούνται κατά τη σύνδεση των εγκαταστάσεων στο δίκτυο προκειµένου να µην παρενοχλείται η λειτουργία των ΤΑΣ είναι: Α. Η προκαλούµενη αρµονική παραµόρφωση της τάσης από τις συνδεόµενες εγκαταστάσεις σε συχνότητα παραπλήσια των 175 Hz δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0.1% της ονοµαστικής τάσης U n. Επίσης, η παραµόρφωση της τάσης σε συχνότητες που απέχουν 100 Hz εκατέρωθεν της ακουστικής συχνότητας (75 και 275 Hz) δεν πρέπει να υπερβαίνει το 0.3% της U n. Β. Η εξασθένηση ή ενίσχυση του ακουστικού σήµατος ελέγχου που προκαλείται από τη σύνδεση των εγκαταστάσεων πρέπει να περιορίζεται, έτσι ώστε το σήµα να διατηρείται µεταξύ του 85% και 150% της κανονικής του τιµής. Σε περίπτωση σύνδεσης περισσότερων εγκαταστάσεων, οι παραπάνω προϋποθέσεις αφορούν τη συνολική επίδραση όλων των εγκαταστάσεων. 110

117 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΜΕΛΕΤΗ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΑΡΜΟΝΙΚΩΝ, ΙΑΚΥΜΑΝΣΕΩΝ ΤΑΣΗΣ ΚΑΙ ΒΡΑΧΥΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΙΚΗΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ ΣΥΝ Ε ΕΜΕΝΗΣ ΣΤΟ ΙΚΤΥΟ ΜΕ ΤΗΝ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ PSCAD 3.1 Περιγραφή του συστήµατος Στο κεφαλαίο αυτό θα µελετήσουµε την διασύνδεση µιας φωτοβολταϊκής συστοιχίας, ονοµαστικής ισχύος 4.8 KW, σε ισχυρό ζυγό του δικτύου χαµηλής τάσης µέσω µετασχηµατιστή ανύψωσης τάσης, όπως φαίνεται στο σχήµα Το δίκτυο αναπαριστάται µε µια εναλλασσόµενη πηγή τάσης όπως φαίνεται και στο σχήµα A B C R L R L R L Σχήµα Αναπαράσταση δικτύου στο PSCAD Τα χαρακτηριστικά του δικτύου είναι τα εξής: ΠΟΛΙΚΗ ΤΑΣΗ: V L-L =380 VOLT ΕΜΠΕ ΗΣΗ Z=10Ω µε R//L, όπου R 0 = Z cos85 = = 0.87Ω και X L 0 = Z sin 85 = = 9.96Ω. ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ: f=50hz Τα χαρακτηριστικά του µετασχηµατιστή ανύψωσης τάσης ο οποίος καταρχάς έχει οριστεί σαν ιδανικός είναι: Πρωτεύον τύλιγµα (χαµηλής τάσης) σε τρίγωνο ευτερεύον τύλιγµα (υψηλής τάσης) σε γειωµένο αστέρα Ονοµαστική τριφασική ισχύς µετασχηµατιστή: 10 KVA 111

