Racjonalna gospodarka mocą i energią elektryczną (J. Paska)

Transkrypt

1 Racjonalna gopodaa mocą i enegią eletyczną (J. aa. Bilan mocy czynnej w EE Talica. Bilan mocy czynnej KE w dniu maymalnego zapotzeowania w 00. [MW] ładnii ilanu Moc oiągalna eletowni ajowych Z tego: Jedn. wytwócze centalnie dyp. (JWCD Nie JWCD (njwcd Zawodowe Zawodowe Eletownie wiatowe Eletownie inne odnawialne Eletownie pzemyłowe Moc dypozycyjna eletowni ajowych Z tego: JWCD njwcd Z tego: JWCD njwcd Ociążenie eletowni ajowych 6 tycznia 3543, 565,0 399,0 695,0 968, 649,5 595,8 598,6 5,3 68,9 8498,5 76,9 033,9 449,0 6735,6 6358,7 0303, 9437,8 865,4 6055,5 Uyti na wauni pacy ieci 80,0 Rezewa mocy w njwcd 680, Rezewa mocy w JWCD dotępna dla O 79,7 aldo wymiany z zaganicą -936,5 Koety poou mocy 6,7 Zapotzeowanie na moc Zapotzeowanie poyte Zapotzeowanie nomalne (pzy 50 Hz i napięciu znamionowym 54, 5448,9 oycie zmieniającego ię w czaie zapotzeowania na moc i enegię eletyczną wymaga ciągłego dotoowania dotaw ze źódeł ajowych i impotu (epotu. Towazyzy temu ilanowanie, mające na celu wypzedzające pzygotowanie poceu i natępczą ocenę waunów, w jaich poce ten pzeiegał. zczególną uwagę poświęca ię ilanom dla chaateytycznych oeów zapotzeowania, np.: na moc w oeach wytępowania jego najwięzych lu najmniejzych watości, a enegii w oeach doowych, tygodniowych, mieięcznych, watalnych, ocznych. W ilanach mocy eletycznej poównywane ą, dla oeślonej chwili, zapotzeowanie na moc i moc dypozycyjna źódeł. Jao moc dypozycyjną ozumie ię maymalną moc źódła, tóa może yć oddana w oeślonym czaie pzy uwzględnieniu wzytich ównoczenych technicznych waunów eploatacji. Watość mocy dypozycyjnej oeśla ię na podtawie nominalnej watości mocy oiągalnej, tóa jet maymalną mocą, jaą eletownia (ądź eletociepłownia może oiągać w poó ciągły pzy doym tanie uządzeń w waunach nomalnej pacy. Moc dypozycyjna może yć: ówna mocy oiągalnej, mniejza o uyti mocy w danym czaie lu więza o dopuzczalne ótotwałe pzeciążenia uządzeń ponad moc oiągalną.. Bilane enegii Enegia zailająca odioców nie jet na ogół jednoodna i może yć dotaczona w potaci: węgla, ou, paliw płynnych, gazu, ciepła oaz enegii eletycznej. U odiocy jet ona zamieniana na pacę użyteczną a częściowo tacona w poceie ozdziału pomiędzy odionii i podcza pzetwazania w odioniach. Znajomość tutuy enegii dotaczanej i zużywanej jet podtawą oceny jej gopodaowania pzez odiocę. tutuę zużycia enegii wyznacza ię za pomocą ilanu enegetycznego. Częścią tego ilanu jet ilan enegii eletycznej. Ze względu zczegółowość opacowywania, ilane mogą yć pzedtawione w potaci yntetycznej lu analitycznej. otać yntetyczna ilanu tanowi opi ogólny, w tóym w części ozchodowej oeśla ię podtawową tutuę zużycia enegii eletycznej. Można zetawiać ilane yntetyczne etopetywne, ieżące i pepetywiczne. Talica. Elementy ilanu ieżącego yntetycznego dla załadu pzemyłowego ładowe ilanu zychód [W h] Rozchód [W h] [%]. oano z EE. oano z włanych źódeł Razem 00. Zużycie na poducję Wydział n w tym: - podtawowe potzey technologiczne (odiocy iłowi Wydział n w tym: - podtawowe potzey technologiczne (odiocy iłowi Wydział n w tym: - podtawowe potzey technologiczne (odiocy iłowi Razem V. Zużycie pzez odionii niepoducyjne V. Zużycie pzez odioców zewnętznych V. taty w ieci ozdzielczej Bilan; azem V V V 00 - pola w tóe należy wtawić watości liczowe

