Janitza.cz

Janitza Electronics se zabývá vývojem a výrobou energeticky úsporných systémů. Je výrobcem digitálních měřidel, systémů SEMS, univerzálních multimetrů, regulátorů jalového výkonu, systémů pro řízení spotřeby, ¼ hodinového maxima a dalších přístrojů nejvyšší kvality.

KBH.cz

Společnost KBH vyrábí, dodává a instaluje komponenty pro kompenzaci jalového výkonu. Zákazníky jsou elektromontážní firmy, výrobci rozvaděčů, projektanti, velkoobchody a velkoodběratelé elektrické energie. Společnost nabízí kvalitní komponenty a služby za velice příznivé ceny.

16. října 2008, Autor: varner
Nezařazené články

Spolehlivost dodávek elektřiny v liberalizovaném prostředí

Podmínky provozování vertikálně integrované ES nabývají nových přístupů v liberalizovaném tržním prostředí. Metody, doposud používané v přípravě provozu i operativním řízení ES, vyjádřené např. nedostatkem energie ve vypočteném časovém úseku, musí nyní odpovídat i struktuře jednotlivých partnerů, působících v procesu obchodu s elektrickou energií.

Úvod

Spolehlivost elektrizační soustavy a její ohodnocení nabývá stále většího významu právě v nynějším procesu deregulace. Pojmem spolehlivost rozumíme obecnou vlastnost objektu spočívající ve schopnosti plnit požadované funkce při zachování hodnot stanovených provozních ukazatelů v daných mezích a v čase podle stanovených technických podmínek.

Spolehlivost v ES
Zavedení konkurenčního trhu s elektřinou přivádí i vstup více hráčů na trh, což vede k dotazům zda toto rozšíření nepovede ke snížení spolehlivosti dodávek elektřiny. Ve vertikálně-integrovaném systému byla za dodávku elektřiny v požadované kvalitě a čase zodpovědná jedna společnost (obr. č. 1). Právě proto je proces deregulace (obr. č. 2) v současné době zmiňován s obavou, že zrušení regulace a privatizace energetického sektoru povede k menším investicím do výstavby, do udržování zařízení, větším přetížením soustavy v rámci vzrůstu dálkových přenosů energie, k propouštění lidí a zavírání elektráren. To všechno může vést ke snížení spolehlivosti.
Už z tohoto úvodu je vidět možný konflikt mezi výhodami, které přinese deregulace a otázkou zda tato deregulace nepovede ke snížení spolehlivosti.
Mimo výše uvedené je mechanismus volného trhu omezen i technickými omezeními elektrizační soustavy. Existuje tzv. přirozený monopol v přenosu a distribuci, který také zásadním způsobem ovlivňuje spolehlivost dodávky. Zde už však zákazník nemá na výběr mezi spolehlivostí a cenou.
Všechny tyto nové aspekty spolehlivosti nabývají stále většího významu, které volají stále po kvalifikovaných spolehlivostních analýzách. Tyto analýzy jsou založeny na základních plánovacích metodách, které elektrizační soustavu nebo její část popisují modelem, pro který je určena spolehlivost v určitém nastávajícím období.
Pro správné posouzení spolehlivosti systému hrají důležitou roli tři základní pojmy: porucha, výpadek, přerušení. Pochopení rozdílu mezi nimi je důležité pro spolehlivostní výpočty.

Obrázek 1: Vertikálně-integrovaný systém

Obrázek 2 : Deregulovaný systém řízení ES

Zde jsou základní definice těchto pojmů:

Porucha: zařízení nebo systém, který neplní funkce k tomu účelu, ke kterému byl vyroben. Proto můžeme mluvit např. o poruše vzniklé poruchou ochrany, o poruše transformátoru nebo o poruše ve veřejné dodávce energie.Výpadek: Výpadek je odstranění určité komponenty ze systému, například výpadek transformátoru nebo výpadek generátoru. Porucha nemusí nutně vést k výpadku, například porucha umělého chlazení transformátoru. A podobně výpadek nemusí vzniknout následkem poruchy. Musíme proto rozlišit mezi „vynuceným výpadkem“ a „plánovaným výpadkem“.Přerušení: Přerušení je situace, ve které zákazníkovi není dodávána elektřina kvůli jednomu nebo více výpadků v zásobování. Termín „blackout“ se používá pro přerušení trvající dlouhou dobu a postihující velký počet zákazníků. Mezi těmito dvěma termíny (přerušení x blackout) není žádná konkrétní hranice, ale mluvíme-li o blackoutu, myslíme tím výpadek v zásobování velké metropole, nebo velké části země po dobu několika hodin.

