Koszty niedostarczonej energii elektrycznej jako element oceny opłacalności wytypowanych rozwiązań linii elektroenergetycznych

Transkrypt

1 Koszty niedostarczonej energii elektrycznej jako element oceny opłacalności wytypowanych rozwiązań linii elektroenergetycznych Autorzy: Elżbieta Niewiedział, Ryszard Niewiedział - Wyższa Szkoła Kadr Menedżerskich w Koninie ("Energia Elektryczna" - 2/2016) W artykule przedstawiono metodę uwzględniania kosztów niedostarczonej energii elektrycznej spowodowanych awarią układu sieciowego w analizach opłacalności wytypowanych rozwiązań elektroenergetycznych linii kablowych oraz napowietrznych średniego i niskiego napięcia. Praca zawiera podstawowe tezy referatu prezentowanego na X Konferencji Naukowo-Technicznej PTPiREE Elektroenergetyczne linie kablowe stan obecny, nowe techniki Kołobrzeg 2015 [8]. Ocena ekonomicznej efektywności układów zasilania w energię elektryczną winna uwzględniać, poza nakładami inwestycyjnymi oraz wszystkimi kosztami eksploatacyjnymi, koszty strat spowodowanych u odbiorców przerwą w zasilaniu odbiorców. Wyniki oceny pozwolą ustalić co jest bardziej opłacalne: - czy wykonać układ tańszy, mniej pewny i dopuścić do większych strat u odbiorcy i w spółce dystrybucyjnej, - czy wykonać układ bardziej pewny, ale droższy, który ograniczy straty wywołane przerwą w zasilaniu? Oszacowanie kosztów strat nie jest proste, gdyż wybór układu zasilania zależy w wielu przypadkach od trudnych do wyznaczenia wartości danych wejściowych do oceny, takich jak: - poziom kosztu strat u odbiorcy wywołanego przerwą w zasilaniu, - wskaźnik niezawodności lub wskaźnik przerw w zasilaniu, które określać będą prawdopodobieństwo wystąpienia awarii. W artykule scharakteryzowano wskaźniki niezawodnościowe krajowej sieci dystrybucyjnej SN i nn. Przedstawiono także założenia do autorskiego programu obliczeniowego, który umożliwia porównanie efektów finansowych dla rożnych wariantów realizacji linii elektroenergetycznych z uwzględnieniem kosztów zawodności. Opłacalność inwestycji elektroenergetycznych Autorzy od wielu lat prowadzą prace dotyczące metodyki przeprowadzania analiz ekonomicznej efektywności elektroenergetycznych inwestycji sieciowych, w szczególności w odniesieniu do sieci rozdzielczych średniego i niskiego napięcia [1, 2].

2 Podstawowym kryterium stosowanym w analizach jest kryterium NPV zapisane następującym wzorem: NPV W s _ p -[ Ke _ st Ke _ zm K aw K ] OP n W s_p strumień wpływów ze sprzedaży usługi przesyłowej, K e_st strumień kosztów eksploatacyjnych stałych usługi przesyłowej, K e_zm strumień kosztów eksploatacyjnych zmiennych usługi przesyłowej, K aw strumień przewidywanych kosztów niedostarczonej energii, K n strumień nakładów inwestycyjnych na budowę układu, OP strumień opłaty za przyłączenie. Strumień kosztów strat ponoszonych przez odbiorców spowodowanych niedostarczeniem energii (przerwa w zasilaniu) można wyznaczyć z wzoru: aw T t 1 p stopa procentowa (dyskontowa), T liczba lat okresu analizy ekonomicznej, K całkowity koszt strat wywołanych niedostarczeniem energii w roku t, k jednostkowy koszt strat wywołanych niedostarczeniem energii w roku t, A energia niedostarczona w roku t w wyniku awarii układu sieciowego. K K T t 1 p A k 1 p t 1 t Wskaźniki niezawodnościowe sieci dystrybucyjnej sn i nn Ostatnio w przedsiębiorstwach dystrybucyjnych coraz większą uwagę zwraca się na zagadnienie ciągłości zasilania odbiorców energią elektryczną, stanowiące jeden z elementów bezpieczeństwa energetycznego. Odzwierciedleniem tego stwierdzenia jest m.in. rozszerzenie (od roku 2002) zakresu danych opracowywanych w przedsiębiorstwach elektroenergetycznych i zamieszczenie w rocznikach Statystyka Elektroenergetyki Polskiej [3] średnich wartości wskaźników charakteryzujących awaryjność elementów sieci elektroenergetycznej średniego i niskiego napięcia dla polskich sieci elektroenergetycznych. Na ich podstawie można obliczyć współczynnik awaryjności q nazywany również w

