Elektroenergetski sustavi svuda u svijetu, tako i u Hrvatskoj, suočavaju se s brojnim izazovima. Igor Kuzle, profesor sa Zavoda za visoki napon i energetiku zagrebačkog Fakulteta elektrotehnike i računarstva te voditelj Laboratorija za napredne elektroenergetske mreže (SGLab), kaže da će se, prema prognozama Međunarodne agencije za energiju, globalna potrošnja energije utrostručiti do 2050.

Do veće potrošnje, kaže, doći će zbog porasta stanovništva, rasta životnog standarda, posebno u zemljama u razvoju, izgradnje elektroenergetske infrastrukture u nerazvijenim zemljama, dominacije električne energije u odnosu na druge (lako se pretvara u mehaničku energiju, toplinsku) i slično.

Također, svjedočimo porastu proizvodnje energije iz obnovljivih izvora što, navodi Kuzle, iziskuje značajne promjene u elektroenergetskom sektoru i načinima vođenja elektroenergetskog sustava (EES-a) jer je proizvodnja iz OIE-a vrlo varijabilna pa ponekad dovodi do zagušenja prijenosnog sustava.

Povezivanje svih sudionika

Dakle, elektroprivredne kompanije moraju zadovoljiti rastuću potražnju za energijom, a istovremeno smanjiti negativan utjecaj na okoliš vodeći računa da je isporučena energija zadovoljavajuće kvalitete. Napredne mreže pomažu i omogućuju prevladavanje svih ovih izazova. Riječ je, objašnjava profesor Kuzle, o mrežama koje u prijenosu i distribuciji električne energije koriste informacijsko-komunikacijska rješenja.

“Kako bi se odgovorilo na brojne zahtjeve Operatori prijenosnih i distribucijskih sustava (OPS i ODS) počeli su u svojim mrežama primjenjivati inovativne tehnologije temeljene na velikoj primjeni informacijsko-komunikacijskih rješenja uz primjenu novih materijala i konstrukcijskih rješenja.

Predmetne tehnologije povećavaju kapacitet, učinkovitost i pouzdanost postojećih i novih elemenata EES-a, a primijenjena rješenja razlikuju su se od sustava do sustava”, objašnjava. Dodaje i da napredna mreža omogućava povezivanje svih sudionica koji se pojavljuju u EES-u kako bi se osigurao normalan pogon sustava, unatoč kontinuiranim poremećajima uzrokovanim varijabilnošću proizvodnje OIE, utjecajem električnih vozila, utjecajem tržišta na vladanje potrošača i slično.

Profesor Kuzle napominje da su na FER-u namjerno odabrali naziv napredne, a ne pametne mreže, kako bi glasio doslovan prijevod engleskog izraza (smart grid), jer bi, navodi, takav naziv ukazivao da su postojeće mreže glupe, a što, naravno nije točno.

Elektroenergetski sustav Hrvatske je tehnički na solidnoj razini, a komunikacijski kanali na vrlo visokoj razini

Kao pametni telefoni

“Željeli smo naglasiti da se radi o mrežama koje su naprednije od postojećih, poput usporedbe značajki običnog i naprednog telefona (engl. smart phone) koji osim govorne komunikacije omogućava još obilje različitih mogućnosti poput elektroničke pošte, razmjene tekstualnih poruka (engl. short message services – SMS), korištenje internetskih usluga…”, kaže voditelj SGLab-a. Kao i pametni telefon, dakle, i napredne mreže korištenjem ICT-a omogućuju bolje i kvalitetnije funkcioniranje.

Konkretno, nabraja Kuzle, inovativne tehnologije koje čine napredne elektroenergetske mreže uključuju sinkronizirane mjerne jedinice (engl. Phasor Measurement Unit – PMU), napredne vodove s visokotemperaturnim vodičima od kompozitnih materijala (engl. High Temperature Low Sag – HTLS), visokotemperaturne supravodljive kabele, fleksibilne prijenosne sustave izmjenične struje (engl. Flexible Alternating Current Transmission System – FACTS), automatizaciju postrojenja i mreže, mikromreže, napredne mjerne uređaje (engl. smart metering devices), automatizirano lokalno upravljanje potrošnjom, distribuiranu potrošnju, spremnike električne energije i slično.

Voditelj SGLab-a pritom navodi da, iako se napredne mreže često povezuju samo s distribucijskim mrežama, one itekako uključuju i prijenosni sustav od kojeg se očekuje da postane napredniji nego što je danas.

Igor Kuzle, profesor sa Zavoda za visoki napon i energetiku zagrebačkog Fakulteta elektrotehnike i računarstva te voditelj Laboratorija za napredne elektroenergetske mreže (SGLab)/PD

Vrlo važan doprinos u razvoju naprednih mreža svakako ima FER i njegov Laboratorij za napredne elektroenergetske mreže. Trenutno, ističe Kuzle, rade na više od deset istraživačkih projekata.

