STRATY ENERGII JAKO NIEODZOWNE POTRZEBY WŁASNE SIECI

Transkrypt

1 Straty energii jako nieodzowne potrzeby własne sieci 63 STRATY NRGII JAKO NIODZOWN POTRZBY WŁASN SICI prof. dr hab. inż. Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie mgr inż. Michał Rudziński / NION S.A. dr inż. Waldemar Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie 1. PRZYCZYNY STRAT STRATY RZCZYWIST, UZASADNION I OPTYMALN W każdym elemencie sieci elektroenergetycznej energia odbierana jest mniejsza od energii wprowadzonej. Straty sieciowe energii są różnicą między energią wprowadzoną do sieci a energią odebraną z tej sieci. Straty sieciowe najczęściej klasyfikuje się według źródeł ich powstawania. Wyróżniane są straty techniczne i straty handlowe. Straty techniczne energii są skutkiem zjawisk fizycznych towarzyszących przepływowi energii przez sieć lub napięciu w sieci. Ze względu na te zjawiska dzieli się je następująco: straty prądowe (obciążeniowe, podłużne) zależne od obciążenia (ciepło Joule a) straty napięciowe (jałowe, poprzeczne) zależne od napięcia (straty w dielektrykach, straty ulotu, straty w rdzeniach transformatorów). W sieci złożonej z elementów, w których te zjawiska występują, techniczne straty energii są nieuniknione. Ponieważ każdy element sieci ma rezystancję przepływ prądu wytwarza ciepło, które jest stratą części przesyłanej energii. W izolacji pozostającej pod napięciem również powstają straty. Straty na rezystancji i w izolacji prawidłowo dobranego i użytkowanego elementu sieci wynikają z fizyki zjawisk zachodzących przy przesyle energii. Nie są wynikiem niegospodarności. Wydaje się, że w odniesieniu do tych strat bardziej uzasadnionym określeniem byłoby potrzeby własne sieci lub ściślej energetyczne potrzeby własne sieci. W dalszym ciągu będzie jednak używane pojęcie straty techniczne; jest ono krótsze, powszechnie rozumiane i powszechnie stosowane. Straty handlowe są skutkiem tego, że zarówno energia wprowadzona, jak i odebrana są mierzone z pewnymi błędami. Są więc efektem zjawisk występujących przy handlu energią. Dzieli się je następująco: straty wynikające z błędów układów pomiarowych, głównie z wysokiego progu rozruchu liczników oraz klasy dokładności stosowanych liczników; może się zdarzyć, że straty wynikające z błędów układów pomiarowych są mniejsze od zera straty będące skutkiem systemu ewidencji sprzedanej energii, np. wynikające z przyjętego systemu rozliczeń opartego na prognozach zużycia energii przez drobnych odbiorców. Innymi przykładami strat ewidencyjnych są straty w przypadku zróżnicowanej częstości odczytów poszczególnych grup liczników i opóźnienia w odczytach liczników. Straty ewidencyjne przyjmują wartości dodatnie i ujemne, a w dłuższych okresach czasu ich wartość jest bliska zero energia niezmierzona pobrana z sieci (nielegalny pobór energii). Streszczenie Przedstawiono klasyfikacje strat sieciowych (różnicy bilansowej) wg źródeł ich powstawania. Wykazano, że różnica bilansowa nie stanowi wystarczającej informacji do określenia rzeczywistych strat technicznych występujących w sieci. Na skutek błędów pomiarowych i błędów wynikających z systemów ewidencji sprzedanej energii, różnica bilansowa przyjmuje w stosunku do strat rzeczywistych często wartości na przemian zawyżone i zaniżone, nawet ujemne. Przedstawiono trzy metody obliczania rzeczywistych strat na podstawie sprawozdawczości. Pokazano wpływ lokalnych źródeł energii, tranzytów energii, decyzji operatora sieci przesyłowej oraz zobowiązań umownych z niektórymi odbiorcami na wskaźnik strat.

2 64 odczytach liczników. Straty ewidencyjne przyjmują wartości dodatnie i ujemne, a w dłuższych okresach czasu ich wartość jest bliska zero Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie energia niezmierzona pobrana z sieci (nielegalny pobór energii). Michał Rudziński / NION S.A.; Waldemar L. Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Straty sieciowe bilansowe lub krótko różnica bilansowa lub straty bilansowe są różnicą między energią zmierzoną wprowadzoną do sieci a energią zmierzoną Straty odebraną sieciowe z tej bilansowe sieci. Różnica lub krótko bilansowa różnica bilansowa jest sumą lub strat straty technicznych bilansowe są i różnicą strat między energią zmierzoną handlowych. wprowadzoną do sieci a energią zmierzoną odebraną z tej sieci. Różnica bilansowa jest sumą strat technicznych Podział i strat handlowych. strat sieciowych według źródeł ich powstawania podano na rys. 1. Podział Określmy strat sieciowych dalsze pojęcia według związane źródeł ich ze stratami powstawania technicznymi: podano na rys. 1. Określmy straty rzeczywiste dalsze pojęcia są to związane straty rzeczywiście stratami technicznymi: występujące w danej sieci, straty straty rzeczywiste uzasadnione są to są straty to straty, rzeczywiście jakie wystąpiłyby występujące w w danej danej sieci sieci, przy optymalnym straty uzasadnione są to rozpływie straty, jakie mocy wystąpiłyby i poprawnej w eksploatacji danej sieci przy tej sieci, optymalnym rozpływie mocy i poprawnej straty eksploatacji optymalne tej są sieci, to straty, jakie wystąpią w sieci o strukturze tak dobranej do straty optymalne są to straty, obciążenia, jakie wystąpią że koszt w roczny sieci o (lub strukturze suma tak zdyskontowanych dobranej do obciążenia, że koszt roczny (lub suma zdyskontowanych kosztów w okresie kosztów amortyzacji) w okresie amortyzacji) tej sieci osiąga tej minimum. sieci osiąga minimum. straty bilansowe (różnica bilansowa) straty techniczne straty handlowe w wyniku: prądowe napięciowe Błędów układów pomiarowych systemów ewidencji sprzedaży nielegalnego poboru energii Rys. 1. Podział strat sieciowych według źródeł ich powstawania Rys. 1. Podział strat sieciowych według źródeł ich powstawania Pojęcie strat optymalnych zostanie wyjaśnione na przykładzie linii elektroenergetycznej. Wymaga to przypomnienia pojęcia Pojęcie kosztu strat rocznego. optymalnych zostanie wyjaśnione na przykładzie linii Koszt elektroenergetycznej. roczny jest miarą Wymaga wszystkich to nakładów przypomnienia związanych pojęcia z kosztu budową rocznego. i eksploatacją sieci lub elementu sieci, odniesioną do Koszt jednego roczny roku. jest miarą wszystkich nakładów związanych z budową i Rozważmy eksploatacją przypadek sieci lub projektowanej elementu sieci, linii odniesioną elektroenergetycznej do jednego roku. o określonym obciążeniu. Koszt roczny tej linii składa się Rozważmy z kosztu stałego przypadek (koszt projektowanej kapitału + koszt linii eksploatacji) elektroenergetycznej oraz kosztu o określonym zmiennego (kosztu strat mocy i energii). obciążeniu. Oba te składniki Koszt roczny zależą od tej przekroju linii składa linii. się Wzrost z kosztu przekroju stałego (koszt powoduje kapitału wzrost + kosztu stałego i obniżkę kosztu strat, eksploatacji) a więc kosztu oraz kosztu zmiennego. zmiennego Zależność (kosztu kosztu strat rocznego mocy i energii). i jego składników Oba te składniki od przekroju pokazano na rys. 2. zależą od przekroju linii. Wzrost przekroju powoduje wzrost kosztu stałego i obniżkę Przekrój, kosztu strat, przy którym a więc funkcja kosztu zmiennego. kosztu rocznego Zależność osiąga kosztu minimum rocznego K rmin, jest i jego przekrojem składników ekonomicznym linii s ek. Straty energii od przekroju przy tym pokazano przekroju na rys. są stratami 2. optymalnymi. Przekrój, przy którym funkcja kosztu rocznego osiąga minimum K rmin, jest przekrojem ekonomicznym linii s ek. Straty energii przy tym przekroju są stratami optymalnymi. 2 Rys. Rys. 2. Zależność 2. Zależność kosztu rocznego kosztu i rocznego jego składników i jego od składników przekroju linii. od przekroju linii. Koszt roczny w w otoczeniu s s ek jest ek jest funkcją funkcją płaską, płaską, w przypadku w przypadku odchylenia wartości przekroju od przekroju ekonomicznego wartości przekroju koszt od roczny przekroju linii stosunkowo ekonomicznego mało koszt się roczny zmienia. linii stosunkowo mało się W zmienia. praktyce dane do obliczenia kosztu rocznego i przekroju ekonomicznego są rozmyte. W czasie projektowania W linii, praktyce z góry dane nie do są obliczenia dokładnie kosztu znane rocznego wielkości, i przekroju od których ekonomicznego zależą koszty są roczne, np.: koszty budowy, rozmyte. W czasie projektowania linii, z góry nie są dokładnie znane wielkości, obciążenie, koszty energii. Linie na rys. 2 należałoby zastąpić pasmami odzwierciedlającymi zakresy możliwej których zależą koszty roczne, np.: koszty budowy, obciążenie, koszty energii. Linie zmienności tych danych. W rezultacie wykres z rys. 2 przybierze postać jak na rys. 3. na rys. 2 należałoby zastąpić pasmami odzwierciedlającymi zakresy możliwej zmienności tych danych. W rezultacie wykres z rys. 2 przybierze postać jak na rys. 3.

