WPŁYW OSZCZĘDNOŚCI W STRATACH ENERGII NA DOBÓR TRANSFORMATORÓW ROZDZIELCZYCH SN/nn

Transkrypt

1 Elżbieta Niewiedział, Ryzard Niewiedział Wyżza Szkoła Kadr Menedżerkich w Koninie WPŁYW OSZCZĘDNOŚCI W STRATACH ENERGII NA DOBÓR TRANSFORMATORÓW ROZDZIELCZYCH SN/nn Strezczenie: W referacie przedtawiono wpółzależności między ozczędnościami w tratach energii elektrycznej podcza tranformacji przy założonym charakterze obciążenia jednotki, a przyrotem nakładów inwetycyjnych na tranformator rozdzielczy SN/nn o określonej wydajności energetycznej. 1. Wprowadzenie We wcześniejzych pracach dotyczących kapitalizowanych koztów trat energii elektrycznej w tranformatorach rozdzielczych SN/nn [1, 2] autorzy zaprezentowali metodykę obliczania wkaźników koztowych trat energii elektrycznej wynikające ze trat jałowych i obciążeniowych tranformatora. Sformułowane na podtawie przeprowadzonej analizy rezultatów obliczeń ymulacyjnych wnioki nie odpowiadały na zaadnicze pytanie tawiane przy doborze jednotki tranformatorowej tranformator tańzy inwetycyjnie czy energoozczędny? W niniejzym referacie, uzupełniając tę lukę, przedtawiono wpółzależności między ozczędnościami energii elektrycznej podcza jej tranformacji przy założonym charakterze obciążenia jednotki a przyrotem nakładów inwetycyjnych na tranformator rozdzielczy SN/nn o określonej wydajności energetycznej (poziomie znamionowych trat jałowych i obciążeniowych). 2. Efektywność energetyczna Jednym z głównych celów polityki energetycznej Unii Europejkiej w otatnim czaie jet oiągnięcie wzrotu efektywności energetycznej, inaczej efektywności wykorzytania energii lub wydajności energetycznej. Realizacja planu powodującego zmniejzenie zużycia energii, wymaga niemal zawze ponieienia dodatkowych nakładów finanowych. Unia Europejka proponuje więc wprowadzenie mechanizmów wparcia finanowego poprzez funkcjonowanie ytemu tzw. białych certyfikatów. Ogólna koncepcja wdrożenia białych certyfikatów polega na inwetowaniu w przedięwzięcia mające doprowadzić do zmniejzania zapotrzebowania na energię i moc poprzez obniżenie zużycia energii przez odbiorców (bez pogorzenia komfortu wynikającego z możliwości korzytania z energii elektrycznej), zwiękzenie prawności wytwarzania energii oraz ograniczenia trat przeyłowych i dytrybucyjnych. Takie działanie pozwoli na uzykanie rezerw mocy tzw. negawatów ujemnych watów [3]. Ponadto doprowadzi do ograniczenia zużycia paliwa i ujemnego wpływu energetyki na środowiko. Białe certyfikaty mają poświadczać poczynione ozczędności energetyczne, czyli gwarantować wyżzą efektywność energetyczną. Dyrektywa 2006/32/WE Parlamentu Europejkiego i Rady UE w prawie efektywności końcowego zużycia energii i uług energetycznych zawiera zapiy dotyczące białych certyfikatów i nakłada obowiązek ich wprowadzenia na kraje członkowkie. 56