“Većina projekata je fokusirana na povećanje fleksibilnosti EES-a kako bi se omogućila tranzicija na niskougljični sustav i prihvat velikog udjela OIE.

Jedan značajan dio istraživanja odnosi se na spremnike energije od distribuiranih baterijskih spremnika i njihovog agregiranja u virtualne spremnike do primjene i optimalnog upravljanja velikim spremnicima, poput reverzibilnih hidroelektrana. Istražujemo mogućnosti ugradnje spremnika na optimalnim lokacijama u mreže kako bi se povećala sigurnost prijenosa električne energije uz istovremeno veće iskorištenje prijenosnih kapaciteta”, objašnjava profesor Kuzle. A ovi istraživački projekti provode se u jedinstvenom SGLab-u na FER-u, kakvih nema mnogo u svijetu. Samo oprema ovog laboratorija vrijedna je više milijuna eura, a nabavljena je, kaže Kuzle, kroz istraživačke projekte. U SGLab-u na zagrebačkom FER-u tako imaju pravu rijetkost – hidroelektranu s velikim spremnikom vode u podrumu.

“Vodu pumpamo u Pelton turbinu povezanu s generatorom i tako simuliramo rad stvarne hidroelektrane. Također, razvili smo sustav za proširenu virtualnu stvarnost korištenjem naglavnog uređaja Hololens kojim možemo upravljati proizvodnjom hidroelektrane bez upotrebe ruku kao i kontrolirati različite parametre i veličine. Primjerice, kad pogledamo prema hidroelektrani ili bilo kojem drugom uređaju u laboratoriju očitavamo proizvodnju, iznose struja, napona, temperaturu, vibracije i slično. Čim neka veličina dosegne kritičan iznos ona se zacrveni, što olakšava održavanje i upravljanje uređajima”, objašnjava Kuzle.

Fotonaponske elektrane trebale bi se graditi na krovovima širom Hrvatske jer proizvodnja na mjestu potrošnje rasterećuje mreža i povećava sigurnost i fleksibilnost sustava/Shutterstock

Inovativna rješenja iz SGLab-a

Također, navodi, imaju veliku fotonaponsku elektranu na krovu, te upravo ugrađujemo još veću, pet različitih tehnologija baterijskih spremika različitih veličina, model kogeneracijske elektrane, dvije punionice električnih vozila, mnoštvo različitih pretvarača i vrsta potrošača, model elektroenergetske mreže kojoj se mogu mijenjati parametri… Sva ova oprema i istraživanja koja provode rezultirala su i konkretnim poboljšanjima u domaćem elektroenergetskom sustavu.

Primjerice, objašnjava profesor Kuzle, razvili su sustav za lokaciju udara groma u dalekovode, a koji je omogućio učinkovitiju sanaciju kvarova i smanjio gubitke zbog neisporučene energije. “Prije kad je grom udario u dalekovod primjerice, na Velebitu, tijekom zime uz visoki snijeg, trebalo je po nekoliko dana da se pronađe mjesto kvara, a danas je lokacije udara poznata u realnom vremenu, dakle, odmah nakon udara, s točnošću manjom od 100 metara što omogućava da se odmah pristupi njegovom popravku”, ističe Kuzle.

Također, dodaje, razvili su i sustav za prikupljanje i obradu meteoroloških podataka koji se koristi za točnije predviđanje proizvodnje vjetroelektrana, čime se povećala fleksibilnost cijelog sustava i omogućilo bolje planiranje potrebnih rezervi. Dugoročno su, pak, značajno smanjeni troškovi pogona sustava.

“Naša je industrija je razvila i druge aplikacije kojima se poboljšava rad sustava poput kontinuiranog nadzora temperature vodiča ili kroz primjenu sinkroniziranih mjernih uređaja (PMU) kojima se ostvaruje bolji nadzor različitih veličina čime se mogu bolje kontrolirati tokovi snaga kroz vodove. Tu smo među najboljima u Europi po broju ugrađenih PMU uređaja iako se oni još nedovoljno koriste za vođenje sustava, no infrastruktura je napravljena. Pohvalno je da imamo proizvođača tih uređaja u Hrvatskoj kao i cijelog sustava upravljanja čime se svrstavamo među 10-ak zemalja koje to imaju”, navodi profesor Kuzle. A što rade oni zaduženi za izgradnju napredne mreže – HEP ODS i HOPS?

U Laboratoriju za napredne elektroenergetske mreže trenutno rade na više od deset istraživačkih projekata/PD

Više od 10 posto ukupnih ulaganja

Iz HEP ODS-a odgovaraju da kontinuirano ulažu u uvođenje funkcionalnosti naprednih mreža. Primjerice, kroz Pilot projekt naprednih mreža, vrijedan 176,8 milijuna kuna (sufinanciran iz EU), u pet distribucijskih područja (Zagreb, Zadar, Split, Dubrovnik i Osijek) uspostavit će naprednu mjernu infrastrukturu za praćenje potrošnje, uvesti aktivno upravljanje potrošnjom na razini krajnjih korisnika, omogućiti precizniji izračun gubitaka i lociranje područja s povećanim gubicima u distribucijskoj mreži.