2 Racjonalna gopodaa mocą i enegią eletyczną (J. aa 3. Oddziaływanie na feę popytową mocy i enegii eletycznej W oecnych waunach w olce można planować pzyzłe poywanie ociążeń w EE w poó eonomiczny, dotoowany do gopodai ynowej. Nowym podejściem do planowania ozwoju etoa paliw i enegii jet planowanie zintegowane (R - ntegated Reouce lanning, tóe zotało ozwinięte w latach 80-tych w U. Tatuje ono łącznie tonę popytową i podażową enegii, co w efecie pozwala na planowanie według zaady najmniejzych oztów połecznych. Dla ealizacji planowania zintegowanego onieczne jet itnienie technicznych możliwości zamyania ilanu nośniów enegii zaówno popzez zwięzanie ich poducji, ja i zmniejzanie (lu zmianę zapotzeowania na nie. To dugie może yć oiągnięte dzięi ztałtowaniu zapotzeowania na enegię, znanemu pod zawężającym mianem zaządzania (teowania popytem - DM (Demand ide Management. DM jet to poce uczetnictwa odioców w egulacji ociążenia czyli teowanie popytem enegii (zmiana ilości i/lu czau zapotzeowania. Kztałtowanie popytu na enegię, zaządzanie popytem (DM Demand ide Management jet to działalność polegająca na planowaniu, ocenie, wdażaniu i ontolowaniu pzedięwzięć mających na celu wpływanie na użytowanie enegii (eletycznej, ta ay uzyać pożądane uti w potaci jej efetywniejzego wyozytania i/lu zmiany zywej ociążenia (zwyle doowego, ez pogozenia jaości uług. Zaoy (ezewy popytowe (Demand-ide Reouce - możliwy do wyozytania potencjał oniżenia zużycia enegii dla zapoojenia potze na oeślone uługi enegetyczne (enegię użyteczną. tanowią one potencjał zwięzenia podaży uług enegetycznych ez zwięzania poducji nośniów enegii. Uuchomienie tych zaoów wymaga pecjalnych działań, wyzwalających mechanizmy ozczędzania i ztałtowania doowego pzeiegu ociążenia. otencjał techniczny DM (Technical DM otential - wyoość zaoów popytowych, ozacowana pzy założeniu, że ażdy zaup nowego pzętu, wymiana, udowa nowego oietu, ędą związane z wyoem uządzenia lu technologii o najwyżzej z dotępnych na ynu pawności enegetycznej. otencjał eonomiczny DM (Economic DM otential - wyoość zaoów popytowych, ozacowana pzy uwzględnieniu jedynie tych opcji DM, tóe pomyślnie pzezły tet oztu zaozczędzonej enegii (mocy, tj. tych o ozcie niżzym od odpowiedniego oztu uniniętego. otencjał oiągalny (ynowy DM (chievale DM otential - wyoość zaoów popytowych, ozacowana z uwzględnieniem możliwości wpowadzenia pogamów DM w onetnych ealiach technicznych, eonomicznych i połecznych. ogam (pojet DM - zepół celowych działań, zwyle inicjowanych i ponoowanych pzez pzedięiotwo enegetyczne mających na celu ztałtowanie chaateytyi ociążenia i wywołanie pożądanych zmian zapotzeowania na moc i enegię eletyczną. Kozty uninięte (voided Cot - ozty jaich uninęli wytwócy i dotawcy enegii dzięi zatoowaniu DM. Kozty te oeślają zatem watość pogamów DM dla wytwóców i dotawców. Jednotowy ozt uninięty (pzypadający na jednotę zaozczędzonej mocy lu enegii maleje, pzy założeniu że pogamy DM ównoważą w piewzej olejności najadziej oztowne zdolności wytwócze. zedięiotwa eletoenegetyczne mają mieć zagwaantowaną utawowo możliwość zeompenowania w cenie enegii eletycznej naładów ponieionych w związu z wpowadzaniem pogamów DM. Utawa awo enegetyczne z 0 wietnia 997. zawiea uegulowanie powyżzego zagadnienia (at 45 ut. w poó natępujący: Tayfy dla paliw gazowych, enegii eletycznej i ciepła mogą uwzględniać ozty wpółfinanowania pzez pzedięiotwa enegetyczne pzedięwzięć i uług zmiezających do zmniejzenia zużycia paliw i enegii u odioców, tanowiących eonomicznie uzaadnienie uninięcia udowy nowych źódeł enegii i ieci". DM dotyczy tylo taiej działalności pzedięiotw enegetycznych, tóa powoduje zmiany zywej ociążenia. Zmiany te muzą pzynoić ozyści zaówno pzedięiotwu eletoenegetycznemu, ja i odiocom finalnym enegii eletycznej. awidłowo zdefiniowane pogamy pzedięiotw eletoenegetycznych dotyczące DM mogą oejmować: teowanie pooem mocy, nowe ieuni użytowania enegii eletycznej, acjonalizację użytowania enegii eletycznej, wpowadzanie nowych ytemów tayfowych. ogamy DM mogą yć zoientowane na ealizację natępujących celów: Ocinanie zczytów Wypełnianie dolin zeuwanie ociążenia tategiczne zwięzanie ociążenia tategiczne ozczędzanie Elatyczne ztałtowanie zywej ociążenia

3 Racjonalna gopodaa mocą i enegią eletyczną (J. aa 4. Gopodaa mocą i enegią ieną W eletotechnice, pzy zatoowaniu metody ymolicznej, moc iena jet częścią uojoną iloczynu wetoa napięcia i pzężonego wetoa pądu. Moc iena i enegia iena ą chaateytyczne wyłącznie dla zjawi w owodach pądu pzemiennego i nie mogą yć zamienione na pacę mechaniczną. Moc i enegia iena pzepływa jedynie między źódłem i odioniiem pądu pzemiennego niejao pzelewa ię między źódłem a odioniiem. olem mocy ienej naiea znaczenia waz z ozwojem ytemu eletoenegetycznego. oczątowo w małych, oddzielnych uładach eletoenegetycznych moc mogła ię ezanie pzelewać między źódłem a odioniiem. Oecnie to pzelewanie pociąga za oą zyt poważne uti y mogło yć leceważone i pozotawione amemu oie. Nowoczene geneatoy uduje ię na watości wpółczynnia mocy 0,85 0,9 a nawet 0,95 i dlatego, żąda ię od odioców (głównie pzemyłowych, ay poieali enegię eletyczną z ieci pzy odpowiednio wyoich wpółczynniach mocy coϕ. U Re zeiegi inuoidalne ( U U coϕ, Q m( U λ coϕ, inϕ Q tgϕ coϕ jq U inϕ λ zeiegi odztałcone (nieinuoidalne Q D0 gdzie : γ Q i 0 D i o γ coϕ,coϕ - moc czynna, Q moc iena, moc pozona, D o moc dytoji (odztałcenia, λ - wpółczynni mocy 5. Optymalny poziom ompenacji mocy ienej Optymalny poziom ompenacji mocy ienej w uładzie eletoenegetycznym jet oeślony pzez watość tat mocy i enegii wute zwięzonego poou mocy ienej inducyjnej. Oganiczając poó mocy ienej inducyjnej z eletowni, pzyczyniamy ię do lepzego wyozytania mocy