Na czym polega kompensacja mocy biernej?

Kompensacja mocy biernej to jedna z podstawowych kwestii, o jakie powinno się zadbać podczas projektowania oraz późniejszej eksploatacji każdej sieci elektroenergetycznej. Nieprawidłowości w tym zakresie prowadzą zazwyczaj do zauważalnego wzrostu kosztów ponoszonych przez użytkowników sieci, w której stopień skompensowania mocy biernej jest niewystarczający. Poniżej wyjaśniamy, czym jest moc bierna, dlaczego kompensacja energii biernej jest ważna i jakie korzyści niesie zastosowanie odpowiednio dobranych urządzeń do kompensacji mocy biernej.

Moc bierna - definicja

Moc bierna w obwodach prądu przemiennego stanowi jedną z dwóch zasadniczych składowych mocy elektrycznej. Są to odpowiednio:

• moc czynna (oznaczana symbolem P) - liczona w watach (W), pobierana przez każdy odbiornik energii elektrycznej i zamieniana na ciepło lub pracę;
• moc bierna (oznaczana symbolem Q) - liczona w warach (var), nie zamieniana na użyteczną pracę ani na ciepło, choć bezwzględnie konieczna do prawidłowej pracy wielu maszyn elektrycznych (m.in. silników i transformatorów).

Wyróżnia się także moc pozorną (oznaczaną jako S) i stanowiącą geometryczną sumę mocy czynnej i mocy biernej. Współczynnik ten jest wykorzystywany podczas obliczania maksymalnej dopuszczalnej wartości poboru mocy biernej przez odbiorców energii elektrycznej.

Rodzaje mocy biernej

W zależności od tego, czy moc bierna jest generowana przez dany odbiornik i oddawana do sieci, czy pobierana przez urządzenie i niezbędna do jego prawidłowego działania, wyróżnia się następujące rodzaje mocy biernej:

• moc bierna indukcyjna - wymagana do wytworzenia pola elektromagnetycznego w urządzeniach elektrycznych, jak np. silniki asynchroniczne, lampy wyładowcze, tyrystorowe układy przekształtnikowe czy transformatory;
• moc bierna pojemnościowa - wytwarzana podczas pracy przez różne odbiorniki energii elektrycznej (m.in. zasilacze oraz urządzenia elektroniczne) i oddawana do sieci przesyłowej.

Dlaczego kompensacja mocy biernej jest konieczna?

Obowiązujące w Polsce regulacje prawne (Rozporządzenie Ministra Klimatu i Środowiska z 22 marca 2023 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, Dz. U. z 2023 r. poz. 819 z późn. zm.) określają maksymalne dopuszczalne wartości poboru mocy biernej z systemu elektroenergetycznego, a w przypadku ich przekroczenia pozwalają Operatorowi Systemu Dystrybucyjnego na naliczanie wysokich opłat dodatkowych, ponoszonych przez odbiorcę, u którego występuje nadmierny pobór mocy biernej. W niektórych przypadkach mogą one stanowić nawet ok. 30% miesięcznej faktury za prąd.

Warto mieć na uwadze, że opłatom podlega nie tylko pobór większej ilości mocy biernej indukcyjnej, niż dopuszczona obowiązującymi przepisami. Na dodatkowe koszty narażają się także odbiorcy energii, którzy pobierają z sieci moc bierną pojemnościową (w każdym przypadku, niezależnie od ilości) bądź wprowadzają do sieci przesyłowej dowolnego rodzaju moc bierną.

Zmniejszenie rachunków za energię elektryczną to jednak nie jedyny powód, dla którego kompensacja mocy biernej firmy jest korzystnym rozwiązaniem. Pozostałe korzyści to przede wszystkim:

• zmniejszenie strat energii czynnej,
• poprawa współczynnika mocy (cos φ) i efektywności energetycznej,
• zwiększenie przepustowości linii przesyłowych,
• redukcja obciążenia infrastruktury elektroenergetycznej, co przekłada się na wydłużenie jej żywotności,
• stabilizacja pracy systemu elektroenergetycznego i poprawa jakości energii.

Urządzenia do kompensacji energii biernej

Ponieważ przepływ mocy biernej w obrębie sieci przesyłowej przekłada się na pogorszenie parametrów pracy danej sieci, a także negatywnie wpływa na żywotność i sprawność transformatorów oraz linii kablowych, niezbędne jest ograniczenie przepływu mocy biernej - zarówno indukcyjnej, jak i pojemnościowej. W tym celu używa się kompensatorów mocy biernej, wytwarzających potrzebny rodzaj energii biernej bezpośrednio w pobliżu odbiornika odpowiedzialnego za generację niepożądanego typu mocy biernej.

Kompensacja mocy biernej indukcyjnej

Kompensacja mocy biernej firmy w tym zakresie wymaga zastosowania rozwiązań dostarczających mocy pojemnościowej. Najczęściej wykorzystywana jest w tym celu odpowiednio dobrana bateria kondensatorów do kompensacji mocy biernej odbiornika energii, przy czym należy zadbać o to, by nie nastąpiło przekompensowanie baterii kondensatorów. Skutkuje ono zmianą charakteru odbiornika z indukcyjnego na pojemnościowy i oddawaniem mocy pojemnościowej do sieci, co jest szkodliwe dla sieci oraz zasilanych z niej urządzeń.

Kompensacja mocy biernej pojemnościowej

Moc bierna pojemnościowa to moc oddawana przez urządzenia do sieci przesyłowej, co w praktyce oznacza, że konieczne jest zastosowanie rozwiązania generującego adekwatną ilość biernej energii indukcyjnej. Z tego względu kompensator mocy biernej pojemnościowej to najczęściej odpowiednio dobrany pojedynczy dławik bądź bateria dławików kompensacyjnych, które wytwarzają potrzebną ilość mocy biernej o przeciwnym wektorze. W zastosowaniach przemysłowych często stosuje się w tej roli baterie dławików indukcyjnych.

Aktywny kompensator mocy biernej

Na rynku dostępne są także urządzenia do kompensacji energii biernej, które dostarczają potrzebnego rodzaju mocy biernej na podstawie realnie występującego zapotrzebowania po stronie odbiorcy w danym momencie. Taki układ kompensacji mocy biernej działa w czasie rzeczywistym, na bieżąco monitorując powstające obciążenia i reagując odpowiednio do sytuacji.

Kompensacja mocy biernej - koszt

Regulacja mocy biernej przy pomocy właściwie dobranego rozwiązania wiąże się z poniesieniem określonych kosztów, jednak warto mieć na uwadze, że wydatki ponoszone przez odbiorcę na ponadumowny pobór mocy biernej są bardzo wysokie, zwłaszcza w dłuższej perspektywie czasowej. Co równie ważne, moc bierna generowana przez urządzenia pracujące w danej sieci nie "zniknie" samoistnie, bez wdrożenia odpowiednich rozwiązań, dlatego inwestycja w kompensator mocy biernej zwraca się relatywnie szybko - może to być nawet kilka miesięcy przy wysokich wartościach poboru mocy biernej.

W razie pytań dotyczących kompensacji mocy biernej, zachęcamy do kontaktu z naszymi specjalistami - chętnie udzielimy potrzebnych informacji, wyjaśnimy wątpliwości i zaproponujemy rozwiązania optymalnie dobrane do Państwa potrzeb.