Transcript Preuzmi fajl

TRENDOVI U RAZVOJU EES-a
Potrošnja u EES-u


Potrošnju u EES-u čine potrošači iz tri kategorije:
- domaćinstva
- komercijlna potrošnja (uključujući i javno osvetljenje)
- industrijska potrošnja
Potrošnja u domaćinstvima
- maksimum (pik) potrošnje u domaćinstvima se pojavljuje u večernjim
satima i preko vikenda, u ekonomski razvijenim zemljama često se
pojavljuje maksimum potrošnje u domaćinstvima u jutarnjim časovima
- najveći udeo u potrošnji u domaćinstvima ima grejanje prostora i vode
i kuvanje, u nekim zemljama veliki udeo u potrošnji imaju klima uređaji
- potrošnja u domaćinstvima ima značajan udeo u ukupnoj potrošnji u
velikim gradovima i u ne-industrijskim zemljama
- oblik dijagrama potrošnja u domaćinstvima pokazuje sezonsku
zavisnost (zimski i letnji dijagram potrošnje) ali i različitost na
sedmičnom nivou, a zavisi i od podneblja
Tabela 2.1: Prosečne potrošnje tipičnih potrošača u domaćinstvima
Uređaji
Snaga (W)
Časovi
Wh/dan
Frižider
330
30
1140
Sijalice(6x30W)
180
5
900
TV,19 in.(r.rež.)
68
3
204
TV,19in.(standby)
5,1
21
107
Antena (r.rež.)
17
3
51
Antena (standby)
16
21
336
Telefon
4
24
96
Mikrotalasna
1000
0,1
100
Mašina za veš
250
5
50
Mala ringla
1250
0,5
625
Velika ringla
2100
0,5
1050
Pegla
1050
0,1
105
Bojler
2000
2
4000


Komercijalna potrošnja
- dostiže svoj maksimum tokom dana i pri kraju radnog vremena
- javno osvetljenje postoji u večernjim satima sa neznatno manjom
potrošnjom tokom noći
- izražena je u visoko razvijenim industrijskim zemljama
Industrijska potrošnja
- dostiže svoj maksimum u toku dana
- stabilnija od potrošnje u domaćinstvima i od komercijalne potrošnje
- postoji mogućnost pomeranja proizvodnih procesa u cilju smanjenja
maksimuma potrošnje
- često je moguć rad u više smena
Slika 2.1: Karakteristični zimski dijagrami protrošnje: (a) ukupna potrošnja
(b) u domaćinstvima (c) industrijska potrošnja (d) komercijalna potrošnja
Dijagram potrošnje






nije konstantan, menja se zavisno od promene strukture potrošača u
konzumu, od ponašanja induvidualnih potrošača koje zavise od
ekonomskog i socijalnog razvoja
može da se menja tarifnom politikom (skupa i jeftina tarifa)
može da se menja administrativnom promenom časovnog vremena
(letnje i zimsko vreme)
može da se menja upravljanjem potrošnjom: potrošnja se uključuju i
isključuje sa ciljem da se smanji maksimum potrošnje
sastoji se iz:
- baznog dela: deo koji ne varira u toku dana
- srednjeg dela: deo koji ne varira više od dva puta u toku dana
- vršnog dela: preostali deo
potrošnja u domaćinstvima i komercijalna potrošnja imaju glavni uticaj
na vršni deo dijagrama potrošnje dok industrijska potrošnja najviše utiče
na bazni deo dijagrama



u zavisnosti od toga da li se odnose ili ne na promene u dijagramu
potrošnje, parametri dijagrama potrošnje se dele na statičke i dinamičke
kao funkcija vremena, dijagram potrošnje pokazuje nekoliko
maksimuma i minimuma
odnos minimuma Pmin i maksimuma (pika) Pmax se naziva minimalni
faktor potrošnje:


Pmin
Pmax
opseg varijacije snage potrošnje:
 P  Pmax  Pmin

faktor gustine potrošnje:
1

24 Pmax
24
 P(t )dt
0

ekvivalentno vreme maksimuma potrošnje:
Tmax

1

Pmax
24
 P(t )dt  24
0
brzina promene potrošnje:
P  dP / dt

brzina promene potrošnje predstavlja dinamički parametar dijagrama
potrošnje, velika brzina promene potrošnje ne mora da bude posledica
velike varijacije snage potrošnje
Karakteristike potrošnje







