Wysokie rachunki za energię elektryczną nie zawsze wynikają wyłącznie z dużego zużycia energii czynnej. Coraz więcej przedsiębiorstw ponosi dodatkowe koszty związane z poborem energii biernej, czyli tzw. opłaty za moc bierną.

Dla wielu zakładów przemysłowych problem staje się szczególnie widoczny po modernizacji infrastruktury, wdrożeniu automatyki, instalacji falowników lub rozbudowie parku maszynowego. W praktyce przedsiębiorstwo może nie zwiększać produkcji, a mimo to rachunki za energię zaczynają wyraźnie rosnąć.

W artykule wyjaśniamy:

• czym jest moc bierna,
• kiedy pojawiają się opłaty,
• co powoduje wzrost kosztów,
• oraz jak skutecznie ograniczyć energię bierną w instalacjach przemysłowych.

Czym jest moc bierna?

W instalacjach elektrycznych występują trzy podstawowe rodzaje mocy:

• moc czynna,
• moc bierna,
• moc pozorna.

Moc czynna odpowiada za wykonywanie rzeczywistej pracy:

• napędzanie silników,
• pracę urządzeń,
• produkcję energii użytkowej.

Moc bierna nie wykonuje pracy użytkowej, ale jest niezbędna do działania wielu urządzeń elektrycznych, szczególnie tych wykorzystujących elementy indukcyjne lub pojemnościowe.

Problem pojawia się wtedy, gdy jej poziom staje się zbyt wysoki.

Dlaczego przedsiębiorstwa płacą za moc bierną?

Operatorzy systemów dystrybucyjnych naliczają opłaty za ponadumowny pobór energii biernej, ponieważ nadmierna moc bierna:

• obciąża sieć elektroenergetyczną,
• zwiększa straty energii,
• pogarsza parametry jakościowe energii,
• ogranicza możliwości przesyłowe infrastruktury.

W praktyce przedsiębiorstwo może zostać obciążone dodatkowymi kosztami nawet wtedy, gdy zużycie energii czynnej pozostaje na podobnym poziomie.

Kiedy pojawiają się opłaty za moc bierną?

Opłaty najczęściej pojawiają się po przekroczeniu dopuszczalnego współczynnika mocy tgφ określonego w umowie z operatorem energetycznym.

W praktyce problem dotyczy przede wszystkim:

• zakładów przemysłowych,
• dużych obiektów komercyjnych,
• infrastruktury technicznej,
• instalacji z dużą liczbą napędów i urządzeń energoelektronicznych.

W wielu przypadkach przedsiębiorstwo dowiaduje się o problemie dopiero po analizie faktury za energię elektryczną.

Co powoduje wzrost mocy biernej?

Silniki elektryczne i urządzenia indukcyjne

Najczęstszym źródłem mocy biernej indukcyjnej są:

• silniki elektryczne,
• transformatory,
• sprężarki,
• wentylatory,
• pompy,
• urządzenia HVAC.

Im większa liczba odbiorników indukcyjnych, tym większy poziom energii biernej.

Falowniki i urządzenia energoelektroniczne

Nowoczesne zakłady przemysłowe wykorzystują coraz więcej:

• falowników,
• serwonapędów,
• prostowników,
• zasilaczy impulsowych,
• robotów przemysłowych,
• systemów UPS.

Urządzenia te wpływają nie tylko na poziom mocy biernej, ale również na jakość energii elektrycznej oraz poziom wyższych harmonicznych.

Instalacje fotowoltaiczne i energia bierna pojemnościowa

Coraz częściej problem dotyczy również energii biernej pojemnościowej, szczególnie w instalacjach:

• z dużą liczbą falowników,
• wyposażonych w instalacje PV,
• z rozbudowaną kompensacją pojemnościową,
• wykorzystujących nowoczesne systemy LED.

W praktyce przedsiębiorstwo może płacić zarówno za energię bierną indukcyjną, jak i pojemnościową.

Jak sprawdzić, czy firma płaci za moc bierną?

Najprostszym sposobem jest analiza faktury za energię elektryczną.

