Oszczędzanie energii elektrycznej
15 sierpnia 2008
Nasuwa się pytanie - oszczędzać czy raczej racjonalnie użytkować energię elektryczną? Doświadczenia wskazują, że pozorne lub też niewłaściwie pojmowane oszczędzanie może wiązać się z koniecznością ponoszenia większych kosztów niż racjonalne, zintegrowane działania w tym zakresie. Skutkiem takich działań powinny być przecież niższe rachunki za energię elektryczną.
Jak więc postępować?
Próbą odpowiedzi ma być wykład na powyższy temat.
W ramach wykładu omówione zostaną następujące zagadnienia:
- Oszczędzanie a racjonalne użytkowanie energii elektrycznej
- Cel i uwarunkowania racjonalizacji użytkowania energii elektrycznej
- Zagadnienie sterowania popytem energii elektrycznej (Demand Side Management - DSM)
- Środki i metody DSM-u
- Programy racjonalizacji użytkowania energii elektrycznej
- Metody kształtowania poboru energii
- Środki oddziaływania na pobór energii elektrycznej
- Rola taryf energii elektrycznej w procesie DSM
- Metody kształtowania krzywej obciążenia elektrycznego
- Środki i sposoby ograniczania poboru energii elektrycznej stosowane przez mniejszych, jak również większych odbiorców
- Systemy sterowania oświetleniem.
USTAWA
z dnia 10 kwietnia 1997 r. Prawo energetyczne
1. PRZEPISY OGÓLNE
Zawierają: Zasady: kształtowania polityki energetycznej państwa, działalności przedsiębiorstw energetycznych itp. Art. 1. “2. Celem ustawy jest tworzenie warunków do zrównoważonego rozwoju kraju, zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego, oszczędnego i racjonalnego użytkowania paliw i energii, rozwoju konkurencji, przeciwdziałania negatywnym skutkom naturalnych monopoli, uwzględniania wymogów ochrony środowiska, zobowiązań wynikających z umów międzynarodowych oraz ochrony interesów odbiorców i minimalizacji kosztów.”
STEROWANIE STRONĄ POPYTOWĄ - DSM
(z ang. Demand Side Management)
DSM stanowi nieodłączną część zintegrowanego planowania w energetyce (tzw. IRP z ang. Integrated Resources Planning). Synonimem w pewnym stopniu pojęcia IRP jest LCP - Least Cost Planning, czyli planowanie rozwoju po najmniejszych kosztach. Oznacza to proces planistyczny i realizacyjny zasobów energii, w którym stronę podażową i popytową traktuje się łącznie.
W tego rodzaju planowaniu stronę podażową oraz popytową traktuje się łącznie, jego celem jest minimalizacja kosztów zaspokojenia finalnej potrzeby użytkownika energii, uwzględniając koszty ochrony środowiska
Stosowanie różnych środków po stronie popytu, w odpowiednich kombinacjach, w celu wpływania na zmianę kosztów dostawy energii elektrycznej (minimalizację tych kosztów) nazywa się sterowaniem stroną popytową (Demand - Side Management).
Kryteriów podziału tych środków jest wiele.
Konsumenci nabywają elektryczność, gaz lub inny nośnik energetyczny, nie z tego powodu, że chcą go mieć. Oni chcą mieć produkty, które te nośniki im dostarczają, a więc ciepło - zimą, gorącą wodę, zimne piwo z lodówki, przekazy telewizyjne czy też audycje radiowe. Energia elektryczna należy do tzw. towarów (środków) końcowych, “ostatecznego użycia”. Klienci przedsiębiorstw energetycznych nabywają elektryczność głównie by mieć te “użyteczności końcowe”.
Konsumentów elektryczności często grupuje się w klasy lub grupy taryfowe. Użytkowników energii elektrycznej można podzielić na cztery klasy.
Cztery główne klasy klientów:
- Rolnictwo
- Mieszkalnictwo
- Przedsiębiorstwa
- Przemysł
Zapotrzebowanie na energię elektryczną mierzy się szczytowym poborem mocy i zużyciem energii.
GŁÓWNE KATEGORIE ŚRODKÓW DSM
PROGRAMY RACJONALIZACJI UŻYTKOWANIA
ENERGII ELEKTRYCZNEJ
- Programy lokalne:
- programy informacyjne
- programy rabatowe
- programy pożyczkowe
- programy bezpośredniej instalacji
- programy nowej konstrukcji
- Programy narodowe
- Programy wielonarodowe
Czy należy rozwijać programy racjonalizacji zużycia energii?
