Energetyka, muzyka i publicystyka.
Grzegorz Kwiecień. Prywatna strona autora.

---

Według apologetów energetyki odnawialnej mała generacja rozproszona, a już w szczególności fotowoltaika mają podnosić lokalne bezpieczeństwo energetyczne. Eh, czegóż to ci zieloni nie wymyślą...

Otóż fotowoltaika mogłaby podnosić lokalne bezpieczeństwo energetyczne, gdyby dla fotowoltaiki była dopuszczalna tzw. praca wyspowa. Ale nie jest.

Praca wyspowa fotowoltaiki jest zabroniona i na tym należałoby ten wywód zakończyć.

Jest niedozwolone, aby fotowoltaika podnosiła lokalne bezpieczeństwo energetyczne z powodu niebezpieczeństwa, jakie ten pomysł mógłby powodować.

Osobom mniej biegłym wyjaśnimy dalej, na czym ta praca wyspowa miałaby polegać.

Praca na sieć (stan normalny) występuje wtedy, gdy mamy zamknięte oba wyłączniki: generatorowy i blokowy (na granicy eksploatacji sieci).

Praca na potrzeby własne występuje wtedy, gdy wyłącznik generatorowy jest zamknięty, a wyłącznik blokowy jest otwarty.

W obu wymienionych przypadkach kryterium jest jasne: stan pracy rozpoznajemy po stanie położenia dwóch, technicznie łatwo dostępnych wyłączników.

W przypadku pracy na potrzeby własne teoretycznie fotowoltaika mogłaby pracować np. na potrzeby ratowania własnej lodówki przed rozmrożeniem (oczywiście tylko do wieczora).

Ale musimy przyznać, że ratowanie samego siebie, i to tylko do zachodu słońca, to nie jest żadne wspieranie lokalnego bezpieczeństwa energetycznego. To miałoby miejsce, gdybyśmy mogli pracować fotowoltaiką na sieć w stanie zakłóceniowym, a jak już powiedziano, tego akurat nam na pewno nie wolno.

Znacie BHP-owców ? Każdy wie, że to bardzo upierdliwi ludzie. Wyobrażacie sobie sytuację, w której chcecie posłać chłopa na słup, żeby coś naprawił, a tu istnieje zagrożenie, że na słupie będzie napięcie ? Jeśli tylko istnieje cień zagrożenia, to już na pewno BHP-owcy wprowadzą takie przepisy, żeby ograniczyć możliwość wypadku możliwie do zera. Dlatego, gdy zamierzamy wyłączyć jakiś obszar od strony energetyki, to musimy mieć pewność, że i wszystkie źródła pracujące na przedmiotową sieć zostaną wyłączone.

Nie możemy dopuścić do sytuacji, w której po wyłączeniu linii w linii dalej będzie napięcie, bo fotowoltaika zamierza "ratować klimat i podnosić lokalne bezpieczeństwo energetyczne". Wręcz przeciwnie. Zależy nam na tym, żeby w chwili wyłączania od strony systemu wszystkie falowniki również od sieci poodpadały.

Propozycję, by nasz biedny monter przed rozpoczęciem pracy objechał 28 chałup, wyłączył 28 falowników po 5 kW i zabezpieczył przed załączeniem pozwolimy sobie odrzucić. Musimy mieć kryteria do samoczynnego wyłączenia źródeł w takiej sytuacji i o tym będzie poniżej.

Próba "ratowania systemu" przez fotowoltaikę byłaby także groźnym nonsensem w aspekcie automatyki SPZ.

(SPZ - dla przypomnienia - dużą część zwarć

przemijających można szybko zlikwidowować poprzez krótkotrwałe wyłączenie i ponowne załączenie. Ale to jest dopuszczalne, gdy mowa o prostym załączeniu odcinka bez napięcia. Gdy mamy połączyć ze sobą dwa obszary znajdujące się pod napięciem trzeba załączać za pomocą urządzeń do kontroli synchronizmu. Oczywiście odpowiednio droższych, a całość musi trwać dłużej. Dlatego lepiej jest na 2 sek wyłączyć całkowicie i w prosty sposób ponownie załączyć, niźli bawić w się w skomplikowane mechanizmy kontroli synchronizmu dwóch awaryjnie rozdzielonych i niezsynchronizowanych obszarów.)