Po nadefinování těchto základních pojmů z oblasti spolehlivosti můžeme přejít k spolehlivostním analýzám, které nám dávají pravděpodobnostní předpověď počtu a doby trvání přerušení. Každé studium těchto analýz by se mělo skládat z těchto kroků:
1. Charakterizování sítě, kterou chceme analyzovat: V tomto kroku uvažujeme základní, námi studovanou soustavu i ochranný systém, i když některou část později nemusíme zkoumat. V tomto stupni analýzy je oblast zkoumání předurčená. Dokud nejsme schopni uvažovat celou soustavu do všech detailů, musíme si vybrat důležité části. Tento postup je však velmi omezen osobními předpoklady.2. Pravděpodobnostní popis prvků systému: Fyzický systém je přepsán do matematického modelu, kdy popíšeme jednotlivé prvky jejich pravděpodobnostmi. I tato volba má určité omezení: musíme model dostatečně dobře a detailně popsat, abychom získali přesné výsledky; ale také potřebujeme, aby byl dostatečně jednoduchý pro získání výsledků během přiměřené doby. Přestože volba jednotlivých prvků neomezí volbu modelu nebo výpočet metody, počet prvků je důležitý v určení rychlosti výpočtu a přesnosti.3. Výběr modelu: Nejvíce spolehlivostních studií používá nejjednodušší dostupný dvoustavový model, ale nesmíme zapomínat i na podrobnější vícestavové modely. Dostupnost výkonných počítačů nám umožňuje použití více přesnějších modelů. Volba modelu (dvou či vícestavového) nám později bude sloužit k výběru početní metody v dalším stupni analýzy.4. Výběr výpočetní metody: Existuje plno vzájemně soupeřících výpočetních metod, a naše rozhodnutí o tom, kterou metodu použijeme, je jen na základě toho zda preferujeme přesnost či rychlost výpočtu. Pro velmi komplikované výpočty se používá simulační metoda Monte-Carlo.5. Výpočet: Dle výše uvedeného se může zdát, že samotný výpočet už je zanedbatelná záležitost, ale opak je pravdou, protože záleží i na správném výkladu výsledku. Výsledky by například neměly popírat předpoklady stanovené během postupu modelování.

Modelování spolehlivosti:
Když jsme tedy zvolili vhodný model k popisu systému a jeho vztah k elektrickému systému, je čas vybrat si výpočetní metodu. Existuje hodně těchto metod a proto si zde dovolíme shrnout alespoň základní metody a jejich charakteristiku.

Metoda „síťového modelu“ je nejjednodušší dostupná metoda. Používá se pro modely používající exponenciální rozdělení, což přináší několik omezení. Navzdory těmto omezením zůstává nejvíce používanou metodou. Další metody jsou sice přesnější, ale realizace výpočtu není už tak jednoduchá. Omezení, jako výkon počítače, doba výpočtu a použitá data způsobují, že dostáváme podobné závěry jako při použití tohoto síťového modelu.

Metoda „Markových řetězců“ je metoda, která nedává omezení celému systému, ale pouze prvku tohoto systému. Každý přechod tohoto prvku potřebuje být popsán exponenciálním rozdělením a je nezávislý na předchozím stavu. Za těchto předpokladů je možné popsat celý systém prostřednictvím velkého množství stavů, a to jen přechody v exponenciálním rozdělením. Potom můžeme analyticky vypočítat pravděpodobnost stavu, dobu trvání a frekvence přechodů. Přesné výsledky získáme invertováním n-rozměrné matice, kde n se rovná počtu stavů systému. Hlavní omezení této metody je omezeno exponenciálním rozdělením. Tzv. polo-Markovy řetězce umožňují použití ne-exponenciálního rozdělení ve výpočtu. Tak zvané Weibull- Markovy řetězce umožní použití všestranného exponenciálního rozdělení: tzv. „Weibullovo rozložení“.

