Elektroenergetyka w obliczu kryzysu klimatycznego

Czy ta branża może być przyjazna dla środowiska?

Temat czystej energii jest jednym z najważniejszych i podnoszonych coraz częściej w ostatnich latach w związku z postępującą degradacją środowiska. Elektroenergetyka, choć obecna, niezbędna i wpisana na stałe w naszą rzeczywistość, jako temat dyskusji zarezerwowana była dotychczas głównie dla grona specjalistów i ekspertów tej dziedziny. Teraz, w związku z koniecznością globalnych zmian mających na celu zaradzenie kryzysowi klimatycznemu, powoli staje się przedmiotem debaty społecznej, przybliżając wszystkim swoją specyfikę – czy jest ona przyjazna dla środowiska?

Wyzwania, jakie stanęły przed światem w kontekście ochrony środowiska sprawiają, że dyskusji na temat infrastruktury energetycznej i dekarbonizacji środowiska nie można już dłużej odwlekać. Co zatem sektor elektroenergetyczny może zrobić dla natury?

Energetyka dla środowiska ⟶ bezpieczeństwo energetyczne

Bezpieczeństwo energetyczne można rozpatrywać na wielu różnych obszarach, ale w podstawowym i ogólnym założeniu stanowi o gwarancji dostaw energii i odporności na gwałtowne i nieprzewidywalne wydarzenia mogące wpłynąć na ciągłość przesyłu energii elektrycznej pokrywającej bieżące i przyszłe zapotrzebowanie.

Trendem w sektorze elektroenergetycznym, który jest spójny zarówno w zakresie bezpieczeństwa energetycznego, jak i biorący pod uwagę znaczne ograniczenie strat energii związanej z jej przesyłem, jest rozwój tzw. energetyki rozproszonej.

Energetyka rozproszona

Podstawą istnienia energetyki rozproszonej jest wiele małych jednostek wytwarzających energię elektryczną, rozsianych na terenie całego kraju. Małe i średnie źródła wytwórcze, powstające w krótkim czasie, stanowią mniejsze ryzyko inwestycyjne przy jednoczesnej wysokiej sprawności działania i mniejszych kosztach związanych z działalnością. Są podstawą rozwoju inteligentnych systemów energetycznych i alternatywą dla dużych elektrowni. Ułatwiają ponadto wykorzystanie energii OZE. Sprzyjają wzrostowi konkurencyjności gospodarki i tworzą nowe miejsca pracy. Dzięki takiej strukturze energetycznej, wytwarzana w danym miejscu systemu energia elektryczna jest jednocześnie lokalnie konsumowana, co zapobiega konieczności jej przesyłu w dalsze regiony systemu elektroenergetycznego i znacznie ogranicza straty.

Magazyny energii – nowe możliwości gospodarowania nadwyżkami energii

Największym problemem generacji rozproszonej ze źródeł OZE jest brak stabilności produkcji energii elektrycznej i dostosowanie jej do aktualnego zapotrzebowania w systemie. Ponadto zmiany w sektorze elektroenergetycznym idące w kierunku rozwoju energetyki rozproszonej opartej na OZE wymagają dostosowania sieci dystrybucyjnej i nowych regulacji prawnych. Według specjalistów aktualna sytuacja osiągnęła szczyt, jeżeli chodzi o możliwości techniczne i operacyjne istniejących sieci energetycznych, w zakresie integracji (możliwości przyłączenia) źródeł OZE. To oznacza, że firmy elektroenergetyczne, oprócz modernizacji całej infrastruktury elektroenergetycznej, tworzą nowe możliwości w zakresie gospodarowania nadwyżkami produkowanej energii. Służą temu między innymi magazyny energii 3S (SunSmartStore) wyposażone w system zarządzania energią elektryczną, który znacznie usprawnia pracę instalacji fotowoltaicznych czy wiatrowych.

Rozwiązanie 3S pozwala m.in. na ograniczenie poboru energii elektrycznej w godzinach największego zapotrzebowania na moc, a tym samym zmniejszenie opłat z tytułu wprowadzenia Rynku Mocy – tzw. opłaty mocowej.

