Ефективни регулатори на мощност

Преходът от въглеродна и ядрена енергия към възобновяеми източници допълнително засилва проблема със свръхнатоварването на някои електропроводи. С широкото разпространение на вятърни и фотоволтаични централи производителите и потребителските центрове в повечето случаи ще са все по-отдалечени териториално един от друг. Такъв е случаят например в Германия, където все повече енергия се подава от вятърни паркове край Северно море, докато в южната част от страната има множество големи потребителски центрове, но там капацитетът на електропроводите не е достатъчен, за да бъде пренесена цялата налична мощност.

Друг утежняващ фактор за преносните мрежи е нарастващият обмен на електрическа енергия между европейските страни. В бъдеще към това ще се прибави и мащабното разширение на инфраструктурата за зареждане на електрически автомобили. 

Лесна възможност за равномерно разпределяне на преносима мощност през паралелни електропроводи представлява инсталирането на фазокомпенсатор. Фазорегулиращите трансформатори са специални трансформатори, които могат да се използват за повишаване и понижаване на мощността в един електропровод. Фазокомпенсаторите защитават електропроводите, правят мрежите надеждни и намаляват загубите от преноса. Също така фазокомпенсаторите могат да се използват за по-добро управление на обмена на електрически ток и по този начин за оптимална търговия извън държавните граници.

В преносната мрежа трансформаторите служат за адаптиране на нивата на напрежението, тъй като преносът на електрическа енергия при високо напрежение е по-икономичен, отколкото при ниско напрежение. По правило напрежението се регулира от трансформатори, но по този начин може да се въздейства само върху преноса на реактивна мощност, но не и на активна (и двата вида мощност се пренасят през мрежата: реактивната мощност е необходима за създаването на магнитни полета, от друга страна активната мощност може да се превръща например в топлинна енергия, т. е. да се използва за отопление).

Фазорегулиращите трансформатори обаче могат да оказват влияние на преносимата активна мощност. При тях входното напрежение е с различна стойност спрямо изходното. Вследствие на това се създава разлика в напреженията. Разликата в напреженията може да увеличи спада на напрежението в електропровода и по този начин да редуцира потока от мощност или да намали спадането на напрежението, което от своя страна ще увеличи потока от мощност. Ролята на фазокомпенсатора в електрическата мрежа е аналогична на действието на вентилите, които регулират дебита на водопроводите.

Мрежовите оператори имат богат опит предимно със стандартните трансформатори. При фазорегулиращите трансформатори обаче трябва да се вземат предвид някои особености, които от една страна зависят от желания режим на работа, а от друга страна са резултат от специално вътрешно превключване. Фазокомпенсаторът може да се използва както за повишаване, така и за понижаване на мощността в електропроводите. Вътрешните натоварвания във фазокомпенсатора са различни за двата режима на работа. Следователно трябва точно да се определи дали устройството ще се използва за намаляване, за повишаване или и за двете.

Фазокомпенсаторът може да се свърже директно или да се използва през т. нар. байпас. Байпасът представлява мощностен прекъсвач, който съединява накъсо клемите на фазокомпенсатора. В зависимост от това дали ще се използва байпас или няма да се прилага такъв, във фазокомпенсатора възникват различни натоварвания. Основните параметри мощност, фазов ъгъл и ток на късо съединение определят в каква степен може да бъде променена преносимата мощност. Също така не по-малко предизвикателство представляват управлението и концепцията за защита.

През последните десетилетия заводът за трансформатори на Siemens във Вайц, провинция Щирия, работи за преодоляване на всички тези предизвикателства на мрежовите оператори, свързани с техническото изпълнение и качеството на фазорегулиращите трансформатори, които са изключително важен компонент на електрическите мрежи. В цялата производствената мрежа за трансформатори на Siemens заводът във Вайц се разви като компетентен център за фазорегулиращите трансформатори. Освен това той се наложи като лидер на световния пазара в това направление.

От 70-те години на 20 век досега са произведени около 150 фазорегулиращи трансформатора от най-различни модели. Всички те са доставени на клиентите в срок и се характеризират с изключително високо качество. Референтният списък обхваща проекти за многобройни клиенти навсякъде по света – от Америка през Европа, Близкия и Среден Изток до Австралия и Нова Зеландия.

„Ние си поставихме за цел съвместно с клиенти от цял свят да разработим индивидуални решения според нуждите им, за да оформим заедно бъдещето на съответната преносна мрежа, да отговорим на бъдещите изисквания и с това да гарантираме сигурността на електроснабдяването в дългосрочен план“ – споделя Кристиян Вири, ръководител „Продажби“ в завода на Siemens във Вайц.

Освен със сложната стандартна технология за фазорегулиращите трансформатори заводът на Siemens във Вайц се отличава и с някои допълнителни иновации при тези продукти. Така например за мрежовия оператор в Ню Йорк бяха доставени фазорегулиращи трансформатори с биологично разграждаща се и трудно запалима изолираща течност. Тези фазорегулиращи трансформатори са поставени за експлоатация в централната градска част. Освен че гарантират сигурността на електрозахранването на целия град, те се отличават както със своята компактност по отношение на размера и тежестта, така и с ниски стойности на шума.

Фазорегулиращите трансформатори, които спрямо нормативните изисквания са със силно редуцирано ниво на частичен разряд (мерна единица за качеството на изолацията за високо напрежение и нейното електрическо натоварване), допринасят също така за сигурността примерно на швейцарската електропреносна мрежа. За мрежов оператор от Франция беше конструиран и доставен фазорегулиращ трансформатор с корпус, който е с висока степен на устойчивост срещу пропукване. И това е от голямо значение, защото нарушаването на целостта на корпуса в най-лошия случай може да доведе до пожар и в следствие на това да нанесе щети на хората и околната среда. Ето защо превенцията е изключително важна.

„Макар и в незначителна степен, необходимостта от разряд на отделни взаимосвързани електропроводи съществуваше още в началото, когато започнахме да се занимаваме с фазокомпенсатори. Увеличението на консумацията на годишна база доведе до по-силно натоварване на мрежите, тъй като темпото, с което се разширяваше мрежата, не можа да догони нарастването на нуждите. Чрез либерализирането на пазара на електроенергия изискванията към преносните мрежи рязко се повишиха“, споделя Гюнтер Линортнер, ръководител на отдел „Технически оферти“ и експерт по фазорегулиращите трансформатори в завода на Siemens във Вайц.

Произведените във Вайц фазокомпенсатори на Siemens допринасят и за това да може да се ограничава натоварването на електрическите мрежи вследствие на прехода към цялостно производство на енергия от възобновяеми източници в Германия както в настоящия момент, така и в бъдеще.

Siemens сключи споразумения с четирите германски мрежови оператора за доставка на фазорегулиращи трансформатори, с оглед на овладяването на предизвикателствата, които могат да възникнат в Германия, а в последствие и за цяла Европа поради планираното по-нататъшно изключване на централите, работещи с изкопаеми горива.

С поглед към бъдещето Гюнтер Линортнер казва: „Актуалните тенденции като идеята за преход от въглеродна и ядрена енергия към възобновяеми източници, която възникна в Германия, но по-късно бе възприета и от много други страни по света, или инициативата „Green Deal“ на ЕС носят със себе си все повече предизвикателства за електропреносните мрежи. Нуждата от фазокомпенсатори в бъдеще ще се увеличи още повече“.