HYBRYDOWA ELEKTROWNIA SŁONECZNA Z OGNIWEM PALIWOWYM JAKO PRZYKŁAD WYKORZYSTANIA W ENERGETYCE ROZPROSZONEJ ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ISSN 1230-039X
TECHNIKA, EKONOMIA, ORGANIZACJA
ELEKTROENERGETYKA
Numer 4, 2003 (47)
4’03
SPIS TREŚCI
JAKOŚĆ ZASILANIA
Jakość energii elektrycznej, niezawodność zasilania,
bezpieczeństwo energetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
ENERGETYKA ROZPROSZONA
Hybrydowa elektrownia słoneczna z ogniwem paliwowym
jako przykład wykorzystania w energetyce rozproszonej wielu źródeł
energii pierwotnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
MODELOWANIE GEOSTATYSTYCZNE OBCIĄŻEŃ ELEKTRYCZNYCH
Funkcja wariogramu jako narzędzie badania zmienności
obciążeń elektrycznych w układzie powierzchniowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
LINIE PRZESYŁOWE
Linia 400 kV Dobrzeń – Wielopole. Zakończenie budowy . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
POLSKIE SIECI ELEKTROENERGETYCZNE SA
ELEKTROENERGETYKA Nr 4/2003 (47)
JAKOŚĆ ZASILANIA
JÓZEF PASKA
Politechnika Warszawska
Instytut Elektroenergetyki
JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ, NIEZAWODNOŚĆ
ZASILANIA, BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE
1)
W obecnej sytuacji sektora elektroenergetyki: dezintegracja, deregulacja i konkurencja; przy
planowaniu rozwoju i eksploatacji systemu elektroenergetycznego nadal bardzo istotne pozostają
zagadnienia zapewnienia jakości dostaw energii odbiorcom (klientom) w sposób ekonomicznie i fi-
nansowo uzasadniony.
Na jakość dostaw energii elektrycznej składają się: jakość napięcia (zwana też jakością
energii), niezawodność (ciągłość) zasilania i jakość obsługi odbiorców. W dużym stopniu jest
ona zdeterminowana przez niezawodność systemu elektroenergetycznego i w dłuższym horyzon-
cie czasowym przez bezpieczeństwo elektroenergetyczne, będące pochodną bezpieczeństwa ener-
getycznego.
Zmieniają się stosowane podejście i używane definicje. Zachodzi potrzeba powtórnego (czę-
ściowo nowego) i całościowego zdefiniowania tej problematyki.
WSTĘP – PRÓBA SYSTEMATYKI
Wydaje się uzasadnione następujące stwierdzenie: „w obecnym, konkurencyjnym otoczeniu,
niezawodna dostawa oznacza dostarczanie energii elektrycznej do punktów przyłączenia odbior-
ców (klientów) w postaci odpowiedniej do zasilania urządzeń elektrycznych odbiorców i realiza-
cji u nich procesów technologicznych, zgodnie z wymaganiami eksploatacyjnymi“ [4]. W takim
ujęciu mieści się zarówno to, co tradycyjnie było rozumiane pod pojęciem niezawodności dosta-
wy, jak też to, co kryło się pod pojęciem jakości energii elektrycznej. Właściwe jest zatem mówie-
nie o
jakości dostaw energii elektrycznej
[6, 10, 11, 13],
jakości zasilania energią elektryczną
,
czy też o
jakości zaopatrywania odbiorców w energię elektryczną
.
Problem jakości zaopatrywania odbiorców w energię elektryczną można podzielić na trzy
zagadnienia (rys. 1):
• Jakość dostarczanej energii elektrycznej (jakość napięcia).
• Niezawodność dostawy energii elektrycznej (niezawodność zasilania).
• Jakość obsługi odbiorcy (klienta).
