Zmiana czasu a obciążenia KSE Autor: Jarosław Tomczykowski - biuro PTPiREE ("Energia Elektryczna" - kwiecień 2014) W naszym kraju, podobnie jak w całej Unii Europejskiej, czas letni zaczyna się w ostatnią niedzielę marca, a kończy w ostatnią niedzielę października. Odbywająca się dwa razy w roku zmiana czasu ma spowodować efektywniejsze wykorzystanie światła dziennego, a co za tym idzie oszczędność energii. Latem czas strefowy przesuwamy o godzinę do przodu, więc okres aktywności człowieka jest lepiej dopasowany do godzin, w których występuje najwięcej światła słonecznego. Czas letni sprawia, że Słońce pozornie wschodzi godzinę później. Dzięki temu np. w połowie kwietnia jasno robi się o godz. 5, zamiast o 4, a ciemno o godz. 20.30, a nie o 19.30 (jasno jest na godzinę przed i po zachodzie Słońca) w związku z tym przy zmianie czasu na letni później zapalamy światło (używamy mniej energii na oświetlenie). Dyskusje na temat, czy jest to zabieg opłacalny pojawiają się co roku, szczególnie w okresach zmiany czasu. W tym artykule pokazano wpływ zmiany czasu na przebieg obciążenia krajowego systemu elektrycznego (KSE) oraz wybranych grup odbiorców rozliczanych w taryfach G i C1. Na rysunku 1 pokazano przebieg czasu zachodu Słońca w ciągu roku, uwzględniając zmianę czasu strefowego na letni i letniego na strefowy. Uwidacznia się to w postaci wyraźnych dwóch punktów nieciągłości. Wartość czasu T z zmienia się w Polsce, w zakresie 15.36-21.02. Analizę wpływu zmiany czasu na przebieg obciążenia w 2012 r. przeprowadzono na podstawie dostępnych danych KSE 4 oraz danych pomiarowych zbieranych w ramach prowadzonej przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej pracy pt.: Badanie obciążeń i budowa katalogu charakterystyk odbiorców energii elektrycznej. Analizując przebiegi obciążenia KSE w okresie przed i po zmianie czasu, zaobserwowano wyraźne przesunięcie obciążenia o godzinę w przód przy zmianie czasu zimowego na letni (rysunek 2 a) i o godzinę wstecz przy zmianie czasu letniego na zimowy (rysunek 2 b). Różnica mocy pomiędzy przesuniętymi wykresami wynosiła 2500-3000 MW i wystąpiła ok. godz. 19. Pokazane na rysunku 2 przebiegi dotyczą dni roboczych w tygodniu przed i po zmianie czasu. W przypadku rysunku 2 b widzimy, oprócz przesunięcia obciążenia, także jego zwiększenie. Powodem tego może być fakt, że był to tydzień z Dniem Wszystkich Świętych, więc nie do końca porównywalny z wcześniejszym tygodniem. Dla każdej grupy odbiorców rozliczanych w taryfie G i C1 była widoczna zmiana obciążenia w okresie zmiany czasu podobna jak w przypadku obciążenia KSE. Na rysunku 3 przedstawiono wpływ zmiany czasu na obciążenie odbiorców rozliczanych w taryfie G11 (gospodarstwa domowe) i C11.
