Aspecte Generale Privind Sistemul Electroenergetic

Capitolul 1

Aspecte generale privind sistemul electroenergetic

1.1.Energia.

Din punct de vedere științific, energia este o mărime care indică capacitatea unui sistem fizic de a efectua lucru mecanic când trece printr-o transformare din starea sa într-o altă stare aleasă ca stare de referință. [1]

Evoluția societății este strâns legată de consumul de energie in general și în special de consumul de energie electrică.

Tipuri de energie:

1.Energie primară-se găsește în natură sub formă brută.

2.Energie secundară-este obținută din energia primară, prin transformări într-o formă care poate fi utilizată in echipamente și instalații.Partea din energia secundară pusă la dispoziție consumatorilor se numește energie finală sau distribuită.

3.Energie utilă-este obținută din energia secundară și folosită pentru satisfacerea necesităților energetice. [2]

1.2.Energia electrică.

Este o formă de energie secundară și este folosită ca agent energetic. În prezent se consideră că reprezintă principalul factor al dezvoltării economice și sociale a societății. Utilizarea energiei ca vector energetic se datorează caracteristicilor și avantajelor acesteia:

Se poate transmite instantaneu cu randamente ridicate, în cantități mari și la mare distanță, atât la tensiune continuă cât și la tensiune alternativă.

Viteza de transmitere a energiei este egală cu viteza luminii in vid.

Se poate genera din toate formele de energie primară.

Este o energie puțin poluantă pentru mediul ambiant în transport, distribuție și utilizare.

Se pretează foarte bine pentru alimentarea marilor aglomerații urbane, putând fi distribuită pe orice suprafață si în orice cantitate.

Principalul dezavantaj al energiei este acela că nu poate fi stocată în cantități mari, nici macar pe o perioadă scurtă de timp. [2]

1.3.Sistemul electroenergetic național.

Sistemul electroenergetic reprezintă ansamblul instalațiilor electroenergetice interconectate, prin care se realizează producerea, transportul, conducerea operațională, distribuția, furnizarea și utilizarea energiei electrice.

Sistemul electroenergetic național- SEN: reprezintă sistemul electroenergetic situat pe teritoriul național. SEN constituie infrastructura de bază utilizată în comun de participanții la piața de energie electrică. [3]

După cum rezultă din definiție, sistemul electroenergetic cuprinde:

Instalațiile electrice de producere a energiei electrice (generatoarele din centralele electrice);

Instalațiile electrice de transport al energiei electrice (linii aeriene si subterane, stații de transformare);

Instalațiile electrice de distribuție a energiei electrice (linii, posturi de transformare, tablouri de distribuție, coloane, circuite);

Instalațiile electrice de utilizare a energiei electrice (receptoare electrice).

Reprezentarea schematică a unui sistem electroenergetic este redată în figura 1:

Fig.1.1. Sistem energetic

Notații folosite: CHE – centrală hidroelectrică, CTE – centrală termo-electrică, CNE – centrală nuclear-electrică, ST – stație de transformare ridicătoare, ST – stație de transformare coborâtoare, PT – post de transformare, FIT – foarte înaltă tensiune, IT – înaltă tensiune, MT – medie tensiune, JT – joasă tensiune, GD – generare distribuită.

Sistemul electroenergetic național este realizat prin interconectarea sistemelor regionale create în jurul centralelor electrice amplasate în diferite zone geografice. Sistemul conține mai multe noduri reprezentate prin centrale electrice sau stații de transformare. Având în vedere că orice centrală conține o stație de evacuare a energiei electrice produse, se poate considera că nodurile sistemului electroenergetic sunt constituite, practic, din stații de transformare. Sistemul energetic cuprinde, pe lângă sistemul electroenergetic, toate instalațiile (neelectrice) care concură la punerea în mișcare a generatoarelor electrice din centrale precum și mașinile și mecanismele antrenate de motoarele electrice din instalațiile de utilizare.

