oktoberoctober 2010 okolje 53 36Učinkovita rabaenergijePametna elektroenergetskaomrežja – SmartGridsAndrej Souvent 1Zahteve po učinkovitejširabi energije, zahteve povečjem deležu proizvodnjeUčinkovitaraba energije1 Andrej Souvent, univ. dipl. inž. el.,Elektroinštitut Milan Vidmarelektrične energije izobnovljivih razpršenih virovin nove tehnologije, kot je naprimer uporaba električnihavtomobilov in pripadajočepolnilne infrastrukture,pomenijo za elektroenergetski<strong>si</strong>stem nov izziv, predvsem kakotudi v prihodnje zagotavljatizanesljivo, varno in kakovostnooskrbo z električno energijo.Razvoj omrežij v skladu skonceptom pametnih omrežij– SmartGrids – prinaša noverešitve, temelječe na sodobnihinformacijsko-komunikacijskihtehnologijah.Elektroenergetski <strong>si</strong>stem <strong>lahko</strong> po funkcijirazdelimo na proizvodnjo, prenos indistribucijo električne energije. Namenjen jepredvsem zagotavljanju zanesljive, varne inkakovostne oskrbe končnih uporabnikov oziromaodjemalcev z električno energijo.Temelj proizvodnje so velike elektrarne, kotso na primer hidroelektrarne, in termoelektrarnena fo<strong>si</strong>lna in jedrska goriva. Temproizvodnim enotam se v elektroenergetskem<strong>si</strong>stemu pridružujejo še manjše enote,kot so male hidroelektrarne, vetrne in sončneoziroma fotovoltaične elektrarne, naprave zasoproizvodnjo toplotne in električne energije,bioplinske enote itd.Proizvedeno energijo prenesejo do končnihuporabnikov elektroenergetska omrežja.Razdelimo jih na prenosna in distribucijska.Prenosno omrežje je hrbtenica <strong>si</strong>stema inobratuje na visoki napetosti (npr. 110 kV,220 kV, 400 kV). Nanj so priključene velikeelektrarne, omrežje pa je tudi povezano s prenosnimiomrežji sosednjih držav, s katerimideluje <strong>si</strong>nhrono s frekvenco 50 Hz (v Evropi, vZDA npr. je frekvenca 60 Hz). Del prenosnegaomrežja so tudi razdelilne transformatorskepostaje, ki so stična točka z distribucijskimiomrežji. Distribucijska omrežja delujejo nasrednji (npr. 10 kV, 20 kV) in na nizki napetosti(npr. 400 V trifazno, oziroma 230 V enofazno),zato so v razdelilnih transformatorskihpostajah transformatorji, ki poskrbijo zaustrezno pretvorbo napetosti. Na distribucijskoomrežje so priključeni končni uporabniki– odjemalci – in manjše proizvodnje enote.Nove tehnologijeprinašajopametna omrežjaDelež proizvedene energije iz manjšihproizvodnih enot je še zelo majhen, zato<strong>lahko</strong> rečemo, da se velika večina energijeproizvede v velikih proizvodnih enotah inse prek prenosnega in nato distribucijskegaomrežja prenese do odjemalcev. Značilnostelektroenergetskega <strong>si</strong>stema je tudi ta, damorata biti proizvodnja in poraba električneenergije vedno usklajeni – toliko energije, kotneki trenutek porabimo, moramo tudi ta trenutekproizvesti. Električne energije namrečv velikih količinah še ne moremo učinkovitoshranjevati, razen posredno kot zaloge vodev jezerih črpalnih hidroelektrarn. To pomeni,da morajo nekatere proizvodne enote vseskozidelovati v takem režimu, da se <strong>lahko</strong> ssvojimi generatorji prilagajajo porabi in s temskrbijo za zanesljivo delovanje elektroenergetskega<strong>si</strong>stema, ki bi <strong>si</strong>cer zaradi prevelikefoto: Vladimir Miloradović
azlike med proizvodnjo in potrošnjo izpadeliz <strong>si</strong>nhronizma, kar bi povzročilo razpad <strong>si</strong>stemaoziroma električni mrk. Zato in zaradištevilnih drugih zahtev mora biti elektroenergetski<strong>si</strong>stem skrbno načrtovan in voden.Pri vodenju <strong>si</strong>stema pomagajo t. i. sekundarni<strong>si</strong>stemi, ki omogočajo med drugimi sprotnemeritve pomembnih veličin, avtomatizacijoin daljinsko vodenje <strong>si</strong>stema iz računalniškopodprtih centrov vodenja, in opravljajo šeštevilne zaščitne funkcije, ki preprečijo aliomejijo škodo ob nepredvidenih dogodkih aliokvarah.Principi načrtovanja, obratovanja in vodenjaelektroenergetskega <strong>si</strong>stema souveljavljeni že več desetletij, nove zahtevepo povečanju deleža proizvodnje energije izobnovljivih virov, zahteve