Na początek - czym jest moc bierna?
Zacznijmy od wyjaśnienia podstawowej kwestii, a mianowicie - czym jest moc bierna. W uproszczeniu, moc bierna to pewien typ mocy, który, choć nie przekłada się na wykonanie żadnej konkretnej pracy użytkowej (nie napędza urządzeń), może mieć wpływ na stabilność i koszty funkcjonowania systemu elektrycznego.
Na układ prądu przemiennego zawsze składają trzy równie istotne typy mocy:
- moc czynna (oznaczana jako P) to ta moc, która zamieniana jest na energię lub pracę.
- moc bierna (oznacza jako Q), jak już wspominaliśmy nie jest mocą użyteczną, jednak bez niej nie jest możliwa praca niektórych podzespołów elektrycznych. Przykładem mogą tu być cewki, które wykorzystują moc bierną do generowania pola magnetycznego, niezbędnego do wykonania obrotu przez elementy silnika.
- moc pozorna (S) to suma mocy biernej i czynnej.
Zagłębiając się w temat, można stwierdzić, że moc bierna to wynik przesunięcia między napięciem a prądem, w obwodzie zasilanym prądem przemiennym. Jeśli przypomnimy sobie wykres prądu przemiennego, zauważymy, że przyjmuje on wygląd sinusoidy, w której napięcie i prąd (natężenie) naprzemiennie osiągają wartości dodatnie i ujemne. Jeśli oba pokrywają się ze sobą (przechodzą przez zero i osiągają wartość maksymalną) to cała moc jest mocą czynną. Jeśli jednak występuje przesunięcie, pojawia się wówczas moc bierna.
Wspomniane wyżej przesunięcia, mogą być wynikiem pracy urządzeń wyposażonych w określone elementy elektryczne - cewki (które znajdziesz m.in. w wiertarkach, mikserach, odkurzaczach i innych urządzeń posiadających elementy obrotowe) lub kondensatory (są one powszechnie wykorzystywane w zasilaczach i urządzeniach elektronicznych). W zależności od tego, które z urządzeń generuje moc bierną, możemy mieć do czynienia:
- Z mocą bierną indukcyjną (generowaną przez cewki). Jest to energia pobierana z sieci.
- Z mocą bierną pojemnościową (generowaną przez kondensatory), która jest oddawana do sieci.
Przejdźmy teraz do wyjaśnienia, czym jest kompensacja mocy biernej i dlaczego w ogóle moc bierną czasami trzeba kompensować.
Po co kompensować moc bierną?
Nadmierna ilość mocy biernej w układzie przekłada się na straty energii i mniejszą efektywność energetyczną systemów elektrycznych (większa ilość mocy biernej sprawia, że mniejsza ilość energii faktycznie służy wykonaniu pracy).
Oprócz tego, moc bierna wiąże się z obciążeniem sieci elektrycznej, co w skrajnych przypadkach może doprowadzić do awarii. Większa ilość mocy biernej to także konieczność zwiększenia pojemności i wydajności elementów sieci elektrycznej - co oznacza problemy i koszty dla operatorów sieci dystrybucyjnej.
To m.in. dlatego, pobór mocy biernej w układzie może wiązać się z dodatkowymi opłatami naliczonymi przez OSD. W przypadku mocy biernej indukcyjnej, opłaty są naliczane dopiero po przekroczeniu pewnego poziomu. W przypadku mocy biernej pojemnościowej, opłata zostanie naliczona zawsze.
By uniknąć problemów i opłat związanych z mocą bierną, stosuje się tzw. kompensację mocy biernej.
Kompensacja mocy biernej - co to jest? Na czym polega?
Kompensacja mocy biernej polega na wprowadzeniu do układu elektrycznego urządzeń (kompensatorów mocy biernej), które będą generować moc bierną przeciwną do tej, która już występuje w układzie. W ten sposób można wyeliminować lub też zredukować moc bierną. Kompensatory pozwalają na utrzymanie równowagi między mocą czynną (która wykonuje pracę) a mocą bierną (która nie wykonuje pracy, ale wciąż obciąża sieć). Dzięki temu system elektryczny działa efektywniej i z mniejszymi stratami.
Jest to możliwe, ponieważ moc bierna pojemnościowa i moc bierna pojemnościowa charakteryzują się przeciwnymi znakami. Wpływ jednej z nich może zatem minimalizować konsekwencje pojawienia się tej drugiej.
Kompensacja mocy biernej pojemnościowej
Dla skompensowania mocy biernej pojemnościowej (oddawanej do sieci) do układu trzeba wprowadzić rozwiązania dostarczające moc bierną indukcyjną. W tym celu można wykorzystać przykładowo dławiki kompensacyjne lub baterie dławików indukcyjnych. Rozwiązanie to działa w ten sposób, że w pobliżu urządzeń generujących moc bierną pojemnościową, instaluje się te generujące przeciwną moc bierną. W ten sposób pomija się sieć elektroenergetyczną i rozwiązuje problem “na miejscu”.