2 W dyrektywie określono, że białe certyfikaty wydawane przez niezależne organy certyfikujące potwierdzają rozczenia finanowe podmiotów gopodarczych podejmujących działania prowadzące do ozczędności energetycznych, będących konekwencją zwiękzenia wydajności energetycznej. Do obowiązków pańtw członkowkich będzie należało zapewnienie dotępności odpowiednich ytemów kwalifikacji, akredytacji lub certyfikacji dla dotawców uług energetycznych, audytów energetycznych i innych poobów dokumentowania zwiękzania wydajności energetycznej. W dyrektywie zakłada ię, że pańtwa członkowkie wyznaczą jeden lub kilka nowych albo itniejących organów lub agencji, którym powierzona zotanie ogólna kontrola i odpowiedzialność za nadzorowanie ram utanowionych dla zwiękzenia efektywności energetycznej na poziomie unijnym. Zadaniem tych jednotek będzie weryfikacja ozczędności uzykanych dzięki uługom energetycznym i innym środkom poprawy efektywności energetycznej, a także informacja o uzykanych wynikach. Sytem białych certyfikatów jet nowym intrumentem zwiękzania efektywności energetycznej [4]. Zotał wprowadzony już w kilku krajach europejkich, przy czym funkcjonują one według różnych zaad. W ramach tych ytemów dotawcy lub dytrybutorzy energii zobowiązani ą do zatoowania środków zapewniających efektywność energetyczną wobec użytkowników końcowych. Certyfikaty potwierdzają zaozczędzoną ilość energii w określonym czaie. Mogą być wymieniane oraz podlegać obrotowi. Jeśli trony zobowiązane do wykazania ię określoną poprawą efektywności energetycznej nie ą w tanie dotarczyć przyporządkowanego im udziału certyfikatów, mogą być zobowiązane do zapłacenia kar przekraczających zacowaną wartość rynkową zakupu certyfikatu na rynku. W chwili obecnej Komija Europejka przygotowuje ię do utworzenia unijnego programu białych certyfikatów dla tworzenia możliwości faktycznego handlu efektywnością energetyczną pomiędzy pańtwami członkowkimi. Przewiduje ię, że dzięki wprowadzeniu tego ytemu będzie można uzykać kilkunatoprocentowe ozczędności energii. Dyrektywa Unijna, dotycząca końcowego użytkowania energii, przewiduje toowanie białych certyfikatów głównie w odnieieniu do końcowego użytkownika energii. 15 kwietnia 2011 r. w nazym kraju wprowadzono Utawę o efektywności energetycznej. Utawa tranponuje do polkiego prawa dyrektywę Unii Europejkiej 2006/32/WE i ma zagwarantować zwiękzenie efektywności energetycznej. Utala poziom ozczędności energii niemniejzy od 9% średniego krajowego zużycia energii w ciągu roku, przy czym uśrednienie obejmuje lata Utawa przewiduje również objęcie certyfikatami ektora wytwórczego i przeyłowego. Nowością w polkiej utawie jet przyznanie prawa do dyponowania certyfikatami i pobierania korzyści z ich przedaży podmiotom (w tym zobligowanym) dokonującym ozczędności oraz ukierunkowanie obligacji w zakreie zakupu certyfikatów na podektor dytrybucji energii do odbiorców końcowych (operatorów ieciowych). Wcześniej taką możliwość przewidziano w dokumencie POLITYKA ENERGETYCZNA POLSKI DO 2030 ROKU [5], w którym wprowadzono, między innymi, zapi dotyczący wprowadzania działań, które mają powodować zmniejzenie trat ieciowych w przeyle i dytrybucji między innymi poprzez: modernizację obecnych i budowę nowych ieci elektroenergetycznych, wymianę tranformatorów o nikiej prawności, Nr