Zgodnie z rozporządzeniem „przyłączeniowym“ [12] jakość energii elektrycznej jest identy-
fikowana przez parametry napięcia: częstotliwość, poziom napięcia, kształt krzywej. W normie [9]
natomiast definiuje się i opisuje charakterystyki napięcia zasilającego w publicznych sieciach roz-
dzielczych, dotyczące: częstotliwości, wartości, kształtu przebiegu czasowego, symetrii napięć
w układzie trójfazowym. Nie może być ona zatem odczytywana jako zbiór wartości parametrów
energii elektrycznej jakie powinny być gwarantowane przez dostawcę w stosunku do odbiorców.
Jakość obsługi odbiorców (klientów) obejmuje handlowe (ale nie tylko) zależności między do-
stawcą a odbiorcą energii elektrycznej, regulacje prawne określające standardy traktowania i obsługi
odbiorców (w szczególności drobnych), aż po bieżącą praktykę załatwiania skarg i reklamacji.
1)
Po serii blackoutów w Ameryce i Europie warto wrócić do kwestii zdefiniowania podstawowych pojęć, często nie dość precyzyjnie
stosowanych przez krajowych autorów tekstów dotyczących złożonej problematyki niezawodności systemu elektroenergetycznego.
Artykuł stanowi rozszerzoną i zmienioną wersję referatu prezentowanego podczas konferencji „Aktualne problemy w elektroenergetyce”,
Jurata, 11 – 13 czerwca 2003.
ELEKTROENERGETYKA
1
JAKOŚĆ ZASILANIA
Rys. 1. Relacje między niezawodnością dostawy i jakością dostarczanej energii elektrycznej oraz zadania
z zakresu ich oceny
O jakości dostarczanej energii elektrycznej oraz o niezawodności jej dostawy w dużej mie-
rze decyduje niezawodność systemu elektroenergetycznego (SEE).
Według NERC
(North American Electric Reliability Council)
niezawodność systemu elek-
troenergetycznego to poziom funkcjonowania elementów systemu, skutkujący dostarczaniem do
odbiorców (klientów) energii elektrycznej w wymaganej ilości i o parametrach mieszczących się
w granicach ustalonych standardów [1]. Niezawodność może być mierzona przez częstość, czas
trwania i poziom niekorzystnych zjawisk. Niezawodność systemu elektroenergetycznego powin-
na uwzględniać dwa podstawowe aspekty funkcjonalne systemu –
wystarczalność
(
adequacy
)
i
bezpieczeństwo
(
security
), przy czym przez wystarczalność rozumie się zdolność systemu do
pokrywania zagregowanego zapotrzebowania mocy i energii wszystkich odbiorców przez cały
rozpatrywany okres, przy uwzględnieniu planowych i nieplanowych odstawień elementów syste-
mu; a przez bezpieczeństwo – zdolność systemu do funkcjonowania i realizacji swych funkcji po-
mimo występowania nagłych zakłóceń, jak np. zwarcia lub nagłe, awaryjne odstawienia elemen-
tów systemu.
2
ELEKTROENERGETYKA
JAKOŚĆ ZASILANIA
Polska norma PN-80/N-04000 „Niezawodność w technice. Terminologia” [8] definiuje nie-
zawodność jako właściwość obiektu charakteryzującą jego zdolność do pełnienia określonych
funkcji, w określonych warunkach i w określonym przedziale czasu. W ujęciu tej normy niezawod-
ność jest właściwością kompleksową, na którą składają się, w zależności od przeznaczenia obiek-
tu i warunków jego eksploatacji, takie właściwości, jak: trwałość, nieuszkadzalność, naprawial-
ność, przechowywalność. Obecnie przystosowaniem norm PN do norm Międzynarodowej Komi-
sji Elektrotechnicznej (IEC) dotyczących niezawodności oraz opiniowaniem dokumentów IEC
z tej dziedziny zajmuje się Normalizacyjna Komisja Problemowa nr 9 ds. Niezawodności Polskie-
go Komitetu Normalizacyjnego [14].