3 W praktyce dane do obliczenia kosztu rocznego i przekroju ekonomicznego są rozmyte. W czasie projektowania linii, z góry nie są dokładnie znane wielkości, od których zależą koszty roczne, np.: koszty budowy, Straty energii obciążenie, jako nieodzowne koszty energii. potrzeby Linie własne sieci na rys. 2 należałoby zastąpić pasmami odzwierciedlającymi zakresy możliwej zmienności tych danych. W rezultacie wykres z rys. 2 przybierze postać jak na rys kosztów przy założeniu, że nakłady inwestycyjne i straty mocy są określone z błędem ±5%. Na rys. 3 widać, że wartości przekroju ekonomicznego, a zatem również optymalnych strat, są rozmyte ich wartości mogą być obliczone z pewnym błędem. s Z analizy wykresu kosztu rocznego linii i jego składników wynikają następujące Rys. 3. Zależność kosztu rocznego i jego składników od przekroju linii w przypadku rozmytych danych o kosztach linią przerywaną zaznaczono wnioski: Rys. 3. Zależność zwiększenie kosztu rocznego przekroju i jego linii składników zwiększa od przekroju koszt stały linii w linii przypadku i zmniejsza jej koszt granice zmienności kosztów przy założeniu, że nakłady inwestycyjne i straty mocy są określone z błędem ±5%. rozmytych danych o kosztach linią przerywaną zaznaczono granice zmienności zmienny. Zatem, przy danej prognozie obciążenia obniżenie strat w projektowanej linii Na jest rys. możliwe, 3 widać, że ale wartości podwyższa przekroju nakłady ekonomicznego, na budowę a zatem linii. również Zmniejszenie optymalnych strat strat, poniżej są rozmyte ich strat wartości optymalnych mogą być obliczone jest możliwe, z pewnym ale błędem. wymaga zastosowania większego, droższego Z analizy wykresu kosztu rocznego linii i jego składników wynikają następujące wnioski: zwiększenie przekroju przekroju linii zwiększa i w rezultacie koszt stały podwyższa linii i zmniejsza koszty jej koszt pracy zmienny. sieci. Zatem, przy danej 3 prognozie obciążenia obniżenie strat Należy w projektowanej mieć na uwadze, linii jest możliwe, że dane ale podwyższa do obliczeń nakłady optymalnych na budowę linii. strat Zmniejszenie są niepewne strat poniżej strat (rozmyte). optymalnych Zatem jest możliwe, wyniki obliczeń ale wymaga ekonomicznego zastosowania większego, przekroju droższego linii i związanych przekroju i w z rezultacie tym podwyższa przekrojem koszty pracy optymalnych sieci. strat mogą być wytycznymi w działaniach mających na celu Należy mieć na uwadze, że dane do obliczeń optymalnych strat są niepewne (rozmyte). Zatem wyniki obniżkę strat, ale powinny być przyjmowane jako dane orientacyjne z pewną obliczeń ekonomicznego przekroju linii i związanych z tym przekrojem optymalnych strat mogą być wytycznymi w tolerancją. działaniach mających na celu obniżkę strat, ale powinny być przyjmowane jako dane orientacyjne z pewną tolerancją. Analogiczne wnioski można uzasadnić w odniesieniu do innych elementów sieci (np. Analogiczne transformatorów) wnioski można oraz do uzasadnić sieci złożonych w odniesieniu z tych do innych elementów. elementów sieci (np. transformatorów) oraz do Pojęcia sieci złożonych strat rzeczywistych, z elementów. uzasadnionych i optymalnych ilustruje następujący Pojęcia strat rzeczywistych, uzasadnionych i optymalnych ilustruje następujący przykład. przykład. Przykład 1 Linia Przykład dwustronnie 1 zasilana o równomiernym obciążeniu na całej długości i o stałym przekroju s jest rozcięta w Linia jednym dwustronnie z węzłów zasilania zasilana (rys. 4). o W równomiernym tym stanie pracy obciążeniu występują straty na rzeczywiste. całej długości i o stałym przekroju s jest rozcięta w jednym z węzłów zasilania (rys. 4). W tym stanie pracy występują straty rzeczywiste. P r P 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 5,0 l r 0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 Oznaczenia: l długość ciągu sieciowego l r odległość punktu rozcięcia od punktu zasilania P r straty mocy przy rozcięciu w punkcie r P 0,5 straty mocy przy rozcięciu w połowie magistrali l r l Rys. 4. Ciąg sieciowy równomiernie obciążony zależność strat mocy od miejsca rozcięcia sieci [3] Rys. 4. Ciąg sieciowy równomiernie obciążony zależność strat mocy od miejsca rozcięcia sieci [3]

4 66 Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Michał Rudziński / NION S.A.; Waldemar L. Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie W linii o stałym przekroju dwustronnie zasilanej, równomiernie obciążonej na całej długości, ale rozciętej, straty rzeczywiste zależą od lokalizacji punktu rozcięcia. Zależność tę pokazano na rys. 4. Gdyby nie było przeciwwskazań do zmiany punktu rozcięcia (np. wynikających z wymogu pewności zasilania), linię należałoby rozciąć w połowie długości. Wtedy wystąpiłyby najmniejsze straty. Byłyby to straty uzasadnione. Załóżmy, że sieć jest rozcięta na początku linii przy odbiorze o zwiększonych wymaganiach pewności zasilania, wyposażonym w automatykę SZR. W takim przypadku straty rzeczywiste będą cztery razy większe niż przy rozcięciu linii w połowie długości, ale będą to straty uzasadnione. Gdyby przekrój linii na etapie projektowania s ek był tak dobrany, aby koszty roczne (a nie straty!) były najmniejsze, to straty, które wystąpiłyby przy tak dobranym przekroju i przy rozcięciu linii w połowie jej długości, byłyby stratami optymalnymi. W zależności od tego czy istniejący przekrój linii s jest większy lub mniejszy od przekroju ekonomicznego s ek, porównanie strat uzasadnionych i optymalnych byłoby następujące: jeżeli s > s ek, to straty optymalne byłyby mniejsze od strat uzasadnionych jeżeli s < s ek, to straty optymalne byłyby większe od strat uzasadnionych. Podsumowanie Z powyższych rozważań wynika, że: Straty bilansowe (różnica bilansowa) nie stanowią wystarczającej informacji do określenia rzeczywistych strat technicznych występujących w sieci. Wielkość strat uzasadnionych w pojedynczym elemencie sieci może zależeć od różnych okoliczności. Straty rzeczywiste są większe lub równe stratom uzasadnionym, natomiast straty optymalne mogą być większe, równe lub mniejsze od strat rzeczywistych i/lub uzasadnionych. Minimalizacja strat (kosztów strat) nie może być dla operatora sieci celem nadrzędnym w stosunku do innych celów. Zasadniczym celem pracy sieci jest dostawa energii o określonych cechach jakościowych i przy najmniejszych kosztach. Koszty strat są jednym z wielu składników kosztów pracy sieci. 2. WSKAŹNIKI STRAT Na podstawie bezwzględnej, a więc liczonej np. w MWh, wielkości strat bilansowych można obliczyć sprawność sieci i straty względne procentowe. Wskaźnik procentowych strat względnych i w konsekwencji sprawność sieci są różnie definiowane. Dlatego, operując tymi wskaźnikami, należy przytoczyć ich definicje. Różnice wartości wskaźników strat mogą wynikać m.in. z różnych sposobów uwzględnienia w rachunku energii oddanej z sieci danej SD do sieci sąsiedniej SD. Poniżej zostaną przedstawione sposoby obliczenia współczynnika strat bilansowych wg Sprawozdania G NN/ /NN psd S osd pwe g pw Rys. 5. Bilans energii spółki dystrybucyjnej Rys. 5. Bilans energii spółki dystrybucyjnej Przyjmijmy Przyjmijmy oznaczenia: oznaczenia: wp całkowita wp całkowita energia wprowadzona energia wprowadzona do sieci SD; do od sieci całkowita SD; od energia oddana z sieci całkowita SD; NN/110 energia oddana wprowadzona z sieci do SD; sieci SD NN/110 poprzez energia transformatory wprowadzona NN/110 do kv; sieci 110/NN SD energia oddana z poprzez sieci SD poprzez transformatory transformatory NN/110 NN/110 kv; kv; 110/NN g energia wprowadzona oddana z sieci do sieci SD SD poprzez z elektrowni przyłączonych transformatory do sieci dystrybucyjnej NN/110 SD; kv; psd g energia energia pobrana wprowadzona z sieci sąsiednich do sieci SD; SD osd z energia elektrowni oddana do sieci sąsiednich przyłączonych SD; s energia do sieci dostarczona dystrybucyjnej odbiorcom SD; finalnym, psd w energia tym pobrana pobrana nielegalnie; z sieci sąsiednich pw potrzeby własne (energia SD; pobrana przez odbiory własne SD); pwe pompowanie wody w elektrowniach wodnych; Δ straty osd energia oddana do sieci sąsiednich SD; s energia dostarczona energii w sieci. odbiorcom finalnym, w tym pobrana nielegalnie; pw potrzeby własne (energia pobrana przez odbiory własne SD); pwe pompowanie wody w elektrowniach wodnych; straty energii w sieci.

5 D; osd osd energia energia oddana oddana do do sieci sieci sąsiednich sąsiednich SD; SD; s s energia energia dostarczona biorcom osd finalnym, energia finalnym, w oddana tym w tym pobrana do pobrana sieci nielegalnie; sąsiednich SD; s pw energia dostarczona pw potrzeby potrzeby własne własne (energia (energia rcom brana przez finalnym, przez odbiory odbiory w własne tym własne pobrana SD); SD); nielegalnie; pw pwe potrzeby własne (energia pwe pompowanie wody wody w elektrowniach w na przez odbiory własne SD); pwe pompowanie Straty wody energii w jako elektrowniach nieodzowne potrzeby własne sieci odnych; straty straty energii energii w sieci. w sieci. ych; straty energii w sieci. Zachodzą zależności: zależności: achodzą energia wprowadzona zależności: do sieci do sieci ergia wprowadzona Zachodzą do sieci zależności: energia wprowadzona do sieci wp = wp NN = / NN / 110 g+ + g psd + (1) psd (1) wp = NN / g + psd (1) (1) energia oddana oddana z sieci z sieci ergia oddana z sieci energia oddana z sieci od = od s= + s pw + + pw osd + + osd / NN (2) 110 / NN (2) od = s + pw + osd / NN (2) (2) aty straty bilansowe bilansowe (różnica (różnica bilansowa, bilansowa, wartość wartość bezwzględna) aty bilansowe (różnica straty bilansowe bilansowa, (różnica wartość bilansowa, bezwzględna) wartość bezwzględna) = wp = wp od od (3) (3) = wp od (3) (3) Procentowy wskaźnik wskaźnik strat strat bilansowych (różnicy (różnicy bilansowej) w Sprawozdaniu w Procentowy wskaźnik strat bilansowych (różnicy bilansowej) w Sprawozdaniu G-10.7 jest od maja rocentowy jest jest od maja od wskaźnik określony maja określony strat następująco: określony bilansowych następująco: (różnicy bilansowej) w Sprawozdaniu.7 jest od maja 1995 określony następująco: wp od % = wp % (4) od % = wp % (4) sprawozdawczości (Sprawozdania wpg.10.7) obowiązującej w energetyce do ia sprawozdawczości 1995 roku wskaźnik W sprawozdawczości (Sprawozdania strat bilansowych (Sprawozdania G.10.7) (różnicy obowiązującej G.10.7) bilansowej) obowiązującej w liczono energetyce w inaczej, energetyce do do kwietnia 1995 roku wskaźnik owicie: ia 1995 roku strat wskaźnik bilansowych strat (różnicy bilansowych bilansowej) (różnicy liczono bilansowej) inaczej, a mianowicie: liczono inaczej, owicie: wp od (5) % = wp % (5) od % = s + pwe + % (5) s + pwe + Oczywiste jest, że korzystając z różnych wzorów definicyjnych można otrzymać różne wyniki. Również rankingi jest, spółek że korzystając dystrybucyjnych z różnych uporządkowane wzorów według definicyjnych wskaźnika strat można liczonego według różnych wzorów mogą czywiste ać czywiste różne być wyniki. jest, różne. że Również Zostanie korzystając rankingi to zilustrowane z różnych spółek przykładem dystrybucyjnych wzorów podanym definicyjnych uporządkowane w dalszej można części artykułu. ać wskaźnika różne wyniki. strat Udział liczonego Również niektórych według rankingi składników różnych spółek energii wzorów dystrybucyjnych wprowadzonej mogą być uporządkowane różne. do sieci Zostanie wp i energii oddanej z sieci od ma wpływ na wartość wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej). Dotyczy to udziału energii g wprowadzonej do strowane wskaźnika przykładem strat liczonego podanym według w dalszej różnych części wzorów artykułu. mogą być różne. Zostanie sieci SD z elektrowni przyłączonych do sieci dystrybucyjnej SD w całkowitej energii wprowadzonej do sieci wp strowane ział niektórych przykładem składników podanym energii w dalszej wprowadzonej części artykułu. do sieci oraz udziału energii osd oddanej do sieci sąsiednich SD. wp i energii j ział z sieci niektórych od ma składników wpływ na energii wartość wprowadzonej wskaźnika strat do bilansowych sieci wp i (różnicy energii j wej). z sieci Dotyczy Tabl. od 1. ma to Przykład udziału wpływ zależności energii na wskaźnika wartość g strat wprowadzonej wskaźnika bilansowych od strat produkcji do sieci bilansowych elektrowni SD z lokalnej elektrowni (różnicy wej). zonych Dotyczy do Δ Kolejny sieci to dystrybucyjnej udziału energii g produkcja elektrowni SD g wprowadzonej lokalnej w całkowitej s sprzedaż energii do sieci energii odbiorcom wprowadzonej SD z elektrowni finalnym do % wskaźnik strat bilansowych (różnicy bilansowej) rok [GWh] [GWh] g / zonych do sieci dystrybucyjnej SD w całkowitej energii wprowadzonej do s wp oraz udziału energii osd oddanej do sieci sąsiednich SD. [%] wp oraz udziału 1 energii osd oddanej 890 do sieci sąsiednich SD ,96 0,21 bela 1. Przykład 2 zależności 752 wskaźnika strat bilansowych 4559 od produkcji 14,99 0,16 wni bela lokalnej 1. Przykład zależności wskaźnika strat bilansowych od produkcji ,68 0,21 wni lokalnej g produkcja ,04 0,22 y elektrowni s sprzedaż energii % wskaźnik strat g produkcja bilansowych ,00 0,33 y elektrowni s sprzedaż energii % wskaźnik (różnicy odbiorcom finalnym strat lokalnej bilansowych bilansowej) g / s (różnicy odbiorcom [GWh] finalnym lokalnej [GWh] bilansowej) [%] g / s [GWh] W odniesieniu [GWh] do elektrowni [%] 13,96 przyłączonych do sieci dystrybucyjnej 0,21 w dalszym ciągu będzie stosowane 890 krótsze określenie 4336 elektrownie lokalne. 13,96 Wpływ elektrowni lokalnych 0,21 na wielkość strat energii zależy od wielkości wprowadzonej przez nie mocy do sieci oraz od lokalizacji elektrowni w stosunku do innych źródeł zasilają ,99 0, ,99 0,16 cych tę sieć, 4805 np. od stacji NN/110 13,68 lub 110/SN. 0, Gdy moc elektrowni jest stosunkowo 13,68 13,04 mała i pokrywa zapotrzebowanie 0,21 0,22 bliskiego fragmentu sieci, energia z lokalnych elektrowni ma zwykle 13,04 12,00 krótszą drogę przepływu do odbiorów 0,22 0,33 niż energia dopływająca ze stacji NN 1544 jest więc oddawana 4642 z sieci przy mniejszych 12,00 stratach. Ilustracją 0,33 tego zjawiska są dane jednej ze spółek dystrybucyjnych do elektrowni zestawione przyłączonych w tab. 1. do sieci dystrybucyjnej w dalszym odniesieniu ędzie odniesieniu stosowane do elektrowni krótsze określenie przyłączonych elektrownie do sieci lokalne. dystrybucyjnej Wpływ w elektrowni dalszym ych ędzie na stosowane wielkość krótsze strat energii określenie zależy elektrownie od wielkości lokalne. wprowadzonej Wpływ elektrowni przez nie 67