Dnevni dijagrami i prethodne karakterteristične veličine se razlikuju za
različite dane u nedelji: za radne dane (ponedeljak se posebno
razmatra) i za subotu i nedelju (kao i za proznike),
Dnevni dijagrami se razlikuju i na sezonskom nivou, zbog toga se
razmatra karakteristični dijagram za letnju sezonu i karakteristični
dijagram za zimsku sezonu:
Srednji dnevni maksimum u letnoj sezoni iznosi oko 2/3 srednjeg
dnevnog maksimuma u zimskog sezoni, ali je letnji minimum samo 1/5
zimskog maksimuma
Prognoza vršne snage se vrši za srednje oštru zimu, što daje oko 9%
veću vršnu snagu u odnosu na slučaj prosečne zime
Zimski dijagram potrošnje većim delom sadrži bazni deo je kritičan sa
stanovišta maksimalne snage Pmax
Letnji dijagram potrošnje većim delom sadrži vršni varijabilni deo i
kritičan je sa stanovišta odnosa minimuma Pmin i maksimuma Pmax
(minimalnog faktora potrošnje)
Karakteristični paratametri dijagrama potrošnje zbog uticaja brojnih
faktora se mogu predstaviti i ispitati statističkim metodama
Statistička obrada dnevnih dijagrama potrošnje i
određivanje karakterističnog dnevnog dijagrama

Maksimalna dnevna snaga:
Pmax  max ( Pi )

i=1:24
Srednja dnevna snaga:
1 24
Psr   Pi
24 i 1

Srednja vrednost kvadrata dnevne snage:
1 24 2
Pq   Pi
24 i 1



Maksimalne snage određuju termičko opterećenje vodova i
transformatora
Srednje dnevne snage bitne su za ocenu padova napona, faktora snage
i stepena kompenzacije reaktivnih snaga
Srednje snage na kvadrat u korelaciji su sa gubicima snage i energije

Za sve karakteristične pokazatelje određuju se srednje vrednosti
(matematičko očekivanje) i verovatne donje i gornje granične vrednosti
pokazatelja (granice intervala poverenja)
1 n
X   Xk
n k 1

Sa verovatnoćom 0.95 veličina X se nalazi u intervalu:
X  1.96
 n1
n
 X  X  1.96
 n1
n
gde je X karakteristični pokazatelj (Pmax, Psr, ili Pq), σn-1 je srednje
kvadratno odstupanje

1 n
 n1 
X  Xk

n  1 k 1


2
U slučaju malog obima uzorka (n<17) koristi se Studentova raspodela:
X  t0.975
 n1
n
 X  X  t0.975
 n1
n
Karakteristike EES-a





Zadatak EES-a: obezbeđenje promenljivih zahteva potrošnja po
najnižoj mogućoj ceni uz uvažavanje zahteva pouzdanosti napajanja
Performanse EES-a: razmatraju se u kontekstu pokrivanje dijagrama
potrošnje pomoću proizvodnje u sistemu koja se sastoji od svih
instalisanih generatora
Različiti kapaciteti su uključeni u proizvodnju (zavisno od dostupnosti
potencijala, plana održavanja, prinudnih ispada)
Proizvodnja u EES-u: ostvaruje na nivoima sa različitim trajanjima,
vršna proizvodnja ima najkraće trajanje i najmanje isporučene energije,
bazna proizvodnja ima najduže trajanje i najveću isporučenu energiju
U skladu sa planiranim ili prinudnim ispadima, instalisani kapaciteti
moraju da imaju rezervu iznad maksimuma potrošnje u razmatranom
periodu




Rezerva pri prinudnim ispadima se obezbeđuje preostalim kapacitetom
angažovanih jedinica koje su bile podopterećene i preostalim
kapacitetom generatorskih jedinica koje nisu bile pozvane da učestvuju
u pokrivanju dijagrama potrošnje ali su već bile spremne za uključenje u
proizvodnju
Neke od proizvodnih jedinica u rezervi moraju da budu sposobne
odmah da se uključe u proizvodnju ili u roku od nekoliko sekundi da bi
obezbedile održanje frekvencije u slučaju iznenadnog gubitka izvesnog
broja generatorskih jedinica i da bi se izbeglo masovno isključenje
potrošača
Hladna (tercijarna) rezerva se koristi za pokrivanje promena u potrošnji
ili proizvodnji u vremenu koje je neophodno za stavljanje u pogon
termoelektrane, koje obično iznosi par sati
Pogodno je klasifikovati zahteve za proizvodnom rezervom u sledeće
kategorije
- operativna rezerva: rotirajuća rezerva (regulacina i havarijska) i
nerotirajuća rezerva (hladna i topla)
- hladna (tercijerna rezerva)
- rezerva za zamenu ispalih kapaciteta (remontna rezerva)
Slika 2.2: Šematski prikaz rezervi proizvodnih kapaciteta u EES-u





