Paskaitos „Elektros energijos perdavimo tinklai: veikimas, sujungimas ir valdymas“ medžiaga

Pateikiame pirmosios JEK  paskaitos „Elektros energijos perdavimo tinklai: veikimas, sujungimas ir valdymas“ medžiagą – atsakymus į užduotus klausimus. Paskaita vyko 2011 m. balandžio 27 d. Ją vedė Alfridas Razma, elektros energijos sistemų eskpertas, daugiau kaip 30 metų dirbantis Lietuvos elektros energetikos sektoriuje. Klausimai suskirstyti grupėmis, pagal temas. Jei turite pastebėjimų, norite papildyti atsakymus ar nesutinkate su kai kuriais teiginiais, kviečiame komentuoti atsakymus!

Energijos perdavimo sistemos

• Kaip vyksta prekyba elektros energija tarpvalstybinėje rinkoje? 

Rinka sukurta, šiuo metu visa prekyba elektros energija – iš Latvijos, Estijos, Baltarusijos, Rusijos vyksta tik per biržą, kuri labai sėkmingai veikia. Vidaus gamintojai elektros energiją į biržą tiekia per tiekėją – tiekimo tarpininką, kuris suranda vartotoją, gamintoją, sudaro sutartį ir biržai pasako koks bus poreikis, kad galima būtų subalansuoti gamybą. Šia tema, jeigu įdomu, galima suorganizuoti atskirą paskaitą.

• Pakomentuokite galimybę praeityje IAE gaminamą elektros energiją pardavinėti Suomijai. Ar tai nebuvo daroma, todėl, kad buvo politinis trukdis (BRELL „smegenys“ yra Maskvoje)?

Perdavimas iš konkretaus šaltinio, sukuriant kitokius rėžimus tarpinėje sistemoje nėra paprastas dalykas. Juk elektros negalima „numesti per orą“ – ji gali tekėti tik jau esančiomis linijomis, kur reikia sukurti tokius srautus, kintančius per dienas, mėnesius, kad tekėtų reikalingas elektros energijos kiekis. Tai faktiškai yra nerealu, kai viskas reguliuojama iš centro Rusijoje. BRELL sutartis neprisidėjo prie Baltijos valstybių energetinės nepriklausomybės stiprinimo ir kelia problemų įgyvendinant projektus dabar. Tačiau pereinant prie sinchroninio darbo su Vakarų sistema šis klausimas bus išspręstas.

• Kaip vyksta ir kodėl reikalingas elektros perdavimo sistemų sinchronizavimas?

Sinchronizavimo proceso reikšmę galima būtų suprasti taikant dviejų maitinimo elementų analogiją. Įsivaizduokite, kad sujungiate vienodus elementus lygiagrečiai – pliusą su pliusu, minusą su minusu – nieko neįvyks. Pabandykite sujungti atvirkščiai – pliusą su minusu, minusą su kito elemento pliusu, iškart elementai ims „burbuliuoti“. Be to, poliškumas kintamos srovės grandinėse kinta – 50 kartų per sekundę. Analogiškai, jeigu vienos elektrinės „pliusas“ būtų sujungtas su kitos „minusu“, didžiausią smūgį patirtų visa sistema. Todėl visame tinkle turi būti griežtai ir tiksliai sinchronizuojama svyravimų fazė. 50Hz dažniu dirba visos Europos sistemos, tačiau svyravimų pradžia ir pabaiga turi griežtai sutapti. Vienos elektrinės šį dažnį užduoda, kitos turi laikytis. Jeigu yra bent mažiausias nuokrypis, veikiami sistemos srautai, įtampos, apsikrauna patys elektrinių blokai. Sistemos sinchronizavimą mikrosekundžių tikslumu palaiko automatinės sistemos. Šiuo metu Lietuvai ir kitoms Baltijos valstybėms, esančioms IPS/UPS sistemoje sinchronizacijos dažnį palaiko hidroelektrinės, esančios Volgos upėje, Rusijoje. Vakarų Europos kontinentinės sistemos dažnį palaiko Vokietijos elektrinės, šiaurės Europos šalių – Norvegijos. Šios sistemos tarpusavyje nėra sinchronizuotos.