6 68 Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Michał Rudziński / NION S.A.; Waldemar L. Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Natomiast, gdy elektrownia lokalna pokrywa również obciążenie dalekich odbiorców, np. gdy nadmiar energii wprowadzonej do sieci na danym napięciu jest transformowany na wyższe napięcie praca elektrowni lokalnej może zwiększyć straty energii. Jeśli elektrownia lokalna wprowadza do sieci 110 kv moce rzędu setek MW rozpływające się w sieciach 110 kv kilku SD, straty energii w niektórych SD zmaleją, a w innych wzrosną; przy czym: największy wzrost strat występuje w sieci tej SD, do której jest przyłączona elektrownia lokalna straty we wszystkich SD liczone łącznie mogą wzrosnąć lub zmaleć Tabele 2 i 3 dotyczą takich sytuacji. Tab. 2. Przykład zależności wskaźnika strat bilansowych w czterech SD oraz w sieci 110 kv krajowego systemu elektroenergetycznego (KS) od pracy elektrowni lokalnej (elektrociepłowni) o mocy 500 MW przyłączonej do sieci SD-1 Wariant Straty mocy w MW w sieci 110 kv czterech SD oraz sieci krajowego systemu elektroenergetycznego (KS), planowany szczyt zimowy 2015 SD-1 SD-2 SD-3 SD-4 Sieć KS Wyjściowy 17,8 13,3 11,5 27,9 Po uruchomieniu C o mocy 500 MW 31,1 12,5 10,5 22,5 fekt uruchomienia C +13,3 0,8 1,0 5,4 +6,3 Tab. 3. Przykład zależności wskaźnika strat bilansowych w pięciu SD oraz w sieci 110 kv KS od pracy dwóch elektrociepłowni o łącznej mocy 330 MW przyłączonej do sieci SD-2 Wariant Straty mocy w MW w sieci 110 kv pięciu SD oraz sieci krajowego systemu elektroenergetycznego (KS), planowany szczyt zimowy 2015 SD-1 SD-2 SD-3 SD-4 SD-5 Sieć KS Wyjściowy 17,8 13,3 11,5 27,9 10,8 Po uruchomieniu C o mocy 500 MW 16,1 14,9 10,6 26,4 11,9 fekt uruchomienia C -1,7 +1,6 0,9 1,5 +1,1 1,4 Większość tranzytu energii do sąsiednich SD występuje na napięciu 110 kv, co wiąże się ze znacznie mniejszymi stratami procentowymi niż przesył energii do odbiorców finalnych, zasilanych na niższych napięciach. W przypadku Przykład 2 występowania tranzytu energii (oddawania energii do sąsiednich SD) straty procentowe są mniejsze, a sprawność sieci większa. Wyjaśnia to następujący przykład obliczeniowy: NN/110 Przykład 2 Przykład NN/ NN/110 osd 39, A B 10 10,8 Obszar s SD Obszar s SD osd 39,2 A B 10 10,8 s Rys. 6. Bilans energii spółek dystrybucyjnych wpływ metodologii liczenia na wielkość wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej) Rys. 6. Bilans energii spółek dystrybucyjnych wpływ metodologii liczenia na wielkość wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej) Rys. 6. Bilans energii spółek dystrybucyjnych wpływ metodologii liczenia na Wskaźniki strat bilansowych (różnicy bilansowej) dla obu spółek Wskaźniki wielkość strat wskaźnika bilansowych strat (różnicy bilansowych bilansowej) (różnicy dla bilansowej) obu spółek dystrybucyjnych z bilansami energii jak na rysunku dystrybucyjnych 6 [wzór (4)] z wynoszą: bilansami energii jak na rysunku 6 [wzór (4)] wynoszą: spółka Wskaźniki dystrybucyjna strat A A bilansowych (różnicy bilansowej) dla obu spółek dystrybucyjnych z bilansami energii jak na rysunku 6 [wzór (4)] wynoszą: wp od 110 spółka % = dystrybucyjna % = A % = %0 9,9 110 wp NN/110 s wp od 110 spółka dystrybucyjna = % B = % 110 % = wp %0 9,9

7 spółka dystrybucyjna A wp wp od od % % = = % % = = % % = = %0 %0 9,9 9,9 Straty energii jako nieodzowne potrzeby własne sieci wp wp wp od % = % = % = %0 9,9 wp 110 spółka spółka dystrybucyjna B B spółka spółka dystrybucyjna dystrybucyjna B B , 2, % % = = % % = = %2 %2 0,7 0, , % = % = %2 0,7 150 Natomiast Natomiast Natomiast wskaźniki wskaźniki wskaźniki obliczone obliczone obliczone metodą metodą metodą obowiązującą obowiązującą do kwietnia do do kwietnia kwietnia 1995 roku [wzór roku roku (5)] [wzór [wzór wynoszą: (5)] (5)] Natomiast wynoszą: wynoszą: wskaźniki obliczone metodą obowiązującą do kwietnia 1995 roku [wzór (5)] spółka spółka wynoszą: dystrybucyjna A A A spółka dystrybucyjna A wp wp od od % % = = % % = = % % = = %0 %0 9,9 9,9 s + s + wp pwe pwe od % = % = % = %0 9,9 spółka dwoma dystrybucyjna metodami, s + pwe + B to wzajemne położenie + 10 spółek A i B w obu rankingach byłoby spółka dwoma spółka metodami, dystrybucyjna to B wzajemne B położenie spółek i obu rankingach byłoby różne. W rankingu sporządzonym wg obowiązującej obecnie metodologii liczenia różne. rankingu sporządzonym wg obowiązującej obecnie metodologii liczenia SD spółka spółka dystrybucyjna B miałaby mniejszy B wskaźnik strat (7,20%) od wskaźnika SD spółki A SD , 2, spółka % % = = miałaby % % mniejszy = = %7 %7 wskaźnik 5,9 5,9 strat (7,20%) od wskaźnika SD spółki (9,09%). dwoma W metodami, 150 rankingu to , 8, sporządzonym wzajemne położenie wg starszej spółek metodologii A i B w obu byłoby rankingach przeciwnie; byłoby (9,09%). rankingu 2, sporządzonym wg starszej metodologii byłoby przeciwnie; SD różne. % = % = %7 5,9 W przypadku W A miałaby W rankingu przypadku przypadku mniejszy sporządzonym SD + 10 oddającej 8, SD SD oddającej oddającej wskaźnik energię do energię energię strat wg obowiązującej sieci sąsiedniej do do (9,09%) sieci sieci spółki sąsiedniej sąsiedniej od wskaźnika obecnie metodologii wynik spółki obliczeń spółki SD wynik zależy wynik B (9,75%). liczenia SD miałaby mniejszy wskaźnik strat (9,09%) od wskaźnika SD (9,75%). obliczeń od obliczeń metody. Warto też Różnice SD spółka zauważyć, zależy że zależy sprawności B miałaby W gdyby przypadku od od układać metody. metody. sieci mniejszy SD dwa Warto Warto obliczone wskaźnik oddającej rankingi też też SD energię zauważyć, według zauważyć, dla Polski strat do wskaźników sieci że że tymi (7,20%) gdyby gdyby dwoma od wskaźnika sąsiedniej strat układać układać metodami SD bilansowych spółki dwa dwa wynik rankingi (różnicy rankingi wynoszą spółki A Różnice sprawności sieci obliczone dla Polski tymi dwoma metodami wynoszą obliczeń bilansowej) SD SD liczonych tymi 2,5 3,0%, (9,09%). według dwoma według metodami, a W to wzajemne położenie spółek A i B w obu rankingach byłoby różne. W rankingu sporządzonym zależy wg od wskaźników dla rankingu poszczególnych sporządzonym obowiązującej metody. Warto strat strat obecnie też bilansowych SD mogą wg starszej metodologii zauważyć, (różnicy (różnicy się zawierać metodologii 2,5 3,0%, dla poszczególnych SD mogą liczenia że się gdyby zawierać bilansowej) w znacznie byłoby SD spółka układać znacznie B miałaby dwa liczonych liczonych szerszych przeciwnie; rankingi szerszych tymi tymi granicach. SD A miałaby mniejszy wskaźnik strat (9,09%) od wskaźnika SD mniejszy B (9,75%). SD wskaźnik strat granicach. (7,20%) od według wskaźnika Różnice wskaźników sprawności SD spółki A (9,09%). sieci strat obliczone W bilansowych rankingu dla sporządzonym Polski (różnicy tymi bilansowej) wg dwoma starszej metodami metodologii liczonych wynoszą byłoby tymi przeciwnie; SD A miałaby Przykład 2,5 3,0%, mniejszy 3 a wskaźnik dla poszczególnych strat (9,09%) od SD wskaźnika mogą się SD zawierać B (9,75%). w Różnice znacznie sprawności szerszych sieci obliczone dla Polski Przykład tymi dwoma W granicach. tym przykładzie metodami zostanie wynoszą pokazany 2,5 3,0%, wpływ a dla tranzytu poszczególnych energii SD (przesyłu mogą się energii zawierać w znacznie szerszych granicach. tym przykładzie zostanie pokazany wpływ tranzytu energii (przesyłu energii do sąsiednich SD) na wskaźnik strat (różnicy bilansowej). Załóżmy, że trzy SD nie do sąsiednich SD) na wskaźnik strat (różnicy bilansowej). Załóżmy, że trzy SD nie 99 przekazują Przykład sobie 3 energii, a ich bilanse przedstawia rys. 7. przekazują sobie energii, ich bilanse przedstawia rys. 7. Przykład 3W tym przykładzie zostanie pokazany wpływ tranzytu energii (przesyłu energii 9 W do tym sąsiednich przykładzie zostanie pokazany wpływ tranzytu energii (przesyłu energii do sąsiednich SD) na wskaźnik strat przekazują (różnicy NN/110 bilansowej). sobie energii, Załóżmy, a ich NN/110 SD) na wskaźnik NN/110 strat (różnicy bilansowej). NN/110 Załóżmy, że trzy SD nie że NN/110 bilanse trzy SD przedstawia nie przekazują rys. NN/110 sobie 7. energii, a ich bilanse przedstawia rys NN/110 A A 9,5 9,5 S Obszar 90,5 S SD 90,5A 9,5 S B B 10 S 10 Obszar 90 S SD 90 B Rys. 7. Bilanse 90,5energii trzech spółek 90 dystrybucyjnych 89,5 wariant bez tranzytów energii Rys. 7. Bilanse energii trzech spółek dystrybucyjnych wariant bez tranzytów energii między sieciami spółek między sieciami spółek Rys. 7. Bilanse Wskaźniki energii trzech spółek strat dystrybucyjnych bilansowych wariant (różnicy bez tranzytów bilansowej) energii między obliczone sieciami spółekze wzoru (4) Wskaźniki strat bilansowych (różnicy bilansowej) obliczone ze wzoru (4) wynoszą: Rys. 7. Bilanse energii trzech spółek dystrybucyjnych wariant bez tranzytów energii wynoszą: Wskaźniki strat bilansowych (różnicy bilansowej) obliczone ze wzoru (4) wynoszą: spółka spółka między spółka dystrybucyjna sieciami spółek dystrybucyjna A A Wskaźniki strat bilansowych (różnicy bilansowej) obliczone ze wzoru (4) wynoszą: 90 5, % = 90 5, % = 5 % 0,9 spółka % = dystrybucyjna % A = 5 % 0,9 spółka spółka dystrybucyjna B 90 5, B spółka dystrybucyjna % = % = 5 % 0,9 90 = 90 % = 10 0 % 0, spółka = dystrybucyjna % = 10B 0 % 0, spółka dystrybucyjna C 10 NN/110 S 90 = % = 10 0 % 0, Obszar C SD C 10,5 S 10,5 Obszar 89,5 S SD 89,5C 10,5 NN/110 S