3 literaturze [4, 5] współczynnikiem zawodności lub współczynnikiem niezdatności. Uwzględnia on nie tylko liczbę awarii elementów sieci zaliczanych do danej grupy (linie, transformatory), ale również czas przerwy w dostawach energii elektrycznej, który obejmuje czas trwania awarii i czas jej usunięcia. Dla odbiorcy bowiem niezmiernie ważną sprawą jest czas, w którym nie może korzystać z energii elektrycznej i straty, jakie ponosi w wyniku przerw w zasilaniu. Dla oceny obecnego stanu sieci elektroenergetycznej w zakresie awaryjności, zestawiono w tabeli wartości współczynników awaryjności q podawane w literaturze [4, 5] i wartości obliczone na podstawie danych z [3] średnia dla lat oraz dla roku Z przedstawionych w tabeli danych wynika, że zdecydowana poprawa niezawodności pracy wystąpiła dla dwóch elementów sieciowych: transformatorów SN/nn, dla których współczynnik awaryjności zmalał praktycznie o dwa rzędy wartości oraz linii kablowych średniego napięcia, dla których współczynnik awaryjności zmalał praktycznie o rząd wartości. Uzasadnieniem tego faktu jest zdecydowanie wyższa jakość stosowanych elementów sieci (transformatory hermetyczne bezobsługowe i kable o izolacji z polietylenu sieciowanego) oraz znacznie krótszy czas likwidacji uszkodzenia. Na podkreślenie zasługuje również fakt, że wartości współczynników awaryjności q dla roku 2014 są niższe niż wartości średnie z lat Należy podkreślić, że od roku 2009 w rocznikach Statystyka Elektroenergetyki Polskiej [3] podawane są również wartości wskaźników przeciętnych systemowych przerw w zasilaniu SAIDI, SAIFI i MAIFI w oparciu o liczbę odbiorców przyłączonych do sieci. Natomiast współczynnik awaryjności q uwzględnia długości linii elektroenergetycznych lub liczbę transformatorów. W dalszych analizach wskazane będzie dokonanie próby skorelowania wyżej wymienionych wielkości. Tabela. Wartości współczynników awaryjności q elementów sieci SN i nn Rok SN-LN SN-LK TR nn-ln nn-lk Dane literaturowe [4, 4,00 E-05 3,01 E-04 1,60 E-04 6,85 E-05 8,22 E-05 5] Średnia z lat ,69E-05 3,75E-05 4,41E-06 3,30E-04 7,03E ,20E-05 1,94E-05 3,63E-06 1,38E-04 2,80E-05 Oznaczenia: SN średnie napięcie, nn niskie napięcie, LN linie napowietrzne, LK linie kablowe, TR transformator Źródło: opracowanie własne na podstawie roczników Statystyka Elektroenergetyki Polskiej [3]

4 Jednostkowe koszty niedostarczonej energii elektrycznej Określenie jednostkowego kosztu strat u odbiorców w wyniku przerwy w zasilaniu jest stosunkowo proste dla odbiorców przemysłowych, dla których koszt ten zależy od rodzaju i zastosowanej technologii produkcji. W pracy [6] wprowadzono pojęcie gospodarczego równoważnika energii niedostarczonej k, wyrażonego w zł/kwh, który odpowiada jednostkowemu kosztowi strat wywołanych niedostarczeniem energii w roku t, występującym w podanym wcześniej wzorze na strumień kosztów niedostarczonej energii elektrycznej. Równoważnik ten można oszacować na podstawie zależności: k PKB A t PKB t produkt krajowy brutto (lub wartość produkcji wybranego działu gospodarki), A t zużycie energii elektrycznej w gospodarce (lub zużycie energii elektrycznej w wybranym dziale gospodarki). Według badań ankietowych (wyniki zamieszczono m.in. w [6]) wartość gospodarczego równoważnika energii niedostarczonej dla wybranych odbiorców przemysłowych w zależności od grupy taryfowej i czasu przerwy w zasilaniu wynosiła od 1,50 do 65,10 zł/kwh. Poważnym problemem jest oszacowanie kosztu k dla odbiorców drobnych (w tym szczególnie dla gospodarstw domowych), tak rozproszonych, jak i skupionych, bowiem jednostkowy koszt strat zależy od wymagań stawianych przez samych odbiorców, ich przyzwyczajeń, stopnia wyposażenia w rożnego rodzaju sprzęt gospodarstwa domowego i skłonności do akceptowania przerw w zasilaniu. W wielu pracach starano się ocenić poziom strat w gospodarstwach domowych w wyniku przerw w zasilaniu. W BSiPE,,Energoprojekt Poznań proponowano w latach 70. ubiegłego wieku, aby jednostkowy koszt strat był równy k aw = (20 100) k A k A jednostkowa cena taryfowa energii elektrycznej dla gospodarstw domowych. Biorąc pod uwagę obecną cenę energii dla grupy taryfowej G11 na poziomie 0,24 zł/kwh, otrzymuje się jednostkowy koszt strat równy k = (4,80 24,00) zł/kwh

