Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych

Transkrypt

1 Seminarium Koła nr 43 przy Oddziale Wrocławskim Stowarzyszenia Elektryków Polskich Wrocław, 26.XI.2015 Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych mgr inż. Zdzisław Żurakowski

2 Plan Referatu: 1. KILKA UWAG NA TEMAT AKTUALNEJ SYTUACJI W NORMALIZACJI 2. NIEZAWODNOŚĆ SIECI 3. UWAGI KOŃCOWE 4. LITERATURA Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 2/19

3 1. KILKA UWAG NA TEMAT AKTUALNEJ SYTUACJI W NORMALIZACJI Od około roku 2000 bardzo rośnie rola normalizacji na świecie. Przyczyniła się do tego m. in. rosnąca rola technologii informatycznych, które tworzą rozwiązania coraz bardziej wzajemnie połączone, powszechne i złożone, oraz rosnąca globalizacja przemysłu, handlu, usług i kooperacji miedzy firmami. Zagadnienie współpracy i wymiany danych między urządzeniami technologii informatycznych ilustruje załączony rysunek z jednej z prezentacji. Ze względu na globalizację handlu i różnego rodzaju powiązań miedzy firmami, ustalenie normy w jakiejś dziedzinie (dotyczy to także sieci teleinformatycznych stosowanych w elektroenergetyce) wyznacza praktycznie kierunek rozwoju danej dziedziny zastosowań ICT. W związku z tym w literaturze pojawiają sie pytania czy ekonomiczne względy powinny wyznaczać kierunek normalizacji, czy uwzględnić należy również na przykład jakość rozwiązań lub cele społeczne. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 3/19

4 (Z prezentacji: Keit Dickerson, WHY INDUSTRY NEEDS STANDARDS (AND STANDARD EDUCATION), Keynotes/2-1%20Dickerson%20ETSI%20Board%20France%20Industry%20needs.pdf ) Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 4/19

5 NIEZAWODNOŚĆ SIECI Tradycyjnie niezawodność sieci definiuje się jako zdolność sieci przesyłowej lub rozdzielczej do dostawy lub odbioru mocy i energii elektrycznej w określonych warunkach, miejscu i czasie. Definicję tę uzupełniają współczynniki niezawodności, takie jak: SAIDI (System Average Interruption Duration Index) - wskaźnik przeciętnego systemowego czasu trwania przerwy długiej i bardzo długiej, wyrażony w minutach na odbiorcę na rok, stanowiący sumę iloczynów czasu jej trwania i liczby odbiorców narażonych na skutki tej przerwy w ciągu roku podzieloną przez łączną liczbę obsługiwanych odbiorców przyłączonych do sieci; SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) - wskaźnik przeciętnej systemowej częstości przerw długich i bardzo długich, stanowiący liczbę odbiorców narażonych na skutki wszystkich przerw tego rodzaju w ciągu roku, podzieloną przez łączną liczbę obsługiwanych odbiorców. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 5/19

6 NIEZAWODNOŚĆ SIECI W ostatnich latach wystąpiły bardzo zmienne warunki atmosferyczne, takie jak silne wiatry, opady deszczu i śniegu powodujące uszkodzenia linii, powodzie i upały, które mogą spowodować trudną sytuację hydrologiczną. Nastąpiło również włączenie do systemu coraz większej mocy źródeł odnawialnych o nieprzewidywalnej generacji mocy do czego system był nieplanowany. Czynniki te oraz starzejąca się infrastruktura systemu elektroenergetycznego stworzyły sytuację, w której występować zaczęły przerwy w dostawach energii elektrycznej oraz wielkie awarie tzw. blackouty, narażające odbiorców, gospodarkę oraz energetykę na bardzo poważne straty. Okazało się, że dotychczas stosowane podejście takie jak zwiększenie niezawodności elementów sieci czy tradycyjne układy automatyki jak SPZ są niewystarczające. Podjęte zostały prace na nową koncepcja niezawodności sieci korzystając z coraz bardzie zaawansowanych systemów teleinformatycznych stosowanych w elektroenergetyce. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 6/19