8 70 = , 5, % = 10 5 % 0, = % = 10 0, Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Kolejność Michał Rudziński spółek dystrybucyjnych / NION S.A.; Waldemar ustalona L. wg Szpyra tego / Akademia wskaźnika Górniczo-Hutnicza jest następująca: Kolejność spółek dystrybucyjnych ustalona wg tego wskaźnika jest następująca: w Krakowie 1) SD A 9,50% 1) SD = 9,50% 89 5, % = 10 5 % 0, 2) SD B 10,00% spółka 2) SD dystrybucyjna 10,00% C 3) SD C 10,50%. 3) SD 10,50%. Kolejność spółek dystrybucyjnych ustalona wg tego wskaźnika jest następująca: = 89 5, % = 10 5 % 0, 1) SD A 9,50% Kolejność 2) spółek Rozpatrzmy, SD B dystrybucyjnych 10,00% jak na rys. ustalona 8 między wg tego SD wskaźnika B i SD C jest następuje następująca: wymiana 20 jednostek 1) SD 3) Kolejność Rozpatrzmy, A 9,50% SD C 10,50%. spółek jak dystrybucyjnych na rys. między ustalona SD i SD wg tego następuje wskaźnika wymiana jest następująca: 20 jednostek energii bez zmiany strat. 2) SD 1) energii B SD 10,00% A bez zmiany 9,50% strat. 3) SD 2) C SD 10,50%. B NN/110 10,00% NN/110 NN/110 3) SD Rozpatrzmy, C NN/110 10,50%. NN/110 NN/110 jak na rys. 8 między SD B i SD C następuje wymiana 20 jednostek Rozpatrzmy, jak na rys. 8 między SD B i SD C następuje wymiana 20 jednostek energii bez zmiany strat. energii bez zmiany strat Rozpatrzmy, A NN/110 jak na rys. 8 między B NN/110 SD 20B i 20 SD C następuje C NN/110 wymiana 20 jednostek A B C energii bez zmiany strat. 9,5 9,5 10 S 10 10,5 S S 10,5 S S S 90, ,5 Obszar NN/110 90,5 SD Obszar NN/ SD Obszar NN/110 89,5 SD A B C Rys. 8. Bilanse energii trzech SD wariant z wymianą 20 jednostek energii między Rys. 9,5 8. Bilanse 10 S energii trzech SD 10,5 S wariant wymianą S 20 jednostek energii między SD B i C SD SD i SD 90, ,5 A B C Rys. 8. Bilanse energii trzech SD wariant z wymianą 20 jednostek energii między SD B i SD C 9,5 Wskaźnik strat bilansowych Wskaźnik 10 (różnicy bilansowej) S strat bilansowych 10,5 SD A nie zmieni się, natomiast S (różnicy bilansowej) S SD nie zmieni się, natomiast Wskaźnik wskaźniki wskaźniki Rys. strat 8. bilansowych 90,5 Bilanse SD B i SD i energii SD SD (różnicy C wyniosą: wyniosą: trzech bilansowej) 90 SD wariant SD A nie z zmieni wymianą 89,5 się, 20 natomiast jednostek wskaźniki energii SD między B i SD C wyniosą: spółka SD spółka B i SD dystrybucyjna C B B spółka dystrybucyjna B Rys. 8. Wskaźnik Bilanse energii strat bilansowych trzech SD (różnicy wariant bilansowej) z wymianą SD 20 A jednostek nie zmieni energii się, natomiast między SD wskaźniki B % = % = 8, 33% i % SD = C 120 SD B i SD C = wyniosą: 8, spółka spółka dystrybucyjna dystrybucyjna C B spółka Wskaźnik dystrybucyjna strat bilansowych C (różnicy bilansowej) SD A nie zmieni się, natomiast spółka dystrybucyjna wskaźniki SD 120 B 110 i SD C wyniosą: % = % = 8, 33% spółka dystrybucyjna , B , % = % = %7 5,8 % = 120 % = %7 5,8 120 Kolejność spółka spółek 120 dystrybucyjna dystrybucyjnych 110 C wg wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej) będzie następująca: 1) SD B 8,33% % = % = 8, 33% Kolejność 120 spółek dystrybucyjnych wg wskaźnika strat bilansowych (różnicy 2) SD C Kolejność 8,75% spółek dystrybucyjnych wg wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej) 120 będzie 109 5, następująca: 3) SD bilansowej) A 9,50%. % = będzie następująca: % = %7 5,8 1) spółka SD B dystrybucyjna 8,33% 120 C 1) SD 8,33% W 2) oddawaniu SD C 8,75% 2) SD 8,75% energii do sąsiednich spółek uczestniczy głównie sieć 110 kv. Straty związane z przekazywaniem 3) SD energii Kolejność 120 na 109 tym spółek 5, napięciu dystrybucyjnych są znacznie mniejsze wg wskaźnika od strat towarzyszących strat bilansowych przepływowi (różnicy A energii do odbiorców bilansowej) na niższych 120 napięciach. będzie następująca: Jeżeli w sieci danej SD wzrasta energia przenoszona do sieci sąsiednich SD, to % = 9,50%. 3) SD 9,50%. % = %7 5,8 w sieci danej 1) SD spółki B 8,33% muszą wzrosnąć wielkości energii wprowadzonych wp i oddanych od. W przypadku liczenia wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej) ze wzoru (4) znacznemu wzrostowi tranzytu, a tym samym 2) SD Kolejność C 8,75% spółek dystrybucyjnych wg wskaźnika strat bilansowych (różnicy wzrostowi bilansowej) mianownika (np. o kilkadziesiąt procent) towarzyszy mniejsze zwiększenie strat, a więc licznika (np. 3) SD A będzie 9,50%. następująca: o kilka procent). Zatem tranzyt energii do sąsiednich spółek obniża wskaźnik strat bilansowych (różnicy bilansowej). 1) Wskazują SD B na 8,33% 11 to obliczenia przykładu Wykresy 2) SD C pokazane 8,75% na rys. 9 przedstawiają przykład zależności wskaźnika strat bilansowych Δ% od energii oddanej 3) SD do A sąsiednich 9,50%. spółek dystrybucyjnych osd oraz zależność stosunku wskaźnika strat bilansowych do wskaźnika strat bilansowych bez eksportu energii od wielkości energii oddanej sąsiednim SD. Wykresy opracowano przy założeniach, że cała energia wprowadzana jest do sieci analizowanej 11 SD z sieci NN, energia dostarczona odbiorcom finalnym s = GWh, straty energii w sieci bez tranzytu wynoszą 10%, Δ = 500 GWh, straty energii wywołane tranzytem energii do sieci 110 kv sąsiedniej SD wynoszą 2,5% oddawanej energii. 11