3 czyli poprawa efektywności energetycznej winna być realizowana również w ieciowych przediębiortwach elektroenergetycznych. W polkich ieciach elektroenergetycznych traty przeyłu, czyli zużycie energii na potrzeby włane ieci, zmniejzają ię znacząco z roku na rok (zczególnie w ieciach nikiego i średniego napięcia), lecz nadal ą wyżze od trat energii w wielu krajach unijnych. Podtawowe zaady toowania białych certyfikatów Autorzy referatu przedtawili w rozdziale 1.6. Białe certyfikaty energii a problem trat energii poradnika [6]. 3. Tranformatory rozdzielcze SN/nn Reprezentatywnym przykładem pokazujący efektywne możliwości obniżenia zużycia energii na potrzeby włane ieci elektroenergetycznych jet tranformator rozdzielczy. Tranformatory rozdzielcze SN/nn tanowią najliczniejzą grupę jednotek tranformatorowych. W otatnich latach ( ) utrzymuje ię tała tendencja wzrotowa tak w liczbie jak i mocy intalowanych tranformatorów [7]. Ogólna liczba zaintalowanych tranformatorów wzroła do ztuk (średni roczny przyrot o 0,83%), a tranformatorów rozdzielczych SN/nn do ztuk (średni roczny przyrot o 0,82%). Sumaryczna moc pracujących tranformatorów wzroła do MVA (średni roczny przyrot o 1,45%), a tranformatorów rozdzielczych SN/nn do MVA (średni roczny przyrot o 1,75%). Nieznacznie także wzroła wartość średnia mocy znamionowych tranformatorów rozdzielczych SN/nn do poziomu 178 kva. Producenci oferują dużą gamę tranformatorów energoozczędnych, które charakteryzują ię znacznie niżzymi znamionowymi tratami mocy i energii w porównaniu z tranformatorami klaycznymi. Zatoowanie tranformatora energoozczędnego dla konkretnych warunków obciążenia powoduje uzykanie wyżzej wydajności energetycznej w porównaniu z tranformatorem klaycznym, przy zachowaniu jednakowego poziomu wykorzytania zdolności znamionowych obu tranformatorów. Intalowanie tranformatorów energoozczędnych w ramach modernizacji bądź budowy nowej tacji tranformatorowej, może przynieść wymierne ozczędności energii tounkowo łatwe do wykazania, co jet zgodne z zaadą wymierności toowania białych certyfikatów. Realizacja takiego działania pociąga za obą dodatkowe kozty dla inwetora, wynikające z wyżzej ceny tranformatorów energoozczędnych. Umożliwienie korzytania z wparcia finanowego w potaci białych certyfikatów pozwoli na intalowanie tranformatorów o mniejzym zużyciu energii na potrzeby tranformacji. Pojedynczy tranformator energoozczędny może przynieść ozczędności energii tak małe, że nie będzie pełniać wymogów minimalnego poziomu wparcia. W polkich ieciach dytrybucyjnych zaintalowanych jet jak wyżej podano bliko 250 tyięcy tranformatorów rozdzielczych SN/nn, a średni przyrot liczby tranformatorów w otatnich latach jet na poziomie 3 ty. rocznie. Wymiana chociaż częściowa więkzej liczby tranformatorów erii podtawowej o tandardowym poziomie trat na energoozczędne (zczególnie w przypadku tranformatorów niedociążonych) lub wprowadzanie nowych tranformatorów energoozczędnych dałyby wymierne ozczędności, kwalifikujące do uzykania białych certyfikatów. Wyniki audytu dla takiego działania winny określać warunki, dla jakich ekonomicznie efektywne będzie uzykanie ozczędności energii w proceie tranformacji energii elektrycznej z poziomu średniego na nikie napięcie i wkazywać na potrzeby wparcia finanowego. 58

4 Nr 153 Aktualne problemy elektryfikacji wi i rolnictwa W pracach [1, 2] Autorzy przedtawili charakterytykę techniczną tranformatorów energoozczędnych oraz metodykę obliczeń zdykontowanego koztu tranformacji. Aktualna norma PN-EN :2007 [8] wyróżnia dla tranformatorów o górnym napięciu znamionowym U ng 24 kv natępujące poziomy trat: cztery poziomy znamionowych trat obciążeniowych oznaczonych odpowiednio D k, C k, B k i A k; pięć poziomów znamionowych trat jałowych oznaczonych odpowiednio E 0, D 0, C 0, B 0 i A 0. W tabeli 1 podano przykładowo klayfikację poziomu znamionowych trat jałowych i obciążeniowych dla tranformatorów o mocach znamionowych kva. Jako wartości bazowe przyjęto umownie wartości trat dla tzw. tranformatora erii podtawowej, poiadającego znamionowe traty obciążeniowe na poziomie C k i znamionowe traty jałowe na poziomie D 0. Tabela 1. Poziomy znamionowych trat obciążeniowych i jałowych tranformatorów rozdzielczych o górnym napięciu znamionowym U ng 24 kv i mocach znamionowych S nt = ( ) kva Straty obciążeniowe Straty jałowe Symbol Poziom Symbol Poziom E 0 +(23 26)% D k +(23 32)% D 0 BAZA C k BAZA C 0 -(17 20)% B k -(15 17)% B 0 -(29 32)% A k -(28 29)% A 0 -(42 44)% 4. Wybór tranformatorów energoozczędnych Dla zbadania wpółzależności między ozczędnościami w tratach energii a wzrotem nakładów inwetycyjnych tranformatorów energoozczędnych różnych kla wybrano tranformatory o mocy znamionowej S = 400 kva. Wartości znamiono- N wych trat mocy czynnej przyjęto zgodnie z wartościami podanymi w normie PN-EN :2007 [8]. Analizę przeprowadzono przy natępujących danych: względne zczytowe obciążenie tranformatora równe wariantowo β = 0,4 lub 0,7, czyli mniejze lub więkze wykorzytanie mocy znamionowej; dwie wartości czau użytkowania mocy zczytowej w werji a T = 2500 h/a i w werji b T = 3500 h/a, czyli różne topnie wykorzytania zdolności tranformacji energii. Na ry. l. i ry. 2. przedtawiono procentowy przyrot nakładów inwetycyjnych i procentowe ozczędności w tratach energii tranformatorów różnych kla w tounku do tranformatora o najniżzym nakładzie inwetycyjnym i najwyżzych znamionowych tratach mocy. Wykrey porządzono: dla topnia obciążenia β = 0,4 i czau T = 2500 h/a ry. 1.; dla topnia obciążenia β = 0,7 i czau T = 3500 h/a ry