Mimo pewnego zamętu pojęciowego jedno jest pewne: niezawodność i ciągłość dostarcza-
nia i odbioru to nie są odrębne kategorie pojęciowe.
Włączanie niezawodności dostawy do cech jakościowych energii elektrycznej a zatem
utoż-
samianie jakości energii z jakością zasilania jest błędne
, ponieważ
czym innym jest proces do-
starczania „towaru” (energii elektrycznej), charakteryzowany przez jakość jego realizacji –
niezawodność; a czym innym są istotne parametry tego towaru, określające przez swoje war-
tości jego jakość – jakość energii elektrycznej
.
Na rysunku 1 pokazano korelację niezawodności dostawy i jakości dostarczanej energii, wy-
mienionych wyżej aspektów ich oceny i zadań niezbędnych, zdaniem autora, dla właściwej reali-
zacji procesu oceny i zapewnienia odpowiedniego poziomu niezawodności dostawy i jakości ener-
gii elektrycznej (przedstawiony na rysunku 1 zestaw zadań nie pretenduje do kompletności i dla-
tego zostawiono na nim pusty prostokąt).
NIEZAWODNOŚĆ SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO
Jak już wspomniano o jakości zasilania energią elektryczną, a zatem o niezawodności dosta-
wy energii elektrycznej i w dużym stopniu o jej jakości decyduje niezawodność urządzeń i ukła-
dów służących wytwarzaniu, przesyłaniu i rozdzielaniu energii elektrycznej – niezawodność syste-
mu elektroenergetycznego.
Strefy funkcjonalne i poziomy hierarchiczne systemu elektroenergetycznego
Niezawodność systemu elektroenergetycznego jest określona przez jego zdolność do zapew-
nienia zasilania odbiorców energią elektryczną o odpowiedniej jakości. Zwykle analizuje się nie-
zależnie niezawodność podsystemów, składających się na SEE: wytwórczego, przesyłowego, dys-
trybucyjnego (rys. 2); a zatem niezawodność realizacji pojedynczej funkcji: wytwarzania, przesy-
łu, zasilania konkretnych odbiorców [4-7]. Można również w systemie wyróżnić trzy poziomy hie-
rarchiczne:
• poziom pierwszy (HL I) obejmujący urządzenia i obiekty wytwarzające energię elektryczną;
• poziom drugi (HL II) obejmujący łącznie obiekty i urządzenia do wytwarzania i przesyłu
energii;
• poziom trzeci (HL III) obejmujący cały system, łącznie z dystrybucją.
Pokazany dodatkowo na rysunku 2 poziom HL 0 odnosi się do całego rozpatrywanego ob-
szaru i odzwierciedla dostępność zasobów i źródeł energii (w tym przypadku – przetwarzanych
na energię elektryczną) w relacji do zapotrzebowania. Analizy wykonywane na tym poziomie po-
zwalają na ocenę, z reguły dla dłuższego horyzontu czasowego, możliwości zrównoważenia bi-
lansu energetycznego. Uwzględnia się tutaj lokalne zasoby energetyczne i ograniczenia ich pozy-
skiwania (np. zasoby hydroenergetyczne i warunki hydrologiczne) oraz możliwości i uwarunko-
wania importu. Efektem analiz na tym poziomie jest ocena
bezpieczeństwa energetycznego
kra-
ju lub obszaru.