Instalacja fotowoltaiczna umożliwia produkcję energii elektrycznej w dużej części pokrywającej lokalne potrzeby, niemniej, wyposażona w system magazynowania i zarządzania energią 3S, może stanowić dodatkowe źródło zasilania wykorzystywane jako zasilanie gwarantowane. 3S może być podstawą bezpiecznego i łatwo skalowalnego rozwiązania w zakresie dostaw energii do centrum danych jako podtrzymanie zasilania systemu UPS czy też kluczowych, newralgicznych odbiorców przemysłowych.

W skali lokalnej dla danego odbiorcy czy przedsiębiorstwa instalacje zawierające system 3S realizują funkcję kompensacji mocy biernej w zależności od zapotrzebowania odbiorników, zmniejszając straty energii wewnątrz sieci oraz eliminując opłaty z tytułu niedotrzymania współczynnika mocy. 3S pełni wówczas rolę baterii kondensatorowej, która w razie potrzeby zasila odbiorniki indukcyjne w moc bierną.

Maksymalizacja czasu pracy jest kluczowym czynnikiem w przypadku skomplikowanych linii produkcyjnych, co czyni je podatnymi na niestabilność zasilania. Niektóre zastosowania wymagają pracy ciągłej lub kontrolowanego zatrzymania, które muszą zostać zapewnione nawet w przypadku występowania zakłóceń w sieci zasilającej. System 3S może zostać tak skonfigurowany, aby kierować zasilanie do odbiorników o znaczeniu krytycznym. Oznacza to, że wielkość magazynu energii można dobrać do zapotrzebowania odbiorców priorytetowych - umożliwia to wykorzystanie magazynu energii jako rezerwowego źródła zasilania.

Energetyka dla środowiska ⟶ efektywność energetyczna i ograniczenie CO2

Działania Operatorów Systemów Dystrybucyjnych (OSD) oraz Operatora Systemu Przesyłowego (OSP) są zgodne z polityką unijną (wyrażoną w krajowym planie na rzecz energii i klimatu realizowanym przez Ministerstwo Energii) i polegają przede wszystkim na obniżeniu emisyjności i zwiększeniu efektywności energetycznej.

Przewody niskostratne

W zakresie linii elektroenergetycznych oba powyższe cele realizowane są m.in. poprzez modernizacje linii dystrybucyjnych i przesyłowych. W liniach napowietrznych rozpoczęto prace związane z wymianą przewodów na przewody niskostratne, które pozwalają zredukować straty obciążeniowe nawet o 15% bez konieczności dokonywania zmian konstrukcyjnych pozostałych elementów sieci.

Specjalne uziemienie żył powrotnych

Ostatnie lata to również dynamiczny rozwój sieci kablowej wysokiego napięcia WN oraz średniego napięcia SN, w której to linie kablowe muszą sprostać wymaganiom związanym nie tylko z wielkością przesyłu mocy, ale również z redukcją strat przesyłowych. Na przepustowość linii kablowych i poziom strat w liniach wyraźny wpływ ma sposób uziemienia żył powrotnych.

Według słownika IEV (nr ref. 461-14-02) specjalne uziemienie żył powrotnych zdefiniowane jest następująco: „łączenie i uziemienie specjalne ekranów kabli jednożyłowych, w celu ograniczenia indukowanych prądów powłokowych spowodowanych przepływem prądów w żyłach roboczych” (ang.: „methods of bonding and earthing the shields of single-core cables so as to minimize the longitudinal shield current induced by conductor currents”).

Uziemienie ekranów metalicznych wymagane jest dla wszystkich linii kablowych przede wszystkim ze względu na zapewnienie połączenia metalicznego z ziemią żyły powrotnej/ ekranu metalicznego, pancerza kabla, a także półprzewodzących zewnętrznych warstw powłoki. Wykonane nieprawidłowo może doprowadzić w konsekwencji do poważnych awarii, jak również stworzyć zagrożenie porażeniowe. Eltel Networks od kilku lat prowadzi intensywne badania i prace wdrożeniowe w aspekcie zastosowania specjalnego uziemienia żył powrotnych w liniach kablowych.