Sistemele energetice, în general, au un caracter regional în sensul că principalii consumatori sunt grupați într-o anumită zonă în jurul centralei care produce energia electrică. Pentru asigurarea continuității alimentării cu energie electrică a consumatorilor de mare importanță, în cazul apariției unui deranjament în instalațiile de producere și de transport a energiei electrice ale sistemului electroenergetic, se impune interconectarea tuturor sistemelor energetice regionale. La nivelul întregii țări, prin interconectarea sistemelor energetice regionale rezultă sistemul energetic național.

Sistemul Electroenergetic Național (SEN) din România a fost creat în 1958 prin interconectarea unor sisteme energetice locale.

În prezent producătorii de energie electrică în România sunt :

SC Termoelectrica SA

SC Hidroelectrica SA

SN Nuclearelectrica SA

Centrale de producere a energiei din surse regenerabile : fotovoltaică, eoliană, biomasă, microhidrocentrale ( ˂10MW) etc.

Conform planului de dezvoltare a RET 2016 – 2025 puterea disponibilă totală netă a centralelor electrice din SEN la 31.12.2015 a fost de 22256 MW, din care 29% în centrale hidroelectrice, 6% în centrale nucleare, 46% în centrale termoelectrice, 13% în centrale eoliene și centralele fotovoltaice 5%.

Tabelul 1.1. Centralizarea puterilor diferitelor tipuri de centrale.

* Nu sunt incluse grupurile aflate in conservare si grupurile retrase din exploatare pentru o perioada mai mare de un an care se afla in reabilitare. Sunt incluse si grupurile aflate in probe tehnologice in vederea punerii in functiune.

** Conform metodologiei ENTSO-E, puterea disponibilă netă nu include reducerile permanente de putere și nici consumul propriu tehnologic în centrale. Pentru centralele hidroelectrice s-a considerat puterea netă (exclusiv CPT centrale) fără indisponibilitățile legate de hidraulicitate. [4]

Sistemul Electroenergetic Românesc funcționează interconectat la ENTSO-E asigurând tranzitul energiei electrice pe piața regionala. Potențialul energetic al României ar trebui să fie corelat cu creșterea corespunzătoare a rețelei de transport prin dezvoltarea, modernizarea și actualizarea folosind conceptul de rețea inteligentă, cu respectarea cerințelor de ENTSO-E, dar, de asemenea, asigurarea forței de muncă specifică și stabilitatea acesteia de motivare a personalului propriu.

În cadrul ENTSO-E au fost create șase grupuri regionale în cadrul cărora se analizează și se finalizează planurile regionale de dezvoltare a rețelei.

Fig. 1.2. Regiunile ENTSO-E (sursa: ENTSO-E)

CNTEE Transelectrica SA are reprezentanți în două Grupuri Regionale: Continental centru – est și Continental sud – est.

1.4. Problemele sistemului energetic românesc.

O importantă dependență a producatorilor de energie de materia brută importată.

Dependența SEN de sistemele vecine.

Discrepanțe majore între producerea de energie electrică și consum, care conduc la întărirea suplimentară a rețelelor electrice de transport și distribuție.

Majoritatea echipamentelor electrice au durata de viață depășită și trebuiesc înlocuite.

Aspecte legate de protecția mediului.

În orașe, zgomotul produs de liniile electrice aeriene.

Eficiență relativ scăzută in utilizarea echipamentelor electrice și a rețelelor electrice.

Nefinalizarea la timp a unor proiecte de investiții în Centrala Nucleară de la Cernavodă grupurile 3 și 4, Centrala Hidroelectrica cu pompaj Tarnița, cablul submarin de interconexiune cu Turcia. Centrala cu acumulare – pompare Tarnița – Lăpuștești este necesară în condițiile realizării de noi unități nucleare și pe cărbune, cu funcționare în bază, precum și prin volumul tot mai mare al producției de energie electrică din surse regenerabile necontrolabile. Centrala se justifică și prin realizarea de servicii de sistem la nivel regional. Centrala va fi prevăzută cu patru grupuri reversibile a câte 250MW, rezultând o putere totală instalată de 1000MW. Finalizarea unităților 3 și 4 de la CNE Cernavodă constituie o prioritate a dezvoltării sectorului energetic românesc. [net]

Dificultăți pentru Dispecerul Energetic Național datorate fluctuației producerii energiei electrice din surse regenerabile în special centrale electrice fotovoltaice și centrale electrice eoliene. [net]

Existența monopolului pe partea de transport și distribuție a energiei electrice.