• Kaip reguliuojamas pasiūlos – paklausos balansas?

Iš anksto sudaromi vartojimo grafikai, užsakomi generuojančių šaltinių grafikai, o visą techninį reguliavimą atlieka dispečerinis centras – stebi srautus, įtampas, dažnius, reguliuoja saldo. Visi sistemos parametrai yra priklausomi vienas nuo kito, todėl svarbus ne tik geras automatikos darbas, bet ir teisingų sprendimų priėmimas dispečeriniame centre. Šiuo metu vyksta perėjimas prie SmartGrid tinklų, kur visų parametrų valdymą ir savireguliaciją atlieka pati sistema. Lietuvos pagrindinis dispečerinis centras yra „Lietuvos energijos“ (Litgrid) pastate, Vilniuje.

• Kuo skiriasi IPS/UPS, NORDEL ir UCTE sistemų darbo principai (dažniai ir pan)?

Darbo principai nesiskiria, tik sistemos nėra tarpusavyje sinchronizuotos. Visos minėtos sistemos dirba 50 Hz dažniu.

• Kokia galios rezervo energetikos sistemoje reikšmė?

Galios rezervas reikalingas reguliuojant srautus, kadangi keičiasi įtampos ir keičiasi elektrinių apkrovos. Kiekvienai galingesnei negu 50MW elektrinei yra suformuotas reikalavimas turėti bent 2% galios rezervo, kad generuojamą galią galima būtų reguliuoti tiek į vieną, tiek į kitą pusę. Galios rezervo dydį lemia ir susitarimai tarp elektrinių operatorių – jis gali būti ir 5%, ir 10% ar bet koks kitas susitartas skaičius. Šis rezervas panaudojamas, jeigu staigiai atsiranda papildoma apkrova, ar išsijungia kuris nors sistemos blokas. Sistemoje galios rezervas turi būti lygus didžiausio bloko galiai, kad jam atsijungus greitai persiskirstytų srautai ir vartotojai nepajustų smūgio.

• Koks galios rezervas reikalingas sklandžiam sistemos darbui užtikrinti?

Sklandžiam sistemos darbui užtikrinti naudojami pirminis, antrinis ir tretinis galios rezervai. Pirminis rezervas palaikomas labai trumpai, ne daugiau kaip penkiolika minučių. Šį rezervą sudaro ankščiau aptarti rezerviniai dydžiai kiekvienoje elektrinėje. Po penkiolikos minučių šie blokai turi būti pasiruošę naujam smūgiui, t.y. vėl užtikrinti pirminio rezervo funkciją. Kol pirminio rezervo blokai tiekia rezervinę galią, sureguliuojami antrinio galios rezervo blokai. Lietuvoje šią funkciją gali atlikti Kruonio HAE (beveik 900MW antrinio galios rezervo). HAE gali operatyviai paleisti visus keturis blokus ir dirbti dvylika valandų. Per dvylika valandų, jeigu reikia, paruošiamas tretinis rezervas – dažniausiai šią rezervo pakopą užtikrina šiluminės elektrinės. Kiek rezervo pakopų reikės panaudoti priklauso nuo įvykusio sutrikimo dydžio. Dažniausiai avarija būna trumpalaikė – užtenka panaudoti pirminį ir antrinį rezervus.

• Ką reiškia ir kam reikalingas „karštas galios rezervas“

„Šalto“ ir „karšto“ galios rezervų sąvokos gimė šiluminėse elektrinėse. „Karštas“ rezervas reiškia, kad katilai užkurti, garas gaminamas – elektrinė „karštoje“ būsenoje ir gali dalyvauti antriniame reguliavime, užtikrinant antrinį rezervą. „Šaltas rezervas“ reiškia, kad elektrinė yra nekūrenama – reikia užkurti katilus, pasiekti darbinę temperatūrą, ir per 12 valandų galimas tretinio rezervavimo užtikrinimas. Šios sąvokos daugiau naudojamos populiariam aiškinimui.