Termowizja przestrzenna sprzężona ze skanerem TLS

Badanie termowizyjne ma różne wymiary wpływu na efektywność energetyczną przy jednoczesnym zapewnieniu bezpieczeństwa i prawidłowej eksploatacji sieci elektroenergetycznej. Z jednej strony, wykorzystuje się je do inspekcji szczelności termoizolacji budynków, wpływając na świadomość, że „najtańsza energia to ta zaoszczędzona”, z drugiej strony jest narzędziem dla operatorów sieci dystrybucyjnych i przesyłowych, zmniejszając prawdopodobieństwo zawodności elementów infrastruktury elektroenergetycznej.

Efektywniej jest inwestować w zmniejszanie zapotrzebowania na energię, niż pokrywać to zapotrzebowanie. Dlatego w Eltel Networks opracowaliśmy nową metodę diagnostyki termowizyjnej polegającą na sprzężeniu naziemnego skanera laserowego (TLS) z kamerą termowizyjną. Na obszarze sieci elektroenergetycznych (zarówno przesyłowych, dystrybucyjnych, jak również zakładowych) systematyczny termowizyjny skaning laserowy włączony w system monitorowania stanu CMS (Condition Monitoring System) pozwala na łatwą diagnostykę całej stacji za jednym razem, gdzie dane przestrzenne są zebrane w relatywnie krótkim okresie przy znanym obciążeniu badanego systemu przesyłowego. Zebrana chmura punktów jest kolorowana, nadając każdemu punktowi wartość temperatury z fotogramu. W ten sposób archiwalny model 3D służy do łatwej inspekcji stanu bieżącego oraz pozwala na porównanie stanu z poprzednich oględzin, pokazując starzenie elementów, a proces ten, przy użyciu technik komputerowych, może być w pełni zautomatyzowany.

Ciche drony zasilane zieloną energią

Powszechnym działaniem OSD i OSP w ramach spełnienia wymogu przeprowadzenia regularnych oględzin stanu technicznego sieci elektroenergetycznej jest wykonywanie tych prac jako oględzin odgórnych – nalotów przy wykorzystaniu śmigłowca z podczepioną aparaturą w zakresie technologii fotogrametrii lotniczej oraz lotniczego skaningu laserowego. W Eltel Networks prace inwentaryzacyjne wykonujemy przy pomocy dronów zasilanych energią elektryczną (ładowanych wyłącznie zieloną energią – posiadamy własną instalację fotowoltaiczną), co pozwala na wyeliminowanie emisji CO2 podczas wykonywania tych prac, jednocześnie dbając o środowisko akustyczne w otoczeniu inwentaryzowanych obiektów.

Dowiedz się więcej: Centrum Badawczo-Rozwojowe – nauka, innowacja i wieloletnie doświadczenie

Dekarbonizacja to poważne wyzwanie dla energetyki, szczególnie w kontekście klimatycznego celu państw UE, który ma być zrealizowany do 2030 roku. Jest nim redukcja emisji CO2 do poziomu 55%.

A zatem - czy elektroenergetyka może być przyjazna dla środowiska?

Wytwarzanie, przesył i dystrybucja energii elektrycznej niestety nierozerwalnie wiążą się z wpływem na środowisko naturalne. Niemniej jednak, odpowiadając na pytanie czy elektroenergetyka może być bardziej przyjazna dla natury, możemy stwierdzić, że w tym obszarze występuje wiele inicjatyw prowadzących do minimalizacji jej negatywnego wpływu. Działania te prowadzone są zarówno na szczeblu strategicznym poprzez wdrażanie odpowiednich dyrektyw, ale też jako inicjatywa oddolna przedsiębiorstw takich jak Eltel Networks, które na każdym etapie swojej działalności starają się zmniejszyć oddziaływanie na środowisko.