Okoliczności przemawiające za ich rozwijaniem to:
- niepewność (dotyczy procesów zapotrzebowania, gospodarczych, politycznych itp.),
- potrzeba zwiększenia efektywności gospodarczej i konkurencyjności,
- konieczność redukcji emisji zanieczyszczeń.
METODY KSZTAŁTOWANIA POBORU ENERGII
PODSUMOWANIE
- Sukces programów DSM zależy od reagowalności konsumentów na sygnały emitowane przez te programy, od postrzegania własnych korzyści. Są one czy też ich nie ma?
- Programy DSM mogą odgrywać niezwykle istotną rolę w warunkach rozwoju rynków energii elektrycznej. Stosowanie przez firmy energetyczne technik DSM - dających wymierne oszczędności użytkownikom energii, obok sprawowania dobrej obsługi tych klientów, może ich kusić do dokonywania zakupu energii od tych firm a nie od konkurentów. Wykorzystywanie sposobów DSM wymaga wzajemnej współpracy sprzedających oraz kupujących energię elektryczną może zatem wiązać ich ze sobą.
- Ważne dla nowych obszarów zastosowań DSM jest wykorzystywanie nowych technologii w kształtowaniu poboru mocy przez odbiorców.
- Równolegle ze sprzedażą energii przedsiębiorstwa energetyczne powinny serwować również usługi w zakresie projektowania programów efektywnego użytkowania energii i poprawy sprawności (wydajności) odbiorników oraz wskazywać odpowiednie dla danych odbiorców instrumenty DSM.
Środki oddziaływania na pobór energii elektrycznej
Grupa środków oddziaływania Rodzaj zastosowanych środków
1 Taryfy wielostrefowe (wieloczasowe) i specjalne T, A, E
2 Taryfy wieloczłonowe (z ograniczeniem poboru w szczycie) T, A, E
3 Regulacja wysokości opłat za moc i energię, cen odbiorników i urządzeń instalacyjnych A, E
4 Ograniczenia produkcji odbiorników, ich mocy jednostkowej lub poprawa ich sprawności A, E
5 Ograniczenie produkcji urządzeń instalacyjnych A, E
6 Ustawodawstwo, systemy umów, warunki dostaw A, E
7 Limitowanie poboru mocy i energii A, T, E
8 Zmiany czasu lokalnego (czas letni i zimowy) A, T
9 Szkolenie, propaganda, reklama P
10 Systemy bodźcowe (nagrody, współzawodnictwo) P, E
11 Regulacja częstotliwości T
12 Regulacja napięcia T
13 Załączanie i wyłączanie części sieci T
14 Załączanie Sterowanie programowe T
15 i wyłączanie Sterowanie operatywne dyspozytorskie T
16 Odbiorników Zależne od czynników naturalnych, np. oświetlenie T
Objaśnienie symboli: T - środki techniczne, E - ekonomiczne,
A - administracyjno-prawne, P - psychologiczne
Programy DSM powinny być inspirowane przez dystrybutorów energii elektrycznej.
Zarządzanie popytem sprowadza się do dwóch rodzajów przedsięwzięć:
Zarządzanie (sterowanie) obciążeniem elektrycznym jest realizowane przez wprowadzanie taryf, właściwie realizujących funkcję stymulacyjną. Należą do nich taryfy, które wykorzystują wrażliwość popytu na cenę. Właściwie oddziaływujące na użytkowników energii elektrycznej taryfy wpływają na krzywą globalnego zapotrzebowania w systemie elektroenergetycznym. Silny bodziec w kierunku odbiorców generują taryfy opracowane na bazie kosztów krańcowych.
Jest jednak jeden podstawowy warunek. Poddawanie się przez odbiorcę oddziaływaniu taryf powinno oczywiście być dla niego opłacalne, w efekcie przynieść oszczędności, czego musi on być świadomy. Aby jednak operacja taka była dla dostawcy rentowna, rachunek odbiorcy za pobraną energię powinien się zmniejszyć do poziomu oszczędności (korzyści) uzyskanych przez dostawcę.
Możliwości propozycji taryfowych, które cechują się skutecznością w programach DSM-u jest wiele. Wymienić tutaj można następujące taryfy:
- dynamiczne,
- tzw. z wyłączeniem,
- wieloczasowe,
- sezonowe itp.
Nowe perspektywy w zakresie zarządzania obciążeniem daje rozwój technologii w zakresie aparatury pomiarowej. Możliwe staje się już konstruowanie stosunkowo niedrogich układów pomiarowych, dostosowanych do skomplikowanych taryf, o złożonej strukturze wewnętrznej. Wykorzystanie elektronicznych rozwiązań nie ogranicza się do konstruowania liczników. Dla zapewnienia większego komfortu klientom i zarazem większej kontroli obciążenia rozwija się systemy kierujące pracę niektórych odbiorników (np. grzejników wody oraz instalacji grzewczych pomieszczeń).
