VIII Konferencja Naukowo-Techniczna Straty energii elektrycznej w sieciach elektroenergetycznych Wrocław, 21 22 marzec 2018 rok Elżbieta Niewiedział, Ryszard Niewiedział Wyższa Szkoła Kadr Menedżerskich w Koninie ANALIZA STATYSTYCZNA STRAT ENERGII ELEKTRYCZNEJ W KRAJOWYM SYSTEMIE ELEKTROENERGETYCZNYM W XXI WIEKU
Odbiorcy energii elektrycznej Klienci szeroko rozumianej elektroenergetyki Odbiorcy oczekują pewnych dostaw takiej ilości energii w określonej czasie, aby mogli zaspokoić swoje potrzeby inaczej zapewnienia wysokiego poziomu bezpieczeństwa energetycznego.
Bezpieczeństwo energetyczne 1. Bezpieczeństwo energetyczne odbiorcy to określony stopień gwarancji możliwości korzystania z potrzebnych mu form energii w określonym czasie i w potrzebnej ilości oraz przy dostępnej dla niego cenie. Zapewnienie tego bezpieczeństwa stawia odpowiednie wymagania dostawcom. 2. Bezpieczeństwo dostaw energii gotowość dostawców do pokrycia pełnego zapotrzebowania na energię po akceptowalnych społecznie cenach w stanach normalnych i ograniczonego zapotrzebowania energii w stanach awaryjnych.
STRATY ENERGII w sieciach elektroenergetycznych - składnik bilansu energii Straty energii = zużycie energii na potrzeby własne sieci Światowe tendencje Wzrost efektywności energetycznej Zadania dla Operatorów Sieci Minimalizacja strat energii
Polska Ustawa o efektywności energetycznej aktualna wersja z 2016 roku w Art.1. określa między innymi: zadania jednostek sektora publicznego w zakresie efektywności energetycznej; zasady realizacji obowiązku uzyskania oszczędności energii w Art. 19. 1. podaje rodzaje działań, które mają ograniczyć straty energii w sieciach elektroenergetycznych związane z poborem energii biernej sieciowe związane z przesyłaniem lub dystrybucją energii elektrycznej na transformacji
Podstawowa wielkość wykorzystywana do analizy strat energii Wskaźnik strat i różnic bilansowych ΔE % czyli stosunek strat i różnic bilansowych do energii elektrycznej wprowadzonej do sieci ΔE % ΔE E wp 100 gdzie: ΔE straty i różnice bilansowe w sieci na danym poziomie napięcia; E wp energia elektryczna wprowadzona do sieci na danym poziomie napięcia.
Wskaźniki określające zmiany strat energii i różnic bilansowych w latach 2002-2016 w 1 E E wp_k wp_2002 w 2 DE DE k 2002 w 3 DE DE %_k %_2002 gdzie: DE wp_k - energia wprowadzona do sieci na danym poziomie napięcia w k-tym roku DE k - straty i różnice bilansowe w k-tym roku DE %_k - procentowe straty i różnice bilansowe w k-tym roku
