Energia bierna to rodzaj energii konieczny do utrzymania pracy systemów elektroenergetycznych, który nie jest jednak przekształcany na pracę użyteczną taką, jak energia mechaniczna czy cieplna. Moc bierna (Q) to ta część mocy elektrycznej, która przepływa między źródłem a odbiornikiem bez wykonywania użytecznej pracy. Jednostką miary mocy biernej jest var (Volt Amper Reactive).

W zależności od rodzaju urządzenia odbiorczego, możemy wyróżnić moc bierną indukcyjną i pojemnościową. Moc bierna obciąża sieć elektroenergetyczną, co skutkuje naliczaniem opłat mających zachęcić użytkowników do jej redukcji. Wpływa ona na przepustowość sieci dystrybucyjnej i może powodować awarie oraz przeciążenia. Efektywne zarządzanie energią bierną pozwala ograniczyć dodatkowe koszty oraz poprawia stabilność napięcia w systemie elektrycznym.

Operatorzy wykorzystują współczynnik tg φ do rozliczania poboru energii biernej indukcyjnej. W większości przypadków jego wartość nie może przekraczać 0,4 (w obszarach z gorszą infrastrukturą współczynnik ten jest jeszcze bardziej restrykcyjny). Oznacza to, że przekroczenie zużycia 40 kvarh energii biernej na każde 100 kWh pobranej energii czynnej skutkuje naliczeniem dodatkowej opłaty.

Moc bierna jest wynikiem obecności elementów reaktancyjnych w obwodach elektrycznych:

Moc bierna indukcyjna (L) jest wytwarzana przez urządzenia zawierające elementy indukcyjne, które magazynują energię w polu magnetycznym. Do takich urządzeń należą silniki indukcyjne, transformatory, linie przesyłowe, instalacje oświetleniowe, piece indukcyjne oraz dławiki. Tego rodzaju moc bierna powoduje przesunięcie fazy prądu względem napięcia do tyłu.

Moc bierna pojemnościowa (C) jest generowana przez urządzenia z elementami pojemnościowymi, które magazynują energię w polu elektrycznym. Przykładami są komputery, spawarki, falowniki, kable pod napięciem, UPS-y oraz uszkodzone baterie kondensatorów. Tego rodzaju moc bierna powoduje przesunięcie fazy prądu względem napięcia do przodu.

Najbardziej powszechną metodą zarządzania mocą bierną jest kompensacja mocy biernej. Polega ona na stosowaniu urządzeń, które mogą neutralizować nadmiar mocy biernej, takich jak:

- Kondensatory – stosowane do kompensacji mocy biernej indukcyjnej.

- Dławiki – stosowane do kompensacji mocy biernej pojemnościowej.

Ważnym aspektem jest odpowiedni dobór mocy i stopni układu kompensacji mocy biernej, aby uniknąć niedokompensowania lub przekompensowania, co wymaga wykonania odpowiednich pomiarów.

,,Jednym z rozwiązań na ograniczenie poboru mocy biernej są zaawansowane systemy monitorowania i sterowania energią, które pomagają identyfikować źródła mocy biernej i optymalizować ich działanie, automatycznie sterując urządzeniami kompensacyjnymi w czasie rzeczywistym. Przy dynamicznych zmianach mocy biernej warto również rozważyć zastosowanie zaawansowanego aktywnego kompensatora SVG opartego na tyrystorach.” - mówi mgr inż. Przemysław Kurylas, Dyrektor Operacyjny DB Energy.

Nowoczesne urządzenia elektryczne często mają wbudowane systemy zarządzania mocą bierną, co pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie energii i może znacznie zmniejszyć ilość generowanej mocy biernej. Optymalizacja pracy urządzeń indukcyjnych i pojemnościowych, na przykład poprzez synchronizację pracy dużych silników elektrycznych, również pomaga minimalizować generowaną moc bierną.

Jakie korzyści może przynieść ograniczanie energii biernej?

• Oszczędności finansowe - redukcja mocy biernej może znacząco obniżyć rachunki za energię elektryczną, ponieważ wiele taryf energetycznych obejmuje dodatkowe opłaty za nadmiar mocy biernej pobranej z sieci.
• Zwiększenie efektywności energetycznej - skuteczne zarządzanie mocą bierną zwiększa ogólną efektywność energetyczną zakładu, co prowadzi do ograniczenia kosztów operacyjnych.
• Zmniejszenie ryzyka przeciążeń sieci - redukcja mocy biernej zmniejsza obciążenie sieci elektroenergetycznej, co może zapobiegać przeciążeniom i awariom.
• Poprawa stabilności systemu elektrycznego - skuteczne zarządzanie mocą bierną poprawia stabilność napięcia w systemie elektrycznym i jest kluczowe dla prawidłowego działania urządzeń.
• Zwiększenie żywotności urządzeń - optymalizacja mocy biernej zmniejsza ryzyko przegrzewania i uszkodzeń urządzeń elektrycznych.

Energia bierna jest ważnym, choć często pomijanym aspektem zarządzania efektywnością energetyczną. Skuteczne zarządzanie mocą bierną, poprzez kompensację, zastosowanie nowoczesnych urządzeń i optymalizację procesów, może przynieść znaczące korzyści finansowe i operacyjne. Jeśli firma ponosi co najmniej 500 zł miesięcznie netto za ponadumowny pobór energii biernej indukcyjnej lub pojemnościowej, warto rozważyć jej redukcję. Tego typu działania zazwyczaj prowadzą do natychmiastowych oszczędności i mają bardzo krótki okres zwrotu inwestycji, często poniżej pół roku.

Rozpoczęcie myślenia o efektywności energetycznej w firmie zaczyna się od analizy wewnętrznych procesów, pomiarów i redukcji niepotrzebnie pobieranej energii z sieci.