Pored tehničkih zahteva pred kategorijom rezervnih kapaciteta se
postavljaju i zahtevi ekonomičnosti pokrivanja potrošnje (na primer
1000h rada ili termoelektrana u rezervi)
Proizvodne jedinice odgovaraju na zahteve potrošnje instalisanjem i
angažovanjem generatorskih jedinica sa različitim operativnim i
ekonomskim karakteristikama
Svaki tip generatorske jedinice sa tehničke strane ima svoje prirodne
karakteristike:
- statičke karakteristike – odnose se na sposobnost isporučivanja
energije pri zahtevanoj snazi
- dinamičke karakteristike – odnose se na sposobnost da budu
opterećene ili rasterećene sa zahtevanom brzinom
U pogledu statičkih karakteristika najveća je razlika između
termoelektrana, u pogledu dostupnosti primarnog resursa i trajanje
proizvodnje
Dinamičke karakteristike različitih proizvodnih jedinica se izražavaju
preko brzine promene snage, pri opterećenju i pri rasterećenju






Druge važne karakteristike proizvodnih jedinica vezane za vreme rada:
proizvodna jedinica ne može da radi bez prekida
U slučaju održavanja ili planiranih isključenje, relevantna karakteristika,
trajanje održavanja ili isključenja je determinističke prirode
Neplanirani ispada uzrokovani kvarovima izražavaju se slučajnim
veličinama
Posebna dinamička karakteristika je minimalno vreme stupanja u pogon
(kod TE to vreme zavisi od vremena van pogona)
Pored tehničkih karakteristika, ekonomske karakteristike takođe utiču na
izgradnju i rad proizvodnih jedinica:
- fiksni troškovi: samo prisustvo proizvodne jedinice, u pogonu ili van
pogona, uključuje troškove zbog koštanja objekta, osoblja, itd
- varijabilni troškovi: zavise od cene goriva i od izlazne snage
U dinamičke karakteristike proizvodne jedinice spadaju i troškovi
stavljanja u pogon proizvodne jedinice: troškovi goriva, troštkovi gubitka
toplote (kod termoagregat), itd



Željena struktura generatorskih jedinica u EES-u može da se postigne
sledećim tipovima proizvodnje:
- hidroelektrane
- gasne elektrane
- elektrane na obnovljive izvore energije
- konvencionalne termoelektrane
- nuklearne elektrane
Hidroelektrane:
- najstariji i najpouzdaniji tip generatorskih jedinica
- mogu da pokriju bilo koji deo dijagrama potrošnje (ako ima dovoljno
vode u njihovim akumulacijama), mogu bitno da utiču u baznom delu
dijagrama sa svojom protočnom snagom
- mogu se startovati u toku nekoliko desetina sekundi
Gasne elektrane
- mali investicioni troškovi
- pokrivaju pik potrošnje, nisu predviđene za duži rad
- mogu brzo da se opterete do maksimalne snage, za 2-3 minuta
- neke gasne elektrane mogu da se priključe na distributivnu mrežu a
neke se koriste kao pomoćni izvori u nuklearnim elektranama



Obnovljivi izvori energije
- imaće značajnu ulogu u strukuturi proizvodnje u EES-u u budućnosti
- njihova intermitentna priroda proizvodnje se može delimično ublažiti
rezervnim kapacitetima u EES-u i delimično nalaženjem specijalnog
mesta za njih na dijagramu potrošnje
Konvencionalne termoelektrane
- ispunjavaju tehničke uslove za pokrivanje vršne snage na dijagramu
potrošnje (ako ih ima u dovoljnom broju) ali to mogu da postignu uz
operativne nedostatke i ekonomske troškove, izvestan broj TE mora biti
u toploj rezervi (što utiče na pad efikasnosti)
- u poređenju sa gasnim elektranama imaju veće investicione troškove
ali koriste jeftinije gorivo
Nuklearne elektrane
- imaju velike investicione troškove a koriste jeftino gorivo, zato su
nepogodne za pokrivanje vršne potrošnje
- predstavljaju velike proizvodne jedinice što ih takođe čini nepogodnim
za pokrivanje vršne potrošnje
- imaju veliki faktor efikasnosti, kada bi pokrivale vršno opterećenje
faktor efikasnosti bi bio nizak
Tabela 2.2: Tipovi proizvodnih jedinica u EES-u