Gdy otaczająca nas część sieci utraci ostatnie połączenie z resztą Krajowego Systemu Elektroenergetycznego, wtedy rzeczywiście powstaje wyspa. Ale nie taka mająca postać tropikalnego raju z zielonymi palmami, błękitnym oceanem i resztkami promieniowania nuklearnego po demokratycznych i podnoszących bezpieczeństwo narodowe wybuchach termojądrowych na Bikini. Mowa oczywiście o wyspie pod względem elektrycznym.

Do pracy wyspowej dochodzi, gdy oba wyłączniki, generatorowy i blokowy, są zamknięte, a rozcięcie w sieci następuje gdzieś daleko, nie wiemy, gdzie, gdzieś tam, gdzie drzewo zwali się w lesie na ostatnią linię łączącą nasz obszar z systemem krajowym.

Tego się prostym kryterium wykryć nie da, bo nie ma sensu, aby każdy użytkownik fotowoltaiki śledził wszystkie wyłączniki w regionie, a nawet w kraju, bo taka "wyspa" może mieć różne rozmiary. A nam, jak powiedziano, zależy, aby fotowoltaika się wyłączyła i nie pracowała na wyspę.

Skoro nie można definiować wyspy

po stanach wyłączników, są inne kryteria, np. częstotliwościowe, ale tu musimy ponarzekać, że te inne kryteria mogą mieć strefy martwe i może nie dojść do wykrycia wyspy.

Ostatecznie możemy powiedzieć, że patrząc z pozycji źródła praca wyspowa występuje wtedy, kiedy mamy zamknięte oba wyłączniki (generatorowy i blokowy) oraz jest pobudzone któreś z kryteriów wykrywania wyspy.

Ta definicja to nie jest "masło maślane", po prostu kryteria mogą być różne. Mogą być kryteria nad i podnapięciowe, nad i pod częstotliwościowe, kryterium wykrywania zmiany kąta fazowego wektora napięcia, wykrywania harmonicznych, śledzenia pochodnej zmian częstotliwości df/dt, i to wcale nie koniec wyliczanki, bo materiały źródłowe są bogate w tym względzie.

Zainteresowanym polecamy znakomite w tej mierze prace [1] pana Adama Klimpela, który wylicza bodajże 17 sposobów na detekcję wyspy, oczywiście nie wszystkie się nadają do praktycznego stosowania, a każdy ma jakieś wady.

Wyobraźmy sobie sytuację, w której cała wieś ma fotowoltaikę i łącznie generuje 140 kW, i jednocześnie wszystkie odbiory mają moc 140 kW. Gdyby w takim złośliwym przypadku próbować wyłączyć sieć z dużym udziałem generacji rozproszonej - mogą zawieść wszystkie kryteria wykrywania pracy wyspowej. Taka wyspa mogłaby się teoretycznie utrzymywać aż do czasu pierwszego zachmurzenia, które spowodowałoby niedostatek prądu i powyłączanie falowników z powodu np. niskiej częstotliwości w sieci.

A przecież zależało nam na tym, żeby praca wyspowa została wykryta od razu i żeby powyłączały się wszystkie źródła z sieci. A jeszcze wcześniej, przecież zależało nam, tzn. "zielonym", aby fotowoltaika "podnosiła lokalne bezpieczeństwo energetyczne" i się nie wyłączała. To ostatnie to oczywiście sprzeczność.

Aktualnie pracy wyspowej fotowoltaiki zabraniają normy branżowe, np. [2], ale gdyby ich nie było, musiałyby tego zabronić przepisy nadrzędne.

Projektant urządzeń elektrycznych to poważny człowiek, sprawdza normy i wytyczne i projektuje tylko tak, jak mu przepisy pozwalają.

Podsumowując, fotowoltaika mogłaby podnosić lokalne bezpieczeństwo energetyczne, gdyby mogła pracować w pracy wyspowej, ale praca wyspowa fotowoltaiki jest zabroniona.