Kompensacja mocy biernej indukcyjnej
W przypadku kompensacji mocy biernej indukcyjnej (pobranej z sieci), konieczne jest wdrożenia rozwiązań, które dostarczą mocy biernej pojemnościowej. Do tego wykorzystuje się np. baterie kondensatorów. Podobnie, jak w przypadku baterii dławików indukcyjnych, baterie kondensatorów montuje się w bezpośrednim pobliżu odbiornika, co pozwala na kompensację mocy biernej z pominięciem
A może wszystko na raz?
Istnieją rozwiązania, które aktywnie reagują na sytuację w układzie elektrycznym i w zależności od potrzeb, w czasie rzeczywistym dostarczają mocy biernej pojemnościowej lub indukcyjnej. Mowa tu o tzw. aktywnych kompensatorach
Kompensacja mocy biernej - krok po kroku
Odpowiednie zaprojektowanie systemu kompensacji mocy biernej nie jest prostym zadaniem. Każdorazowo powinno być dostosowane do indywidualnych potrzeb inwestora, z uwzględnieniem krzywych obciążenia oraz opłacalności całego przedsięwzięcia. Kompensacji mocy biernej można dokonywać na różnych płaszczyzna, m.in. dla wybranych urządzeń, określonych fragmentów systemu elektrycznego czy też całościowo, dla budynku.
Aby prawidłowo wdrożyć kompensację mocy biernej trzeba m.in.:
- Ustalić źródło i wartość generowanej mocy biernej, poprzez wykonanie pomiarów i analiz systemu elektrycznego oraz występującego obciążenia.
- Wybrać odpowiednie metody kompensacji - na podstawie uzyskanych informacji dokonuje się wyboru optymalnego kompensatora mocy biernej, z uwzględnieniem potrzeb i możliwości finansowych inwestora.
- Obliczyć mocy kompensatorów, w taki sposób by całkowicie równoważyły moc bierną lub redukowały ją do ustalonego poziomu.
- Zaprojektować układ kompensacyjny - w tym sposób i miejsce przyłączenia kompensatorów.
Wszystkie powyższe zadania wymagają szerokiej wiedzy z zakresu elektryczności i rozwiązań dostępnych na rynku, a także doświadczenia w realizacji systemów kompensacji mocy biernej. Jeśli szukacie ekspertów w zakresie doboru kompensatorów mocy biernej możecie skorzystać z naszego rankingu firm doradztwa energetycznego.
Kompensacja mocy biernej - dla kogo?
Kompensacja mocy biernej może być skutecznym sposobem przede wszystkim w przypadku podmiotów biznesowych. Po to rozwiązanie mogą i powinny sięgnąć m.in. przedsiębiorstwa produkcyjne (i nie tylko), centra handlowe, szpitale czy biurowce, które ponoszą dodatkowe opłaty z tytułu mocy biernej.
Przesłanką do pojawienia się kar za ponadumowny pobór mocy biernej na rachunkach za prąd może być wykorzystanie znacznej ilości urządzeń takich jak: klimatyzacja, oświetlenie, UPSy, windy, silniki elektryczne, transformatory czy piece elektryczne.
Warto też wiedzieć, że w pewnych przypadkach konieczna może być również kompensacja mocy biernej w domu (choć są to bardzo rzadkie przypadki).
Uwaga! Zanim zdecydujemy się na konkretne kroki warto skonsultować się ekspertem doradztwa energetycznego, w celu analizy, czy w naszym przypadku kompensacja mocy biernej będzie opłacalnym rozwiązaniem. Montaż kompensatorów to dodatkowy koszt, który nie zawsze będzie zasadny ekonomicznie.
Dlaczego warto kompensować moc bierną?
Kompensacja mocy biernej przynosi inwestorowi kilka wymiernych korzyści, do których możemy zaliczyć:
- Niższe rachunki za prąd - opłaty związane z mocą bierną mogą stanowić nawet 30% opłat na rachunkach. W dobie rosnących kosztów energii, oszczędność w tym zakresie może być znacznym ułatwieniem.
- Poprawę jakości energii elektrycznej - kompensacja mocy biernej może przełożyć się na minimalizację zakłóceń elektrycznych. To oznacza stabilniejszą pracę i większą trwałość urządzeń elektrycznych.
- Zmniejszenie konsumpcji energii czynnej, dzięki minimalizacji strat mocy czynnej (w określonych przypadkach).
Wszystko to sprawia, że kompensacja mocy biernej jest rozwiązaniem, które powinno się rozważyć. Szczególnie w przypadku różnego rodzaju podmiotów biznesowych, takich jak np. firmy produkcyjne, centra handlowe czy serwerownie.