Simulace „Monte-Carlo“ neprovádí analytické výpočty, ale místo toho předstírá stochastické chování systému. Základní myšlenka spočívá v nalezení souvislostí mezi veličinami, které jsou řešením zkoumaného problému a charakteristikami náhodných procesů. Při použití metody Monte-Carlo dostáváme hodnoty, jež jsou řešením daného problému pomocí umělé realizace náhodných procesů, jež jsou konstruovány tak, aby jejich statistiky (např. střední hodnota) byly hledanými hodnotami a nebo se na ně daly transformovat. Jediným čím jsme omezeni je výkon počítače a používaná data.

„Teorie obnovy“ je soubor matematických technik umožňujících analyticky počítat s prvky bez popsání nějakým rozdělením. Vyplývající výraz je bohužel takové složitosti, že můžeme studovat jen jednoduché systémy.

Ukazatele spolehlivosti:
Elektrizační soustavu můžeme rozdělit do tří funkčních částí, z nichž každá má svá specifika při návrhu, řízení a řešení spolehlivosti. Jsou to:
- Výroba
- Přenos
- Distribuce el. energie
Podobně postupujeme i v spolehlivostních analýzách, kde opět soustavu rozdělíme mezi tři tzv. hierarchické stupně spolehlivosti.

Spolehlivost ve výrobě el. energie:
Ve velkých průmyslově vyspělých zemích nemá vyřazení jednoho zdroje žádný vliv na přerušení dodávky či změny frekvence. Pro spotřebitele se proto nezdá tento spolehlivostní stupeň být důležitý. Řešení této spolehlivosti je však důležité pro existující velmi rozsáhlé sítě, kde se výpadek výrobních zdrojů stává mezinárodním problémem, vzhledem k tomu, že jsou tyto zdroje především připojeny na VVN (ZVN) sítě. Protože se plánuje jistá rezervní výrobní kapacita, která je dostupná během operativního řízení, tak se spotřebitele nedostatek výkonu nedotkne. Existuje pravidlo, že celková výrobní kapacita by měla převyšovat plánované roční špičkové zatížení. Toto pravidlo je jedno z nejdůležitějších při plánování výstavby elektráren.
Při spolehlivostních výpočtech v tomto stupni se tedy nejvíce počítá pravděpodobnost, jestli bude dostupná výrobní kapacita menší než roční špičkové zatížení v následujících letech. Pro vstupní data se používá: očekávané špičkové roční zatížení, bilancovaná výroba každého zdroje a jeho plánovaná nepohotovost (např. oprava). Dostaneme tak prognózu, která nám říká: „Pravděpodobnost toho, že nebudeme mít zdroj k dispozici během ročního špičkového zatížení je rovna plánované nepohotovosti.“
Takto dostaneme nejpoužívanější ukazatel pro popis zdrojové soustavy a to je index LOLE (Loss of Load Expectation - ukazatel očekávané ztráty zatížení), někdy se používává i starší název LOLP (Loss of Load Probability - pravděpodobnost ztráty zatížení). Udává pravděpodobný počet dnů v roce, kdy při maximálním denním zatížení bude nedostatek vyráběného výkonu pro pokrytí tohoto zatížení. Výpočet se obyčejně provádí pro předpokládaný průběh zatížení tak, aby bylo možné stanovit případnou potřebu výstavby nových zdrojů či nákupu el. en. ze zahraničí. Je možné do výpočtů zahrnout i možnou neurčitost budoucího zatížení. Obvykle se uvažuje normální rozdělení budoucího zatížení se směrodatnou odchylkou 4-7 %. Výpočet se tak výrazně zkomplikuje a hodnota LOLE pro nedeterministické zatížení může být podle velikosti neurčitosti zatížení až několikanásobně větší. LOLE je velmi významný a užívaný koeficient a používá se pro plánování čistě termálních systémů, např. v Evropě se jako cílová hodnota používá 0,2-0,5 dnů/rok, v USA, v Kanadě a v Austrálii 0,1-0,2 dnů/rok.