• Kokia dalis sistemos galios rezervo turi būti „karštas rezervas“?

Sąvokos, susijusios su rezervais, numatytos tinklų kodekse. Priėmus Europos norminius dokumentus, juose bus nurodyta, kokį rezervą reikia palaikyti reguliuoti srautams, koks rezervas turi būti numatytas blokams, kokie turi būti pirminis, antrinis, tretinis rezervai.

Lietuvos integracija į Europines sistemas 

• Kaip pasikeis Lietuvos elektros energijos sistemos darbas įgyvendinus tarpsisteminių jungčių projektus?

Įgyvendinus šiuos projektus bus pereinama į sinchroninį darbo režimą su Vakarų sistema. Tuomet persitvarkys sistemos srautai, jie turės būti iš naujo perskaičiuoti, paruoštos naujos apskaitos programos, naujas saldo. Be to, tampame visiškai laisvi pasirinkimo, iš kur pirkti elektros energiją požiūriu. Tikriausiai atsiras noras ir iš Rusijos pusės „draugauti“ su Vakarų sistema, nes susijungus į didesnę sistemą, kadangi skiriasi paros laikas nuo pat Uralo iki Ispanijos pakraščių, apkrova beveik išsilygintų ir taptų paprasčiau ją valdyti, todėl sistemos darbas taptų dar pigesniu. Tačiau dažnis nebūtinai turi būti palaikomas iš Rusijos – IPS/UPS sistema gali būti atskirta nuolatinės srovės intarpais. Iš pradžių, pastačius vieną liniją į Lenkiją, susijungimas su Vakarų sistema vyks per nuolatinės srovės intarpą. Nutiesus antrą liniją – iki 2020 m. bus bandoma prisijungti sinchroniniam darbui. Dar vėliau bus įjungta ir trečia linija, kadangi patikimam darbui užtikrinti reikia bent trijų linijų. Baltijos šalims prisijungus sinchroniniam darbui su ENTSO-E, nuolatinės srovės intarpas į Lenkiją tampa nebereikalingas ir jis gali būti perjungiamas prie linijos, einančios į Baltarusiją, taip atskiriant Vakarų sistemą nuo IPS/UPS. Būtent todėl, kad iš Alytaus eina linija į Gardino miestą, ši vieta ir pasirinkta nuolatinės srovės keitiklio statybai. Tai labai logiškas sprendimas, kadangi nereikės tiesti naujų perdavimo linijų, statyti brangių keitiklių, užteks tik „perkabinti“ laidus. Su NORDEL sistema sinchroninio susijungimo nėra numatyta.

• Kaip prijungus Lietuvos perdavimo tinklą prie europinės UCTE sistemos vyks bendros sistemos darbo reguliavimas?

Bendras darbo reguliavimas greičiausiai vyks iš dispečerinio centro Briuselyje. Dabartinės technologijos, galingi informacijos srautai leidžia tokį centrą įkurti bet kurioje vietoje. Centre dirbs bendros komandos, reguliuojančios pagrindinių linijų darbą, o giliau viduje veiks centrinei būstinei operatyviai pavaldūs vietiniai centrai, užtikrinantys regioninių linijų darbą.

• Kaip bus perskirstyti ir užtikrinti reikalingi galios rezervai prijungus Lietuvos sistemą prie UCTE sistemos?

Visi pirminio, antrinio, tretinio rezervavimo šaltiniai bus numatomi pagal sutartis. Planuojami ryšiai – iš Estijos į Suomiją (1000MW), iš Lietuvos į Lenkiją (1000MW) ir į Švediją (700MW) užtikrina pakankamą rezervavimą. Net jeigu Rusija nuspręstų rezervavime nedalyvauti ir visiškai „atsikabinti“ nuo jungtinės sistemos, problemų nekiltų. Stabilumas – kitas klausimas, tačiau greičiausiai bus taip, kad šios sistemos susijungs per nuolatinės srovės intarpus ir vienos sistemos generatoriai dengs kitos sistemos generatorius. Tai naudinga visoms pusėms, tiek Rusijai tiek Baltarusijai, tiek mums, tiek Vakarų Europai.

