Kształtowanie obciążeń w elektroenergetycznych sieciach rozdzielczych z wykorzystaniem regulacja napięcia DVR

Transkrypt

1 Barosz PAWLICI WE Soe Operaor Sp. z o.o., Pio sług Sieciowych () szałowaie obciążeń w elekroeergeyczych sieciach rozdzielczych z wykorzysaie regulacja apięcia DV Sreszczeie. W arykule zosały oówioe wyagaia doyczące pozioów apięcia w elekroeergeyczych sieciach rozdzielczych iskiego apięcia w koekście regulacji apięcia w sacjach rasoraorowych SN/ z wykorzysaie Dyaic Volage egulaio. W opracowaiu przedsawioo eoreycze oraz rzeczywise ożliwości regulacji obciążeia poprzez ziaę apięcia zasilającego. Wykoao przykład obliczeiowy a podsawie rzeczywisych obciążeń losowo wybraej iejskiej sacji rasoraorowej SN/. Absrac. The requirees or volage levels o low-volage disribuio eworks i he coex o he volage regulaio i MV/LV rasorer saios usig Volage Dyaic egulaio were preseed i he paper. Auhor showed he heoreical ad he available poeial o loads regulaio by chagig he supply volage. Exeplary calculaio based o real load o rado ciy MV/LV subsaio was doe. (Loads orig i power disribuio eworks by volage regulaio wih DV). Słowa kluczowe: regulacja apięcia, sieci rozdzielcze, DV, kszałowaie obciążeń, sar grid. eywords: LV disribuio eworks, Dyaic Volage egulaio, loads orig, sar grid. Wsęp Eekywe wywarzaie, przesył, rozdział i użykowaie eergii elekryczej abiera coraz większego zaczeia. Dążeie do opyalego wykorzysaia ożliwości przesyłowych sieci dysrybucyjych jes echiczie i ekooiczie uzasadioe. Tedecja a skłaia iżyierów do poszukiwaia coraz o bardziej ieresujących rozwiązań. Jedą z propozycji ogą być echologie opare o regulację apięcia w sieciach rozdzielczych iskiego apięcia, kóre z kolei a przełożeie a oc pobieraą przez odbioriki klieów. Szadarowy przykłade jes echologia DV (ag. Dyaic Volage egulaio). Napięcie sieci zasilającej jes jedy z zasadiczych paraerów eergii elekryczej obok jej częsoliwości. Musi oo być urzyywaie w określoy zakresie. W zależości od rodzaju sieci jego ypowa warość skuecza (iędzyazowa) wyosi w warukach polskich 4V dla sieci rozdzielczej iskiego apięcia. W syseie elekroeergeyczy warość apięcia oże być regulowaa w wielu jego iejscach i a różych pozioach apięć. lasyczie apięcie oże być regulowae już a eapie wywarzaia przez regulację układów wzbudzeia geeraorów zaisalowaych w elekrowiach. W auorasoraorach 4/kV, kv/kv i rasoraorach ocy kv/sn ziaa apięcia sroy wórej odbywa się poprzez regulację pod obciążeie z wykorzysaie auoayk AN (Auoaycza egulacja Napięcia), dzięki zaisaloway podobciążeiowy przełącziko zaczepów. Sezoowo służby eksploaacyje spółek dysrybucyjych regulują bezobciążeiowo apięcie przełączikai zaczepów w rasoraorach SN/. warukowaia prawe, echicze i ekooicze. Polskie przepisy, kóre są dososowae do przepisów ii Europejskiej, deiiują zakresy w jakich uszą zawierać się paraery eergii elekryczej dosarczaej do odbiorców ówią przede wszyski o pozioach apięć. ozporządzeie Miisra Gospodarki z dia 4 aja 7 r. w sprawie szczegółowych waruków ukcjoowaia syseu elekroeergeyczego [] oraz ora PN-EN- 56 [], a kórej wspoiae rozporządzeie bazuje w kwesii doyczącej paraerów eergii w publiczych sieciach rozdzielczych ówią, że: w każdy ygodiu, 95% ze zbioru -iuowych średich warości skueczych apięcia zasilającego powio ieścić się w przedziale ± %. W prakyce e pozorie ałe % daje eoreycze bardzo duże ożliwości regulacyje. Powszeche prawa jakii rządzi się eergia elekrycza opisują asępujące rówaia: () A= P () 3 P 3 cos I cos 3 3 cos cos (3) A = = cos cos gdzie: A - eergia pobieraa przez odbiorcę, P - oc czya zaioowa urządzeń pracujących u odbiorcy, - czas pracy urządzeń, - apięcie azowe zasilające urządzeia odbiorcy, - apięcie iędzyazowe zasilające urządzeia odbiorcy, I - prąd zasilający urządzeia odbiorcy, wypadkowa ipedacja pracujących urządzeń odbiorcy, wypadkowa rezysacja pracujących urządzeń odbiorcy powyższej zależości wyika, że ilość zużywaej eergii przez odbiorcę jes zależa od kwadrau apięcia go zasilającego. Napięcie zasilające usi zawierać się w przedziale (,9,) oblicza się w jaki eoreyczie zakresie jeseśy w saie regulować pobór ocy. (4) P G P P D %,,9,,8 % 4% % gdzie: δ eoreycza ożliwość regulacji ocy pobieraej przez odbiorców, P G - oc czya zaioowa urządzeń pracujących u odbiorcy przy apięciu podwyższoy do,, P D - oc czya zaioowa urządzeń pracujących u odbiorcy przy apięciu obiżoy do,9, P - oc czya zaioowa urządzeń pracujących u odbiorcy przy apięciu zaioowy. Możliwość ziay ilości zaporzebowaej ocy w zakresie od 8% do % ogłaby dawać zacze

2 ożliwości regulacyje. Widać, że poecjał eoreyczy jes bardzo duży względe iych eod zarządzaia popye. Niesey w rzeczywisości isieje wiele ograiczeń chociażby przez ak, że ależy uwzględić różice apięć związae ze spadkai apięcia w obwodach rozdzielczych sieci odbiorców zasilaych z ej saej sacji SN/. Jak o wyika z zależości izyczych, spadki apięcia są zależe od wielu czyików j. długości kabli, kodukywości zasosowaego przewodika, jego przekroju poprzeczego, ocy pobieraych przez odbiorców, a awe eperaury ooczeia i sposobu ułożeia. egulacja apięcia jako źródło racjoalego wykorzysaia eergii elekryczej Techologie z wykorzysaie CV (ag. Coservaio Volage educio) i DV (ag. Dyaic Volage egulaio) są obecie rakowae jako jede z ciekawszych i bardziej przysościowych arzędzi do echiczego serowaia popye głowie w sieciach iskiego apięcia. Pierwsza z ich CV pozwala a ziejszaie apięcia zasilającego poiżej zaioowego przez co pozwala ziejszać zaporzebowaie odbiorców. Druga echologia o DV. Najprościej ujując o rozszerzeie CV o ożliwość podoszeia apięcia. DV daje ożliwość ie ylko ziejszaia apięcia wedy, gdy wysępuje deicy ocy w syseie, ale rówież pozwala podwyższać apięcie uożliwiając zwiększeie kosupcji, gdy wysępuje adwyżka ocy w syseie. W obydwu przypadkach isoa jes wiedza o apięciu odbiorców a końcach obwodów. W przypadku gdy sieć jes wyposażoa w ieligee licziki (Sar Meerig) bieżąca korola apięcia u odbiorców ie swarza probleu. Jeżeli jedak ie ay akich ioracji, ie przekreśla o sesowości rozważeia ych echologii szczególie w sieciach iejskich, gdzie sosowae sosukowo duże przekroje i ałe odległości zapewiają ałe spadki apięcia do klieów. asadiczy kosze jes odpowiedi rasoraor SN/ z auoaykai do serowaia podobciążeiowyi przełączikai zaczepów co ciekawe w rasoraorach ych sosuje się częso regulację po sroie iskiego apięcia z wykorzysaie przełączików eergoelekroiczych [3]. Należy podkreślić, że jeżeli syse jes prawidłowo zbudoway o odbiorcy końcowi ie odczuwają egaywych kosekwecji związaych z regulacją apięcia, a dzięki sałeu adzorowi ad apięciai uzyskujey gwarację