1.5.Tendințe privind evoluția sistemului electroenergetic.

În evoluția și dezvoltarea sistemului electroenergetic trebuie avute în vedere anumite restricții, dintre care cele mai importante sunt: poluarea mediului înconjurător, ocuparea terenurilor agricole, influențele electrostatice și electromagnetice, perturbațiile radio-TV, zgomotul acustic, și altele. În sectorul energiei electrice, pe plan mondial, se constata unele tendințe, care sunt impuse de nivelul actual de dezvoltare a societății. Aceste tendințe se doresc a fi implementate pe anumite ramuri ale sectorului energetic:

A) La nivelul producerii, transportului și distribuției energiei electrice se constată următoarele tendințe:

Reglementarea sistemului electroenergetic, prin trecerea de la structura monopolistă, la o structură bazată pe concurență.

Liberalizarea pieței de energie electrică, care este bazată pe mai multe principii cum ar fi: concurența între producători din punct de vedere al cererii și al ofertei, separarea producției de transport și distribuție, o mai mare deschidere pentru transportator, libera alegere a furnizorilor de către consumator.

Promovarea surselor de generare distribuită.

Promovarea surselor regenerabile de energie, în ramura consumului de energie primară.

Interconectarea sistemelor electroenergetice.

Avantajele implementării acestor tendințe se exprimă printr-o creștere a siguranței în alimentare a consumatorilor, creștere a robusteții și stabilității sistemului electroenergetic, o posibilitate de aplatizare a curbei de sarcină, apariția piețelor regionale de energie.

B) La nivelul exploatării rețelelor electrice se constată următoarele tendințe:

Implementarea sistemelor informatice performante la nivel de conducere a proceselor.

Utilizarea sistemelor de tip SCADA.

Trecerea de la rețelele clasice la rețele de tip "Smart Grid".

Creșterea randamentului activității de transport și distribuție a energiei electrice, prin utilizarea unor echipamente performante și prin optimizarea regimurilor de funcționare.

Îmbunătățirea calității energiei electrice furnizate consumatorilor.

C) La nivelul utilizării energiei electrice se observă tendințele:

Creșterea consumului de energie electrică pe cap de locuitor.

Creșterea eficienței în utilizarea energiei electrice.

Scăderea intensității energetice. [curs RE]

1.6.Rețeaua electrică de transport.

CNTEE "Transelectrica"- SA realizează activitatea de transport al energiei electrice prin intermediul Rețelei Electrice de Transport (RET), formată din stații și linii electrice. RET este rețeaua electrică de interes national și strategic cu tensiunea de linie nominală mai mare de 110 kV. Volumul de instalații gestionat de CNTEE Transelectrica SA este format din:
A) 81 stații electrice, din care:

1 statie – 750 kV

38 statii – 400 kV

42 statii – 220 kV

B) 8834.4 km linii electrice aeriene (LEA), din care:

3.1 km – 750 kV

4915.2 km – 400 kV

3875.6 km – 220 kV

40.4 km – 110 kV

din care linii de interconexiune: 486.2 km.

C) 215 unități principale de transformare totalizând 37778 MVA, după cum urmează:

2 x 1250 MVA

2 x  500 MVA

22 x  400 MVA

30 x  250 MVA

81 x  200 MVA

1 x  100 MVA

2 x  63 MVA

7 x  40 MVA

26 x  25 MVA

1 x   20 MVA

33 x  16 MVA

9 x  10 MVA

Pentru respectarea condițiilor de calitate a serviciilor impuse de Codul Tehnic al Rețelei Electrice de Transport (RET), Standardul de performanță pentru serviciile de transport și de sistem ale energiei electrice și de Licența de Operator de Transport și Sistem acordată CNTEE Transelectrica SA, Compania derulează un program riguros de mentenanță pentru a menține starea tehnică  a instalațiilor din componența RET. Programul de mentenanță  are ca principal obiectiv creșterea siguranței în funcționare a RET în vederea evitării unor situații care pot conduce la evenimente accidentale nedorite atât pentru rețelele electrice cât și pentru populație sau mediu. Activitatea de mentenanță se înscrie în concepția CNTEE „Transelectrica"- S.A. de management al activelor și este, conform practicii mondiale, componentă a managementului activelor. Noua abordare a activității de mentenanță a impus stabilirea unor principii clare în cadrul unei strategii complexe care să conducă la îndeplinirea obiectivelor strategice ale acestei activități, ca suport pentru îndeplinirea obiectivelor Companiei.Acțiunile de mentenanță se stabilesc cu considerarea programelor de investiții (retehnologizare și modernizare, dezvoltare) si sunt corelate cu acestea – atât la nivelul stațiilor cât si al liniilor electrice. În cadrul programelor de mentenanță desfășurate în RET s-au executat și lucrări de mentenanță majoră, pe baza unor proiecte tip "Master Plan" care privesc stația sau LEA în totalitate, având în vedere lucrări efectuate practic la toate ansamblurile funcționale și care asigură în același timp, prin componenta de investiții, dezvoltarea, modernizarea sau retehnologizarea și pregătirea stațiilor pentru teleconducere.
Datorită evoluției tehnologice extrem de rapide și în condițiile în care durată de viață a majorității echipamentelor a depășit 30 de ani, s-au inclus componente de modernizare și retehnologizare, care asigură funcționalitatea la nivelul tehnicii actuale, prin înlocuirea elementelor uzate moral și/sau fizic și adăugarea unor elemente suplimentare, inclusiv introducerea de noi tehnologii. Lucrările de reabilitare începute și efectuate în ritm susținut în ultimii ani au avut ca element comun adoptarea unor soluții tehnice corespunzǎtoare funcționǎrii în siguranțǎ a instalațiilor.

Implementarea sistemului de telecomandă și supraveghere a stațiilor electrice de transformare este una din prioritățile Companiei Naționale de Transport al Energiei Electrice Transelectrica SA, care va conduce la creșterea eficienței și calității serviciului de transport al energiei electrice, reducerea numărului evenimentelor accidentale și a cheltuielilor de exploatare și mentenanță. Pentru realizarea și implementarea teleconducerii instalațiilor electrice s-au parcurs căteva etape importante pentru elaborarea documentațiilor necesare realizării structurii organizatorice și funcționale, realizarea structurii organizatorice, achiziția de echipamente și servicii pentru realizarea Centrelor de telecomandă și supraveghere (CTS) la fiecare Sucursală de Transport, în prezent fiind funcționale CTS Timișoara și CTS Sibiu și fiind elaborate programe de implementare a teleconducerii stațiilor electrice pe următorii ani. Toate aspectele specifice vor fi statuate în politica de telecomandă și supraveghere a instalațiilor.
În RET se efectuează, după caz, servicii/lucrări de mentenanță:

corectivă – după detectarea defectării, incluzând toate acțiunile destinate repunerii unei instalații în starea care-i permite să-și îndeplinească funcția specificată;

preventivă – profilactică, pentru prevenirea defectelor, respectiv pentru reducerea probabilității de defectare sau degradării, urmărindu-se obținerea unui echilibru corespunzător între aceste activităti, în funcție de influența diferitelor categorii de ansambluri functionale asupra obiectivelor propuse în cadrul RET: siguranța în functionare, disponibilitate, eficiență. [3]

Fig. 1.3. Harta RET [3]

1.7.Linia electrică aeriană.

Linia electrică aeriană este acea parte componentă a sistemului electroenergetic care realizează tranzitul de energie pe distanțe mari. În momentul de față, liniile electrice aeriene se construiesc respectând normativul pentru construcția liniilor aeriene de energie electrică cu tensiuni peste 1000V – NTE 003/04/00. Normativul are drept scop stabilirea:

condițiilor și principiilor de dimensionare și construire a liniilor aeriene de energie electrică, proiectate și instalate astfel încât să funcționeze în siguranță în condițiile climatice normale, la tensiunea de funcționare maximă, în condițiile efectelor încărcărilor de curent și în condițiile încărcărilor de scurtcircuit ce pot apărea. De asemenea, trebuie luat în considerare impactul supratensiunilor de comutație și de impuls atmosferic.

modului de delimitare a culoarelor de trecere (de funcționare), respectiv a zonelor de protecție și a zonelor de siguranță ale liniilor aeriene de energie electrică;

condițiilor tehnice, restricțiilor și interdicțiilor care se impun pentru coexistența liniilor aeriene de energie electrică cu elemente naturale, construcții sau instalații din vecinătatea lor;

suprafețelor de teren necesare construirii, exploatării și mentenanței liniilor aeriene de energie electrică.