Rys.1. Czas zachodu Słońca: 1 - krzywa zachodu Słońca w funkcji czasu astronomicznego, 2 - krzywa zachodu Słońca w funkcji czasu strefowego Z przedstawionych rysunków wynika, że przesunięcie czasu zachodu Słońca (T z ), bo do tego sprowadza się zmiana czasu, powoduje przesunięcie obciążenia, które możemy uznać za obciążenie wynikające z odbiorników oświetleniowych. Następnie przeprowadzono analizę zależności między obciążeniem a czasem zachodu Słońca (T z ) w okresie całego roku. Dla oznaczenia miary współzależności pomiędzy T z a obciążeniem w poszczególnych godzinach doby wykorzystano współczynnik korelacji liniowej (r xy ). Wartości współczynnika rxy zawierają się w przedziale [-1;1] i informują o sile oraz kierunku związku między obciążeniem a czasem zachodu Słońca. Korelacja jest tym silniejsza, im wartość bezwzględna rxy jest większa. Siła relacji między zmiennymi może być określana jako: - słaba r xy (0,2-0,4); - średnia r xy (0,4-0,7); - silna r xy (0,7-0,9); - i bardzo silna r xy (0,9-1). W przypadku, gdy r xy (0-0,2> mówimy o braku korelacji 2. Współczynnik korelacji w porze wieczornej ma wyraźnie duże wartości ujemne (im później zachodzi Słońce, tym mniejsze obciążenie). Czas występowania największych wartości współczynnika korelacji między obciążeniem a czasem zachodu Słońca pokrywa się z przedziałem czasu zachodu Słońca. W przypadku KSE, przeprowadzona analiza wskazuje na średnie zależności między obciążeniem a czasem zachodu Słońca T z. Największe wartości bezwzględne tego współczynnika otrzymano w godz. 18-20. Związane jest to z występującym
w tym czasie wieczornym szczytem oświetleniowym. Z analizowanych grup odbiorców największą zależność od czasu zachodu Słońca zaobserwowano dla odbiorców rozliczanych w grupie taryfowej C12a i G11. Rys. 2. Rok 2012, wpływ na obciążenie KSE zmiany czasu a) zimowego na letni b) letniego na zimowy Oczywiście duża korelacja obciążenia i czasu zachodu Słońca nie musi koniecznie wynikać z obciążenia powodowanego oświetleniem. Przykładem są odbiorcy, którzy wykorzystują energię elektryczną do ogrzewania mieszkań. Ta duża zależność wynika z silnego związku temperatury i czasu zachodu Słońca. Komplikuje to dodatkowo analizę wpływu czasu zachodu Słońca na przebieg obciążenia. Zużycie energii elektrycznej wykorzystywanej na cele oświetleniowe nie jest mierzone, nie ma też jednoznacznych metod jego szacowania. W skali kraju wartość tę ocenia
się na ok. 30 TWh, co stanowi prawie 19 proc. całkowitego zużycia energii elektrycznej 1. Próbując oszacować, jakie oszczędności daje wprowadzenie czasu letniego, założono na podstawie analizy obciążenia przed i po zmianie czasu, że średnia oszczędność w ciągu doby wynosi 1500 MWh. Mnożąc tę wartość przez okres trwania czasu letniego (ok. 7 miesięcy) otrzymujemy ok. 3 TWh. Wartość ta stanowi ok. 2 proc. energii zużywanej przez odbiorców w Polsce. Czy jest to dużo? Czy to się opłaca? Zdania są podzielone. Dla części przeliczenie tej wartości na tony CO 2 jest wystarczającym argumentem. Z drugiej strony pokazywane są niedogodności, przejawiające się w dostosowaniu systemów informatycznych, komunikacji kolejowej, czy wreszcie ludzkiego zegara biologicznego do nowych warunków. Rys. 3. Wpływ zmiany czasu zimowego na letni w 2012 r. na obciążenie odbiorców rozliczanych w taryfie G11 (gospodarstwa domowe) i C11
Rys. 4. Przebiegi współczynnika korelacji pomiędzy obciążeniem a czasem zachodu Słońca Literatura 1. Grzonkowski J., Wybrane zagadnienia oświetlenia drogowego, Polski Komitet Oświetleniowy, 2013 r. 2. Poradnik matematyczny, Praca zbiorowa, PWN, Warszawa 1986 r. 3. Tomczykowski J., Zużycie energii elektrycznej na cele oświetleniowe w gospodarstwach domowych,,,energia Elektryczna nr 1/2010 r. 4. www.pse.pl