Pierwszy poziom hierarchiczny systemu (HL I) jest tożsamy z pierwszą strefą funkcjonal-
ną systemu elektroenergetycznego z systemem wytwórczym. Na tym poziomie rozpatruje się
niezawodność tzw. uproszczonego systemu elektroenergetycznego, w którym wszystkie źródła
i odbiory są przyłączone do jednej szyny zbiorczej. Jest to system o silnych powiązaniach (
sy-
stem with strong ties
), którego sieć w warunkach normalnych i remontowych nie wprowadza
ograniczenia dla wykorzystania mocy dyspozycyjnej węzłów wytwórczych do zasilania węzłów
ELEKTROENERGETYKA
3
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pl doc.pisz.pl pdf.pisz.pl chiara76.opx.pl
ISSN 1230-039X
TECHNIKA, EKONOMIA, ORGANIZACJA
ELEKTROENERGETYKA
Numer 4, 2003 (47)
4’03
SPIS TREŚCI
JAKOŚĆ ZASILANIA
Jakość energii elektrycznej, niezawodność zasilania,
bezpieczeństwo energetyczne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
ENERGETYKA ROZPROSZONA
Hybrydowa elektrownia słoneczna z ogniwem paliwowym
jako przykład wykorzystania w energetyce rozproszonej wielu źródeł
energii pierwotnej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
MODELOWANIE GEOSTATYSTYCZNE OBCIĄŻEŃ ELEKTRYCZNYCH
Funkcja wariogramu jako narzędzie badania zmienności
obciążeń elektrycznych w układzie powierzchniowym . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
LINIE PRZESYŁOWE
Linia 400 kV Dobrzeń – Wielopole. Zakończenie budowy . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
POLSKIE SIECI ELEKTROENERGETYCZNE SA
ELEKTROENERGETYKA Nr 4/2003 (47)
JAKOŚĆ ZASILANIA
JÓZEF PASKA
Politechnika Warszawska
Instytut Elektroenergetyki
JAKOŚĆ ENERGII ELEKTRYCZNEJ, NIEZAWODNOŚĆ
ZASILANIA, BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE
1)
W obecnej sytuacji sektora elektroenergetyki: dezintegracja, deregulacja i konkurencja; przy
planowaniu rozwoju i eksploatacji systemu elektroenergetycznego nadal bardzo istotne pozostają
zagadnienia zapewnienia jakości dostaw energii odbiorcom (klientom) w sposób ekonomicznie i fi-
nansowo uzasadniony.
Na jakość dostaw energii elektrycznej składają się: jakość napięcia (zwana też jakością
energii), niezawodność (ciągłość) zasilania i jakość obsługi odbiorców. W dużym stopniu jest
ona zdeterminowana przez niezawodność systemu elektroenergetycznego i w dłuższym horyzon-
cie czasowym przez bezpieczeństwo elektroenergetyczne, będące pochodną bezpieczeństwa ener-
getycznego.
Zmieniają się stosowane podejście i używane definicje. Zachodzi potrzeba powtórnego (czę-
ściowo nowego) i całościowego zdefiniowania tej problematyki.
WSTĘP – PRÓBA SYSTEMATYKI
Wydaje się uzasadnione następujące stwierdzenie: „w obecnym, konkurencyjnym otoczeniu,
niezawodna dostawa oznacza dostarczanie energii elektrycznej do punktów przyłączenia odbior-
ców (klientów) w postaci odpowiedniej do zasilania urządzeń elektrycznych odbiorców i realiza-
cji u nich procesów technologicznych, zgodnie z wymaganiami eksploatacyjnymi“ [4]. W takim
ujęciu mieści się zarówno to, co tradycyjnie było rozumiane pod pojęciem niezawodności dosta-
wy, jak też to, co kryło się pod pojęciem jakości energii elektrycznej. Właściwe jest zatem mówie-
nie o
jakości dostaw energii elektrycznej
[6, 10, 11, 13],
jakości zasilania energią elektryczną
,
czy też o
jakości zaopatrywania odbiorców w energię elektryczną
.
Problem jakości zaopatrywania odbiorców w energię elektryczną można podzielić na trzy
zagadnienia (rys. 1):
• Jakość dostarczanej energii elektrycznej (jakość napięcia).
• Niezawodność dostawy energii elektrycznej (niezawodność zasilania).
• Jakość obsługi odbiorcy (klienta).