Prezentul normativ se aplică pentru linii aeriene de energie electrică cu tensiunea nominală peste 1000 V și include prevederi privind:

proiectarea și construirea liniilor aeriene de energie electrică noi sau a tronsoanelor de linii aeriene de energie electrică noi. Determinarea încărcărilor normate pentru calculul mecanic al liniilor aeriene de energie electrică noi se va face în conformitate cu prevederile art. 9.b.

verificarea, reabilitarea, reparația sau consolidarea liniilor aeriene de energie electrică existente. Determinarea încărcărilor normate și calculul mecanic al liniilor aeriene de energie electrică existente se va face în conformitate cu prevederile art. 9.a și art. 11. În cazul în care se urmărește creșterea nivelului de fiabilitate al liniilor aeriene de energie electrică existente, verificarea și calculul mecanic se vor face, la solicitarea operatorilor de rețea electrică sau ale utilizatorilor, în conformitate cu prevederile art. 9.b.;

proiectarea și construirea liniilor aeriene de energie electrică provizorii sau temporare, inclusiv cele instalate în regim de urgență. Determinarea încărcărilor normate pentru calculul mecanic se va face în acest caz în conformitate cu prevederile art. 9.b cu nivele de fiabilitate reduse față de proiectarea și construirea liniilor aeriene de energie electrică noi.

La proiectarea și construirea liniilor aeriene de energie electrică cu tensiunea nominală de 750 kV se va ține seama și de prevederile prescripțiilor energetice specifice ale operatorului de transport și de sistem.

Tensiunile nominale (între faze) standardizate ale liniilor electrice de energie de curent alternativ sunt: 6, 10, 20, 35, 110, 220, 400, 750kV.

Conductoarele: conform PE 127/83 conductoarele unei linii electrice aeriene reprezintă sârma sau ansamblul de sârme neizolate având rolul de a transporta curentul electric. Din punct de vedere al materialelor și al alcătuirii constructive, la construirea LEA se utilizează conductoare funie din aluminiu, aliaje de aluminiu, oțel, conductoare funie din aluminiu-oțel și aliaje de aluminiu-oțel, precum și conductoare speciale cu fibre optice înglobate (în diferite variante constructive). La liniile de medie tensiune se pot utiliza conductoare izolate. Conductoarele trebuie fabricate din fire circulare sau trapezoidale din aluminiu sau aliaj de aluminiu și pot conține fire din oțel acoperite cu zinc sau fire din oțel aluminiu ca întărire. Conductoarele de protecție trebuie proiectate după aceleași standarde ca și conductoarele active. Conductoarele cu fire rotunde omogene mono-metalice, din aluminiu (AL1) și din aliaj de aluminiu (ALx) și conductoarele cu fire rotunde sau profilate compuse bimetalice, din aluminiu sau aliaj de aluminiu înfuniate cu fibre de oțel (AL1/STyz sau ALx/STyz), conductoare din aluminiu sau aliaj de aluminiu înfuniate cu fire de oțel aluminat (AL1/yzSA sau ALx/yzSA) și conductoare din aluminiu sau aluminiu alloy întărit (AL1/ALx) trebuie proiectate în conformitate cu SR EN 50182, SR EN 62004 sau SR EN 62219. Specificațiile de materiale pentru firele folosite în aceste conductoare trebuie să fie în conformitate cu SR EN 50183, SR EN 50189, SR EN 60889, SR EN 61232 și SR EN 62004 și proiectarea lor trebuie să fie precizată în Specificațiile Tehnice sau agreate de către Furnizor și Client. Conductoarele active și de protecție trebuie proiectate, selectate și testate pentru a satisface cerințele electrice, mecanice și de telecomunicații, definite de parametrii de proiectare ai liniei, conform standardelor SR EN 50182, SR EN 50189, SR EN 61232 si SR EN 60794.