Aby zwiększyć siłę oddziaływania taryf można wprowadzać taryfy specjalne stosowane na podstawie umów indywidualnych. Przykładem tutaj jest wspomniana wyżej taryfa z wyłączeniem. Pod wpływem zachęty cenowej odbiorca decyduje się na wyłączanie określonej mocy, gdy tego zażąda dostawca. Innym rozwiązaniem może być zdalne sterowanie obciążeniem odbiorcy przez dostawcę.
Najbardziej wyrafinowany system taryfowy polega na bieżącym informowaniu odbiorców o koszcie dostawy energii elektrycznej, który jak wiadomo zmienia się w sposób ciągły. Jest to system cenowy tzw. "Spot pricing". Współczesne systemy taryfowe wykorzystują możliwości jakie daje rozwój techniki rozliczeniowo-sterującej. Są to zatem układy, które same niejednokrotnie regulują pracę odbiorników, minimalizując rachunki konsumenta za energię elektryczną, a w konsekwencji przyczyniają się do optymalizacji funkcjonowania elektroenergetyki. Jednym z systemów realizujących sygnały nadawane bezpośrednio przez dostawcę lub w powiązaniu z systemem taryfowym jest SCA - sterowanie częstotliwością akustyczną. Oddziaływaniem tego systemu obejmuje znaczne obszary państw Europy Zachodniej.
System SCA może realizować następujące zadania z zakresu sterowania obciążeniem elektrycznym:
sterowania powszechnego (taryfy, oświetlenie)
- przełączanie taryf w układach pomiarowych
- załączanie i wyłączanie:
- oświetlenia publicznego ulic, parków i placów,
- iluminacji świetlnej budynków, małej architektury,
- sygnalizacji świateł ruchu drogowego.
sterowania wybiorczego
- załączanie i wyłączanie:
- ogrzewania akumulacyjnego pomieszczeń,
- ogrzewania bezpośredniego pomieszczeń,
- ogrzewania wody (bojlery, warniki),
- urządzeń klimatyzacyjnych,
- urządzeń w gospodarstwach domowych i rolnych,
- pieców przemysłowych, urządzeń chłodniczych,
- pompowni i przepompowni, deszczownic w rolnictwie,
- odbiorników przemysłowych podatnych na sterowanie,
- odbiorników dla potrzeb dyspozytorskiego sterowania w warunkach normalnych (planowanie) i awaryjnych.
Wraz z rozwojem systemów taryfowych rozszerzeniu ulega system usług ze strony dostawcy. Dotyczą one obsługi systemów pomiarowo-rozliczeniowo-sterujących oraz informacji i doradztwa, związanego z taryfikacją. Rozwija się i rośnie rola specjalnych doradców z tego zakresu.
ŹRÓDŁA ŚWIATŁA - ŹRÓDŁEM OSZCZĘDZANIA ENERGII
Wybór źródeł światła lub systemu oświetleniowego jest wynikiem optymalizacji ekonomiki i zadanych wielkości świetlnych. Oszczędzanie energii elektrycznej nie powinno się odbywać poprzez obniżanie wymagań oświetleniowych.
Oświetlenie wydajne energetycznie można realizować przez:
- minimalizację mocy zainstalowanej,
- minimalizację mocy pobieranej w określonym czasie.
Pogodzenie właściwego komfortu oświetlenia i racjonalnego gospodarowania energią elektryczną nastąpi przy spełnieniu następujących warunków:
- doborze źródeł o dużej skuteczności świetlnej i odpowiednich właściwościach oświetleniowych,
- wyborze opraw o wysokiej sprawności i ich prawidłowym rozlokowaniu,
- stosowaniu systemów sterujących oświetleniem, regulujących pobór mocy przez źródła światła, ograniczających czas ich użytkowania,
- integracja oświetlenia z systemem klimatyzacji.
KRYTERIA OCENY WŁAŚCIWOŚCI ŹRÓDEŁ ŚWIATŁA
STRUMIEŃ ŚWIATŁA - jest podstawową wielkością łączącą wielkości energetyczne z wielkością fotometryczną. Jest to wielkość charakteryzująca źródła światła, podawana w katalogach.
SKUTECZNOŚĆ ŚWIETLNA (h) - jest miarą sprawności przemiany energii elektrycznej w energię świetlną, opisuje ją wzór
, w lm/W
W przypadku źródeł wyładowczych wielkość h określa wzór
, w ln/W,
gdzie: F jest stosunkiem wytwarzanego strumienia świetlnego, P - mocą pobieraną przez źródło światła, Pst - straty w obwodzie wyładowczego źródła światła (największy udział mają tutaj straty w statecznikach).