118 Λόγος πολικών τάσεων τυλιγµάτων: 150V/380V Για το λόγο ότι η τάση του τριγώνου προηγείται κατά γωνία 30 0 της τάσης του αστέρα αφαιρείται µια γωνία ίδιας τιµής στη µονάδα που µετακινεί την γωνία της τάσης εξόδου του αντιστροφέα, όπως φαίνεται στο σχήµα Rs Rs Rs Rs IL D Rsh + Rs IL D + IL D + IL Rsh Rs Rsh Rs D Rsh + Rs IL IL IL IL IL D D D D D Rsh Rsh Rsh Rsh Rsh + Rs + Rs + Rs + Rs + IL IL IL IL IL D D D D D Rsh Rsh Rsh Rsh Rsh + Rs + Rs + Rs + Rs + IL IL IL IL IL D D D D D Rsh Rsh Rsh Rsh Rsh + Rs + Rs + Rs + Rs + IL IL IL IL IL D D D D D Rsh Rsh Rsh Rsh Rsh + Rs + Rs + Rs + Rs + Idc Voldc g5 5 2 g3 3 2 g1 1 A P P Power B Q Q Iout_A A A A A A [MVA] RL Eab Eabhigh Iout_B B B B B B #1 #2 RL Ebc Ebchigh Iout_C C C C C C RL IL D Rsh + Rs IL D Rsh + Rs IL D Rsh Rs + IL D Rsh Rs + g2 2 2 g6 2 6 g4 2 4 Rs Rs Rs Rs IL D Rsh + IL D Rsh + IL D Rsh + IL D Rsh + Σχήµα 3.1.2: Συστοιχία διασυνδεδεµένη στο δίκτυο µέσω µετασχηµατιστή V a V b V c P L L S i x P u l s e t h e t a Y 6 6 S h i f t : ( i n - s h ) i n s h 6 s h i f t D F Σχήµα 3.1.3: Μονάδα που παράγει την γωνία του αντιστροφέα Η φωτοβολταϊκή συστοιχία αποτελείται από 32 φωτοβολταϊκά πλαίσια τύπου BP Τα χαρακτηριστικά κάθε πλαισίου φαίνονται στον πίνακα 3-1. Αν το κάθε πλαίσιο έχει τάση εξόδου 33 µε 35 Volt και ρεύµα εξόδου 4.3 µε 4.5 Α στο σηµείο µέγιστης ισχύος, σε κανονικές συνθήκες λειτουργίας (standard report conditions SRC), τότε αν τοποθετήσουµε 8 πλαίσια σε σειρά θα έχουµε τάση εξόδου της συστοιχίας περίπου 264 µε 290 Volt. Έτσι θα συνδέσουµε 4 παράλληλους κλάδους των 8 πλαισίων µε συνολικό αριθµό 32 πλαίσια, ονοµαστική τάση εξόδου περίπου 270 Volt, ρεύµα εξόδου 17.5A και ισχύ εξόδου 4.8 KWp. Η I-V χαρακτηριστική του κάθε πλαισίου σε SRC φαίνεται στο σχήµα και έχει δηµιουργηθεί µε χρήση του προγράµµατος MATLAB. 112

119 Electrical Characteristics1 BP BP BP Maximum power (Pmax)2 170W 160W 150W Voltage at Pmax (Vmp) 35.6V 35.4V 34.8V Current at Pmax (Imp) 4.78A 4.52A 4.33A Warranted minimum Pmax 161.5W 152W 142.5W Short-circuit current (Isc) 5.1A 4.9A 4.75A Open-circuit voltage (Voc) 44.4V 44.2V 43.6V Temperature coefficient of Isc (0.065±0.015)%/ C Temperature coefficient of -(160±20)mV/ C voltage Temperature coefficient of power -(0.5±0.05)%/ C NOCT3 47±2 C Maximum series fuse rating 20A (H version) 15A (S,L versions) Maximum system voltage 600V (U.S. NEC rating) 1000V (TÜV Rheinland rating) Πίνακας 3-1 Ολοκληρωµένο φυλλάδιο της BP SOLAR Σχήµα 3.1.4: I-V χαρακτηριστική πλαισίου 150W σε SRC 113

120 Η Ρ-V µαζί µε την Ι-V χαρακτηριστική της κάθε συστοιχίας φαίνονται παρακάτω στο σχήµα Παρατηρούµε ότι η µέγιστη ισχύς εµφανίζεται σε σηµείο που αντιστοιχεί στο γόνατο της Ι-V χαρακτηριστικής: Σχήµα 3.1.5: I-V και Ρ-V χαρακτηριστική συστοιχίας 4800Wρ σε SRC 3.2 ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΕΑΣ Ένα φωτοβολταϊκό σύστηµα διασυνδεδεµένο µε το δίκτυο για να µπορεί να διοχετεύει την ισχύ του σε αυτό, είναι απαραίτητο να µπορεί να µετατρέπει την συνεχή τάση εξόδου του σε εναλλασσόµενη µε χαρακτηριστικά ίδια µε αυτά του δικτύου, ώστε να µη δηµιουργεί πρόβληµα στη λειτουργία του δικτύου και στη ποιότητα ισχύος που αυτό παρέχει. Την µετατροπή αυτή επιτυγχάνουµε µέσω του αντιστροφέα (Inverter) ή (DC to AC Converter), η θέση του οποίου σε ένα σύστηµα φαίνεται στο σχήµα Τα χαρακτηριστικά που θέλουµε να επιτύχουµε στην έξοδο του αντιστροφέα είναι ηµιτονοειδής ισχύς εξόδου σταθερού πλάτους, σταθερής συχνότητας και χωρίς απώλειες. Συνήθως για τη µετατροπή αυτή χρησιµοποιούµε ηµιαγωγικά στοιχεία ισχύος σαν διακόπτες όπως τρανζίστορ ή θυρίστορ και η γενική τοπολογία του κυκλώµατος του αντιστροφέα φαίνεται στο σχήµα 3.2.2: 114