5 Wartości te są zbliżone do wyników aktualnych badań ankietowych podanych w [6]. Można zorientować się, że koszt strat jest stosunkowo wysoki, jednak przy ustalaniu jego wartości wychodzono z założenia, że odbiorca indywidualny ma prawo do komfortu wynikającego z użytkowania energii elektrycznej, czyli pewność zasilania gospodarstw domowych winna być na wysokim poziomie. Należy podkreślić, że zgodnie z rozporządzeniem taryfowym [7] odbiorcy przysługuje bonifikata za każdą jednostkę niedostarczonej energii elektrycznej w wysokości dziesięciokrotnej (odbiorcy zasilani na nn) lub pięciokrotnej (odbiorcy zasilani na innych poziomach napięcia niż nn) ceny energii za okres, w którym wystąpiła przerwa. Tak więc prawnie uznano, że istnieje współzależność między wysokością strat wywołanych przerwą w dostawie energii (dłuższej od granicznej), a ilością niedostarczonej energii elektrycznej, przy czym trzeba zdawać sobie sprawę z faktu, że straty u odbiorcy wyceniono na bardzo niskim poziomie. Wpływ kosztów niedostarczonej energii elektrycznej na wybór optymalnego rozwiązania technicznego linii elektroenergetycznej Autorzy artykułu, we współpracy z ówczesnym Polskim Centrum Promocji Miedzi (obecnie Europejski Instytut Miedzi), opracowali program komputerowy pod roboczą nazwą,,optyline, który analizując rożne rozwiązania techniczne linii elektroenergetycznej przeznaczonej do konkretnych zadań przesyłowych pozwala na wybranie optymalnego rozwiązania. Ogólną charakterystykę programu przedstawiono m.in. w publikacjach [1, 2]. W programie,,optyline zastosowano oryginalną postać funkcjonału kryterialnego F, opartą na metodzie wartości bieżącej netto NPV. Przygotowano bazę danych dotyczącą następujących rodzajów linii: - linie napowietrzne z przewodami gołymi lub izolowanymi, - linie kablowe kable z żyłami aluminiowymi lub miedzianymi o izolacji: papierowoolejowej, z PVC, z XLPE. Ponadto uwzględniono szeroki zakres danych ogólnych, takich jak: stopa procentowa, ekonomiczny okres eksploatacji linii, jednostkowy koszt energii, czas użytkowania mocy szczytowej i czas występowania maksymalnych strat, współczynnik awaryjności q i jednostkowy koszt strat wywołany niedostarczeniem energii elektrycznej oraz wskaźniki, które odzwierciedlają zmiany kosztów w okresie eksploatacji linii. Daje to szerokie możliwości przeprowadzania wielowariantowych obliczeń funkcjonału F dla linii elektroenergetycznej SN lub nn. Przeprowadzone analizy pozwalają na stwierdzenie, że rozwiązania linii o najwyższej pewności pracy są z reguły mniej opłacalne z uwagi na wysokie nakłady inwestycyjnie, nawet przy znaczących kosztach strat niedostarczonej energii.

6 Podsumowanie Pominięcie kosztów zawodnościowych w rachunku ekonomicznym preferować będzie rozwiązania najtańsze inwestycyjnie o małej pewności ruchowej, co w okresie eksploatacji linii może doprowadzić do bardzo niekorzystnych przerw w zasilaniu. Dla ekonomicznej oceny opłacalności stosowania linii napowietrznych bądź kablowych należy przyjmować wiarygodne wartości współczynników awaryjności i analizować ich wpływ na wartość funkcjonału kryterialnego. Literatura 1. Niewiedział E., Niewiedział R.: Badanie opłacalności sieciowych inwestycji elektroenergetycznych, w: Materiały XII Konferencji,,Urządzenia i usługi elektroenergetyczne, telekomunikacyjne i informatyczne u progu XXI wieku, Poznań Niewiedział E., Niewiedział R.: Analizy ekonomiczne dla wyboru rozwiązania technicznego linii elektroenergetycznej średniego lub niskiego napięcia, w: Materiały XIII Sympozjum OP SEP,,Sieci i instalacje elektryczne klasyczne i inteligentne, Poznań Statystyka Elektroenergetyki Polskiej 2014, Agencja Rynku Energii SA, Warszawa 2015 (oraz wcześniejsze roczniki). 4. Sozański J.: Niezawodność zasilania energią elektryczną, WNT, Warszawa Praca zbiorowa (pod red. S. Kujszczyk): Elektroenergetyczne sieci rozdzielcze, PWN, Warszawa Paska J.: Niezawodność systemów elektroenergetycznych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 2 lipca 2007 r. w sprawie zasad kształtowania i kalkulacji taryf oraz rozliczeń w obrocie energią elektryczną, Dz.U. z 2007 r., nr 128, poz Niewiedział E., Niewiedział R.: Koszty niedostarczonej energii elektrycznej w analizach opłacalności (...), w: Materiały X Konferencji Naukowo-Technicznej,,Elektroenergetyczne linie kablowe, Kołobrzeg 2015.