9 eksportu energii od wielkości energii oddanej sąsiednim SD. Wykresy opracowano przy założeniach, że cała energia wprowadzana jest do sieci analizowanej SD z sieci NN, energia dostarczona odbiorcom finalnym s = GWh, straty energii w sieci bez tranzytu wynoszą Straty energii 10%, jako = nieodzowne 500 GWh, straty potrzeby własne sieci energii wywołane tranzytem energii do sieci 110 kv sąsiedniej SD wynoszą 2,5% oddawanej energii ,2 Wskaźnik strat bilansowych w [%] Wskaźnik strat bilansowych Stosunek wskaźnika strat bilansowych do wskaźnika strat bez eksportu nergia oddana do sąsiednich SD w [GWh] Rys. 9. Zależność wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej) Δ % od energii oddanej do sąsiedniej spółki dystrybucyjnej osd oraz zależność stosunku Rys. 9. wskaźnika Zależność Wpływ strat wskaźnika bilansowych konsolidacji strat do wskaźnika bilansowych przedsiębiorstw strat bilansowych (różnicy bez bilansowej) sieciowych eksportu energii na % od od wskaźnik wielkości energii energii strat oddanej sąsiednim SD oddanej Przykład do sąsiedniej 4 spółki dystrybucyjnej osd oraz zależność stosunku wskaźnika Wpływ strat bilansowych konsolidacji do wskaźnika przedsiębiorstw strat bilansowych sieciowych bez eksportu na wskaźnik energii od wielkości strat Załóżmy, Przykład że spółki 4 dystrybucyjne B i C, z bilansem energii jak w przykładzie 3, energii oddanej sąsiednim SD Przykład (rys. 8), 4połączyły Załóżmy, się że w spółki jedno dystrybucyjne przedsiębiorstwo. B i C, Bilans z bilansem energii energii po konsolidacji jak w przykładzie będzie 3, jak Załóżmy, na (rys. rys.10. 8), że połączyły spółki dystrybucyjne się w jedno B i przedsiębiorstwo. C, z bilansem energii Bilans jak w energii przykładzie po konsolidacji 3, (rys. 8), połączyły będzie się w jedno przedsiębiorstwo. jak na rys.10. Bilans energii po konsolidacji będzie jak na rys.10. 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Stosunek wskaźnika strat bilansowych do wskaźnika strat bez eksportu energii w [%] Wpływ konsolidacji przedsiębiorstw sieciowych na wskaźnik strat NN/ NN/ B+C B+C 20,5 S 20,5 179,5 S 179,5 12 Rys. Rys. 10. Bilans 10. energii Bilans skonsolidowanych energii skonsolidowanych spółek dystrybucyjnychspółek dystrybucyjnych Rys. 10. Bilans energii skonsolidowanych spółek dystrybucyjnych Wskaźniki strat bilansowych tych spółek przed połączeniem wynosiły dla SD B 8,33%, dla SD C 8,75%. Wskaźniki strat bilansowych tych spółek przed połączeniem wynosiły dla SD B Wskaźnik strat bilansowych po konsolidacji wyniesie: 8,33%, dla Wskaźniki SD C strat 8,75%. bilansowych Wskaźnik strat tych bilansowych spółek przed połączeniem konsolidacji wynosiły wyniesie: dla SD B 8,33%, dla SD C 8,75%. Wskaźnik strat bilansowych po konsolidacji wyniesie: , % = = 10 %2 5, , W tym przypadku % = zmiana własności, = 10 bez %2 żadnych 5, 200 zmian technicznych, w tym bez zmian w rozpływie energii, spowoduje W tym znaczny przypadku wzrost zmiana wskaźnika własności, strat. Tak bez może żadnych być w przypadkach zmian technicznych, konsolidacji w SD, tym między którymi są znaczne tranzyty energii. bez zmian W w tym rozpływie przypadku energii, zmiana spowoduje własności, znaczny bez żadnych wzrost zmian wskaźnika technicznych, strat. Tak w tym Podsumowanie może bez być zmian w przypadkach w rozpływie konsolidacji energii, spowoduje SD, między znaczny którymi wzrost są znaczne wskaźnika tranzyty strat. Tak energii. może być w przypadkach konsolidacji SD, między którymi są znaczne tranzyty Z energii. analizy wzorów (4) i (5) wynikają następujące wnioski: 1. Metodologia Podsumowanie liczenia wskaźnika strat bilansowych (różnicy bilansowej) ma znaczący wpływ na jego wartość Podsumowanie 2. Wymiana energii między sieciami sąsiednich SD (wzajemne świadczenia usług tranzytowych) zmniejsza Z analizy wzorów (4) i (5) wynikają następujące wnioski: wskaźnik strat bilansowych (różnicy bilansowej) nawet, gdy prowadzi do wzrostu strat bezwzględnych 3. Połączone 1. Metodologia Z analizy (skonsolidowane) wzorów liczenia (4) wskaźnika SD i (5) mogą wynikają mieć strat procentowy następujące bilansowych wskaźnik wnioski: (różnicy strat bilansowej) bilansowych wyższy ma od wskaźników znaczący strat 1. Metodologia poszczególnych wpływ na liczenia jego spółek wartość przed wskaźnika połączeniem strat bilansowych (przy niezmienionej (różnicy wartości bilansowej) strat bezwzględnych, ma liczonych 2. Wymiana np. znaczący w MWh). energii wpływ między na jego sieciami wartośćsąsiednich SD (wzajemne świadczenia usług 2. Wymiana tranzytowych) energii zmniejsza między sieciami wskaźnik sąsiednich strat SD bilansowych (wzajemne(różnicy świadczenia bilansowej) usług nawet, tranzytowych) gdy prowadzi zmniejsza do wzrostu wskaźnik strat bezwzględnych strat bilansowych (różnicy

10 72 Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Michał Rudziński / NION S.A.; Waldemar L. Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie 3. STRATY HANDLOW Jak podano w rozdziale 1, przyczyną strat handlowych są błędy układów pomiarowych, błędy wynikające z systemów ewidencji sprzedaży energii oraz nielegalny pobór energii. Błędy układów pomiarowych Przykład 5 Rozpatrzmy przypadek elementu sieci, np. linię z pomiarami energii na początku i na końcu. Załóżmy, że w pewnym okresie między odczytami liczników energia rzeczywiście oddana z linii wynosi kwh; rzeczywiste straty energii w linii wynoszą 0,5 kwh; oba liczniki, na początku i na końcu linii, są klasy 0,5; licznik na początku linii ma uchyb ujemny: jego wskazania są o 0, 4% niższe od rzeczywistego przepływu energii; licznik na końcu linii ma uchyb dodatni: jego wskazania są o 0,3% wyższe od rzeczywistej wielkości energii. Z tych założeń wynika, iż: energia rzeczywiście wpływająca do linii wynosi,5 kwh energia zmierzona jako wpływająca do linii wynosi, ,1 kwh energia zmierzona jako odebrana z linii wynosi + 0,3 =,3 kwh różnica między energiami zmierzonymi na początku i na końcu linii, a więc straty wynoszą,1,3 = 0,2 kwh. Z tego przykładu wynika wniosek, że straty bilansowe (różnica bilansowa) w istotny sposób mogą zależeć od błędów układów pomiarowych. Błąd różnicy bilansowej jest tym większy, im mniejsze są rzeczywiste straty sieci. W praktyce przedmiotem analizy strat są fragmenty sieci o znacznie większych stratach, rzędu kilku do kilkunastu procent. Jednak w skrajnych przypadkach wielkość strat bilansowych (różnicy bilansowej) na skutek błędów układów pomiarowych może być mniejsza od zera. Systemy ewidencji sprzedanej energii Przyczyną większych i częstszych błędów mogą być systemy ewidencji sprzedanej energii. Wielkość energii podawanej w sprawozdaniach jako sprzedawanej w poszczególnych miesiącach może być obarczona błędami. Dotyczy to szczególnie energii sprzedawanej z sieci nn. Błędy te są wynikiem przyjęcia np. następujących zasad odczytów liczników: 1. Liczniki energii wprowadzonej do sieci są odczytywane co miesiąc 2. Odbiorcy są podzieleni na dwie grupy, np. A i B 3. W pierwszej grupie odbiorców liczniki odczytuje się w miesiące nieparzyste, a więc w styczniu, marcu, maju..., natomiast w drugiej grupie liczniki odczytuje się w miesiące parzyste w lutym, kwietniu, czerwcu Odczytywanie liczników w każdej grupie trwa cały miesiąc. Zużycie energii odczytane w ciągu miesiąca jest przypisane na dzień 15 danego miesiąca i wykazywane jako zużycie energii w obu grupach w danym miesiącu. Tak więc, np. zużycie energii przez odbiorców grupy A, odczytane w okresie od 1 do 31 stycznia, jest przypisane na dzień 15 stycznia i wykazywane w sprawozdawczości jako zużycie energii przez odbiorców grup A i B w styczniu. Skutkiem tego zjawiska, określanego jako przesunięcie inkasa energii, mogą być znaczne różnice między ilościami energii wykazanej w sprawozdawczości jako dostarczona odbiorcom a ilością energii rzeczywiście dostarczonej odbiorcom w poszczególnych miesiącach. W konsekwencji wyznaczone straty bilansowe (różnica bilansowa) zostają obarczone wpływem przyjętego systemu rozliczeń, opartego na prognozie zużycia energii przez drobnych odbiorców. Wielkość strat bilansowych (różnicy bilansowej) przyjmuje w stosunku do strat rzeczywistych na przemian wartości zawyżone i zaniżone ( falowanie strat ). Przykład 6 Rozważmy prosty przypadek, w którym: energię wprowadzoną do sieci odczytuje się co miesiąc odbiorcy są podzieleni na dwie grupy A i B z odczytami co dwa miesiące. Liczniki odczytuje się w miesiącach nieparzystych u odbiorców grupy A, natomiast w miesiącach parzystych u odbiorców grupy B zużycia energii przez obie grupy znacznie się różnią, co może być skutkiem losowego podziału ogółu odbiorców na te grupy.

11 Straty energii jako nieodzowne potrzeby własne sieci 73 Załóżmy, że pobór energii i energia wprowadzona do sieci w poszczególnych miesiącach przez ogół odbiorców są stałe i wynoszą odpowiednio MWh i 110 MWh; rzeczywiste straty w poszczególnych miesiącach są więc również stałe i wynoszą: 110 = 10 MWh. Zużycie energii mierzone w okresach dwumiesięcznych wynosi: dla odbiorców grupy A 105 MWh, a dla odbiorców grupy B 95 MWh. zużycia Straty energii bilansowe przez (różnica drobnych bilansowa), odbiorców. obliczone Niektóre jako różnica systemy energii obsługi wprowadzonej odbiorców do sieci i energii sprzedanej, uwzględniają wyniosą zmienność więc w miesiącach miesięcznego nieparzystych poboru 110 energii 105 = w 5 ciągu MWh, roku. natomiast Podstawę w miesiącach do parzystych 110 obliczenia 95 = 15 MWh. prognozowanego Taka zmienność zużycia strat utrudni energii lub dla wręcz każdego uniemożliwi odbiorcy ich może rzetelną na analizę. przykład stanowić średnie dobowe zużycie odnotowane u tego odbiorcy w okresie ostatniego Przyczyną błędów dotyczących wielkości energii dostarczonej odbiorcom, wykazanej w sprawozdaniach, roku, w tych samych miesiącach, na które oblicza się prognozę zużycia w roku może być system rozliczeń oparty na prognozie zużycia energii przez drobnych odbiorców. Niektóre systemy obsługi następnym. odbiorców Taka uwzględniają prognoza zmienność również miesięcznego może być poboru nietrafna, energii w ciągu np. prognoza roku. Podstawę na do obliczenia prognozowanego nadchodzącą zużycia mroźną energii zimę dla wykonana każdego na odbiorcy podstawie może zużycia na przykład podczas stanowić ubiegłej średnie ciepłej dobowe zużycie odnotowane zimy itp. u tego odbiorcy w okresie ostatniego roku, w tych samych miesiącach, na które oblicza się prognozę zużycia w Im roku mniejsza następnym. jest Taka sieć, prognoza dla której również wykonuje może być się nietrafna, bilans np. strat, prognoza tym na większa nadchodzącą mroźną zimę możliwość wykonana na wystąpienia podstawie zużycia tych podczas zjawisk. ubiegłej Zdarza ciepłej się, zimy że straty itp. bilansowe (różnica bilansowa) Im mniejsza mogą jest sieć, być dla ujemne. której wykonuje Utrudnia się to bilans wnioskowanie strat, tym większa o przyczynach możliwość strat wystąpienia i tych zjawisk. zapobieganiu Zdarza się, że im. straty Wynikła bilansowe stąd (różnica potrzeba bilansowa) opracowania mogą być metod ujemne. obliczeniowych Utrudnia to wnioskowanie dla o przyczynach zbliżenia strat i zużycia zapobieganiu energii im. na Wynikła podstawie stąd sprawozdawczości potrzeba opracowania do metod danych obliczeniowych rzeczywistych. dla zbliżenia zużycia energii na podstawie sprawozdawczości do danych rzeczywistych. Na rysunku 11 przedstawiono miesięczne różnice bilansowe w jednej ze spółek Na rysunku 11 przedstawiono miesięczne różnice bilansowe w jednej ze spółek dystrybucyjnych w latach dystrybucyjnych w sieci 110 w kv, latach łącznie w sieci SN w i nn, sieci a także 110 sumaryczną kv, łącznie różnicę w sieci bilansową SN i nn, w całej a sieci dystrybucyjnej także SD. sumaryczną różnicę bilansową w całej sieci dystrybucyjnej SD. Na Na wykresie wykresie tym tym można można zauważyć zauważyć cykliczność cykliczność przebiegu przebiegu różnicy bilansowej, różnicy wynikającą bilansowej, z pór roku, oraz zniekształcenie wynikającą różnicy z pór bilansowej roku, oraz w zniekształcenie sieci SN i nn spowodowane różnicy bilansowej dużym wpływem w sieci strat SN ewidencyjnych. i nn Aby analizować spowodowane różnicę bilansową, dużym wpływem celowe jest strat dokonanie ewidencyjnych. jej w połączeniu Aby z analizą analizować wielkości różnicę energii elektrycznej wprowadzonej bilansową, do celowe sieci i z jest niej oddanej dokonanie oraz jej sprzedaży. w połączeniu z analizą wielkości energii elektrycznej wprowadzonej do sieci i z niej oddanej oraz sprzedaży. 200 Straty i różnica bilansowa w [GWh] Styczeń 93 Styczeń 94 Styczeń 95 Styczeń 96 Styczeń 97 Styczeń 98 Styczeń 99 Styczeń 00 Styczeń 01 Styczeń 02 Styczeń 03 Styczeń 04 Styczeń 05 Styczeń 06 Styczeń 07 Straty i różnica bilansowa w sieci 110 kv Straty i różnica bilansowa w sieci SN i nn Straty i różnica bilansowa razem Rys. 11. Różnica bilansowa w jednej z SD w latach Rys. 11. Różnica bilansowa w jednej z SD w latach Natomiast rys. 12 został opracowany na podstawie danych z rys. 11 i przedstawia wykresy skonstruowane w układzie ciągnionym, tzn. każdy punkt na wykresie jest sumą energii elektrycznej z poprzednich 12 miesięcy stanowiącej odpowiednio różnicę bilansową lub energię elektryczną wprowadzoną do sieci lub energię elektryczną oddaną z sieci lub sprzedaż. Pojęcie wykresów ciągnionych zostanie dokładniej omówione poniżej.