po spodbujanjuučinkovite rabe energije, ekonomika in novetehnologije, ki prihajajo – na primer električniavtomobili – pa prinašajo potrebo pospremembi nekaterih konceptov in potrebopo razvoju novih tehnologij, ki bodo omogočilezanesljivo in varno delovanje <strong>si</strong>stema terkakovostno oskrbo odjemalcev tudi v prihodnje.Govorimo o novih konceptih in tehnologijah,ki jih prinašajo t. i. pametna omrežja,imenovana tudi aktivna omrežja ali s tujko»SmartGrids«.Pametna omrežja prinašajo nove rešitvetemelječe na sodobnih informacijskihkomunikacijskih tehnologijah, ki nadgrajujejoobstoječe sekundarne <strong>si</strong>steme, omogočajoprenos še več informacij med elementi elektroenergetskega<strong>si</strong>stema, kot so razni senzorjiin merilniki za merjenje pomembnih veličin,detektorji okvar in naprave za avtomatskoodpravo napak, sodobni <strong>si</strong>stemi za avtomatizacijoin daljinsko vodenje <strong>si</strong>stema ipd.Predvsem pa uvedejo prenos informacij tudiza nizkonapetostno distribucijsko omrežje, kije bilo do zdaj neinformatizirano, in prinašajokončnim uporabnikom številne nove storitve,kot je na primer spremljanje porabe prek<strong>si</strong>stema novih elektronskih števcev porabeenergije – t. i. pametnih števcev.Odprta možnostza hranilnikeenergijezadnjem času se močno spodbuja proizvodnjaelektrike iz obnovljivih virov energi-Vje, zato hitro narašča število malih proizvodnihenot, kot so na primer sončne elektrarne,vetrne elektrarne, naprave za soproizvodnjotoplote in električne energije ipd. Koristi tehenot so med drugimi uporaba obnovljivihvirov (sonce, veter ...), lokalna proizvodnjabliže odjemalcem, kar zmanjša prenosnepoti in s tem izgube energije zaradi segrevanjavodov in izgub pri transformaciji. Kerpa se te enote priključujejo na distribucijskoomrežje, ki pa – sploh na nizkonapetostnemomrežju – za to ni bilo načrtovano, prinašajov omrežje težave, ki se <strong>lahko</strong> odražajo v slabšizanesljivosti in kakovosti oskrbe z električnoenergijo. Poleg tega se <strong>lahko</strong> njihova proizvodnjazelo hitro spreminja, saj je odvisnaod razpoložljivosti primarnega vira energije(npr. spreminjanje jakosti vetra, osončenjaipd.) Pametna omrežja prinašajo nove rešitveza reševanje teh težav: te enote opremijo z inteligentniminapravami za daljinsko vodenjein jih povežejo v skupen informacijski <strong>si</strong>stem,ki se imenuje »virtualna elektrarna«. Ti viritako niso več prepuščeni sami sebi, temvečso optimalno vodeni glede na potrebe in stanjev elektroenergetskem <strong>si</strong>stemu, kar se zalastnike virov in upravljavce omrežij odražatudi v ekonomiki.naraščajočim številom obnovljivih virov,Z katerih obratovanje ni vedno predvidljivo(npr. težko je zanesljivo napovedati, kako bopihal veter in posledično proizvodnjo vetrnihelektrarn, podobno je s sončnimi elektrarnami),narašča tudi potreba po hranjenjuenergije. S konceptom pametnih omrežij bomogoča tudi vključitev velikega števila manjšihhranilnikov energije, ki se že pojavljajo natrgu, v omrežje.Odjemalec najmodro upravljapraksoUčinkovita raba električne energije je odvisnatudi od obremenitve elektroenergetsega<strong>si</strong>stema. Najmanj učinkovito rabimoenergijo takrat, ko je <strong>si</strong>stem zelo obremenjen.Takrat so največje izgube v prenosu energijeprek omrežja; v <strong>si</strong>stem je treba vključiti dodatnerezervne elektrarne, ki so praviloma boljobremenjujoče za okolje in proizvajajo elektrikopo višjih cenah, ali pa moramo elektrikouvažati iz sosednjih držav. V obdobju velikihobremenitev je zato dobro spodbuditi odjemalce,da zmanjšajo porabo. Tak ukrep imenujemo»upravljanje porabe«. Odjemalec, ki bo pripravljenprilagajati svojo porabo razmeram velektroenergetskem <strong>si</strong>stemu, <strong>si</strong> bo s tem <strong>lahko</strong>bistveno znižal stroške oskrbe z električnoenergijo, hkrati pa pomagal elektroenergetskemu<strong>si</strong>stemu pri učinkoviti rabi obstoječihkapacitet in s tem k zniževanju stroškov.Več na www.zelenaslovenija.<strong>si</strong>/clanek/61Promocijaoktoberoctober 2010okolje 53 37