Primární regulace

Primární regulace frekvence bloku je lokální automatická funkce zajišťovaná obvody primární regulace, spočívající v přesně definované změně výkonu elektrárenského bloku v závislosti na odchylce frekvence od zadané hodnoty. Změnu výkonu elektrárenského bloku vyžadovanou obvody primární regulace v závislosti na odchylce frekvence udává regulační rovnice:

kde

• požadovaná změna výkonu bloku [MW]
• Pn -  nominální výkon bloku [MW]
• Δf          odchylka frekvence od zadané hodnoty [Hz]
• δ            statika primární frekvence [%]
• fn            zadaná frekvence [Hz] (většinou jmenovitá hodnota 50 Hz) [1]

Primární rezervy musí být poskytnuty nejpozději do 30 sekund od okamžiku vzniku odchylky frekvence. Pro bloky do 300 MW se aktivují při odchylce 200 mHz a pro větší než 300 MW již při odchylce 100 mHz od zadané frekvence. Z důvodů stability systému je stanovená maximální velikost vykupované regulační zálohy od jednoho bloku na 10 MW a minimální velikost na 3 MW. [2]

V elektrárnách se pro výrobu elektrické energie většinou používá tzv. synchronní generátor. Ten je roztáčen pomocí turbíny, která je poháněna různými způsoby (párou, vodou). Rychlost otáčení turbíny je přímo závislá na výsledné frekvenci vyrobené elektřiny. Proto, když zvýšíme rychlost otáčení turbíny, zvýší se i výsledná frekvence vyrobené elektřiny. Díky tomu se zvýší i výkon generátoru a dodá do sítě více elektřiny. Samozřejmě se musí dodržovat omezení tzv. mez statické stability. Ta nám zjednodušeně říká, jak moc můžeme zvyšovat (snižovat) frekvenci generátoru. V případě překročení meze stability dojde k výpadku stroje (vypadne ze synchronismu) a přestane vyrábět energii.

Automatický systém zjednodušeně funguje na dvou základních zařízení. První je měřič aktuální frekvence v síti. Ten vyhodnotí, jestli je potřeba snížit (zvýšit nebo neupravovat) výkon generátoru, popřípadě o kolik jednotek výkonu v MW. Tuto informaci předá do zařízení, které má na starost rychlost otáček turbíny (regulátor). Ten dle požadavku upraví rychlost otáčení turbíny. Například u vodní elektrárny sníží průtok vody, a tím se sníží rychlost otáčení turbíny.

V Evropské síti provozovatelů přenosových soustav elektřiny (ENTSO-E), kam patří i ČR, funguje v rámci primární regulace takzvaný princip solidarity. To znamená, že při narušení výkonové rovnováhy, například výraznou změnou zatížení nebo poruše bloku, se na obnovení rovnováhy podílejí všechny zdroje propojené soustavy, které jsou součástí systému primární regulace frekvence. To znamená, že problém jednoho provozovatele přenosové soustavy krátkodobě vyřeší jiní provozovatelé. Nesmí se toho však zneužívat dlouhodobě (viz odstavec Velký pokles frekvence sítě). [2]

V ČR se doporučuje rozdělení záloh pro primární regulaci do více spolupracujících bloků, tak aby rovnoměrně pokrývaly území ČR. Velikost jednotlivých bloků by měla být úměrná k velikosti zatížení v maximu v dané oblasti. Velikost výkonu určuje vztah na základě doporučení RGCE (Regional Group Continental Europe): [2]

kde

• Eiso         celková výrova elektrické energie v dané regulační oblasti za uplynulý rok [GW]
• Eu           celková výroba elektrické energie v synchronně pracujícím propojeném systému za uplynulý rok
• Ppu         celková záloha pro primární regulaci pro RGCE (stanovena na 3000 MW)
• RZPRS požadavek na sumární regulační zálohu pro primární regulaci v rámci ES ČR [1]

Velký pokles frekvence sítě

V březnu roku 2018 byl na území celé propojené evropské sítě (ENTSO-E) zaznamenán větší pokles frekvence v síti. Z běžných 50 Hz se frekvence propadla na 49,996 Hz. Jedná se o jeden z největších poklesů propojené sítě, který zaznamenali téměř všichni obyvatelé Evropy. Všechny hodiny, které jsou řízené síťovou frekvencí byly zpozděny v průměru o 6 minut od přesného, astronomického času. Tento pokles byl především způsobený chybějící energií v síti celkem v hodnotě 113 GWh [3]. Za vše mohl regulační blok Srbska, Kosova, Makedonie a Černé Hory, který od ledna 2018 odebíral více elektřiny, než bylo smluvně dohodnuto. V rámci principu solidarity se snažili všechny ostatní propojené země vyrovnat tento deficit. Kdyby byl výpadek krátký a jednorázový, mezinárodní systém by ho bez problému vyrovnal. Ale z důvodu dlouhodobého trvání nebylo možné plnit závazky cizích států donekonečna. Proto průměrná hodnota frekvence sítě v období od ledna do března 2018 poklesla na zmiňovaných 49,996 Hz. [4]

Odchylky kmitočtu od nominální hodnoty (50 Hz) [5]

Graf je z roku 2016. Je jasně vidět postupující trend. Křivka každým rokem stoupá a zmenšuje se jeho šířka. To znamená, že v síti se zvyšovala stabilita frekvence.