• Kokia nuolatinės srovės kabelio į Švediją ir Lietuvos sistemos sujungimo su šiaurės šalių sistema reikšmė?

Šis kabelis pirmiausia numatytas pirminiam ir tretiniam rezervavimui užtikrinti. Jis padės abiem pusėm palaikyti 700MW rezervą – tiek trumpalaikės avarijos atveju, tiek po 12 valandų. Tokios jungties nereikia sinchronizuoti. Šiaurės šalių sistema turi savo sinchronizaciją, todėl šis intarpas tikriausiai taip ir išliks nuolatinės srovės intarpu.

• Kokį vaidmenį sinchronizavimo, rezervo užtikrinimo, balansavimo procesuose sujungus energetikos sistemas turės UCTE, NORDEL, IPS/UPS, Lietuvos, kitų Baltijos valstybių sistemų operatoriai?

Pagrindinis dispečerinis centras bus Briuselyje, jam pavaldūs bus vietinių tinklų operatoriai. Iš Briuselio bus vykdomas balansavimas, rezervo pirkimas, nes ši rinka išsiplės: apsijungs visa Europos kontinentinė sistema, NORDEL, Baltijos valstybės.

VAE gaminama elektros energija

• Kaip vyks būsimosios VAE prijungimas prie perdavimo tinklų?

VAE prijungimas prie perdavimo tinklų beveik niekuo nesiskirs nuo eilinės elektrinės prijungimo. VAE bus paleista, kai Lietuva jau dirbs sinchronizuotai su UCTE sistema. Sinchronizaciją suderinti padės elektronika, kuri leidžia suderinti įrenginius laipsnių tikslumu. Taip pat prijungiant VAE, sistemoje turi būti paruoštas elektros gaminimo rezervas išsijungus VAE generatoriams. Tam puikiai gelbėja Kruonio HAE, statomas naujasis Lietuvos Elektrinės koogeneracinis blokas, kuris yra manevringas ir gali labai greitai reguliuoti galią sistemoje.

• Visagino-Lenkijos linijos stiprinimas. Ar iš tiesų tai turėtų būti prioritetinis projektas, įvykdytas dar prieš VAE statybas? 

Visagino-Lenkijos linijos, kaip ir linijos Lietuva-Lenkija apskritai nėra. Bus tik naujai pastatyta 400 kV dvigrandė linija Alytus (Lietuva)- Elkas (Lenkija) iki 2020 m. Šios linijos bus naudojamos Baltijos šalių elektros sistemos sujungimui su Europos kontinentine energetikos sistema, pradžioje asinchroniškai (per konvertorinę pastotę), vėliau sinchroniškai (tiesiogiai). Dar vėliau planuojama nutiesti papildomą trečią 400 kV liniją. O pačiu Lietuvos elektros perdavimo tinklų staiga stiprinti nereikės, nes anksčiau sistema stabiliai veikė dirbant abiems IAE blokams (Buvusi suminė elektrinė galia 3000 MW). Perdavimo tinklo perspektyviniuose planuose numatyta iš IAE 330/110 kV transformatorių pastotės nutiesti 330 kV linijas į Latviją (Liksną) ir į Vilnių. Tad įjungus į sistemą 1000-1600 MW naują reaktorių problemų neturėtų kilti. Tik vėliau, atsiradus papildomų galių, stabilumui palaikyti gali tekti stiprinti vidaus Lietuvos (Baltijos šalių ir Lenkijos) elektros perdavimo tinklus.

• Ar VAE bus prijungta prie 750 kV linijos, kuria elektros energija „išteka“ iš Lietuvos į Rytus?

750 kV linija yra tik techniškai paruošta tokiai įtampai, tačiau visą laiką buvo įjungta 330kV įtampa. O kiek elektros į kurią pusę išteka, numato tarpusavio sutartys tarp valstybių.

• Kaip vyks prekyba VAE pagaminta elektros energija?

