![[ : ə i g e n s y s t e m s : ]](https://eigensystems.pl/wp-content/uploads/thegem-logos/logo_dd02169f372b0137e410bb3c0d1adec5_1x.png){kind=logo}
![[ : ə i g e n s y s t e m s : ]](https://eigensystems.pl/wp-content/uploads/thegem-logos/logo_b4aad2aea1a2017288baa4ec4b480558_1x.png){kind=logo}
Czym jest energia bierna i czy musimy za nią płacić ?
Z punktu widzenia odbiorcy można przyjąć, że jest ona po prostu odpadem powstałym przy odbiorze, przekształcaniu i przemianie energii elektrycznej na inny rodzaj użytecznej energii (np. energię cieplną, mechaniczną lub świetlną) i tak jak z każdym innym odpadem – należy ją ograniczyć (np. poprzez odpowiednią kompensację), aby uchronić się przed dodatkowymi kosztami związanymi z jej “utylizacją” przez operatora, który dostarcza nam energię.
Formalnie, energia elektryczna, to iloczyn mocy i czasu przez jaki ta moc była pobierana z (lub oddawana do) sieci dystrybucyjnej … i stąd te jednostki – np. kWh = kilowato-godzina, czyli kilowat (1000W) mocy czynnej pobierany/oddawany przez godzinę lub kVAr = kilowaro-godzina, czyli kilowar (1000VAr) mocy biernej pobierany/oddawany przez godzinę. Tak więc przyczyną występowania pozycji zużycia energii biernej na fakturze otrzymanej od operatora, jest pojawienie się w instalacji urządzeń, które podczas pracy wytwarzają moc bierną (charakter pojemnościowy) lub jej potrzebują (charakter indukcyjny).
Wyróżnia się 2 rodzaje energii/mocy biernej (na fakturze również) i wiąże się ją z charakterem obciążenia:
- energię/moc indukcyjną (dodatnią Q+), którą traktujemy jako pobieraną z sieci – główną przyczyną jej występowania są zazwyczaj napędy (silniki indukcyjne zasilane bezpośrednio z sieci – w dźwigach, pompach, windach, wentylatorach, itp.), energooszczędne oświetlenie starszego typu, transformatory oraz filtry i dławiki sieciowe (obciążenie indukcyjne)
- energię/moc pojemnościową (ujemną Q-), którą traktujemy jako oddawaną do sieci – jej źródłem mogą być rozległe sieci kablowe, rozległe instalacje niskonapięciowe i ppoż, przetwornice/transformatory elektroniczne, zasilacze UPS (serwerownie) i oświetlenie LED oraz filtry i kondensatory sieciowe (obciążenie pojemnościowe)
Energia bierna ma tę paskudną właściwość, że nie da się jej zamienić na użyteczną pracę (np. energię mechaniczną lub świetlną) czy ciepło, a dodatkowo zwiększa natężenie przepływającego prądu w urządzeniach wytwarzających i przesyłających energię elektryczną powodując straty – to właśnie z tego powodu dystrybutorzy naliczają opłaty w formie kar, ustalając stawki wielokrotnie wyższe niż te za pobieraną energię czynną.
W przypadku energii biernej indukcyjnej (Q+), zakłady energetyczne (ZE) dopuszczają pewną jej ilość, którą określa maksymalny, umowny współczynnik mocy tg(φ) i najczęściej zawiera się on w przedziale pomiędzy 0,20 i 0,40. Oznacza to, że maksymalnie, energii biernej indukcyjnej możemy pobierać odpowiednio 20% do 40% wolumenu pobieranej w tym samym czasie energii czynnej, bez dodatkowych konsekwencji finansowych – przykład: jeśli pobieramy w ciągu doby 100kWh energii czynnej i mamy określony umowny tg(φ) = 0,40 to bez żadnych dodatkowych kosztów (płacimy tylko za energię czynną) możemy pobrać z sieci w tym samym czasie (najczęściej doba) maksymalnie do 40kVAr energii biernej indukcyjnej. Za pobór nadmiarowy (czyli powyżej 40kVAr/dobę), wiążący się z przekroczeniem umownego tg(φ) już będziemy musieli zapłacić ekstra.
Niestety w przypadku energii biernej pojemnościowej (Q-), nie ma tak dobrze – płacimy już za każdy kilowar (kVAr) oddanej do sieci energii biernej. Jest także droższa w kompensacji, gdyż wymaga instalacji cięższych i bardziej kosztownych urządzeń z dławikami kompensacyjnymi. W każdym przypadku oddawanie do sieci energii biernej pojemnościowej jest zjawiskiem niepożądanym i kosztownym, należy więc jak najszybciej wykonać kompensację w układzie zasilania i przywrócić indukcyjny charakter obciążenia (tg(φ) > 0).