zaintalowanej eletowni oaz do zmniejzenia tat mocy i enegii na dodze pzepływu enegii od źódła do puntu jej zużycia. Dlatego wychodząc z yteium minimum tat w uładzie, dochodzimy do wniou, że należy ompenować do wpółczynnia mocy coϕ. Jednaże itnieje eonomiczna watość wpółczynnia mocy, do tóej opłaca ię ompenować ze względu na nałady inwetycyjne i eploatacyjne uządzeń ompenujących. Opieamy ię na założeniu, że ozt oczny zailania załadu pzemyłowego enegią eletyczną po ompenacji mui yć niżzy aniżeli pzed ompenacją. Kozt oczny zaupu enegii eletycznej pzed ompenacją można wyazić wzoem: K δ δ ( coϕ gdzie: zczytowe ociążenie pozone załadu pzemyłowego pzed ompenacją [V ]; ociążenie zczytowe załadu mocą czynną [W]; coϕ coinu ąta pzeunięcia fazowego Q 3

4 Racjonalna gopodaa mocą i enegią eletyczną (J. aa pzed ompenacją; enegia oczna załadu [W h/a]; δ, opłaty tayfowe za moc i enegię załadu [zł/(v a], [zł/(w h]. Kozt oczny zaupu enegii eletycznej po ompenacji: K δ ϕ coϕ tg (, n gdzie: tgϕ tangen ąta pzeunięcia fazowego po ompenacji, n jednotowy ozt uządzenia ompenacyjnego [zł/va], e wpółczynni tałych oztów ocznych ompenatoa. W ównaniu ( pominięto ozty tat uządzeń ompenujących. Watość wpółczynnia mocy coϕ ędzie ówna watości optymalnej coϕ e, jeżeli óżnica oztów ocznych K K K oiągnie najwięzą watość. Twozymy więc wyażenie: K e ( δ n coϕ coϕ o pzeztałceniach otzymamy optymalną watość na coϕ coϕ e. Jet ona ówna: co ( n e ϕ e (4 δ Ze wzou (4 wynia, że watość wpółczynnia mocy, do tóej opłaca ię ompenować, zależy wyłącznie od oztu jednotowego uządzenia ompenującego, wpółczynnia tałych oztów ocznych i opłaty za moc pozoną w zczycie zapotzeowania. nalizując wyażenie (4 zauważamy, że coϕ e 0 dla: n ( e onadto coϕ e dąży do, gdy watość wyażenia co fi 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0, 0, e g g δ lu n δ. e ( e dąży do zea. δ n ( (3 To otatnie jet możliwe pzy adzo małych watościach oztu jednotowego uządzeń ompenujących lu adzo wyoich opłatach za moc w zczycie zapotzeowania. Na y. pzedtawiono zależność coϕ e f( n Jeżeli założyć jednotowy ozt mocy w zczycie zapotzeowania ówny 00 zł/(v a, natomiat wpółczynni tałych oztów ocznych e 0,5 0,5, to ganiczna watość oztu jednotowego uządzenia ompenującego wynieie zł/va. W zeczywitości ozt jednotowy tego uządzenia ztałtuje ię w pzedziale zł/va (w tym zaeie mocy ompenujących ompenatoy ą ooło 50% dożze od ondenatoów, a więc dużo niżej od watości ganicznej. Wye coϕ e f( n pzypomina woim pzeiegiem wye ołowy, pzy czym patyczny zae zmienności coϕ e f( n leży na adzo niewielim odcinu tego owodu dla watości coϕ e liich jedności. Ganiczny pułap ompenacji wpółczynnia mocy jet zędu 0,95 (tgϕ 0,387. Wytępujące w ozwiązaniach tayfowych watości tzw. umownego wpółczynnia tgϕ 0,4 i tgϕ 0, odpowiadają watościom coϕ 0,98477 i coϕ 0,98058 (punty B i C na y.. Badzo częto nie ompenujemy mocy ienej do watości coϕ e, lecz do watości niżzej np. do coϕ. Wtedy moc uządzenia ompenującego: Q tg ϕ (5 zy poównaniu eonomicznym dwóch uządzeń ompenujących najlepiej toować natępującą zależność. Mianowicie opłaca ię toować uządzenie ompenujące, gdy pełniony jet waune: p p (6 n ( (, n, zł/va Ry.. Zależność optymalnego (gopodaczego wpółczynnia mocy coϕ e od oztu jednotowego uządzenia ompenującego n (wye wyonano dla: 00 zł/(v a i e 0,5: - e n e δ f δ pzy czym:, C B g n δ ; B tgϕ 0,4; C - tgϕ 0, e 8760 h 4

