9 Izgube v omrežju
Seminarska naloga pri predmetu Razdelilna in industrijska omrežja Izgube v omrezju Avtor: Klemen Zalokar Mentor: prof. dr. Grega Bizjak, univ.dipl.inž.el. Ljubljana, April 2015 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] KAZALO 1. UVOD ................................................................................................................................. 4 2. DELITEV IZGUB V ELEKTROENERGETSKEM OMREŽJU – ZARADI ČESA NASTANEJO IZGUBE V OMREŽJU ....................................................................................... 6 2.1. 2.1.1. Tehnične izgube ............................................................................................................... 6 2.1.2. Netehnične izgube ........................................................................................................... 7 2.1.3. Nepooblaščen odjem ....................................................................................................... 7 2.2. 3. 4. Delitev izgub na distribucijskem omrežju ................................................................. 6 Stalne izgube ............................................................................................................... 8 2.2.1. Izgube v transformatorju ................................................................................................. 8 2.2.2. Izgube v daljnovodih...................................................................................................... 11 2.2.3. Izgube na vodih.............................................................................................................. 12 2.3. Spremenljive izgube ................................................................................................. 13 2.4. Komercialne izgube .................................................................................................. 14 KAKO LAHKO IZGUBE ZMANJŠAMO ........................................................................ 15 3.1. Možnost zmanjševanja izgub ................................................................................... 15 3.2. Prednost ob upravljanju z bremeni ......................................................................... 16 3.3. Dodatni ukrepi za zniževanje transformatorskih izgub ......................................... 16 3.3.1. Zmanjševanje izgub v železovem jedru transformatorja .............................................. 16 3.3.2. Zmanjševanje izgub v bakrenih navitjih transformatorja .............................................. 18 3.4. Dodatni ukrepi za zniževanje izgub na daljnovodih .............................................. 19 3.5. Energetska učinkovitost ........................................................................................... 19 3.6. Naravna moč ............................................................................................................. 20 KAJ POMENIJO IZGUBE EKONOMSKO, KOLIKO IZGUBE STANEJO IN KDO PLAČA RAČUN ...................................................................................................................... 21 4.1. Omrežnina za distribucijska in prenosna omrežja .................................................. 21 4.2. Določanje omrežnine ............................................................................................... 22 4.3. Obračunavanje omrežnine: ...................................................................................... 22 5. ZAKLJUČEK ..................................................................................................................... 23 6. LITERATURA .................................................................................................................. 24 6.1. Knjige in ostala pisna oblika..................................................................................... 24 Klemen Zalokar (64090363) Page 2 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 6.2. 7. Internetne povezave ................................................................................................. 24 DOMAČA NALOGA : Vprašanja na podlagi seminarja – IZGUBE V OMREŽJU ....... 25 Klemen Zalokar (64090363) Page 3 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 1. UVOD Na svetu je povprečje izgub pri prenosu energije 8,8%. V Elektroenergetskem sistemu, pri prenosu energije iz enega mesta na drugo, prihaja do izgub. V to povprečje vključujemo tudi države kot sta Indija in Brazilija, ki imata zelo visoke izgube, zaradi tako imenovanih "ne-tehnične izgube". To je energija za katero ni bilo izdanih nobenih računov in se je v izgubila preko nezakonitih omrežnih povezav. V letu 2010 so bile izgube električne energije v Indiji med prenosom in distribucijo približno 24%. V Evropi ter Severni Ameriki so povprečne izgube pri prenosu energije okoli 7%. Razlike med evropskimi državami so zelo visoke in