Skuteczność świetlna informuje nas o energochłonności źródła światła.
Trwałość - jest to czas (w h) po którym strumień światła zmniejsza się od wymaganego.
ŹRÓDŁA I BILANS MOCY BIERNEJ
Wytwarzanie
- generatory 65%
- generacja w liniach 25%
- urządzenia do kompensacji 10%
Zapotrzebowanie
- potrzeby własne elektrowni 10%
- straty mocy w transformatorach elektrowni 15%
- straty mocy w sieci 25%
- odbiorcy 50%
Urządzenia cechujące się dużym poborem mocy biernej:
- silniki 60¸70%
- transformatory 20¸25%
- linie napowietrzne i inne odbiory 10%
Inne odbiory to: prostowniki, piece indukcyjne, przetwornice i inne o charakterze indukcyjnym.
MOC BIERNA W SIECIACH ELEKTROENERGETYCZNYCH
W liniach moc bierna jest generowana w jej parametrach poprzecznych (pojemnościach). Jej wartości są znaczące w liniach kablowych oraz napowietrznych najwyższych napięć.
SKUTKI PRZESYŁU MOCY BIERNEJ
A. Zwiększenie strat mocy czynnej
B. Zwiększenie spadków napięć w sieci elektroenergetycznej
C. Ograniczenia zdolności przepustowej sieci elektroenergetycznej
D. Zmniejszenie zdolności wytwarzania mocy czynnej generatorów
A. Zwiększenie strat mocy czynnej
DP = R = R = DPa + DPr
DPa , DPr –straty mocy czynnej wywołane odpowiednio przepływem mocy czynnej i przepływem mocy biernej
P i Q – moc czynna i bierna,
R i X – rezystancja i reaktancja drogi przesyłu mocy,
Un – napięcie znamionowe międzyprzewodowe.
= R = = =
=DPa
B. Zwiększenie spadków napięć w sieci elektroenergetycznej
Spadki napięć w sieci wywołuje przepływ mocy czynnej i biernej przez rezystancje i reaktancje linii i transformatorów. Przy obciążeniu indukcyjnym spadek napięcia wynosi:
DU = =
gdzie: DU – spadek napięcia międzyprzewodowy,
P i Q – moc czynna i bierna,
R i X – rezystancja i reaktancja drogi przesyłu mocy,
Un – napięcie znamionowe międzyprzewodowe.
Przy obciążeniu indukcyjnym o spadku napięcia decyduje reaktancja (w liniach napowietrznych SN i WN stosunek X/R wynosi 0.5¸3 i więcej, w transformatorach dochodzi do 20).
C. Ograniczenie przepustowości sieci elektroenergetycznej
Zdolność przepustowa elementów sieci wynika z dopuszczalnej długotrwale temperatury granicznej w normalnych warunkach pracy. Nagrzewanie przewodów linii i transformatorów wynika z mocy pozornej przesyłanej przez układ sieciowy. Zatem przesył mocy biernej ogranicza przesył mocy czynnej przez element o określonej przepustowości.
D. Zmniejszenie zdolności wytwarzania mocy czynnej generatorów
Gdy generator wytwarza energię przy współczynniku mocy mniejszym od znamionowego, wówczas ograniczona jest jego możliwość generowania mocy czynnej, ze względu na obciążalność termiczną stojana.
Względne procentowe obciążenie generatora mocą czynną można określić z zależności
gdzie: cosj - współczynnik mocy, przy którym generator pracuje
cosjn - znamionowy współczynnik mocy generatora
Racjonalna gospodarka mocą bierną
Dominuje pogląd, że wszystkie koszty i wydatki związane z pokryciem zapotrzebowania na moc bierną powinni pokryć odbiorcy, gdyż ich działalność powoduje powstanie tych kosztów i zakłóca pracę sieci, a w szczególności pogarsza warunki napięciowe.
Ważnym narzędziem polityki jest wybór poziomu neutralnego („optymalnego”) tgj, jako wielkości odniesienia rozliczeń między dystrybutorem a odbiorcami finalnymi. W tym miejscu należy wzmiankować funkcję finansową tego wskaźnika. Zależnie od umowy między dostawcą a odbiorcą finalnym może on być określony w szerokim przedziale (np. 04 do 0.6). Za przekroczenie tego poziomu mogą być na odbiorców nakładane opłaty dodatkowe (dopłaty), lecz także udzielane bonifikaty za jego obniżenie - w określonych strefach czasowych (jeśli przewiduje to sposób rozliczeń).
Artur WILCZYŃSKI Politechnika Wrocławska
|
|
|