“U cilju ostvarivanja funkcionalnosti napredne elektrodistribucijske mreže HEP ODS tijekom 2023. planira uložiti preko 185 milijuna eura u tehnička rješenja, mjerne uređaje i opremu napredne elektrodistribucijske mreže. Dodatno, u 2023. se planira uložiti preko 50 milijuna eura u demonstracijske i pilot projekte napredne mreže sufinancirane iz fondova EU. Ukupno gledajući, HEP ODS prosječno više od 10 posto ukupnih godišnjih ulaganja usmjerava u uvođenje funkcionalnosti naprednih mreža”, odgovaraju iz Hrvatske elektroprivrede.

U desetogodišnjem planu razvoja prijenosne mreže (od 2022. do 2031.) HOPS navodi da je uvođenje novih tehnologija vezanih za primjenu visoko-temperaturnih vodiča malog provjesa 2. generacije (HTLS vodiči) u revitalizaciji i povećanju prijenosne moći postojećih dalekovoda provedeno u praksi u dva slučaja te da je uključeno u planiranju razvoja desetak dalekovoda nazivnog napona 110 kV i 220 kV u narednih 5 godina. Ističu i da su za svaki planirani zahvat proveli tehno-ekonomsku analizu koja je dokazala željeni konačni efekt, a to je povećanje prijenosne moći nekog koridora uz ekonomsku opravdanost primjene.

“Isti pristup vrijedi i za primjenu ostalih modernih tehnologija u prijenosu električne energije, kao što su ugradnja uređaja baziranih na energetskoj elektronici (SVC) i varijabilnih prigušnica (VSR) za rješavanje problema previsokih napona u prijenosnoj mreži, ugradnja mrežnih transformatora s mogućnosti zakretanja faza (upravljanje tokovima djelatnih snaga), uvođenje tehnologije za povećanje prijenosne moći postojećih vodova…”, nabrajaju.

Problem koncentracije OIE-a

Profesor Kuzle pak kaže da je elektroenergetski sustav Hrvatske tehnički na solidnoj razini te da su komunikacijski kanali, vrlo važni za napredne mreže, u prijenosnoj mreži, na vrlo visokoj razini.

“Među prvima u Europi smo sve 110 kV, 220 kV i 400 kV transformatorske stanice povezali optičkim kabelima sa sustavima upravljanja u Nacionalnom dispečerskom centru i regionalnim centrima”, ističe. Međutim, navodi da ima još dosta prostora za ugradnju uređaja za povećanje prijenosnih kapaciteta vodova kako bi se omogućila veća izgradnja OIE-a te evakuacija proizvedene energije.

“Jedan od glavnih problema u EES-u je da su investitori u OIE koncentrirani na područje između Zadra i Splita (100×200 km) gdje je planirana izgradnja većine vjetroelektrana i fotonaponskih elektrana. Prema njihovim najavama planirana je izgradnja više od 10.000 MW novih kapaciteta na tom području. Koliko je to nerealno vidi se iz činjenice da je maksimalna potrošnja u EES-u Hrvatske nešto veća od 3000 MW.

Neodgovorno se govori se o izvozu ogromnog viška tako proizvedene energije kao da sve ostale zemlje čekaju da se ta energija proizvede kod nas i izveze njima”, upozorava profesor Kuzle dodajući da bi bilo dobro da se proizvodnja energije iz vjetra i sunca rasporedi po cijelom sustavu. “Pri tome se fotonaaponske elektrane trebaju graditi na svim krovovima u Hrvatskoj, jer je to proizvodnja na mjestu potrošnje čime se rasterećuje mreža i povećava sigurnost fleksibilnost sustava”, ističe Kuzle.

Navodi i da je na distribucijskoj razini situacija znatno lošija. “No ulažu se velika sredstva kako bi se omogućio prijenos podataka od svakog potrošača do distribucijskih centara upravljanja. Ugrađen je, te se kontinuirano ugrađuje, veliki broj naprednih brojila no, još je potrebno razviti i odgovarajuća programska rješenja kako bi se omogućila tranzicija distribucijske mreže prema naprednoj mreži. No ide se prema tome”, napominje.

Također, navodi profesor i voditelj SGLab-a,veliki potencijal leži u upravljanju flotom električnih vozila priključenih na punionice koji se mogu koristiti kao jedan veliki spremnik energije. Električna vozila, naime, objašnjava Kuzle, mogu se puniti tijekom velike proizvodnje OIE-a, te se isključivati s punjenja prilikom velike potrošnje u sustavu jer vozila oko 90 posto vremena stoje parkirana. “Kad se napravi dovoljan broj punionica njihov potencijal će doći do izražaja, a u budućnosti će se omogućiti i rad u načinu vraćanja energije u mrežu čime će se još više povećati fleksibilnost”, ističe.