12 74 wykresy skonstruowane w układzie ciągnionym, tzn. każdy punkt na wykresie jest sumą energii elektrycznej z poprzednich 12 miesięcy stanowiącej odpowiednio różnicę Jerzy bilansową Kulczycki lub / Akademia energię Górniczo-Hutnicza elektryczną wprowadzoną w Krakowie do sieci lub energię elektryczną Michał oddaną Rudziński z sieci / NION lub S.A.; sprzedaż. Waldemar Pojęcie L. Szpyra wykresów / Akademia ciągnionych Górniczo-Hutnicza zostanie w Krakowie dokładniej omówione poniżej. Straty i różnica bilansowa ciągnione w [GWh] Grudzień 93 Czerwiec 94 Grudzień 94 Czerwiec 95 Grudzień 95 Czerwiec 96 Grudzień 96 Czerwiec 97 Grudzień 97 Czerwiec 98 Grudzień 98 Czerwiec 99 Straty i różnica bilansowa w sieci 110 kv Straty i różnica bilansowa w sieci SN i nn Straty i różnica bilansowa razem Grudzień 99 Czerwiec 00 Grudzień 00 Czerwiec 01 Grudzień 01 Czerwiec 02 Grudzień 02 Czerwiec 03 Grudzień 03 Czerwiec 04 Grudzień 04 Czerwiec 05 Grudzień 05 Czerwiec 06 Grudzień 06 Czerwiec 07 Grudzień 07 Rys. 12. Straty i różnica bilansowa ciągniona w okresie 12 miesięcy w latach Rys. 12. Straty i różnica bilansowa ciągniona w okresie 12 miesięcy w latach Metody obliczania rzeczywistego zużycia energii na podstawie danych ze 4. MTODY OBLICZANIA RZCZYWISTGO ZUŻYCIA NRGII NA PODSTAWI DANYCH sprawozdawczości Z SPRAWOZDAWCZOŚCI Poniżej Poniżej zostaną zostaną przedstawione przedstawione trzy sposoby trzy obliczania sposoby rzeczywistego obliczania rzeczywistego zużycia energii zużycia na podstawie sprawozdawczości. energii na Koncepcję podstawie pierwszych sprawozdawczości. dwóch podał J. Sumera Koncepcję (Z Tarnów pierwszych SA). Zostały dwóch one podał dopracowane J. w publikacjach Sumera [1] i (Z [6]. Trzeci Tarnów sposób SA). jest Zostały stosowany one dopracowane w jednej z SD. w publikacjach [1] i [6]. Trzeci sposób jest stosowany w jednej z SD. Metoda idealizacji Metoda opiera się na spostrzeżeniu, że maksimum zużycia energii przypada na miesiące zimowe, minimum metodą na miesiące Metoda najmniejszych letnie, idealizacji a przebieg kwadratów zużycia w poszczególnych [6]. Po zweryfikowanych miesiącach przypomina cosinusoidę. Zasadniczy- sinusoidalną liczeniami mi uproszczeniach przyczynami Metoda takiego otrzymano opiera przebiegu się wzór na zmienności spostrzeżeniu, na idealizowane zużycia że energii maksimum zużycie są zmienna energii zużycia długość id w energii dnia przypada i zmienność na temperatury szczególnych w ciągu miesiącach miesiące roku. Na zimowe, tej roku: podstawie minimum zakłada na się, miesiące że zużycie letnie, energii a przebieg w poszczególnych zużycia w miesiącach poszczególnych roku jest cosinusoidą przebieg miesiącach idealizowany. przypomina Przebieg cosinusoidę. zużycia energii Zasadniczymi w poszczególnych przyczynami miesiącach, takiego podany przebiegu w sprawozdawczości, aproksymowano zmienności zużycia funkcją energii cosinusoidalną 1 są zmienna metodą długość najmniejszych dnia i zmienność kwadratów temperatury [6]. Po zweryfikowanych w ciągu obliczeniami uproszczeniach otrzymano id = śr + wzór max na cosx idealizowane zużycie energii id w (6) poszczególnych miesiącach roku: roku. Na tej podstawie zakłada 6 się, że zużycie energii w poszczególnych miesiącach roku jest cosinusoidą przebieg idealizowany. Przebieg zużycia energii w zy czym: id poszczególnych zużycie energii miesiącach, po przeprowadzeniu podany w sprawozdawczości, idealizacji, śr wartość (6) aproksymowano funkcją ednia z 12 miesięcy zużycia energii w rozpatrywanym roku, max wartość średnia życia energii w miesiącach: styczeń, luty, listopad i grudzień rozpatrywanego roku. przy czym: id zużycie energii po przeprowadzeniu idealizacji, śr wartość średnia z 12 miesięcy zużycia energii w rozpatrywanym roku, max wartość średnia zużycia energii w miesiącach: styczeń, luty, listopad Metoda i oczyszczania grudzień rozpatrywanego danych statystycznych roku. Rys. 13 przedstawia zależność między energią zużytą w okresie obrachunkowym 17 zużyciem Metoda energii oczyszczania odczytanym danych w miesiącu. statystycznych Zależność ta jest spełniona przy łożeniach, że: Rys. 13 przedstawia zależność między energią zużytą w okresie obrachunkowym a zużyciem energii odczytanym grupy w odbiorców, miesiącu. Zależność u których ta jest spełniona okres między przy założeniach, odczytami że: (okres są dwie rachunkowy) wynosi są dwie grupy 2 miesiące, odbiorców, a odczyty u których u okres odbiorców między danej odczytami grupy (okres trwają obrachunkowy) wynosi 2 miesiące, iesiąc (okres odczytów) a odczyty u odbiorców danej grupy trwają miesiąc (okres odczytów) odczyty jednej odczyty grupy jednej w danym grupy miesiącu w danym miesiącu są zaliczane są zaliczane jako jako zużycie zużycie obu obu grup grup odbiorców i przypisane do 15 dnia miesiąca odczytów. Tak więc energia odczytana w ciągu całego miesiąca jest traktowana jako energia biorców i przypisane do 15 dnia miesiąca odczytów. Tak więc energia odczytana w odczytana w 15 dniu danego miesiąca. ągu całego miesiąca jest traktowana jako energia odczytana w 15 dniu danego iesiąca.

13 odczyty jednej grupy w danym miesiącu są zaliczane jako zużycie obu grup odbiorców i przypisane do 15 dnia miesiąca odczytów. Tak więc energia odczytana w ciągu całego miesiąca jest traktowana jako energia odczytana w 15 dniu danego miesiąca. Straty energii jako nieodzowne potrzeby własne sieci 75 nergia odczyty okres obrachunkowy Czas Rys. 13. nergie zużyta i odczytana (sprzedana) w okresie obrachunkowym [1] Rys. 13. nergie zużyta Rys. i odczytana 13 pokazuje, (sprzedana) że w energia okresie obrachunkowym sprzedana nie [1] jest energią faktycznie pobraną przez dwie grupy odbiorców w miesiącu odczytów, ale energią pobraną przez jedną z grup Rys. 13 w pokazuje, okresie obrachunkowym że energia sprzedana (dwóch nie miesięcy). jest energią Obliczanie faktycznie rzeczywistego pobraną przez poboru dwie grupy odbiorców w miesiącu odczytów, energii określono ale energią tu pobraną roboczo przez jako jedną oczyszczanie z grup w okresie statystyk obrachunkowym zużycia energii (dwóch miesięcy). Obliczanie rzeczywistego poboru ( nenergii ) ( nokreślono )1 ( n tu )2 elektrycznej. ( n) roboczo jako oczyszczanie statystyk zużycia energii elektrycznej. = s + s + s ocz (7) W [1] i [6] podano 4 wzór wyprowadzony 2 4 przy podanych wyżej założeniach: W [1] i [6] podano wzór wyprowadzony przy podanych wyżej założeniach: gdzie: (n) ocz zużycie energii w n-tym miesiącu po oczyszczeniu danych ( n) ( n )1 ( )2 (7) statystycznych, ; n ; s s s energia sprzedana w miesiącach n-tym, n-1, 18 oraz n-2. (n) ( n) ( n-1) ( n-2) gdzie: ocz zużycie energii w n-tym miesiącu po oczyszczeniu danych statystycznych, s ; s ; s Metoda energia wykresów sprzedana ciągnionych w miesiącach n-tym, n-1, oraz n-2. Korzysta się ze spostrzeżenia, że straty ewidencyjne falują i w dłuższych okresach Metoda czasu ich wykresów wartość ciągnionych jest bliska zeru. Analizy różnicy bilansowej dokonuje się na podstawie Korzysta zsumowanych się ze spostrzeżenia, danych miesięcznych. że straty ewidencyjne Okresem falują sumowania i w dłuższych jest zawsze okresach czasu ich wartość jest wielokrotność bliska zeru. poprzednich Analizy różnicy 12 miesięcy. bilansowej Przyjęcie dokonuje się wielokrotności na podstawie zsumowanych 12 miesięcy danych jest miesięcznych. Okresem sumowania jest zawsze wielokrotność poprzednich 12 miesięcy. Przyjęcie wielokrotności 12 miesięcy jest celowe z uwagi na to, że obejmuje pełny roczny cykl pogodowy, eliminuje straty ewidencyjne oraz ogranicza wpływ celowe z uwagi na to, że obejmuje pełny roczny cykl pogodowy, eliminuje straty ewidencyjne niedoskonałości oraz ogranicza systemu wpływ rozliczeń niedoskonałości odbiorców energii systemu o niskim rozliczeń napięciu. Przykładem odbiorców wykresów ciągnionych jest energii o rys. niskim 12. napięciu. Przykładem wykresów ciągnionych jest rys. 12. Przykład zastosowania metod oczyszczania i idealizacji Przykład Na zastosowania rys. 14 zestawiono metod dane oczyszczania o zużyciu energii i idealizacji wg sprawozdań i zużyciu energii obliczonym metodą oczyszczania. rys. 14 Rysunek zestawiono dotyczy dane fragmentu o zużyciu sieci energii o miesięcznej wg sprawozdań dostawie i energii zużyciu do energii odbiorców GWh i podaje Na obliczonym ilości metodą energii sprzedanej oczyszczania. i oczyszczonej Rysunek w dotyczy dwuletnim fragmentu okresie. sieci o miesięcznej dostawie energii do Natomiast odbiorców na rys zestawiono 37 GWh ilości i podaje energii oczyszczonej ilości energii i idealizowanej, sprzedanej i oczyszczonej w dostarczonej dwuletnim do okresie. odbiorców w jednym roku w sieci o miesięcznej sprzedaży 6 12GWh. Ilość energii w [GWh] Miesiąc Rys. 14. nergia Rys. zużyta 15. rzeczywista, nergia zużyta obliczona rzeczywista metodą oczyszczania obliczona i odczytana metodą wg oczyszczania sprawozdawczości i metodą dostawy energii do odbiorcy [1] idealizacji oraz wg odczytów (wg sprawozdawczości sprzedaży); sieć o dostawie energii do odbiorców 6 12 GWh/mies. [6] Styczeń Luty Marzec Kwiecień Ilość energii w [GWh] Maj 14 nergia sprzedana 12 nergia idealizowana" nergia oczyszczona" nergia zużyta wg sprawozdawczości 0 nergia zużyta oczyszczona" Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Czerwiec Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec Październik Lipiec Listopad Grudzień Sierpień Wrzesień Październik listopad Grudzień miesiąc