5 Analizując przebiegi na ry. l. i ry. 2. widać wyraźnie, że: względne przyroty ozczędności energii ą mniejze od przyrotów nakładów inwetycyjnych jet to niezależne od topnia wykorzytania zdolności znamionowych tranformatora β i czau T, najwyżze ozczędności energii gwarantują tranformatory A k A 0, ale uzykanie ich wymuza wydatkowanie ok. dwukrotnie wyżzych koztów na zakup tranformatora, tranformatory o najwyżzych tratach jałowych (E 0) a zmniejzonych tratach obciążeniowych przynozą minimalne ozczędności w tratach energii, zczególnie przy niżzym wykorzytaniu zdolności znamionowych tranformatora, tranformatory o najwyżzych znamionowych tratach obciążeniowych (D k) i zmniejzonych tratach jałowych mogą zapewnić najwyżze ozczędności, nawet przy niżzym wykorzytaniu zdolności znamionowej jednotki. Ry. 1. Procentowy przyrot nakładów inwetycyjnych i procentowych ozczędności w tratach energii dla β = 0,4 i T = 2500 h/a Ry. 2. Procentowy przyrot nakładów inwetycyjnych i procentowych ozczędności w tratach energii dla β = 0,7 i T = 3500 h/a 60

6 W kolejnych etapach badań: wyznaczono zmiany zdykontowanych ozczędności w tratach energii, przeanalizowano różnice między przyrotem łącznych koztów tranformacji przy zatoowaniu tranformatorów różnych kla, czyli różnice między zdykontowanymi koztami tranformacji, odnieiono tę różnicę do trumienia całkowitych ozczędności w tratach energii. Obliczenia przeprowadzono dla topnia obciążenia tranformatora β = 0,4 i czau T = 2500 h/a wprowadzając dodatkowe dane: bazowy okre analizy N = 30 lat; topa dykontowa wariantowo: p = 0,04 0,06 0,08; kozt energii elektrycznej, jednoznaczny z koztem zakupu energii na pokrycie trat tranformacji, tały w całym okreie N lat wynoi k = 0,20 PLN/kWh. A Na ry. 3. przedtawiono wzrot trumienia ozczędności w tratach energii dla wzytkich możliwych kla tranformatorów. Z widocznego przebiegu można zaoberwować zbliżone wartości ozczędności dla tranformatorów o tych amych tratach jałowych. Ponadto zauważa ię wielokrotnie wyżze ozczędności przy pracy tranformatorów o tratach jałowych na poziomie A w porównaniu z ozczędnościa- 0 mi odpowiednich tranformatorów z wyżzymi tratami jałowymi. Ry. 3. Strumień ozczędności w tratach energii (w MWh) dla tranformatorów różnych kla Na ry. 4. zilutrowano kozty niezbędne do uzykania ozczędności energii w proceie tranformacji odnieione do 1 kwh przez zatoowanie różnych kla tranformatorów energoozczędnych przy topie dykonta p = 0,06. Z przedtawionego na tym ryunku przebiegu widać wyraźnie jak duże różnice wytępują między koztami uzykania ozczędności w tranformatorach o najwyżzych tratach jałowych (E 0) w tounku do tranformatorów pozotałych kla. Spowodowane to jet znacznie wyżzymi koztami zmniejzania trat obciążeniowych niż jałowych w tranformatorach. Dla każdej z grup tranformatorów o jednakowym poziomie trat jałowych różnice w koztach 1 kwh ą niewielkie, ale zawze najwiękze przy zatoowaniu tranformatorów z najniżzymi tratami obciążeniowymi (A ). Nr 153 k 61