5 Racjonalna gopodaa mocą i enegią eletyczną (J. aa gdzie: n, n jednotowe nałady inwetycyjne uządzeń ompenujących i [zł/va]; p, p jednotowe taty mocy czynnej uządzeń ompenujących i [W/va]; δ jednotowy ozt mocy [zł/(w a]; jednotowy ozt enegii eletycznej [zł/(w h]; f oczny topień zatudnienia uządzenia ompenującego; h f 8760 cza uchu uządzenia ompenującego. Należy podeślić, że intalowanie uządzenia ompenującego jet celowe wtedy, jeżeli taty jednotowe mocy czynnej p tego uządzenia ą mniejze od enegetycznego ównoważnia mocy ienej e, oeślonego dla miejca intalowania uządzenia ompenującego w ieci ozdzielczej. zyład. Oeślić optymalny wpółczynni mocy dla załadu pzemyłowego, jeżeli ozt jednotowy ateii ondenatoów wynoi n 00 zł/va, twałość ateii N 0 lat, a wpółczynni tałych oztów ocznych ateii wynoi e 0,05. onadto do oliczeń założyć: p 0,5; δ 78 zł/(v a. Oliczenia: Do ozwiązania ozytamy ze wzou (4. Rata apitałowa (wpółczynni ozzezonej epoducji dla N 0,5 0,5 0 i p 0,5 wynoi: 0,. 0,5 Wtawiając powyżze watości do wzou (4 otzymamy: ( 0, 0,05 00 coϕ e 0, tgϕ e 0, zyład. Dla danych wyjściowych ja w popzednim pzyładzie oeślić optymalny wpółczynni mocy pzy założeniu, że uządzenie ompenujące ma jednotowe taty mocy czynnej p 0,005 W/va. Tayfowa opłata za enegię 0,8 zł/(w h. Cza załączenia uządzenia do ieci h 4000 h/a. Oliczenia: zy wpowadzeniu tat uządzenia ompenującego, wzó (3 pzyjmie potać: K ' f coϕ n e co δ ϕ 8760 δ h ,8 ( p, gdzie: δ 798 zł/(w a Dla powyżzych danych otzymamy: coϕ e n ( e p δ ( 0, 0, , , tgϕ e 0, zyład 3 W załadzie pzemyłowym znajduje ię zdemontowany geneato, tóy może pacować jao ompenato ynchoniczny o mocy Q 400 va. Rozpatzyć celowość wyozytania tego geneatoa jao ompenatoa, jeżeli jego poó mocy czynnej wynoi p 0,05 W/va. oównać ompenato ynchoniczny z ateią ondenatoów o tej amej mocy i danych: n 00 zł/va; ( ce 0,5; p 0,005 W/va. Cza uchu uządzenia ompenującego wynoi: h 5000 h/a. nne dane: δ 00 zł/(w a; 0, zł/(w h oaz ozty utzymania ompenatoa ynchonicznego w uchu n e 0 zł/(va a. Oliczenia: Kozytamy z zależności (6. Na podtawie pzyjętych założeń 0, gdyż ompenato ynchoniczny ię zamotyzował. Wtedy wzó, tóy połuży do poównania ou waiantów pzyjmie potać: p ( p n ce n ce Dla powyżzych danych otzymamy: , 00 zł/(w a Lewa tona nieówności wynieie: 0 0, zł/(va a zaś pawa tona nieówności jet ówna: 00 0,5 0, ,5 zł/(va a Z poównania watości dla ou ton nieówności wynia, że intalowanie ateii ondenatoów jet ozytniejze. Kozty oczne w ou pzypadach ędą jednaowe, jeżeli jednotowe taty mocy czynnej w ompenatoze ynchonicznym wynioą: p 0,0095 W/va Ten pzypade może zachodzić dla ompenatoa ynchonicznego o więzej mocy. 5