Zgodnie z rozporządzeniem „przyłączeniowym“ [12] jakość energii elektrycznej jest identy-
fikowana przez parametry napięcia: częstotliwość, poziom napięcia, kształt krzywej. W normie [9]
natomiast definiuje się i opisuje charakterystyki napięcia zasilającego w publicznych sieciach roz-
dzielczych, dotyczące: częstotliwości, wartości, kształtu przebiegu czasowego, symetrii napięć
w układzie trójfazowym. Nie może być ona zatem odczytywana jako zbiór wartości parametrów
energii elektrycznej jakie powinny być gwarantowane przez dostawcę w stosunku do odbiorców.
Jakość obsługi odbiorców (klientów) obejmuje handlowe (ale nie tylko) zależności między do-
stawcą a odbiorcą energii elektrycznej, regulacje prawne określające standardy traktowania i obsługi
odbiorców (w szczególności drobnych), aż po bieżącą praktykę załatwiania skarg i reklamacji.
1)
Po serii blackoutów w Ameryce i Europie warto wrócić do kwestii zdefiniowania podstawowych pojęć, często nie dość precyzyjnie
stosowanych przez krajowych autorów tekstów dotyczących złożonej problematyki niezawodności systemu elektroenergetycznego.
Artykuł stanowi rozszerzoną i zmienioną wersję referatu prezentowanego podczas konferencji „Aktualne problemy w elektroenergetyce”,
Jurata, 11 – 13 czerwca 2003.
ELEKTROENERGETYKA
1
JAKOŚĆ ZASILANIA
Rys. 1. Relacje między niezawodnością dostawy i jakością dostarczanej energii elektrycznej oraz zadania
z zakresu ich oceny
O jakości dostarczanej energii elektrycznej oraz o niezawodności jej dostawy w dużej mie-
rze decyduje niezawodność systemu elektroenergetycznego (SEE).
Według NERC
(North American Electric Reliability Council)
niezawodność systemu elek-
troenergetycznego to poziom funkcjonowania elementów systemu, skutkujący dostarczaniem do
odbiorców (klientów) energii elektrycznej w wymaganej ilości i o parametrach mieszczących się
w granicach ustalonych standardów [1]. Niezawodność może być mierzona przez częstość, czas
trwania i poziom niekorzystnych zjawisk. Niezawodność systemu elektroenergetycznego powin-
na uwzględniać dwa podstawowe aspekty funkcjonalne systemu –
wystarczalność
(
adequacy
)
i
bezpieczeństwo
(
security
), przy czym przez wystarczalność rozumie się zdolność systemu do
pokrywania zagregowanego zapotrzebowania mocy i energii wszystkich odbiorców przez cały
rozpatrywany okres, przy uwzględnieniu planowych i nieplanowych odstawień elementów syste-
mu; a przez bezpieczeństwo – zdolność systemu do funkcjonowania i realizacji swych funkcji po-
mimo występowania nagłych zakłóceń, jak np. zwarcia lub nagłe, awaryjne odstawienia elemen-
tów systemu.
2
ELEKTROENERGETYKA
JAKOŚĆ ZASILANIA
Polska norma PN-80/N-04000 „Niezawodność w technice. Terminologia” [8] definiuje nie-
zawodność jako właściwość obiektu charakteryzującą jego zdolność do pełnienia określonych
funkcji, w określonych warunkach i w określonym przedziale czasu. W ujęciu tej normy niezawod-
ność jest właściwością kompleksową, na którą składają się, w zależności od przeznaczenia obiek-
tu i warunków jego eksploatacji, takie właściwości, jak: trwałość, nieuszkadzalność, naprawial-
ność, przechowywalność. Obecnie przystosowaniem norm PN do norm Międzynarodowej Komi-
sji Elektrotechnicznej (IEC) dotyczących niezawodności oraz opiniowaniem dokumentów IEC
z tej dziedziny zajmuje się Normalizacyjna Komisja Problemowa nr 9 ds. Niezawodności Polskie-
go Komitetu Normalizacyjnego [14].
Mimo pewnego zamętu pojęciowego jedno jest pewne: niezawodność i ciągłość dostarcza-
nia i odbioru to nie są odrębne kategorie pojęciowe.