Nie śmiejcie się już ze stosowanych przez autora figur stylistycznych opartych na powtórzeniach tych samych zwrotów. Wątki kabaretowe wynikają tu z mnogości przeinaczeń, a nawet kłamstw, jakie klimatystyczna nowomowa wprowadziła do obiegu medialnego.

Ale gdyby nawet zlekceważyć opisane wymogi bezpieczeństwa i próbować wymarzyć sobie, że jednak fotowoltaika lokalne bezpieczeństwo podnosi i może na wyspę pracować, to musimy takie spekulacje uciąć w zarodku.

Praca wyspowa jest na tyle trudna, że nie radzą sobie z nią dobrze nawet najwięksi mocarze zawodowi.

Przypadek, w którym moc wszystkich źródeł akurat idealnie zgadzałaby się z mocą odbiorów w chwili powstawania awarii w sieci jest raczej wydumany i czysto teoretyczny.

Jeśli by tylko tak się złożyło, że w postającej wyspie zapotrzebowanie jest większe, niż moc generowana - częstotliwość będzie spadać aż do wyłączenia przez zabezpieczenia od niskiej częstotliwości.

Gdyby, zupełnie teoretycznie, istniał w chwili rozcinania się nadmiar mocy, to wyspa mogłaby przez jakiś czas trwać, ale tylko do chwili załączenia jakiegoś większego odbioru, albo do chwilowego przesłonięcia słoneczka chmurką. Bez stabilnej podpory pod postacią całej Polski szanse na utrzymanie się takiego układu w ruchu są niewielkie.

Po prostu za dużo jest tu tzw. "ale", zbyt dużo rzeczy może pójść nie tak.

Trzeba utrzymać w ryzach zarówno napięcie, jak i częstotliwość, i musi być zapas mocy (dostępność nadmiaru słońca w chwili awarii). W zasadzie byłaby to loteria. Na tym na pewno bezpieczeństwa opierać nie można, ale powtórzmy raz jeszcze, z przyczyn bezpieczeństwa praca wyspowa fotowoltaiki jest zabroniona, więc były to dywagacje teoretyczne.

Na dodatek musimy sobie uświadomić, że aby próbować ratować system po zakłóceniu, musimy to zakłócenie przetrwać najpierw. Przecież skoro doszło do rozcięcia sieci w wielu miejscach to musiało najpierw dojść do serii awarii, najczęściej zwarć lub przeciążeń. A tu akurat fotowoltaika zachowuje się najgorzej, jak tylko można. Albo poda za słabe prądy, co utrudni wykrycie zwarcia albo wyłączy się pierwsza.

Duży generator "bije" na zwarcie, jest na to zwymiarowany zarówno on, jak i jego wyposażenie pomocnicze (np. układ wzbudzenia). Zawodowy generator ma obowiązek przez 10 sek sekund nie wyłączać się, pracować na zwarcie i zwiększać/utrzymać duże prądy zwarciowe. Umożliwia to szybkie wykrycie zakłócenia przez aparaturę zabezpieczeniową (łatwe kryterium - wielokrotny wzrost prądu) i wyłączenie tylko uszkodzonego odcinka. W ten sposób nie wyłącza się cała elektrownia, tylko uszkodzony obszar. A gdyby zawiodła aparatura to ostatecznie w krótkim czasie uszkodzone miejsce wypalimy, co będzie co prawda przykre, ale uchroni resztę odbiorców przed wyłączeniem całej elektrowni. W przypadku fotowoltaiki o takim schemacie działania możemy zapomnieć.

Wykazano więc, że jest zabronione, aby fotowoltaika podnosiła lokalne bezpieczeństwo energetyczne, ale gdyby nawet teoretycznie mogła to robić, to z pkt. widzenia technicznego szanse, aby to się udało są znikome. 24.06.2022.

[1] Automatyka zapobiegająca pracy wyspowej generacji rozproszonej, Wiadomości elektrotechniczne wrzesień 2016, Adam Klimpel

[2] Zbiór wymagań dla modułów wytwarzania... Tauron