14 76 Rys. 15. nergia zużyta rzeczywista obliczona metodą oczyszczania i metodą idealizacji oraz wg odczytów (wg sprawozdawczości sprzedaży); sieć o dostawie energii do odbiorców 6 12 GWh/mies. [6] Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Michał Rudziński / NION S.A.; Waldemar L. Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Przedstawione metody pozwalają na podstawie sprawozdawczości, dotyczącej energii Natomiast dostarczonej na rys. 15 zestawiono do odbiorców, ilości energii obliczyć oczyszczonej ilości energii i idealizowanej, rzeczywiście dostarczonej przekazanej do odbiorców w jednym roku w sieci o miesięcznej sprzedaży 6 12GWh. odbiorcom, usunąć naprzemienne zawyżanie i zaniżanie strat w kolejnych miesiącach, tzw. falowanie strat. Rys. 16 przedstawia wyniki obliczeń strat energii w ciągu roku w jednym z zakładów energetycznych. Poszczególne krzywe reprezentują wyniki obliczeń wykonanych: a) na podstawie bilansu energii wprowadzonej i sprzedanej z sieci b) metodą J. Horaka [2] na podstawie energii sprzedanej z sieci c) na podstawie bilansu energii wprowadzonej i oddanej, przy czym energię oddaną obliczono z energii sprzedanej z zastosowaniem metody idealizacji d) metodą J. Horaka na podstawie energii oddanej, przy czym energię oddaną Straty energii (różnica bilansowa) w [MWh] 50 obliczono z energii sprzedanej z zastosowaniem a) metody idealizacji miesiąc Rys. 15. nergia 20 zużyta rzeczywista obliczona metodą oczyszczania i metodą idealizacji oraz wg odczytów (wg sprawozdawczości sprzedaży); sieć o dostawie energii do odbiorców 6 12 GWh/mies. [6] Przedstawione metody pozwalają na podstawie sprawozdawczości, dotyczącej energii dostarczonej do odbiorców, 5obliczyć ilości energii rzeczywiście przekazanej odbiorcom, usunąć naprzemienne zawyżanie i zaniżanie strat w 0 kolejnych miesiącach, tzw. falowanie strat. Rys. 16 przedstawia wyniki obliczeń strat energii w ciągu roku w jednym z zakładów energetycznych. Poszczególne krzywe reprezentują wyniki obliczeń wykonanych: a) na podstawie bilansu energii wprowadzonej i sprzedanej z sieci 20 b) metodą J. Horaka [2] na podstawie energii sprzedanej z sieci c) na podstawie bilansu energii wprowadzonej Miesiąc i oddanej, przy czym energię oddaną obliczono z energii Rys. sprzedanej 16. Miesięczne z zastosowaniem straty metody energii idealizacji Z (oznaczenia w tekście) d) metodą J. Horaka na podstawie energii oddanej, przy czym energię oddaną obliczono z energii sprzedanej z zastosowaniem metody idealizacji. Styczeń Luty Marzec Kwiecień Maj Czerwiec b) c) d) Lipiec Sierpień Wrzesień Październik Listopad Grudzień Podsumowanie Błędy układów pomiarowych, błędy wynikające z systemów ewidencji sprzedanej energii oraz nielegalny pobór energii są powodem strat handlowych. Wielkość strat bilansowych (różnica bilansowa) przyjmuje w stosunku do strat rzeczywistych często wartości na przemian zawyżone i zaniżone ( falowanie strat ). Przyczyną tego zjawiska są straty handlowe, a szczególnie błędy wynikające z systemów ewidencji sprzedanej energii. W skrajnych przypadkach różnica bilansowa może być ujemna. Przedstawiono trzy metody obliczania rzeczywistego zużycia energii i rzeczywistych strat na podstawie danych ze sprawozdawczości: metodę idealizacji metodę oczyszczania danych statystycznych metodę wykresów ciągnionych. Rys. 16. Miesięczne straty energii Z (oznaczenia w tekście) miesiąc Metody pozwalają na podstawie sprawozdawczości o energii dostarczonej do odbiorców obliczyć ilość energii rzeczywiście przekazanej odbiorcom oraz usunąć efekt falowania strat.

15 Straty energii jako nieodzowne potrzeby własne sieci 77 Podsumowanie Błędy układów pomiarowych, błędy wynikające z systemów ewidencji sprzedanej energii oraz nielegalny pobór energii są powodem strat handlowych. Wielkość strat bilansowych (różnica bilansowa) przyjmuje w stosunku do strat rzeczywistych często wartości na przemian zawyżone i zaniżone ( falowanie strat ). Przyczyną tego zjawiska są straty handlowe, a szczególnie błędy wynikające z systemów ewidencji sprzedanej energii. W skrajnych przypadkach różnica bilansowa może być ujemna. Przedstawiono trzy metody obliczania rzeczywistego zużycia energii i rzeczywistych strat na podstawie danych ze sprawozdawczości: metodę idealizacji metodę oczyszczania danych statystycznych metodę wykresów ciągnionych. Metody pozwalają na podstawie sprawozdawczości o energii dostarczonej do odbiorców obliczyć ilość energii rzeczywiście przekazanej odbiorcom oraz usunąć efekt falowania strat. Z dotychczasowych zastosowań przedstawionych metod wynikają następujące wnioski: 1. Mogą istnieć znaczne różnice między energią dostarczoną do odbiorców i zaliczoną w sprawozdawczości a ilością energii obliczoną tymi metodami 2. Metoda wykresów ciągnionych i metoda idealizacji są mniej pracochłonne od metody oczyszczania i pozwalają obliczyć: metoda wykresów ciągnionych rzeczywiste straty roczne metoda idealizacji przebieg rzeczywistego zużycia 3. Metoda oczyszczania wymaga (w stosunku do pozostałych dwóch metod) dłuższych obliczeń opartych na znajomości przyczyn zaburzeń odczytów liczników 4. W metodzie wykresów ciągnionych nie czyni się żadnych założeń odnośnie przebiegu zużycia energii. W metodzie idealizacji zakłada się cosinusoidalny przebieg miesięcznych ilości energii, natomiast w metodzie oczyszczania zakłada się, że dzienne zużycie energii jest w danym miesiącu stałe. Z analizy tych założeń wynika, że metoda oczyszczania jest metodą najdokładniejszą 5. Porównując przebiegi zużycia energii wg sprawozdawczości i energii oczyszczonej można zauważyć, że metoda oczyszczania przesuwa rzeczywiste zużycie energii w kierunku wcześniejszych miesięcy. Straty techniczne niezależne od operatora sieci dystrybucyjnej Decyzje operatora sieci przesyłowej NN mogą wpływać na straty w zasilanej sieci dystrybucyjnej 110 kv. W szczególności na wielkość tych strat mają wpływ: 1. Rozpływ mocy w sieci NN 2. Regulacja napięcia w stacjach NN/110 kv 3. Decyzje o układzie sieci 110 kv. Sieć ta jest własnością operatorów sieci dystrybucyjnych, przy czym ciągi linii mające istotny wpływ na wyprowadzenie mocy z elektrowni lub służące do tranzytu energii między spółkami są koordynowane przez Obszarowe Dyspozycje Mocy 4. Budowa nowych stacji NN/110 kv. Również zobowiązania w umowach z odbiorcami mogą mieć wpływ na zwiększenie strat w sieciach SN. Dotyczy to lokalizacji rozcięć w sieciach SN. Rozpływ mocy w sieci NN Zmiany w rozdziale obciążeń między elektrownie wpływają na rozpływ mocy w sieci NN, a w konsekwencji na obciążenie poszczególnych stacji NN/110 kv. Zmiana tych obciążeń prowadzi do zmian rozpływu mocy i strat mocy w sieci 110 kv. Zjawisko to ilustruje rysunek 17. Sieć 110 kv zakładu energetycznego jest zasilana z dwóch stacji najwyższych napięć: stacji 220/110 kv i stacji 400/110 kv. Na rysunku naniesiono (w jednostkach względnych) rozpływ mocy czynnej w liniach NN zasilających te stacje (za jednostkę odniesienia przyjęto łączną moc dopływającą do sieci 110 kv za pośrednictwem obu stacji zasilających sieć). W stanie pracy normalnej obie stacje są obciążone mocą czynną 0,5. Jeśli nastąpi zmiana mocy generowanej w węzłach zasilających sieć NN, znacznym zmianom ulegnie rozpływ mocy w tej sieci (wielkości w nawiasach). Zmiany te spowodują zmiany obciążenia stacji NN/110 kv (odpowiednio do 0,2 i 0,8 mocy odniesienia). Konsekwencją tych zmian będą zmiany rozpływów mocy i strat w sieci 110 kv zakładu energetycznego.

