Kompensacja mocy biernej energii elektrycznej – na czym polega

W każdej instalacji elektrycznej mamy do czynienia ze zjawiskiem mocy czynnej, biernej, a przy ich zsumowaniu, mocy pozornej. Energia bierna jest konieczna do prawidłowego funkcjonowania urządzeń, jednak jej nadmiar jest niekorzystny zarówno z perspektywy sieci, jak i odbiorców energii. Sposobem na poradzenie sobie z tym problemem jest kompensacja mocy biernej. Na czym polega i dlaczego warto się zainteresować tym zagadnieniem?

W ostatnich latach obserwujemy rosnące ceny energii, w tym także wzrost opłat za pobór mocy biernej przekraczający dopuszczalne umowami wartości. Obecnie opłaty za energię bierną mogą dotyczyć nie tylko dużych i średnich odbiorców, ale także małych firm, instytucji publicznych czy zakładów komunalnych. Kompensacja mocy biernej może być inwestycją, która długofalowo pozwoli wygenerować spore oszczędności. Jej efektem jest także poprawa efektywności energetycznej. Jak przebiega i na czym ona polega?

Czym jest moc bierna?

Analizując zagadnienie mocy elektrycznej, należy wyróżnić jej 3 istoty:

• moc czynną
• moc bierną
• moc pozorną

Moc czynna, oznaczana symbolem P, to moc, która jest przekształcana w pracę czy w energię: mechaniczną, cieplną lub świetlną. Moc bierna, oznaczana symbolem Q, jak sama nazwa wskazuje, nie wykonuje pracy, a krąży pomiędzy źródłem zasilania a urządzeniem. Może być jednak niezbędna do pracy niektórych podzespołów elektrycznych. Moc pozorna to suma mocy biernej i czynnej, a do jej oznaczenia wykorzystuje się symbol S.

Głównym zagadnieniem niniejszego artykułu jest moc bierna, a w zasadzie jej nadmierny pobór. Może on wiązać się z występowaniem negatywnych zjawisk, takich jak obciążenia sieci, powstawanie dodatkowych strat energii, zmniejszenie możliwości przesyłowych mocy czynnej, a w konsekwencji prowadzi do pogorszenia efektywności energetycznej i generuje dodatkowe koszty, które mogą być realnie odczuwane przez odbiorców, w przypadku poboru mocy biernej przekraczającego wartości umowne.

Rodzaje mocy biernej

Moc bierną, w zależności od źródła urządzenia, które je generuje, możemy podzielić na:

• moc bierną indukcyjną
• moc bierną pojemnościową

Moc indukcyjna związana jest z urządzeniami posiadającymi uzwojenia, jak np. dławiki, transformatory, silniki. Jest ona pobierana z sieci i wykorzystywana do wytworzenia pola magnetycznego, a tym samym jest niezbędna do prawidłowego funkcjonowania tych urządzeń. Z kolei moc bierna pojemnościowa wiąże się z wykorzystaniem kondensatorów, oświetlenia LED i innych. Jest generowana przez sieci kablowe, a następnie oddawana do sieci elektroenergetycznej.

Jakikolwiek pobór mocy biernej pojemnościowej powoduje naliczenie dodatkowych opłat. Z kolei pobór mocy biernej indukcyjnej do pewnego poziomu nie wiąże się z dodatkowymi opłatami. Najczęściej mamy do czynienia z taką sytuacją, gdy nie przekracza on 40% pobranej mocy czynnej. Ten rodzaj mocy powoduje spadki napięcia w sieci, zwiększa obciążenia i straty energii, stąd konieczność kompensowania kosztów przez operatorów sieci dystrybucyjnej. Sieć elektroenergetyczna jest mocniej obciążona, więc poszczególne jej elementy, na które składają się np. stacja transformatorowo-rozdzielcza, linia energetyczna, słup elektroenergetyczny, transformator, wymagają zwiększenia pojemności i wydajności. Alternatywę dla rosnących opłat za nadmierny pobór mocy biernej stanowi kompensacja mocy biernej u odbiorcy.

Kompensacja mocy biernej – na czym polega

Aby poradzić sobie z nadmiernym poborem mocy biernej, można zastosować dodatkowe urządzenia, które będą generować moc o przeciwnym charakterze niż ta, występująca już w układzie. Urządzenia te, to kompensatory mocy biernej. Przyczyniają się one do znacznego zmniejszenia poboru mocy biernej lub wyeliminowania tego zjawiska, co ma pozytywny wpływ na parametry sieci.

W przypadku mocy biernej pojemnościowej, do jej kompensacji stosuje się urządzenia, które dostarczają moc bierną indukcyjną. Odwrotnie, do kompensacji mocy biernej indukcyjnej wykorzystuje się rozwiązania dostarczające moc bierną pojemnościową. W tym pierwszym przypadku, stosowane rozwiązania to np. baterie dławików indukcyjnych czy dławiki kompensacyjne. W celu kompensacji mocy biernej indukcyjnej stosowane są np. baterie kondensatorów.

Kompensacja mocy biernej a odnawialne źródła energii

Bardzo istotnym zagadnieniem z punktu widzenia kompensacji mocy biernej jest rozwój OZE. Takie rozwiązania jak elektrownie wiatrowe czy panele fotowoltaiczne generują moc czynną, ale produkcja energii jest w znacznym stopniu uzależniona od warunków atmosferycznych, pogody i innych czynników. Ma to wpływ na pracę całej sieci elektroenergetycznej i wiąże się z koniecznością dynamicznej zmiany parametrów mocy biernej w sieci. Rozwiązaniem w tym przypadku jest aktywny kompensator mocy biernej (SVG: Static Var Generator).

Aktywne kompensatory mocy biernej stosowane są nie tylko w przypadku instalacji OZE, ale również w tradycyjnych systemach energetycznych. W przypadku energii odnawialnej, w szczególności fotowoltaiki, mają one bardzo istotne zastosowanie, wpływając na usprawnienie pracy systemu i redukując poziom strat energii. Pełnią one rolę stabilizatorów napięcia i mocy, poprawiają pracę inwerterów, a także przyczyniają się do poprawy efektywności energetycznej.

Znaczenie i metody kompensacji mocy biernej

Zagadnienie kompensacji mocy biernej jest bardzo istotne z punktu widzenia sprawnego, bezusterkowego funkcjonowania sieci. Istnieje kilka rozwiązań pozwalających poradzić sobie z tym wyzwaniem – zarówno w perspektywie makro – na poziomie poszczególnych elementów sieci elektroenergetycznej, jak i mikro – z perspektywy indywidualnego odbiorcy. Zastosowanie odpowiednio dopasowanych rozwiązań pozwala m.in. zredukować nadmierny pobór mocy biernej, co ma znaczenie zwłaszcza w dobie rosnących opłat za energię elektryczną, wpływa na stabilniejszą pracę sieci. To rozwiązania, które powinny zainteresować w szczególności podmioty i zakłady z dużą liczbą urządzeń indukcyjnych, duże zakłady przemysłowe, ale także innych odbiorców, którzy na rachunkach za energię dostrzegają dodatkowe opłaty z tytułu przekroczenia umownych limitów energii biernej.