Spolehlivost v přenosové části soustavy
Spolehlivost v přenosové části soustavy se týká schopnosti přenést vyrobenou energii. Zde musíme brát v úvahu přenosovou kapacitu vedení nebo kabelů. Tento stupeň je při výpočtech složitější než při výpočtech spolehlivosti ve výrobě a je ve značném vývoji.
Při vyřazení aktivního přenosového vedení způsobí tekoucí činné a jalové výkony změny v přenosovém systému. To může vést k přetížení ostatních linek. Standardní příklad je přetížení souběžných vedení. Standardně jsou souběžná vedení počítána tak, aby vyřazení jednoho z nich nevedlo k přetížení ostatních. Takto např. každé, ze dvou vedení přenášející dohromady zatížení 200 MVA, by mělo být schopno samostatně přenést 200 MVA. Toto tzv. (n -1) kritérium hraje důležitou roli v návrhu přenosových systémů: systém skládající se z n prvků by měl být schopen pracovat s každou kombinací (n -1) prvků, při vyřazení jakéhokoliv prvku soustavy. V důležitých částech systému jsou používána i více přísná kritéria jako (n-2), (n-3) atd.

Spolehlivost v distribuční části soustavy
Nejvíce publikací se věnuje spolehlivosti ve výrobě a přenosu. Spolehlivostním výpočtům v distribuci se doposud nevěnovala dostatečná pozornost. V posledních letech dochází ke změně. Z pohledu zákazníka, přerušení dodávky a změny frekvence jsou hlavně ovlivněny událostmi v distribuční části soustavy na VN a NN úrovni.
Rozvodné systémy mají často paprskovité rozdělení. Důsledek je, že každé vyřazení prvku ze soustavy povede k přerušení dodávky elektřiny. Hlavní problém ve spolehlivosti rozvodného systému se týká i doby trvání přerušení.

Organizace liberalizovaného trhu s el. energií
V souladu se zaváděním tržního prostředí bylo nutno, stejně jako v ostatních zemích Evropské unie, vytvořit odpovídající instituce, které mají své nezastupitelné funkce v podmínkách tohoto nového prostředí.
Jedná se o vznik Energetického regulačního úřadu a Operátora trhu s elektřinou.

Energetický regulační úřad byl zřízen jako správní úřad pro výkon regulace v energetice a do jeho působnosti spadá podpora hospodářské soutěže a ochrana zájmů spotřebitelů v těch oblastech energetických odvětví, kde není možná konkurence. Cílem je zajištění všech přiměřených požadavků na dodávku energií. Jednou ze základních činností tohoto úřadu je regulace cen v energetice a stanovení požadavků na kvalitu dodávek a služeb. Vydává licence, čili státní povolení k podnikání v energetických odvětvích a rozhoduje ve sporech, kdy nedojde k dohodě o regulovaném přístupu k přenosové nebo distribuční soustavě a také ve sporech, kdy nedojde k dohodě o uzavření smluv mezi jednotlivými držiteli licencí.

Operátor trhu s elektřinou je organizace, která se zabývá zprostředkováním obchodu s elektrickou energií. V rámci naplňování tohoto poslání je povinen zpracovávat na základě smluv o dodávce elektřiny mezi výrobci elektrické energie, provozovatelem přenosové soustavy, provozovateli distribučních soustav, oprávněnými zákazníky a obchodníky bilance nabídek a poptávek na dodávku a odběr elektřiny a předávat je provozovateli přenosové soustavy a provozovatelům distribučních soustav.
Organizuje krátkodobý trh s elektřinou tak, že shromažďuje nabídky a poptávky na dodávku a odběr elektřiny a na základě jejich vyhodnocení zveřejňuje cenu krátkodobých obchodů a potvrzuje účastníkům obchodů cenu a množství elektřiny.