urzyywaia przepisowych paraerów zasilaia. Takie arzędzie pozwala a dużą poprawę eekywości wykorzysaia eergii elekryczej w sieciach rozdzielczych. Obecie od kilku la ukcjouje wiele prograów piloażowych i dyspoujey dayi doyczącyi realych ożliwości regulacji. W opracowaiach oża zaleźć iorację, że rzeczywise ożliwości regulacyje DV pozwalają a każdy % regulacji apięcia uzyskać,6-,4% regulacji ocy w zależości od odbiorów zaisalowaych w sieci [7, 9]. Sao sosowaie echologii CV, dającej ożliwości regulacji od,8-,% ocy a % ziay apięcia pozwala roczie ziejszyć zużycie eergii od,5-4% [4] przy dopuszczalych w Saach jedoczoych różicach apięć ±5% [8]. Jak widać, ożliwości eoreycze zaczie przekraczają średie realie uzyskiwae wyiki, jedak poecjał echologii dalej wydaje się być arakcyjy. Szczególie ieresująca jes ożliwość regulacji obciążeia bez udziału odbiorców w prograach aryowych ypu Tie-o-se, czy iych oparych o serowaie popye poprzez kszałowaie końcowych ce eergii. Możliwości echologii Poecjał ożliwości zasosowaia DV w sieciach rozdzielczych zosał przedsawioy w posaci przykładu obliczeiowego dla wybraej rzeczywisej iejskiej sacji rasoraorowej SN/ o ocy rasoraora 4kVA. Obliczeia są prowadzoe w oparciu o godziowe obciążeie sacji dla godzi w roku od.7. : do :. Nie ając ożliwości dokoywaia poiaru a końcach obwodów przyjujey, że poio dopuszczalych zia apięcia w zakresie ±% apięcia zaioowego przyjujey dopuszczaly zakres regulacji od -5% do +% a szyach rozdzielicy iskiego apięcia w sacji SN/. apewi o zachowaie właściwego poziou apięcia jeżeli spadek apięcia od sacji do odbiorcy ie przekroczy 5% zgodie z wyyczyi []. Bazując, a obserwacjach [4, 7, 9] a każdy % proce ziay apięcia przyjuje się % regulacji ocy. Nakłady iwesycyje będą różicą iędzy ceą zakupu rasoraora z auoayką DV i ceą zakupu radycyjego rasoraora. Przychodai będą oszczędości oraz zyski związae z regulacją ocy i wyikający z iej zużycie eergii w odiesieiu do ce eergii a ryku bilasujący w okresie dla daych poiarowych sacji. akłada się, że w chwilach, gdy cea eergii a ryku bilasujący była wyższa iż średia cea ważoa c śr =7,/ [9] zdecydowao się obiżać apięcie o 5%, a gdy była wyższa podwyższać o %. Dla uławieia obliczeń założoo, że ira sprzedaje eergię odbiorco po sałej ceie rówej średiej ceie zakupu. Dae doyczące ce eergii i wolueu ocy pobieraej z badaej sacji, kóre będą wykorzysywae w obliczeiach zosały zaprezeowae a rysukach i. ys.. Cey eergii a ryku bilasujący w okresie od -7- do -6-3 []

3 ys.. Godziowe obciążeia wybraej sacji rasoraorowej w okresie od -7- do -6-3 Szacowae koszy rocze bez DV osz roczy zakupu eergii po ceach a ryku bilasujący bez regulacji apięcia, czyli kosz saowiący bazę odiesieia dla pozosałych wyików: (5) Ai ci Pi h ci i i gdzie: A i eergia sprzedaa w i-ej godziie roku [], P i godziowa oc średia pobieraa w i-ej godziie roku [MW], c i - cea eergii a ryku bilasujący w i-ej godziie [/]. W związku z y, że w obliczeiach używaa jes cea średia ważoa ależy zapisać, że: A c S i (6) i sr gdzie: S przychód z eergii sprzedaej w ciągu roku, c śr - średia cea ważoa [/]. Aby obliczyć oszczędość związaa z zakupe iejszej ilości eergii w godziach, gdy cea zakupu jes wyższa od cey średiej (czyli, gdy ira a sraę) ależy usalić kosz zakupu eergii sosując asępującą zależość: (7) Ai ci Pi h ci i i gdzie: godziy, w kórych cea eergii kupowaej jes wyższa od cey eergii sprzedawaej (średiej). Nasępie korzysając z ożliwości ziejszeia zużycia eergii w ych godziach o α oża ziejszyć koszy rocze, a co za y idzie ziejszyć roczą sraę. (8) 3 ( ) Ai ci ( ) Ai ci i Oszczędość rocza wyosi zae: i (9) O 3 Ai ci ( ) Ai ci i Ai ci i i Dodakowy zysk związay z zakupe większej ilości eergii w godziach, gdy cea zakupu jes iższa od cey średiej (czyli, gdy ira geeruje zysk) ależy rozparzyć jak poiżej. osz zakupu eergii w godziach, gdy cea zakupu jes iższa od cey średiej wyosi: () 4 Ai ci i gdzie: godziy, w kórych cea eergii kupowaej jes iższa od cey eergii sprzedawaej. orzysając z ożliwości zwiększeia zużycia eergii w ych godziach o β oża obliczyć koszy zakupu większej ilości eergii sosując wzór: () 5 ( ) Ai ci ( ) Ai ci i Dodakowy zysk roczy wyosi: () 5 4 ( ) Szacowae korzyści i Ai ci Ai ci Ai ci 4 i i i ysk roczy jaki osiąga ira przy założeiu, że ie reguluje oa popyu zgodie z założeiai wyosi. Naoias zysk roczy jaki osiąga ira w związku ze sosowaie DV wyiesie: (3) O Ai ci Ai ci i i

4 Sopa wzrosu przychodu wyiesie zae: (4) z O Warość bieżąca eo (NPV) saowiąca różicę poiędzy zdyskoowayi przepływai pieiężyi, a akładai począkowyi, kóra jes jedocześie wskaźikie eekywości dla aalizowaej iwesycji wyosi: (5) NPV CF r I gdzie: NPV warość bieżąca eo, CF przepływy goówkowe w okresie, r sopa dyskoa, I akłady począkowe będące różicą koszu iwesycji z DV i iwesycji bez DV, koleje okresy eksploaacji iwesycji Dla rasoraorów rozdzielczych SN/ prakyka pokazuje, że okres eksploaacji wyosi ajiej 5-3la [5, 6]. W specyikacjach spółek dysrybucyjych oża spokać zakładae okresy eksploaacji awe do 35 la. W związku z y, że przepływy goówkowe będą zależe od ce eergii (a coroczie aryy uwzględiają ziay warości pieiądza związae z ilacją) ależy przyjąć ałą sopę dyskoa. Przykład obliczeiowy Poiżej zaprezeowao przykład obliczeiowy, w kóry wykorzysay ożliwość regulacji apięcie. Możliwości regulacyje zgodie z założeiai α=5%, β=%, przy ceie eergii c śr =7,/. Ai ci Pi h ci i i 77.7kW h 7, Ai ci Pi h ci i 84,9kW h 5 O i , ,3 5% 74384,3 379, 4 Ai ci Pi h ci i i 77 7, kw h 9, ,8 % 93979,8 9397,93 z O NPV O CF r Ai ci Ai ci 37,3 i I 7, 79% i W związku z rudościai z usaleie cey zakupu rasoraora SN z przełączikie podobciażeiowy wyliczoo próg reowości, będący różicą iwesycji z DV i iwesycji bez DV, poiżej kórego opłacale jes sosowaie DV w aalizoway przypadku dla iwesycji a 3 la i przy sopie dyskoa 6%. NPV 37,3 I,6 37,3 I 8555,,6 Aby lepiej zobrazować uzyskay wyik waro porówać go z ceai owych rasoraorów 5/,4kV o ocach 4kVA oerowaych przez krajowych produceów - kwoy od 3 do 4 yś. Dodakowo a rysuku 3 przedsawioo wyiki aaliz wykoaych dla różych zakładaych wariaów aksyalej regulacji apięcia przy założeiach jak dla przykładu obliczeiowego. Wyika z iego, że przy regulacji w zakresie - +4%, kóra wydaje się być bardzo reala do osiągięcia, opłacalość iwesycji a iejsce jeżeli dodakowe akłady począkowe związae z DV są iejsze iż 7 9,93. Corocze ziay ce eergii elekryczej uwzględiają ilacyją ziaę pieiądza, więc co roku warość przychodów z yułu sosowaia DV będzie się zwiększała. ys. 3 - ależość graiczych akładów począkowych (w ys. ) dla różych sop dyskoa oraz sopy wzrosu przychodu (w %) w zależości od wariau zakresu regulacji.