Elektros energija pagaminta VAE bus parduodama rinkos sąlygomis.

 

Linijos Lietuvoje

• Ar ir kodėl Lietuvos 330kV tinklas nėra užžiedintas?

Taip, šiuo metu Lietuvos 330kV tinklas Lietuvos teritorijoje nėra užžiedintas, tačiau tai reikalinga tik tuo atveju, jei sistemoje atsiranda gedimas, tada vartotojai gali gauti elektros energiją kita linija, iš kitos pusės. Tačiau tai nėra būtina, kai sistemos įrenginiai yra patikimi ir jei yra kitokių rezervavimo galimybių. Suprantama, kuo daugiau tokių užžiedinimų yra, tuo lengviau valdyti pačią sistemą. Vakarų Europos sistemoje tokio tendencingo žiedinimo net nėra. Lietuvos 330 kV tinklai Lietuvos teritorijoje nebuvo užžiedinti, nes sistema buvo kurta Sovietų Sąjungos metu, kai nebuvo atskirų valstybių sienų.

• Bitėnų skirstykla. Kodėl neįmanoma buvo tiesiog „sujungti“ į Klaipėdos kraštą ir į likusią Lietuvą vedančių laidų?

330 kV linijos iš Klaipėdos ir Jurbarko ėjo į Kaliningrado sritį (sujungtos Sovietsko pastotėje). Pastačius 330 kV „Bitėnų“ skirstymo punktą yra galimybė ne tik šias linijas sujungti Lietuvoje, bet ir atsijungti nuo Kaliningrado srities.

• Kokia perdavimo linijos Kruonis – Kaliningrado sritis reikšmė?

Linija Kruonis-Kaliningradas, kaip ir visi Lietuvos elektros tinklai, buvo statoma Lietuvai esant Sovietų Sąjungos nare. Linijos iš Kruonio HAE išeina į visas elektros sistemos puses. Tuo metu tiesiog buvo mąstoma apie galios paskirstymą sistemoje.

• Kaip vyksta 330kV perdavimo linijų Klaipėda – Telšiai ir Mūša – Panevėžys projektų įgyvendinimas?

Klaipėda-Telšiai: vyksta rangovų parinkimo konkursas. Bus tiesiama ~100 km linija ir baigta 2012 metais.

Mūša – Panevėžys: šiuo metu vykdomas techninis projektavimas.

• Kokia šių perdavimo linijų reikšmė?

Šios dvi linijos šiuo metu nėra labai svarbios Lietuvos sistemai, tačiau, persijungus į UCTE sistemą, persiskirstys elektros srautai linijose ir naujosios linijos padės užtikrinti režimo palaikymą.

Nuolatinės srovės intarpai

• Kaip veikia nuolatinės srovės keitiklis ir kodėl būtent šis įrengimas naudojamas sujungiant skirtingas sistemas?

Šio įrenginio veikimas pagrįstas tiristoriniu principu: paduodant skirtingų verčių valdymo įtampas kintamoji srovė keičiama į nuolatinę ir atvirkščiai. Todėl sujungiant dvi nesinchroniškai veikiančias energetines sistemas, paprastai vienoje sistemoje statomas keitiklis iš kintamos į nuolatinę srovę, toliau nuolatinė srovė tiekiama iki kitos sistemos pradžioje įrengto keitiklio, kuris nuolatinę srovę verčia atgal į kintamąją tokio dažnio ir fazės, kuriais pasižymi ši sistema.

• Kokia jo reikšmė tarpsisteminiuose energijos mainuose?

Keitiklis gali perduoti srovę abiem kryptimis. Kitas keitiklio privalumas yra galimybė rezervines galias paskirstyti skirtingose sistemose, pvz. Lietuvai prisijungus prie UCTE sistemos ir esant keitikliui tarp Lietuvos ir Baltarusijos, Lietuvos elektros sistemos rezervinės galios dalis gali būti Baltarusijoje ir atvirkščiai.

• Kodėl sujungiant Lietuvos perdavimo tinklus su Vakarų ir Šiaurės Europos šalių tinklais reikalingi nuolatinės srovės intarpai?