7 NIEZAWODNOŚĆ SIECI W koncepcji tej tradycyjne podejście i termin niezawodność (ang. reliability) zastąpiony został w j. angielskim terminem resilience, który nie ma jeszcze dobrego odpowiednika w j. polskim. Powstało szereg prac w tym zainteresowanie rządów (np. 4 ) tym nowy podejściem do zapewnienia niezawodności dostaw energii. Na zapytanie grid resilience otrzymuję się w Google około wyników. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 7/19

8 NIEZAWODNOŚĆ SIECI Według Portalu Psychologicznego Charaktery ( ) Resilience - znaczy dosłownie prężność, elastyczność i giętkość. Termin ten, różnie tłumaczony w literaturze polskojęzycznej, odnosi się do zespołu umiejętności, które pozwalają nam skutecznie radzić sobie z dużym stresem, jak utrata pracy, poważna choroba czy śmierć kogoś bliskiego, odbijać się od dna po takich dramatach. Radzenie sobie nie oznacza, że nie doświadczamy trudności, nie cierpimy. Ale mimo martwienia się i cierpienia potrafimy zachować równowagę w stresujących okolicznościach i traumatycznych zdarzeniach, a także twórczo radzić sobie z przeciwnościami losu. ( ) Resilience rozwija się w wyniku doświadczania w życiu różnych trudności i zagrożenia podstawowych wartości, jak życie, zdrowie itp. Dąży się do tego, aby podobnie można było rozumieć określenie resilience w odniesieniu do niezawodności pracy sieci elektroenergetycznej. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 8/19

9 NIEZAWODNOŚĆ SIECI Aktualne podejścia do definiowania resilience w odniesieniu do sieci elektrycznych różnią się nieco, ale ogólnie można powiedzieć, że oznacza ono: zdolność do zapewnienia i zachowania akceptowanego poziomu usług w przypadku zaistnienia awarii i podczas przywracania stanu normalnego. Resilience Definition Źródło: 5 Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 9/19

10 NIEZAWODNOŚĆ SIECI Tradycyjne podejście do niezawodności systemu określane jest za pomocą szeregu wskaźników, jak podane wyżej wskaźniki niezawodności SAIDI i SAIFI oraz wskaźników jakości, takich jak współczynnik zawartości harmonicznych THD (ang. Total Harmonic Distortion) stosunek wartości skutecznej wyższych harmonicznych sygnału, do wartości skutecznej składowej podstawowej, mierzony dla sygnału sinusoidalnego. Wskaźniki te są niewystarczające z perspektywy resilience, ponieważ dostarczają one miary tylko zdarzeń przeszłych. Prowadzone są prace nad sposobem określania wskaźnika/miary resilience danej sieci, służącego do oceny danej sieci, tzn. jej zachowania na wypadek awarii. Zapewnienie odpowiedniego poziomu resilience danej sieci może być realizowane np. w oparciu o Self-Healing Grid, które w języku polskim określane jest jako System Restytucyjny SHG. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 10/19

11 NIEZAWODNOŚĆ SIECI Pilotażowy projekt SHG (Self Healing Grid) Realizowany przez Schneider Electric Energy Poland Sp. z o.o., dawniej Fabryka REFA w Świebodzicach, zdobył Złoty Medal na Międzynarodowych Targów Energetyki Expopower Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 11/19

12 UWAGI KOŃCOWE 1. Z publikacji IEC wynika, że IEC postrzega w smart grids jako narzędzie do realizacji Smart Energy, która ma sprostać obecnym szeroko znanym i cytowanym wyzwaniom, jakie stoją przed energetyką ze względu na duży wzrost zapotrzebowania na energię, duży wzrost wymagań dotyczących jakości energii, zużywanie się zasobów i przestarzałą infrastrukturę z jednej strony oraz z drugiej strony ze względu na ograniczenia na wytwarzanie, związane z ochroną środowiska i wymaganą redukcją CO2. W jednym ze swoich dokumentów IEC pisze, że z aktualnego stanu jasno wynika, że sprostanie aktualnej sytuacji wymaga prowadzenie intensywnych prac badawczych, analiz, prac projektowych i inwestycji, jednak przed tym należy uzyskać możliwie najszerszy światowy konsensus w zakresie co, gdzie, kiedy i dlaczego. I rolę międzynarodowej normalizacji widzi jako techniczną pomoc i kanał do wyrażenia zbiorowej wiedzy i doświadczenia, zbiorowej mądrości w danej dziedzinie. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 12/19