Wskaźniki określające zmiany energii wytworzonej z OZE i wprowadzonej do sieci w latach 2002-2016 w E wp _ OZE 4 E wp 1000 [ ] w 5 E E wp _ OZE _ k wp _ OZE _ 2002 Współczynnik korelacji R y = w 4 zmiany wartości wskaźnika strat ΔE % x = w 5 zmiany energii wytworzonej w OZE i wprowadzonej do sieci R Kov( x, x. y y)
Wskaźniki określające średnioroczne zmiany strat energii i różnic bilansowych w wybranych okresach czasu z lat 2002-2016 Średnioroczny przyrost w okresach pięcioletnich (czteroletnich) Średnioroczny przyrost między rokiem 2016 i 2015 Średnioroczny przyrost w całym badanym okresie czternastu lat gdzie: X 2002, X 2007, X 2012, X 2015, X 2016 wartości badanej wielkości w latach 2002, 2007, 2012, 2015 i 2016
Straty i różnice bilansowe energii elektrycznej w sieciach 400 i 220 kv KSE Rok E wp ΔE ΔE % w 1 w 2 w 3 2002 79 866 1 514 1,89 1,00 1,00 1,00 2007 92 207 1 823 1,98 1,15 1,20 1,05 2012 100 101 1 688 1,69 1,25 1,11 0,89 2013 99 320 1 694 1,71 1,24 1,12 0,90 2014 102 970 1 693 1,64 1,29 1,12 0,87 2015 103 464 1 833 1,77 1,29 1,21 0,94 2016 104 038 1 685 1,62 1,30 1,11 0,86
Straty i różnice bilansowe energii elektrycznej w sieciach 110 kv KSE Rok E wp ΔE ΔE % w 1 w 2 w 3 2002 115 522 2 761 2,39 1,00 1,00 1,00 2007 128 515 2 354 1,83 1,11 0,85 0,77 2012 129 335 2 198 1,70 1,12 0,80 0,71 2013 130 401 2 094 1,61 1,13 0,76 0,67 2014 130 859 1 882 1,44 1,13 0,68 0,60 2015 132 931 2 061 1,55 1,15 0,75 0,65 2016 135 580 2 008 1,48 1,17 0,73 0,62
Średnioroczne przyrosty α [%] dla strat energii, energii wprowadzonej do sieci i wskaźnika strat w sieciach NN i 110 kv 3,00 2,50 2,00 ΔE % W_1 W_3 1,40 1,10 sieć 400 kv i 220 kv sieć 400 kv i 220 kv sieć 110 kv sieć 110 kv sieć 400 kv i 220 kv sieć 110 kv 1,20 0,90 1,50 1,00 1,00 0,70 0,50 0,00 2002 2007 2012 2013 2014 2015 2016 0,80 2002 2007 2012 2013 2014 2015 2016 0,50 2002 2007 2012 2013 2014 2015 2016 Średnioroczne przyrosty α [%] Przedział Sieć NN Sieć 110 kv czasu E wp ΔE ΔE % E wp ΔE ΔE % 2007 2002 2,92 3,78 0,84 2,15-3,14-5,18 2012 2007 1,66-1,53-3,13 0,13-1,36-1,49 2016 2012 0,97-0,04-1,00 1,19-2,23-3,38 2016 2015 0,55-8,07-8,58 1,99-2,57-4,48 2016 2002 1,91 0,77-1,12 1,15-2,25-3,36
Podsumowanie SIECI NAJWYŻSZYCH NAPIĘĆ (400 i 220 kv) wzrost ilości energii wprowadzonej do sieci; różne wartości przyrostów w przedziałach czasu: a 2007-2002 = 2,92% przy a 2016-2015 = 0,55% wolniejszy przyrost energii wprowadzonej do sieci w ostatnich latach nieregularne średnioroczne zmiany strat energii: początkowy okres wzrost strat a 2007-2002 > 0 w następnych latach spadek a 2016-2012 = -1,0% i a 2016-2015 = -8,6% <0 (brak regularności zmian) średnia korelacja (współzależność) między energią wprowadzoną do sieci a wskaźnikiem strat R = -0,85.