Tam, kad naudojant keitiklius, prieš pereinant prie sinchroninio darbo, būtų įvykdytas asinchroniškas sistemų sujungimas.

• Kodėl nuolatinės srovės keitiklio vieta pasirinktas Alytus?

Alytuje yra didelė 110/330 kV įtampos pastotė, šalia kurios bus statomi keitikliai, kuriuos aptarnaus dabartinis pastotėje dirbantis personalas. Taip pat iš Alytaus eina elektros linija į Gardiną, todėl vėliau, Lietuviai perėjus prie darbo UCTE sistemos režimu, bus galima keitiklius panaudoti jungiant liniją į Gardiną su Lietuvos elektros sistema.

• Koks keitiklio vaidmuo tarpsisteminiame darbo sinchronizavime?

Keitiklis yra įrenginys, leidžiantis sujungti tarpusavyje nesinchronizuotas sistemas.

• Ar galima nuolatinės srovės keitiklį Alytuje laikytį kaip išorinį IPS/UPS sistemos riboženklį?

Taip, galima.

• Kodėl šis intarpas nebuvo projektuojamas prie išorinės ES sienos, atskiriant Lietuvos sistemą nuo IPS/UPS sistemos perdavimo tinklų?

Šis intarpas kaip tik ir yra projektuojamas prie būsimosios išorinės energetinės Europos Sąjungos sienos su Baltarusija. Keitiklio vieta Alytuje pasirinkta dėl to, jog iš pradžių, kol dar Lietuva bus IPS/UPS sistemos dalis, keitiklis bus naudojamas Lietuvos sistemai jungti su UCTE sistema. Vėliau, Lietuvai perėjus prie UCTE sistemos, tas pats keitiklis bus naudojamas kaip riboženklis sujungiant Lietuvą (UCTE sistemoje) su Gardinu Baltarusijoje (IPS/UPS sistema).

Kaliningrado sritis

• Pakomentuokite galimus Kaliningrado energetinio saugumo problemos sprendimo būdus:

• • Keitiklių įrengimas prie Rusijos ir Baltarusijos sienų, tranzitą per Lietuvą vykdant UCTE dažniu;

 

Dažnis visur yra vienodas. Keitikliai reikalingi nesinchronizuotoms sistemoms sujungti. Iš esmės, Kaliningrado problema turi būtu sprendžiama Rusijos pusės.

 

• • Kaliningrado srities energetikos sistemos perėjimas prie veikimo UCTE dažniu;

Kaliningrado sritis veiks tokiu pačiu dažniu kaip ir iki šiol veikė visą laiką, problema – dažnio sinchronizacijos suderinimas.

• • Atskiros tranzito linijos per Lietuvą nuoma.

Lietuvos atskirų linijų negalime panaudoti, nes jos yra užimtos ir numatytos darbui su Vakarų sistema. Nors politikai dabartiniuose savo planuose, kalbėdami apie naująją Kaliningrado atominę elektrinę, braižo linijas tik per Lietuvą, toks sprendimas nėra įmanomas.

 

• Ar, pastačius BAE, Kruonio HAE būtų naudojama kaip perteklinės galios baseinas šiai elektrinei?

Ne, Kruonio HAE buvo statoma kartu su Ignalinos AE, tam, kad palaikytų galios balansą nakties metu – HAE kaip vartotojas pumpuoja vandenį į viršutinį baseiną, išnaudodama perteklinę naktinę energiją. HAE galima panaudoti Lietuvai ekonomiškai naudingu tikslu. Iš esmės tai būtų pikinės elektros energijos eksportas į Kaliningrado sritį. Žinoma, jeigu Kaliningrado srityje būtų elektros energijos trūkumas dienos metu.

• Kaip technine ir politine prasme Lietuva gali neleisti naudoti savo energetikos sistemų (Kruonio HAE, jungčių su Švedija ir Lenkija) BAE naudai?

Lietuva, kaip suvereni valstybė, turi visas reikalingas teises neleisti savo energetikos sistemų naudoti šiam tikslui.