Włączanie niezawodności dostawy do cech jakościowych energii elektrycznej a zatem
utoż-
samianie jakości energii z jakością zasilania jest błędne
, ponieważ
czym innym jest proces do-
starczania „towaru” (energii elektrycznej), charakteryzowany przez jakość jego realizacji –
niezawodność; a czym innym są istotne parametry tego towaru, określające przez swoje war-
tości jego jakość – jakość energii elektrycznej
.
Na rysunku 1 pokazano korelację niezawodności dostawy i jakości dostarczanej energii, wy-
mienionych wyżej aspektów ich oceny i zadań niezbędnych, zdaniem autora, dla właściwej reali-
zacji procesu oceny i zapewnienia odpowiedniego poziomu niezawodności dostawy i jakości ener-
gii elektrycznej (przedstawiony na rysunku 1 zestaw zadań nie pretenduje do kompletności i dla-
tego zostawiono na nim pusty prostokąt).
NIEZAWODNOŚĆ SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO
Jak już wspomniano o jakości zasilania energią elektryczną, a zatem o niezawodności dosta-
wy energii elektrycznej i w dużym stopniu o jej jakości decyduje niezawodność urządzeń i ukła-
dów służących wytwarzaniu, przesyłaniu i rozdzielaniu energii elektrycznej – niezawodność syste-
mu elektroenergetycznego.
Strefy funkcjonalne i poziomy hierarchiczne systemu elektroenergetycznego
Niezawodność systemu elektroenergetycznego jest określona przez jego zdolność do zapew-
nienia zasilania odbiorców energią elektryczną o odpowiedniej jakości. Zwykle analizuje się nie-
zależnie niezawodność podsystemów, składających się na SEE: wytwórczego, przesyłowego, dys-
trybucyjnego (rys. 2); a zatem niezawodność realizacji pojedynczej funkcji: wytwarzania, przesy-
łu, zasilania konkretnych odbiorców [4-7]. Można również w systemie wyróżnić trzy poziomy hie-
rarchiczne:
• poziom pierwszy (HL I) obejmujący urządzenia i obiekty wytwarzające energię elektryczną;
• poziom drugi (HL II) obejmujący łącznie obiekty i urządzenia do wytwarzania i przesyłu
energii;
• poziom trzeci (HL III) obejmujący cały system, łącznie z dystrybucją.
Pokazany dodatkowo na rysunku 2 poziom HL 0 odnosi się do całego rozpatrywanego ob-
szaru i odzwierciedla dostępność zasobów i źródeł energii (w tym przypadku – przetwarzanych
na energię elektryczną) w relacji do zapotrzebowania. Analizy wykonywane na tym poziomie po-
zwalają na ocenę, z reguły dla dłuższego horyzontu czasowego, możliwości zrównoważenia bi-
lansu energetycznego. Uwzględnia się tutaj lokalne zasoby energetyczne i ograniczenia ich pozy-
skiwania (np. zasoby hydroenergetyczne i warunki hydrologiczne) oraz możliwości i uwarunko-
wania importu. Efektem analiz na tym poziomie jest ocena
bezpieczeństwa energetycznego
kra-
ju lub obszaru.
Pierwszy poziom hierarchiczny systemu (HL I) jest tożsamy z pierwszą strefą funkcjonal-
ną systemu elektroenergetycznego z systemem wytwórczym. Na tym poziomie rozpatruje się
niezawodność tzw. uproszczonego systemu elektroenergetycznego, w którym wszystkie źródła
i odbiory są przyłączone do jednej szyny zbiorczej. Jest to system o silnych powiązaniach (
sy-
stem with strong ties
), którego sieć w warunkach normalnych i remontowych nie wprowadza
ograniczenia dla wykorzystania mocy dyspozycyjnej węzłów wytwórczych do zasilania węzłów
ELEKTROENERGETYKA
3
[ Pobierz całość w formacie PDF ]