Lanțul de izolatoare: conform PE 127/83 lanțul de izolatoare este un ansamblu de elemente electroizolante destinate să mențină într-un mod flexibil conductoarele unei linii aeriene. Proiectarea izolatoarelor/lanțurilor de izolatoare include elementele de izolatoare tip capă-tijă, tip tijă și tip suport. Izolatoarele pot fi fabricate din material ceramic, din sticlă sau din material compozit. La unele linii electrice aeriene se pot folosi și combinații între aceste tipuri de izolatoare. Izolatoarele trebuie să fie rezistente la influența condițiilor climatice externe, inclusiv radiația solară. Ele trebuie să fie rezistente la poluarea atmosferică și să fie capabile de performanțe satisfăcătoare atunci când sunt supuse condițiilor de poluare precizate în Specificația de proiectare. Izolatoarele trebuie să fie proiectate, inclusiv pentru manipulare și întreținere, întreținerea trebuie să permită lucrul sub tensiune, când acesta cerință este specificată.

Cleme și armături: conform PE 127/83 clema este reprezentată de conector și partea din conductorul activ sau de protecție în contact intim cu conectorul realizat prin presare sau orice alt mijloc mecanic. . Clemele și armăturile pentru liniile electrice de înaltă tensiune vor fi proiectate, fabricate și instalate astfel încât să respecte cerințele generale ale funcționării, mentenanței și impactului cu mediul determinate de parametrii de proiectare ai liniei.

Ancora: Ansamblu de elemente destinat să furnizeze un punct de fixare în pământ care asigură stabilitatea stâlpului. [6]

Fundație: Structură amplasată în pământ, în care se fixează un stâlp/pilon și care asigură stabilitatea necesară la toate sarcinile aplicate acestuia. [6]

Culoarul LEA: Spațiul situat în lungul liniei în care se impun restricții din punct de vedere al coexistenței liniei cu elementele naturale, obiectele, obiectivele, instalațiile, construcțiile etc., situate pe traseul liniei. [6]

Stâlp: Structură destinată să susțină un ansamblu de conductoare al unei linii prin intermediul izolatoarelor acestora.

La liniile aeriene de energie electrică se disting, din punct de vedere funcțional, următoarele tipuri de stâlpi:

Stâlpi de susținere, utilizați în mod curent pe linii pentru susținerea conductoarelor, echipați cu izolatoare de susținere, sunt de tip normal sau de tip întărit.

La stâlpii de tip normal se utilizează cleme cu eliberarea conductorului, respectiv cleme sau legături cu tracțiune limitată.

La stâlpii de tip întărit se utilizează cleme sau legături cu reținerea conductorului.

Stâlpi de întindere, utilizați pentru fixarea conductoarelor prin întindere, ca punct de sprijin, în lungul liniei, în locuri alese din condițiile de funcționare sau montaj.

Stâlpi terminali, utilizați pentru fixarea conductoarelor, prin întindere, la capetele liniei.

Stâlpii de susținere, de întindere și terminali pot fi montați în aliniament sau colț.

Stâlpii de la punctele a), b) și c) pot fi utilizați pentru montarea unui singur circuit sau
a mai multor circuite.

În cazul echipării stâlpilor cu mai multe circuite, acestea pot să fie de aceeași tensiune nominală sau de tensiuni nominale diferite.

În cazul liniilor cu tensiuni nominale diferite pe același stâlp este necesară verificarea compatibilității din punct de vedere electric și mecanic.

Stâlpi de intervenție, utilizați pentru remedierea temporară a unor porțiuni de linii avariate, prin ocolirea acestora, în scopul reducerii duratelor de întrerupere și pentru crearea posibilității de remediere definitivă a liniei.

Stâlpii de intervenție pot fi de susținere, echipați cu console izolante, de întindere și terminali, echipați cu lanțuri de izolatoare de întindere.