Důležitou součástí jeho aktivit je vyhodnocení rozdílů mezi smlouvami o dodávce elektřiny a skutečnými hodnotami, které byly získány měřením. Tato vyhodnocení jsou předávána jednotlivým výrobcům, oprávněným zákazníkům, obchodníkům s elektřinou, provozovateli přenosové soustavy a provozovatelům příslušných distribučních soustav. Vyhodnocení sjednaných a skutečných dodávek a odběrů elektřiny je základem pro zúčtování odchylek mezi účastníky trhu.
Na obrázcích 3 a 4 jsou uvedeny příklady, které kvantifikují výše uvedené činnosti v průběhu prvého roku činnosti této organizace.
 
Obrázek 3: Celková denní odchylka a platby za aktivovanou elektřinu z PPS v měsíci září 2002

Obrázek 4: Celková denní odchylka a platby za aktivovanou elektřinu z PPS v měsíci říjnu 2002

Denní odchylka je definována jako součet hodinových odchylek běžného obchodního dne, za všechny subjekty zúčtování. (Odchylka je stanovena jako rozdíl mezi sjednanou hodnotou a skutečnou hodnotou dodávky). Kladná odchylka znamená, že v případě dodavatele bylo do soustavy dodáno více oproti sjednání a v případě odběratele bylo odebráno ze soustavy méně než bylo sjednáno.
Záporná odchylka znamená, že v případě dodavatele bylo dodáno do soustavy méně, než bylo sjednáno a v případě odběratele odebráno více než bylo sjednáno.
Průběh plateb za aktivovanou elektřinu z podpůrných služeb vyjadřuje součet všech nákladů u jednotlivých poskytovatelů podpůrných služeb tak, jak jsou zadány provozovatelem přenosové soustavy (ČEPS).
Na obr. 5. a 6. jsou dokumentovány Průměrné denní objemy realizovaných obchodů a Kumulované množství obchodů v jednotlivých měsících roku 2002.

Obrázek 5: Průměrné denní objemy obchodů v roce 2002

Obrázek 6: Kumulované množství obchodů v roce 2002

Závěr
Spolehlivost elektrizační soustavy je systémovým faktorem, který musí být uvažován při řešení perspektivních a rozvojových studií elektrizační soustavy při řízení provozu soustav stávajících. Její význam potvrzují mimo jiné i jednání a písemné materiály 18. Světového kongresu (WEC) z roku 2001, kde faktory dostupnosti a přijatelnosti energie jsou doplněny požadavky na spolehlivou dodávku konzumentům.
Nové přístupy, spočívající v kombinaci technických, technicko-ekonomických a ryze finančních výpočtů a analýz, reagují na změněné podmínky liberalizovaného trhu s energií.
Výpočty jsou potom nutně zaměřeny na jednotlivé účastníky celého technologického procesu: Výroba – Přenos a distribuce – Užití elektrické energie.

Prof. Ing. Jiří Tůma, DrSc., Ing. Igor Chemišinec, Ing Petr Žák
FEL ČVUT Praha

Literatura:
[1] Bhattacharya, Bollen, Daalder: Operation Of Restructured Power Systems, Chalmers University Of Technology, 2001.
[2] I. Boušová, J. Neužil a kol. : Energetická legislativa v kostce, DONE s. r. o., Praha 2002
Sdílet

Komentáře

Najdete nás na Facebooku
Odběr novinek
Server CESKAENERGETIKA.cz
Česká Energetika s.r.o. a Česká energetická asociace provozují portál www.ceskaenergetika.cz, vydávají dva časopiy z oblasti energetiky a OZE, pořádají na tato témata semináře a konference pro laickou i odbornou veřejnost.
Důležité odkazy
Spolupracujeme
Najdete nás také na
Portál www.ceskaenergetika.cz © 2011 pohání redakční systém MultiCMS. Grafické zpracování Cossi Design.