13 UWAGI KOŃCOWE Tworzenie możliwie szerokiej wiedzy o istniejących możliwościach i konsekwencjach określonych kierunków działań w elektroenergetyce jest obecnie znacznie ważniejsze niż w przeszłości i staje się coraz ważniejsze. W przeszłości rozwój systemu był właściwie całkowicie zdeterminowany przez istniejące możliwości techniczne. Względy polityczne czy inne, poza techniczne, nie miały praktycznie żadnego wpływu na możliwy kierunek rozwoju systemu, poza w pewnym stopniu na lokalizację elektrowni. Obecnie sytuacja zmienia się całkowicie. Aktualny stan możliwości technicznych zaczyna być już taki, że możliwe jest w zasadzie każde rozwiązanie i wybór należy do polityków i do społeczeństw. Można zakładać, że rozwój ten będzie szedł w dotychczasowym kierunku z wykorzystaniem możliwości modernizacji, polegającej między innymi na zwiększeniu inteligencji układów sterowania i zabezpieczeń, jakie daje rozwój techniki. Ale można również założyć zaistnienie warunków, które wymuszą inne rozwiązania. Obroną przed ewentualnymi złymi rozwiązaniami może być właściwie tylko duża świadomość konsekwencji wybranego rozwiązania. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 13/19

14 UWAGI KOŃCOWE 2. Jak napisano w Raporcie IET dla Parlamentu Brytyjskiego 4, a co dostrzegane jest chyba przez każdego, kto interesuje się techniczną stroną zmian zachodzących w sektorze elektroenergetyki, w obecnym podejściu do tych zmian, które jest swoistym miksem inicjatyw rynku, regulatora i rządu, brakuje kluczowego elementu: technicznej integracji systemu. Historycznie zagadnienie to było mniej ważne. System zmieniał się bardzo wolno i wiedza zdobyta w ciągu 100 lat rozwoju systemu zagwarantowana była w uregulowaniach i normach, które wszyscy znali i przestrzegali. Jednak obecnie jesteśmy w początkowej fazie okresu bardzo głębokich zmian. Nie jesteśmy jeszcze w stanie przewidzieć dokąd te zmiany prowadzą i przewidzieć wszystkie problemy, które się wyłonią. Przy braku podejścia uwzględniającego integrację systemu mogłoby wystąpić poważne ryzyko, że duże nakłady zostaną zmarnowane, lub utracimy resilience z powodu marnej integracji systemu. Powstanie silnie rosnące zapotrzebowanie na nową wiedzę techniczną i nowe umiejętności techniczne w sektorze elektroenergetyki i większe wymaganie odnośnie kompetencji technicznych firm zaangażowanych w sektorze. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 14/19

15 UWAGI KOŃCOWE 3. Biorę udział w pracach Grupy Zadaniowej nr 1 (GZ1) ds. Inteligentnego i Zrównoważonego Rozwoju Miast i Społeczności PKN, która powołana została do współpracy z Grupą Koordynacyjną CEN-CENELEC Smart and Sustainable Cities and Communities (SSCC-CG), jako grupa współpracująca w realizacji zadań SSCC- CG w odniesieniu do Polski. Współcześnie około 70% ludności Unii Europejskiej mieszka w miastach i jak się uważa liczba ta będzie rosła w czasie następnych dekad. Miasta są głównymi centrami aktywności ekonomicznej, społecznej i kulturalnej. W Europie wytwarzają około 80% produktu Unii Europejskiej i zużywają około 70% energii. Właściwe wykorzystanie szybko rozwijających się i coraz powszechniej wdrażanych technologii teleinformatycznych (ang. Information and Communication Technologies ICT) do infrastruktur miasta, takich jak sieci elektryczne, gazowe, zasilania w wodę, odprowadzania ścieków, transport, itp. umożliwia zwiększenie inteligencji tych infrastruktur. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 15/19