se gibljejo med manj kot 1% za Luksemburg do 16% za Estonijo. Te številke niso najbolj natančne, saj je formula za izgube v prenosu v korist držav, preko katerih poteka prenos energije, kot je Luksemburg. Prenos energije poteka zgolj preko visoko napetostnih daljnovodov, medtem ko se večina izgub nahaja na distribucijskih omrežjih. » Sistemski operater prenosnega omrežja (SOPO) je po Energetskem zakonu z izvajanjem sistemskih storitev zadolžen za nakup energije za pokrivanje izgub v slovenskem elektroenergetskem sistemu (EES). V ta namen SOPO za prihajajoče leto oceni potrebno moč in energijo ter izvede letno dražbo za nakup energije za pokrivanje izgub v visokonapetostnem (VN) omrežju, tako za pasovno kot za trapezno energijo za točno določeno časovno obdobje. Nakup energije za pokrivanje izgub na letni ravni ne zadostuje vsem potrebam za njihovo kritje na dnevni ravni, zato SOPO na podlagi napovedi še dodatno kupuje energijo za kritje izgub na dnevnem trgu. Kljub dodatnim nakupom na dnevnem trgu lahko zaradi nepredvidljivosti trga, spremenljivosti obratovanja EES ter drugih dejavnikov nastanejo velika odstopanja med dejanskimi izgubami in kupljeno energijo za pokritje izgub. Ta odstopanja vplivajo na odstopanja EES od voznih redov, ki jih SOPO pokrije v okviru sekundarne regulacije, kar privede do dodatnih stroškov SOPO. Da SOPO zagotovi minimalne stroške, sta izjemno pomembna kakovostna in natančna napoved izgub. Delo je pregled izgub na slovenskem prenosnem omrežju in predlaga novi metodi za njihovo kratkoročno napovedovanje na podlagi uporabe vplivnih dejavnikov in s pomočjo kazalcev PTDF (angl. Power Transfer Distribution Faktor). Klemen Zalokar (64090363) Page 4 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Metoda, ki jo trenutno uporablja SOPO, je počasnejša in zahteva več posredovanja uporabnika, zato je smiselna uporaba metode na podlagi faktorjev PTDF, ki je dovolj učinkovita, točna in zanesljiva.« »« Citirano iz članka: J.Klančnik, M.Pantoš in M.Rejc. Napoved prenosnih izgub v elektroenergetskem sistemu na podlagi vplivnih distribucijskih faktorjev. Elektrotehniški vestnik : 2009, str. 1-2. Klemen Zalokar (64090363) Page 5 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 2. DELITEV IZGUB V ELEKTROENERGETSKEM OMREŽJU – ZARADI ČESA NASTANEJO IZGUBE V OMREŽJU 2.1. Delitev izgub na distribucijskem omrežju Izgubam v prenosu električne energije se ne moremo izogniti. Njihov problem je ta, da ne predstavljajo nobenega dohodka, zato se distributerji zavzemajo za zmanjšanje izgub, vendar moramjo pri tem izračunati stroške, ki nastanejo, da predvidijo ali je vredno investirati. Izgube v distribucijskem omrežju lahko razdelimo na: Tehnične izgube Netehnične izgube 2.1.1. Tehnične izgube Tehnične izgube vključujejo spremenljive in fiksne izgube. Te izgube so izgube, ki so prisotne ne glede na preneseno moč v omrežju in se pojavljajo že ob obratovanju v neobremenjenem omrežju. Praviloma se nahajajo v tranformatorskih jedrih in imajo za posledico segrevanja jedra ter hrup transformatorja. Te izgube lahko zmanjšamo z uporabo kakovostnih feritnih materialov. Spremenljive izgube so odvisne od prenesene moči po omrežju. To so izgube v vodnikih, ki so v glavnem povsod: prisotne so v vodih, kablih in navitjih transformatorjev. Zmanjšamo jih lahko na različne načine S povečanjem preseka vodnikov, Spostavitvijo omrežja, kjer si prizadevamo zmanjšati dolžine vodnikov, Z zmanjšanjem koničnih moči v distribucijskem omrežju, S simetrično obremenitvijo, Z izboljšanjem faktorja delavnosti Nekatere izgube lahko distributer odpravlja popolnoma sam, druge pa so odvisne od odjemalcev, zato si distributerji prizadevajo, za večjo fleksibilnost z upravljanjem porabe z uvedbo novih naprednih pametnih omrežij. Klemen Zalokar (64090363) Page 6 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 2.1.2. Netehnične izgube Netehniče oz. komercialne izgube so v veliki večini odvisne od števcev električne energije. Med netehnične izgube štejemo . Napake merjenja Napačne merilne inštrumente Napake pri zaračunavanju energije Neodčitane merilnike Nezakonit odvzem oz.krajo V netehnične izgube moramo upoštevati celotno merilno instrumentacijo, tako napetostne ko tudi tokovne merilne tranformatorje, njihovo porabo in porabo elektronskih števcev. V netehnične izgube spadajo človeške napake pri odčitavanju in nepooblaščen odjem v omrežje. 