Optimalna struktura proizvodnje u EES-u: zavisi od karakteristika
pojedinih tipova proizvodnih jedinica u EES-u i od zahteva potrošnje
Bazna potrošnja (40 do 60% potrošnje): obično se pokriva velikim
proizvodnim jedinicama koje čine TE na ugalj i nuklearne elektrane,
vreme rada: praktično tokom čitave godine
Širi deo pika na dijagramu potrošnje (30% do 40% potrošnje): pokriva
se ‘cikličnim’ ili ‘srednjim’ proizvodnim jedinicama: manje modernim i
manje efikasnim elektranama na fosilna goriva (ugalj, nafta ili gas), HE
ako su dostupne i gasnim elektranama ako je potrebno, generiše se
skuplja energija, vreme rada 1500-4000h godišnje
Vršni deo dijagrama potrošnje: pokriva se hidroelektranama,
elektranama na gas ili naftu i sa dizel agregatima, vreme rada od
nekoliko stotina do 1500h godišnje
Tradicionalna struktura proizvodnje u EES-u sastavljena iz tri nivoa
postaje sve manje atraktivna sa porastom cene fosilnih goriva i sa
penalizacijom manje efikasnih elektrana zbor uticaja na životnu sredinu
1: protočne HE, VE
2: NE i TE >500MW
3: pumpanje vode
4: TE<500MW, solarne elektrane
5: elektrane, na gas i naftu, uvoz
6: koriščenje skladištene energije
7: kriva potrošnje
Slika 2.3: Doprinosi pojedinih elektrana u pokrivanju zimskog
dijagrama potrošnje
Planiranje novih proizvodnih jedinica

EES se sastoji iz: proizvodnje, prenosa, distribucije i potrošnje
Slika 2.4: Struktura EES-a centralizovanom proizvodnjom
Slika 2.5: Struktura EES-a sa distribuiranom proizvodnjom





Struktura EES-a se menja:
- potrošnja ima intermitentnu prirodu i stalno raste
- proizvodnja se širi da bi se pokrila rastuća potrošnja
- moraju da se grade nove elektrane da bi zamenile stare
- uključuje se distribuirana proizvodnja
Planiranje kapaciteta novih proizvodnih jedinica zahteva predikciju
potrošnje nekoliko godina unapred
Planiranje novih proizvodnih jedinica: planiranje snaga novih elektrana ali
i izbor tipa elektrana, nove elektrane moraju da budu opravdane u
ekonomskom pogledu
Problem projektovanja novih proizvodnih kapaciteta obuhvata
određivanje optimalnog tipa, kapaciteta i lokacije da bi se obezbedila
prognozirana potrošnja sa izvesnom pouzdanošću na horizontu od 7
godina
Optimizacioni problem: minimimizacija ukupnih troškova (kapitalni
troškovi, troškovi održavanja, troškovi goriva i troškovi gubitaka energije u
komponentama EES-a) uz uvažavanje seta tehničkih, finansijskih,
ekoloških i socijalnih ograničenja

Matematičko predstavljanje optimizacionog problema:
min f ( x)  C  X
uz ograničenja:
A X  b
gde su:
f(x) – funkcija troškova u EES-u
A i b – matrica i vektor koeficijena iz seta ograničenja
X – vektor promenjivih koji treba da se odredi kao optimalno rešenje

Načini rešavanja optimizacionog problema:
- metoda linearnog programiranja uz uvažavanje slučajnih parametara
potrošnje i proizvodnje
- metoda Monte-Karlo simulacije rada sistema uz korišćenje
parametarske analize
Pokrivanje potrošnje



Problem usklađivanja proizvodnje sa potrošnjom (dispatch problem):
nalaženje optimalnog opterećenja svake generatorske jedinice na osnovu
prognoze potrošnje za naredni dan i korigovanje rešenja u uslovima
realne potrošnje
Glavni problemi pri pokrivanju dijagrama potrošnje:
- rasterećenje elektrana na početku noćnog smanjenja potrošnje
- dovoljno brzo opterećenje elektrana pri jutarnjem porastu potrošnje
- pokrivanje varijacija potrošnje u toku dana, posebno večernjeg pika
- pokrivanja ispada proizvodne jedinice ili naglog porasta potrošnje
Problemi varijacije potrošnje su vezi sa problemom stabilnosti napona i
regulacije frekvencije
Slika 2.6: Uključenje obrtne rezerve u pokrivanje dijagrama potrošnje