16 UWAGI KOŃCOWE Zwiększenie inteligencji infrastruktur miasta może zapewnić oszczędność energii oraz większą niezawodność, wygodę i bezpieczeństwo ich użytkowania oraz umożliwić oszczędniejsze zużywanie zasobów środowiska. Koncepcja inteligentnego miasta, ang. smart city, powstała w celu ułatwienia integracji i ukierunkowania rozwoju poszczególnych infrastruktur w interesie miasta. Grupa GZ1 PKN uczestniczyła w opublikowaniu w maju 2014 przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (ISO) w Genewie pierwszej normy międzynarodowej dotyczącej inteligentnych miast. W marcu 2015 Polski Komitet Normalizacyjny przyjął tę normę również jako Polską Normę PN-ISO 37120: w wersji angielskiej. Tytuł: Międzynarodowa norma ISO 37120:2014 Zrównoważony rozwój społeczny Wskaźniki usług miejskich i jakości życia (oryginalny tytuł w j angielskim: Sustainable development of communities -- Indicators for city services and quality of life) Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 16/19

17 UWAGI KOŃCOWE Jest to pierwszy tego typu dokument międzynarodowy, zawierający wskaźniki dotyczące inteligentnego i zrównoważonego rozwoju miast (ang. smart and sustainable city). Norma definiuje smart i sustainable za pomocą szeregu wskaźników podzielonych na kilkanaście obszarów tematycznych, takich jak: gospodarka, edukacja, energia, środowisko, finanse, zrządzanie kryzysowe, zdrowie, bezpieczeństwo, odpady stałe, telekomunikacja i innowacje, transport, gospodarka ściekowa, gospodarka wodna i kanalizacja. Do chwili opublikowania tej normy rozumienie co to znaczy zrównoważony rozwój i inteligentne miasto rozumiane było w sposób różny i określane było dosyć dowolnie przez różne osoby i środowiska. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 17/19

18 UWAGI KOŃCOWE Z nazwy Grupa SSCC-CG i tym samym Grupa GZ1 PKN zajmuje się rozwojem miast, ale ponieważ infrastruktura zasilania miast w energię elektryczną należy do najważniejszych infrastruktur miasta, tematyka tej infrastruktury, a więc efektywnego zasilania miast w energię elektryczną i sieci miejskich obecna jest praktycznie we wszystkich zagadnieniach którymi zajmuje się grupa. Obecnie Rozpoczęto wstępne prace nad opracowaniem międzynarodowej normy ISO/DTR 37152(E) Smart community infrastructures Common framework for development and operation. Norma ta ma sformułować podstawy do zintegrowania rożnych infrastruktur miasta, w racjonalny i efektywny sposób jako system systemów (ang. system of systems), w którym poszczególne infrastruktury byłyby systemami, czy podsystemami tego systemu. Dotyczy to takich infrastruktur, jak infrastruktura zasilania w energię, wodę, komunikacyjna, odprowadzania ścieków, telekomunikacyjna. Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 18/19

19 LITERATURA 1. Making European power networks more resilient, 2. Józef Paska, George J. Anders, Andrzej Kłos, Pojęcia bezpieczeństwa elektroenergetycznego i niezawodności systemu elektroenergetycznego w różnych horyzontach czasowych, Archiwum Energetyki, n1, Burek K., Rozproszony system restytucyjny Self_Healing oraz elementy automatyki w sieciach rozdzielczych SN, Biuletyn Branżowy PTPiREE, nr 12/2014 ( ). 4. Resilience of Electricite Infrastructure, IET evidence to the House of Lords Science and Technology Committee, 19 September 2014 ( 5. OSCE Expert Workshop Sharing Best Practices to Protect Electricity Networks from Natural Disasters, Vienna, Austria, 2 nd of July 2014 ( ) Z. Żurakowski, Aktualne kierunki zwiększania niezawodności sieci elektrycznych 19/19