Na fakturze mogą pojawić się pozycje takie jak:

• energia bierna indukcyjna,
• energia bierna pojemnościowa,
• ponadumowny pobór energii biernej,
• opłata za przekroczenie tgφ.

Warto również analizować:

• współczynnik mocy,
• poziom obciążenia instalacji,
• parametry jakości energii,
• poziom harmonicznych.

Jakie skutki powoduje nadmierna moc bierna?

Problem nie ogranicza się wyłącznie do wyższych rachunków za energię.

Nadmierna moc bierna może powodować:

• przeciążenie infrastruktury,
• większe straty energii,
• spadki lub wzrosty napięcia,
• przegrzewanie transformatorów,
• wzrost prądów w instalacji,
• pogorszenie jakości energii,
• zwiększoną awaryjność urządzeń.

W nowoczesnych zakładach przemysłowych problem często występuje równolegle z wysokim poziomem wyższych harmonicznych.

Kompensacja mocy biernej – na czym polega?

Kompensacja mocy biernej polega na ograniczeniu przepływu energii biernej w instalacji poprzez zastosowanie odpowiednich urządzeń kompensujących.

Celem jest:

• poprawa współczynnika mocy,
• ograniczenie opłat,
• odciążenie infrastruktury,
• poprawa efektywności energetycznej.

Jakie urządzenia stosuje się do kompensacji?

Najczęściej stosowane rozwiązania:

• baterie kondensatorów,
• dławiki kompensacyjne,
• kompensatory mocy biernej,
• filtry aktywne.

Dobór rozwiązania zależy od:

• charakteru obciążenia,
• poziomu harmonicznych,
• zmienności pracy instalacji,
• parametrów jakości energii.

Dlaczego klasyczna kompensacja nie zawsze wystarcza?

W nowoczesnych instalacjach przemysłowych problemem coraz częściej są nie tylko opłaty za moc bierną, ale również:

• wyższe harmoniczne,
• asymetria prądów,
• zakłócenia pracy automatyki,
• niestabilność napięcia.

W takich przypadkach klasyczne baterie kondensatorów mogą okazać się niewystarczające, a czasem nawet pogłębiać problem.

Filtry aktywne a ograniczenie opłat za moc bierną

Filtry aktywne pozwalają jednocześnie:

• kompensować moc bierną,
• redukować harmoniczne prądu,
• poprawiać współczynnik mocy,
• ograniczać asymetrię prądów,
• obniżać prąd przewodu neutralnego,
• stabilizować parametry pracy instalacji.

Dzięki dynamicznemu działaniu rozwiązania tego typu sprawdzają się szczególnie dobrze w nowoczesnych zakładach przemysłowych z dużą liczbą urządzeń energoelektronicznych.

Rozwiązania POWER QUALITY TECHNOLOGY od Elsta Elektronika wspierają poprawę jakości energii elektrycznej oraz ograniczenie kosztów związanych z energią bierną.

Dlaczego problem będzie coraz większy?

Nowoczesny przemysł wykorzystuje coraz większą liczbę:

• falowników,
• robotów,
• automatyki,
• instalacji PV,
• systemów energoelektronicznych.

To powoduje:

• wzrost poziomu harmonicznych,
• większe obciążenie sieci,
• rosnące znaczenie jakości energii elektrycznej,
• coraz częstsze problemy z energią bierną.

Dlatego skuteczne zarządzanie parametrami jakościowymi energii staje się istotnym elementem optymalizacji kosztów przedsiębiorstwa.

Podsumowanie

Opłaty za moc bierną mogą stanowić istotny koszt dla zakładów przemysłowych i obiektów komercyjnych. Problem bardzo często wynika nie tylko z pracy urządzeń indukcyjnych, ale również z rosnącej liczby odbiorników energoelektronicznych oraz pogarszającej się jakości energii elektrycznej.

Skuteczne ograniczenie kosztów wymaga:

• analizy parametrów instalacji,
• monitoringu jakości energii,
• właściwego doboru układów kompensacji,
• oraz coraz częściej także redukcji wyższych harmonicznych.

Nowoczesne rozwiązania, takie jak filtry aktywne, pozwalają jednocześnie poprawiać jakość energii i ograniczać koszty związane z energią bierną.