16 (0,2) 0,4 (0) 78 0,1 Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie (0,2) 220 kv Michał Rudziński / NION S.A.; Waldemar L. Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Rys. 17. Rozpływy mocy czynnej we fragmencie sieci 400/220/110 kv Regulacja napięcia w stacjach NN/110 kv Transformatory i autotransformatory w stacjach najwyższych napięć są wyposażone w urządzenia do regulacji podłużnej napięcia. Regulowane jest napięcie po stronie 110 kv. Regulację tę prowadzi operator sieci najwyższych napięć. Poziomy napięcia po stronie 110 kv w stacjach NN wpływają na rozpływ mocy w sieci 110 kv zasilanej z tych stacji. Na skutek różnicy napięć zasilających sieć 110 kv płynie prąd wyrównawczy. Ponieważ w sieci 110 kv reaktancja jest znacznie większa od rezystancji, X >> R, przepływ wyrównawczy mocy biernej jest znacznie większy od przepływu mocy czynnej. Rozważmy linię A B łączącą stacje A i B należące do różnych przedsiębiorstw sieciowych. W linii 110 kv A B przepływ mocy biernej Q przez linię o rezystancji tym przypadku R tranzyt spowoduje mocy straty i energii mocy czynnej: biernej ze stacji A do należącej do przedsiębiorstwa stacji B spowoduje straty czynne mocy i energii w sieci SD nie (lipiec 2009) tranzyt ten jest bezpłatny. 2 Q P = R (8) Rys. 17. Rozpływy mocy czynnej we fragmencie sieci 400/220/1102 kv U nfiguracja układu sieci 110 kv Regulacja napięcia w stacjach NN/110 kv Transformatory i autotransformatory w stacjach najwyższych napięć są wyposażone w urządzenia do regulacji sieci podłużnej 110 kv napięcia. w oczywisty Regulowane sposób wpływa jest napięcie rozpływ po stronie mocy 110 i kv. na Regulację tę prowadzi operator sieci ład połączeń tej sieci. najwyższych napięć. ć 110 kv, będąca Poziomy własnością napięcia przedsiębiorstw po stronie 110 dystrybucyjnych, kv w stacjach NN oprócz wpływają funkcji na rozpływ mocy w sieci 110 kv zasilanej strybucyjnej z tych spełnia stacji. Na zadania skutek sieci różnicy przesyłowej. napięć zasilających Z tego sieć powodu 110 kv o płynie układzie prąd wyrównawczy. 23 Ponieważ w sieci 110 ń tej sieci kv w dużym reaktancja stopniu jest znacznie decydują większa Obszarowe od rezystancji, Dyspozycje X >> Mocy. R, przepływ wyrównawczy mocy biernej jest znacznie większy od przepływu mocy czynnej. Rozważmy linię A B łączącą stacje A i B należące do różnych przedsiębiorstw sieciowych. W linii 110 kv dowa nowych A B stacji przepływ NN/110 mocy kv biernej Q przez linię o rezystancji R spowoduje straty mocy czynnej: dowa nowych stacji NN/110 kv oraz nowych linii wyprowadzających moc (8) z cji do sieci 110 kv skraca odległości przesyłu mocy siecią 110 kv oraz za przepływy mocy w poszczególnych liniach 110 kv; w rezultacie straty w 110 kv maleją. W tym przypadku tranzyt mocy i energii biernej ze stacji A do należącej do innego przedsiębiorstwa stacji B spowoduje straty czynne mocy i energii w sieci SD A. Obecnie (lipiec 2009) tranzyt ten jest bezpłatny. kalizacja rozcięć Konfiguracja w sieciach układu SN sieci 110 kv Układ połączeń sieci 110 kv w oczywisty sposób wpływa na rozpływ mocy i na straty w tej sieci. ci SN są budowane Sieć 110 jako kv, sieci będąca zamknięte, własnością ale przedsiębiorstw pracują jako otwarte; dystrybucyjnych, przy czym oprócz funkcji sieci dystrybucyjnej spełnia sieci zadania mają sieci wpływ przesyłowej. na wielkość Z tego strat powodu energii. o układzie Wybór połączeń miejsc tej rozcięć sieci w dużym stopniu decydują Obszarowe rozcięć tej c przedmiotem Dyspozycje optymalizacji. Mocy. Wybiera się te punkty rozcięć, przy których ie warunki techniczne (np. dotyczące spadków napięć, obciążalności kabli i dów) są spełnione, Budowa nowych a straty stacji energii NN/110 są najmniejsze. kv Bywają przypadki, w Budowa nowych stacji NN/110 kv oraz nowych linii wyprowadzających moc z tych stacji do sieci 110 kv wybór lokalizacji rozcięć jest wynikiem wymagań pewności zasilania skraca odległości przesyłu mocy siecią 110 kv oraz zmniejsza przepływy mocy w poszczególnych liniach 110 kv; ch odbiorców, w rezultacie a nie minimalizacji straty w sieciach strat. 110 kv maleją. sumowanie Lokalizacja rozcięć w sieciach SN Sieci SN są budowane jako sieci zamknięte, ale pracują jako otwarte; przy czym miejsca rozcięć tej sieci cyzje operatora mają wpływ sieci na wielkość przesyłowej strat energii. NN oraz Wybór zobowiązania miejsc rozcięć umowne jest więc przedmiotem z optymalizacji. Wybiera się mi odbiorcami te punkty mogą rozcięć, wpływać przy których na straty wszystkie zasilanej warunki sieci techniczne dystrybucyjnej (np. dotyczące 110 spadków napięć, obciążalności kabli i przewodów) są spełnione, a straty energii są najmniejsze. Bywają przypadki, w których wybór lokalizacji rozcięć zczególności mają wpływ na wielkość tych strat: jest wynikiem wymagań pewności zasilania niektórych odbiorców, a nie minimalizacji strat. w mocy w sieci NN cja napięcia w stacjach NN/110 kv je o układzie sieci 110 kv a nowych stacji NN/110 kv.

17 Straty energii jako nieodzowne potrzeby własne sieci 79 Podsumowanie Decyzje operatora sieci przesyłowej NN oraz zobowiązania umowne z niektórymi odbiorcami mogą wpływać na straty zasilanej sieci dystrybucyjnej 110 kv. W szczególności mają wpływ na wielkość tych strat: rozpływ mocy w sieci NN regulacja napięcia w stacjach NN/110 kv decyzje o układzie sieci 110 kv budowa nowych stacji NN/110 kv. Zmiany w rozdziale obciążeń między elektrownie wpływają na rozpływ mocy w sieci NN, a w konsekwencji na obciążenie poszczególnych stacji NN/110 kv. Zmiana tych obciążeń prowadzi do zmian w rozpływach mocy i stratach mocy w sieci 110 kv. Regulację napięcia w stacjach NN/110 kv prowadzi operator sieci najwyższych napięć. Poziomy napięcia po stronie 110 kv w stacjach NN/110 kv wpływają na rozpływ mocy w sieci 110 kv zasilanej z tych stacji. Różnica napięć w stacjach zasilających sieć 110 kv powoduje prąd wyrównawczy, a w konsekwencji straty czynne. Układ połączeń sieci 110 kv w oczywisty sposób wpływa na rozpływ mocy i na straty w tej sieci. Sieć 110 kv jest własnością operatorów sieci dystrybucyjnych, przy czym ciągi mające istotny wpływ na wyprowadzenie mocy z elektrowni lub służące do tranzytu energii między SD są koordynowane przez Obszarowe Dyspozycje Mocy. Budowa nowych stacji NN/110 kv, skracając odległości przesyłu mocy siecią 110 kv oraz zmniejszając przepływy mocy w liniach 110 kv, zmniejsza straty w sieciach 110 kv. Uwzględnienie wymagań podwyższonej pewności zasilania niektórych odbiorców może się łączyć zwiększeniem strat energii w sieciach zasilających tych odbiorców. 5. INN WSKAŹNIKI JAKOŚCI PRACY SICI W poprzednich rozdziałach omówiono podział strat w sieci oraz różne wskaźniki strat służące do oceny sprawności sieci. Wskaźniki strat nie mogą jednak stanowić jedynej podstawy do oceny sieci zarówno pod względem jej struktury, jak i prowadzenia ruchu. W gospodarce rynkowej działalność przedsiębiorstw jest oceniana na podstawie wskaźników finansowych, takich jak płynność, aktywność, rentowność i zadłużenie. W przedsiębiorstwach zajmujących się dystrybucją energii elektrycznej miernikiem efektywności mogłyby być jednostkowe koszty dystrybucji energii, mierzone jako iloraz całkowitych kosztów działalności związanej z przesyłem i rozdziałem energii przez całkowitą ilość energii, która przepłynęła przez sieć przedsiębiorstwa (dostarczonej odbiorcom końcowym lub sąsiednim przedsiębiorstwom) w określonym czasie (np. w ciągu roku). Można również określać jednostkowe koszty przesyłania (dystrybucji) energii w sieciach poszczególnych jednostek organizacyjnych przedsiębiorstwa lub na poszczególnych poziomach napięcia, czy wreszcie w poszczególnych urządzeniach. Należy jednak przy tym pamiętać, że przedsiębiorstwa dystrybucyjne działają na terenach różniących się gęstością zaludnienia, stopniem uprzemysłowienia oraz ukształtowaniem terenu. Czynniki te w istotny sposób wpływają na strukturę sieci oraz stopień jej wykorzystania. W związku z tym jednostkowe koszty dystrybucji energii (podobnie jak i straty energii) są różne w przedsiębiorstwach działających na różnych obszarach. Obniżenie jednostkowych kosztów dystrybucji jest możliwe poprzez obniżenie kosztów i/lub zwiększenie ilości energii dostarczanej odbiorcom. Obie możliwości są ograniczone. Działalność spółek dystrybucyjnych (SD) jest regulowana przez ustawę Prawo energetyczne [7] oraz akty wykonawcze do tej ustawy, a w szczególności przez rozporządzenia: taryfowe [4] i systemowe [5]. Spełnienie wymagań tych aktów prawnych często prowadzi do realizacji inwestycji, a w konsekwencji do wzrostu kosztów. Jednym ze sposobów obniżenia kosztów jest zmniejszenie strat energii w eksploatowanych przez te przedsiębiorstwa sieciach elektroenergetycznych. Zmniejszenie strat osiąga się, stosując różne zabiegi eksploatacyjne lub drogą inwestycji. Do eksploatacyjnych sposobów zmniejszenia strat w sieciach rozdzielczych zalicza się m.in. regulację napięcia w tych sieciach, ograniczenie asymetrii oraz odkształceń napięcia i prądu, zmianę punktów rozcięć w sieci średniego napięcia. Należy mieć na uwadze, że np. w niektórych skrajnych przypadkach regulacja napięcia, powodująca zmniejszenie strat mocy i energii, może spowodować zmniejszenie ilości energii pobieranej przez odbiorców, a tym samym zmniejszenie przychodów z opłat przesyłowych.

18 80 Jerzy Kulczycki / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie Michał Rudziński / NION S.A.; Waldemar L. Szpyra / Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie BIBLIOGRAFIA 1. Bogacz S., Więcek M., stymacja strat energii w wybranym zakładzie energetycznym, praca dyplomowa. Wydział lektrotechniki, Automatyki i lektroniki AGH, Kraków Horak J., Gawlak A., Szkutnik J., Sieć elektroenergetyczna jako zbiór elementów. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa Horak J., Popczyk J., ksploatacja elektroenergetycznych sieci rozdzielczych. WNT Warszawa Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 2007 r. w sprawie szczegółowych zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń w obrocie energią elektryczną (Dz. U. z dnia 18 lipca 2007 r. Nr 128, poz. 895). 5. Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz. Ustaw Nr 93 z dnia 29 maja 2007 r. poz.623). 6. Rutowicz R., Szacunek strat energii w sieciach zakładu energetycznego z uwzględnieniem błędów systemów sprzedaży, praca dyplomowa. Wydział lektrotechniki, Automatyki i lektroniki AGH, Kraków Ustawa z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne (Dz. U. Nr 54 poz. 348 z późniejszymi zmianami Dz. U. Nr 158, poz oraz z 1998 r. Nr 94 poz. 594 i Nr 108 poz. 668).