7 Wyznaczane kozty ozczędności w założonym okreie czau zależą od topy dykonta. Aby pokazać jak wpływa zmiana wartości tej topy na poziom niezbędnych koztów do uzykania odpowiednich ozczędności na ry. 5. przedtawiono zmiany tych koztów (analogicznie jak na ry. 4.) dla trzech wartości tóp dykontowych. Dla zwiękzenia przejrzytości wykreów pominięto tranformatory z najwyżzymi tratami jałowymi (E 0). Wnioek jet oczywity im wyżza wartość topy tym drożze rozwiązania i tym więkze kozty uzykania ozczędności. Ry. 4. Kozty w PLN/kWh niezbędne do uzykania ozczędności energii poprzez wybór tranformatora energoozczędnego zamiat jednotki o najwyżzych tratach Dk-E 0 dla topy dy- kontowej p = 0,06 Ry. 5. Kozty w PLN/kWh niezbędne do uzykania ozczędności energii poprzez wybór tranformatora energoozczędnego zamiat jednotki o najwyżzych tratach Dk-E 0 dla różnych wartości tóp dykontowych p = 0,04 0,06 0,08 62

8 5. Podumowanie Przedtawiony przykład pokazuje poób potępowania przy wykazaniu ozczędności energii w proceie tranformacji i koztów ich pozykania. Jet ilutracją protego audytu, który ma uzaadnić potrzebę wparcia finanowego przy wyborze tranformatora energoozczędnego. Konekwencją takiego wyboru będzie zwiękzenie efektywności energetycznej w ieciowych układach elektroenergetycznych. 6. Literatura [1] Niewiedział E., Niewiedział R., Tranformatory rozdzielcze SN/nn Problematyka ozczędności w tratach energii, w: Mat. XI Sympozjum OP SEP, Poznań 2008, [2] Niewiedział E., Niewiedział R., Skapitalizowane kozty trat energii elektrycznej w tranformatorach rozdzielczych SN/nn, elektro.info, 2009, nr 3, [3] Kochanowki K., Białe megawaty energii; Fakty nr 6, litopad/grudzień [4] Żmijewki K., Kaenberg A., Kob D., Onichimowki G., Węglarz A., Wieczorek T., Białe certyfikaty. Propedeutyka. Seminarium Ecofy w MG, wrzeień [5] Minitertwo Gopodarki, Polityka energetyczna Polki do 2030 roku, Dokument przyjęty przez Radę Minitrów RP, Warzawa 10 litopada 2009 r. [6] Straty energii elektrycznej w ieciach dytrybucyjnych (Praca zbiorowa pod redakcją J. Kulczyckiego), Wyd. PTPiREE, Poznań [7] Agencja Rynku Energii S.A., Statytyka elektroenergetyki polkiej 2010, Warzawa [8] Norma PN-EN :2007 Trójfazowe olejowe tranformatory rozdzielcze 50 Hz od 50 kva do 2500 kva o najwyżzym napięciu urządzenia nie przekraczającym 36 kv Część 1: Wymagania ogólne. Artykuł jet przedrukiem referatu wygłozonego przez Autora na X Konferencji Naukowo-Technicznej Oddziału Poznańkiego SEP z cyklu Intalacje elektryczne nikiego, średniego i wyokiego napięcia nt. Wybrane zagadnienia tacji elektroenergetycznych w dniu 9 maja 2012 r. w Poznaniu. Nr