Podsumowanie SIECI WYSOKICH NAPIĘĆ 110 kv wartości średniorocznych przyrostów energii wprowadzonej w sieci 110 kv a 2007-2002 = 2,15% a 2016-2002 = 1,15% wskazują na wolniejszy przyrost energii wprowadzonej a 2016-2002 = 1,91% w porównaniu z siecią NN a 2007-2002 = 2,92% znaczące obniżenie wskaźnika strat w całym okresie 14-tu lat w sieciach 110 kv a 2016-2002 = 3,36% w porównaniu z siecią NN a 2016-2002 = 1,12% współzależność między energią wprowadzoną do sieci 110 kv a wskaźnikiem strat jest na podobnym poziomie jak w sieci NN wskaźnik korelacji R = -0,83
Straty i różnice bilansowe energii elektrycznej w sieciach średniego napięcia Rok E wp ΔE ΔE % w 1 w 2 w 3 2002 85 880 3 759 4,38 1,00 1,00 1,00 2007 98 456 3 942 4,00 1,15 1,05 0,91 2012 103 642 3 206 3,09 1,21 0,85 0,71 2013 104 633 3 243 3,10 1,22 0,86 0,71 2014 105 868 3 209 3,03 1,23 0,85 0,69 2015 108 016 3 230 2,99 1,26 0,86 0,68 2016 111 428 3 013 2,70 1,30 0,80 0,62
Straty i różnice bilansowe energii elektrycznej w sieciach niskiego napięcia Rok E wp ΔE ΔE % w 1 w 2 w 3 2002 51 896 6 195 11,94 1,00 1,00 1,00 2007 56 003 5 089 9,09 1,08 0,82 0,76 2012 57 602 3 628 6,30 1,11 0,59 0,53 2013 57 559 3 444 5,98 1,11 0,55 0,50 2014 57 300 3 289 5,74 1,10 0,53 0,48 2015 57 759 3 099 5,37 1,11 0,50 0,45 2016 58 239 2 711 4,65 1,12 0,44 0,39
Średnioroczne przyrosty α [%] dla strat energii, energii wprowadzonej do sieci i wskaźnika strat w sieciach średniego i niskiego napięcia ΔE % W_1 W_3 14 12 10 sieć SN sieć nn 1,4 1,2 sieć SN sieć nn 1,1 0,9 sieć SN sieć nn 8 6 0,7 4 1,0 0,5 2 0 2002 2007 2012 2013 2014 2015 2016 0,8 2002 2007 2012 2013 2014 2015 2016 0,3 2002 2007 2012 2013 2014 2015 2016 Średnioroczne przyrosty α [%] Przedział Sieć SN Sieć nn czasu E wp ΔE ΔE % E wp ΔE ΔE % 2007 2002 2,77 0,96-1,76 1,53-3,86-5,31 2012 2007 1,03-4,05-5,03 0,56-6,54-7,07 2016 2012 1,83-1,54-3,31 0,28-7,03-7,28 2016 2015 3,16-6,72-9,57 0,83-12,52-13,24 2016 2002 1,88-1,57-3,38 0,83-5,73-6,51
Podsumowanie SIECI ŚREDNICH NAPIĘĆ średnioroczny przyrost energii wprowadzonej w sieciach SN w całym okresie 14-tu lat a 2016-2002 = 1,88% nieco niższy od przyrostu w sieciach NN a 2016-2002 = 1,91% nietypowe zmiany rzeczywistych i procentowych strat energii w latach 2002-2007; dla średniorocznego przyrostu strat ΔE a 2007-2002 = 0,96% >0 oraz a 2007-2002 = - 1,76%<0 dla wskaźnika strat ΔE % znacznie szybszy wzrost ilości energii E wp w stosunku do wzrostu strat energii ΔE znaczny spadek rzeczywistych rocznych strat energii ΔE o 20% i wskaźnika ΔE % o 38%, przy wysokim wzroście energii wprowadzonej do sieci E wp o 30% silniejsza (niż sieciach NN i 110 kv) korelacja między energią wprowadzoną do sieci SN a wskaźnikiem strat ΔE % R = -0,94
Podsumowanie SIECI NISKICH NAPIĘĆ najniższy - w porównaniu z przyrostami w pozostałych sieciach wyższych napięć - przyrost energii wprowadzonej do sieci nn w okresie 14-tu lat a 2016-2002 = 0,83% w sieciach nn wystąpił najwyższy w porównaniu ze zmianami w pozostałych sieciach spadek wskaźnika strat energii ΔE % a 2016-2002 = -6,5% zmiana odwrotna do zmian energii wprowadzonej do sieci znaczny spadek rzeczywistych rocznych strat energii ΔE o 56% i wskaźnika ΔE % o 61%, przy wysokim wzroście energii wprowadzonej do sieci E wp o 12% najsilniejsza współzależność między średniorocznymi zmianami energii wprowadzonej a wskaźnikiem strat współczynnik korelacji R = -0,97