W myśl zasady “najpierw poznaj swojego wroga”, kompensację należy zacząć od wnikliwej analizy zużycia energii biernej:
- Pierwszym etapem jest zgrubna analiza faktur rozliczeniowych za energię elektryczną (najlepiej za cały rok – im okres dłuższy, tym lepiej) i wywiad środowiskowy – dzięki temu uzyskujemy podstawowe informacje i możemy oszacować skalę problemu.
- Drugim etapem jest zebranie dokładnych i szczegółowych danych specjalnym analizatorem. Czas takiego badania dobieramy w zależności od charakteru odbioru zakładu lub budynku i dostępności do WLZ (nie wszędzie jest miejsce i nie wszędzie da się pozostawić analizator, tak aby nie stwarzał on zagrożenia dla osób postronnych). Pominięcie tego etapu najczęściej skutkuje słabym lub niewłaściwym doborem urządzeń do kompensacji – w efekcie końcowym uzyskamy rozwiązanie droższe na etapie inwestycji (wiele stopni + rozbudowany regulator) lub eksploatacji (część opłat za energię bierną pozostanie) … w najgorszym razie może się zdarzyć, że będzie to połączenie obu tych wariantów.
- Po zebraniu dokładnych danych przystępujemy do ich analizy, wykonujemy symulacje i konsultujemy się z producentami – dzięki temu udaje się dobrać najbardziej właściwe urządzenia, czasem nawet bez regulatora i automatyki, co znacznie redukuje koszty, upraszcza i przyspiesza montaż, a także zapewnia długotrwałą, bezobsługową i bezproblemową eksploatację.
Nadmiar mocy biernej indukcyjnej (dodatniej Q+) kompensujemy poprzez zainstalowanie w układzie zasilania dodatkowej mocy biernej pojemnościowej (kondensatory), natomiast moc bierną pojemnościową (ujemną Q-) kompensujemy poprzez zainstalowanie dodatkowej mocy biernej indukcyjnej (dławiki). Jak już wiemy, każdy odbiorca energii elektrycznej powinien zapewnić u siebie indukcyjny charakter obciążenia ( 0 < tg(φ) < 0,4 ), a więc moc bierną indukcyjną (dodatnią Q+) kompensujemy zawsze z lekkim niedomiarem (nie całą), natomiast moc bierną pojemnościową (ujemną Q-) zawsze z lekką górką (nadwyżką).
Należy mieć na uwadze, że podczas pracy urządzenia do kompensacji generują dosyć dużo ciepła (zwłaszcza dławiki lub ew. kondensatory przy dużej zawartości harmonicznych/zakłóceń w sieci) i wymagają właściwej wentylacji.
Jako ciekawostkę można podać inwestycję w fotowoltaikę, bez analizy jakości zasilania i bez kompensacji energii biernej – łatwo wyobrazić sobie sytuację inwestora posiadającego zakład produkcyjny lub nieruchomość z wyraźnie indukcyjnym charakterem obciążenia, który nie zdając sobie z tego sprawy, chce zredukować koszty. Po uruchomieniu takiej instalacji, spada co prawda zużycie energii czynnej, ale energia bierna indukcyjna pozostanie bez zmian – efekt: przekroczenie umownego tg(φ) i dodatkowe opłaty za energię bierną indukcyjną (za którą stawka jest wyższa niż za energię czynną – niestety bardzo częsty przypadek i nagle energia bierna, której nie było w ogóle staje się połową faktury za energię).
Często, podobną sytuację mają duże nieruchomości, które wymieniają nieekologiczne i przestarzałe oświetlenie energooszczędne starego typu (świetlówki), które miało charakter indukcyjny (ale bez przekraczania tg(φ)), na nowoczesne oświetlenie LED, które zazwyczaj, ma charakter pojemnościowy – efekt: różnica w poborze energii czynnej jest zazwyczaj niewielka (oba źródła światła są kwalifikowane jako energooszczędne), natomiast przy pierwszym rozliczeniu na fakturze za energię, pojawi się dodatkowa pozycja za energię bierną pojemnościową (często nie mała), a stare regulatory tylko ze stopniami kondensatorowymi, bez modyfikacji, nie będą w stanie tego skompensować.
Zaprezentowany na zdjęciach i wykonany przez nas układ kompensacji energii biernej pojemnościowej zwrócił się klientowi w całości po 3-4 miesiącach i pozwala zaoszczędzić kilkadziesiąt tysięcy zł w skali roku. Jest praktycznie bezobsługowy – pozbawiony delikatnej i wrażliwej elektroniki oraz automatyki łączeniowej (dławiki są tak dobrane, że pracują non-stop zapewniając właściwą kompensację z zachowaniem umownego tg(φ)). Czasy zwrotu z takiej inwestycji powinny zawierać się w przedziale 6-18 miesięcy, a minimalny próg przy którym możemy zacząć mówić o kompensacji to 100-200zł/m-c. Oczywiście, zawsze ostateczną decyzję podejmuje inwestor.