5 Podsuowaie. Sosowaie echologii DV wydaje się być uzasadioe ze względu a rosącą porzebę coraz bardziej eekywej dysrybucji i użykowaia eergii elekryczej.. W oparciu o przeprowadzoe obliczeia, jeżeli różica koszów iwesycji klasyczej i z zasosowaie DV jes iejsza iż wyzaczoy próg reowości, sosowaie oawiaej opcji zarządzaia popye będzie źródłe dodakowych zysków. 3. Oawiaa echologia oże w syuacjach zagrożeia pełić rolę arzędzia do bilasowaia syseu elekroeergeyczego przez operaorów sieci dysrybucyjych a żądaie krajowej dyspozycji ocy. 4. Do osiągaia wyierych zysków przez spółki dysrybucyje będące iwesorai iezbęde są dodakowe regulacje prawe. W yśl ubudligu spółki dysrybucyje zosały rozdzieloe ze spółkai obrou, kóre będą bezpośredio osiągały zyski celowe oże okazać się powołaie odrębego operaora dla obsługi syseów. W przypadku krajów z przedsiębiorswai eergeyczyi ziegrowayi pioowo proble ie wysąpi. 5. Sosowaie regulacji apięcia w sacjach SN/ w perspekywie zwiększaia udziału geeracji rozproszoej przyłączaej do sieci iskiego apięcia oże w przysości okazać się koieczością do urzyaia właściwych pozioów apięć u odbiorców końcowych. 6. Opłacalość sosowaia DV jes wpros proporcjoala do szerokości spekru regulacji i odwroie proporcjoala do warości założoej sopy dyskoa. LITEATA [] ozporządzeie Miisra Gospodarki z dia 4 aja 7 r. w sprawie szczegółowych waruków ukcjoowaia syseu elekroeergeyczego (Dz.. z dia 9 aja 7 r.) [] PN-EN 56:, Paraery apięcia zasilającego w publiczych sieciach rozdzielczych., PN,. [3] Harlow J.H., Elecric Power Trasorer Egieerig, CC Press, [4] Scheider.P., Tuer F.., Fuller J.C., Sigh., Evaluaio o Coservaio Volage educio (CV) o a Naioal Level, Naioal Techical Ioraio Service, 7. [5] apios J., szkodzeia eksploaacyje rasoraorów eergeyczych, Poliechika Śląska, eszyy Probleowe Maszyy elekrycze r 88/, Gliwice [6] Cybulski S., łys P., Mrozek A., Trasoraory rozdzielcze o wysokiej sprawości wykoae z zasosowaie rdzeia aoriczego, ABB Sp. z o.o., oerecja arządzaie eksploaacją rasoraorów, Gliwice [7] T.L. Wilso, D.G. Bell, Eergy Coservaio ad Dead Corol sig Disribuio Auoaio Techologies, IEEE 4 ural Elecric Power Coerece, 4 [8] ANSI C84.-6: Elecric Power Syses ad Equipe volage raigs. [9] Survale Techology Corp., kary kaalogowe syseów auoayki DV, Oario, [] PSE-Operaor S.A., hp:// dosęp a dzień 3..3 [] Wyycze prograowaia sieci rozdzielczych, Isyu Eergeyki, akład Sieci ozdzielczych, Warszawa-aowice, 986. Auor: gr iż. Barosz Pawlicki, Iżyier abezpieczeń i Teleechaiki, WE Soe Operaor Sp. z o.o., Pio sług Sieciowych, ul. Chrzaowskiego, 4-39 Warszawa, E-ail: barosz.pawlicki@rwe.pl