Sieć 110 kv udział energii ze źródeł odnawialnych w całkowitej energii elektrycznej dostarczonej do sieci 110 kv wzrósł od 0,4 w roku 2002 do 55,0 w roku 2016 R= - 0,81 Rok E wp_oze w 4_ w 5 2002 43 0,4 1,0 2007 431 3,3 10,0 2012 3 039 23,5 70,7 2013 3 821 29,3 88,9 2014 4 846 37,0 112,7 Najwyższy średnioroczny przyrost dostaw energii z OZE 2007 2002 58,56% 200 175 150 125 100 75 50 alfa = 44,52% 2015 6 893 51,9 160,3 2016 7 456 55,0 173,4 25 0 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
Sieć SN udział energii ze źródeł odnawialnych w całkowitej energii elektrycznej dostarczonej do sieci SN wzrósł od 1,5 w roku 2002 do 36,8 w roku 2016 R= - 0,95 Rok E wp_oze w 4_ w 5 2002 125 1,5 1,00 2007 363 3,7 2,90 2012 1 868 18,0 14,9 2013 2 421 23,1 19,4 2014 2 935 27,7 23,5 Najwyższy średnioroczny przyrost dostaw energii z OZE 2012 2007 38,77 % 200 175 150 125 100 75 50 alfa = 28,32% 2015 3 719 34,4 29,7 2016 4 103 36,8 32,8 25 0 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
Sieć nn Udział energii ze źródeł odnawialnych w całkowitej energii elektrycznej dostarczonej do sieci nn zmieniał się od od 2,2 w roku 2012 (max) do 1,3 w roku 2015 R= - 0,85 Rok E wp_oze w 4_ w 5 2002 115 2,2 1,00 2007 110 2,0 0,96 2012 88 1,5 0,77 2013 90 1,6 0,78 2014 90 1,6 0,78 2015 74 1,3 0,64 2016 109 1,9 0,95 Najwyższy średnioroczny przyrost dostaw energii z OZE 2016 2015 47,30% 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 alfa = - 0,38% 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016
Produkcja energii E prod w polskich elektrowniach w latach 2010 2016 Bezwzględne ΔE i procentowe ΔE % straty energii w odniesieniu do globalnie wytworzonej energii E prod Rok Jednostka 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 E prod TWh 157,66 163,55 162,14 164,56 159,10 164,80 166,70 ΔE TWh 11,96 10,58 10,72 10,48 10,07 10,22 9,42 ΔE % % 7,58 6,47 6,61 6,37 6,33 6,20 5,65 Oszczędności w stratach blisko 2,54 TWh ponad milion ton CO 2
Produkcja energii E prod w polskich elektrowniach oraz wskaźnik strat energii w polskich sieciach elektroenergetycznych w latach 2010 2016 1,10 Produkcja energii Straty energii 0,90 0,70 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Produkcja E prod w polskich elektrowniach i straty w polskich sieciach elektroenergetycznych w latach 2010 2016 łączne, rzeczywiste straty energii w ciągu 7-ciu lat zmalały o około 21% przy wzroście produkcji energii na poziomie 5,4% (średnioroczne zmiany były równe odpowiednio -3,9% i +0,9%); nieco większe wartości widać w procentowych zmianach, które zmalały w tym samym czasie o 25,5% (średniorocznie o 4,8%); w roku 2016 obserwuje się dynamiczny spadek poziomu łącznych strat o ok. 9% w stosunku do roku 2015, a tylko ok. 2% w roku 2015 w stosunku do roku 2014
Produkcja E prod w polskich elektrowniach i straty w polskich sieciach elektroenergetycznych w latach 2010 2016 zmiana udziału strat energii na poszczególnych poziomach napięć w łącznych stratach; udział strat w sieciach nn zmalał w ciągu 7-miu lat z blisko 36% na 29%, udział strat w sieciach pozostałych napięć zwiększyły przy czym największy przyrost udziału wystąpił w sieciach NN - wzrost o 22%; w sieciach 110 kv i SN przyrost udziału był rzędu kilku procent; porównanie strat z okresu lat 2010-2014 ze stratami z okresu 2010 2016 straty sieciowe mają nadal tendencję spadkową co skutkuje wyższą efektywnością procesu przesyłu energii elektrycznej i wywiązywaniem się z nałożonych działań wynikających pkt w Ustawy o efektywności energetycznej
DZIĘKUJĘ BARDZO ZA UWAGĘ