2.1.3. Nepooblaščen odjem Nepooblaščen odjem je prisoten v NN-omrežju, kjer odjemalci sami posegajo v omrežje, kamor ne bi smeli. Nepooblaščeni odjemi so: Poseg v števce električne energije Prevelika moč obračunskih varovalk Samovoljni priklop Pri posegu v vezavo števca električne energije uporabniki izklopijo eno, dve ali vse tri fazne vodnike in jih speljejo mimo števca električne energije. Najbolj se uporablja vezava, pri kateri mimo števca odjema samo en porabnik v hiši. To so običajno veliki porabniki za ogrevanje, zato so tudi kraje v zimskem času večje kot v letnem. Največja napaka pri tej vezavi je, da mimo števca speljejo samo fazni vodnik, ne pa tudi ničnega, zato lahko to prej ugotovimo zaradi Kirchhoffovega zakona, ki pravi, da je seštevek vseh tokov faznih vodnikov enak toku skozi nični vodnik. V uporabi so že števci, ki merijo tok skozi ničelni vodnik in zaznajo to napako. V distribucijskem omrežju, ki je v lasti Elektra Ljubljana, d. d., je bilo leta 2013 na merilnih mestih odkritih 491 napak in 52 nepooblaščenih posegov. Dodatno je bilo zaračunane 1.451 MWh električne energije, od tega kar 705.093 kWh pri nepooblaščenih posegih . Klemen Zalokar (64090363) Page 7 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Pri preveliki moči obračunskih varovalk odjemalec po navadi plača elektriko, kolikor jo porabi, vendar iz omrežja prejema preveliko moč, kolikor jo dejansko plačuje. To napako se lahko ugotovi s spremljanjem tokov na števcu. Velikokrat pa se zgodi, da odjemalec skupaj s faznim vodnikom mimo števca porablja še preveliko moč. Pri prenosu energije v elektroenergetskem sistemu nastajajo izgube na vseh elementih v EES zaradi fizikalnih vzrokov. Povzročajo jih: tokovi skozi impedance elementov, elektromagnetno polje v dielektrikih, histerezni in vrtinčni toki v železu, korona ter odvodni tokovi Naštetim vzrokom, ki povzročajo izgube, je treba prišteti še porabo sekundarnih sistemov. Velikost izgub je zelo odvisna od krožnih pretokov ter topologije omrežja. Upoštevaje vzroke nastajanja izgub, jih je mòč razdeliti v tri skupine: 2.2. Stalne izgube Stalne izgube nastanejo zaradi prisotnosti napetosti v elektroenergetskem sistemu in so neodvisne od obremenitve. K omenjenim izgubam prištevamo dielektrične izgube v kablih in kondenzatorskih baterijah. V to skupino spadajo tudi izgube v železu, ki jih povzročajo histerezni in vrtinčni tokovi; te izgube nastanejo v železnih jedrih transformatorjev, na relejih in merilnih inštrumentih. Od omenjenega, pa se največji del energije izgublja prav v transformatorjih, kablovodih ter daljnovodih, zato jih bomo v nadaljevanju obravnavali nekoliko podrobneje. 2.2.1. Izgube v transformatorju Ko omenjamo izgube v transformatorju, govorimo o energiji, ki ostane v transformatorju pri njegovem delovanju. Preostala energija, se pretvori v toploto in posledično se transformator segreva. Izgube delimo na: izgube v bakru ter izgube v železu. Klemen Zalokar (64090363) Page 8 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Izgube v bakru: Izgube v navitjih so posledica pretoka tokov skozi njih in ohmske upornosti navitij: 𝑃𝐶𝑈 = 𝑃𝐶𝑈1 + 𝑃𝐶𝑈2 = 𝐼12 ⋅ 𝑅1𝐶𝑈 + 𝐼22 ⋅ 𝑅2𝐶𝑈 PCu - skupne izgube v bakrenih navitjih transformatorja (W) PCu1 - izgube v primarnem navitju (W) PCu2 - izgube v sekundarnem navitju (W) R1Cu - ohmska upornost primarnega navitja (Ω) R2Cu - ohmska upornost sekundarnega navitja (Ω) Izgube v bakru povzročajo škodo tako, da segrevajo stroj, kar povzroča dodatne stroške za hlajenje in staranje stroja, prav tako pa izgubljamo energijo. Izgube v železu: Se delijo na dve skupini: na vrtinčne in histerezne. Izgube v železu se izražajo kot vsota obeh, vendar pa prevladujejo histerezne nad vrtinčnimi. 𝑃𝐹𝑒 = 𝑃𝑣𝑟𝑡 + 𝑃ℎ𝑖𝑠 (𝑊) Izgube v železnem jedru imajo dva vzroka: o zaradi magnetenja železnega jedra po histerezni zanki in o zaradi pojava vrtinčnih tokov – vrtinčne izgube. Histerezne izgube so premosorazmerne s ploščino histerezne zanke. Tej zahtevi ustreza mehkomagnetna pločevina. Pri izbiri materiala morajo biti posebej pozorni projektanti, ki izbirajo materiale. Vrtinčni tokovi so posledica nastanka induciranih napetosti v železu, ki skozi jedro poženejo vrtinčne tokove. Te izgube odpravimo z lameliranjem jedra. Izgube v železu so merljive: izmerimo jih s preizkusom praznega teka, prav tako pa jih je možno tudi izračunati: 𝑃𝐹𝑒 = 𝑝𝐹𝑒1 ∗ 𝑓 ∗ 𝐵 2 ∗ 𝑚𝐹𝑒 50 PFe skupne izgube v železnem jedru transformatorja (W) F frekvenca omrežne napetosti: 50 Hz B gostota magnetnega pretoka (T) mFe masa železnega jedra (kg) pFe1 specifične izgube (W/kg) Klemen Zalokar (64090363) Page 9 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Histerezne izgube feromagnetnih snovi so sorazmerne s površino, ki jo omejuje histerezna zanka. Manjša kot je površina histerezne zanka oz. ožja kot je, tem manjše so histerezne izgube. Velikost izgub je premo sorazmerna z remanentno gostoto in koercitivno magnetno poljsko jakostjo Slika 1: Histereza Ko pride nenamagneten feromagnetik pod vpliv zunanjega magnetnega polja (H) , se ta magneti po deviški krivulji, ki je na sliki 1 označena z a in velja samo pri prvem magnetenju. Gostota magnetnega pretoka znotraj feromagnetika narašča le do kolenske vrednosti, po njej pa je naraščanje zelo počasno. To lahko razložimo s tem, da so se pod vplivom zunanjega magnetnega polja vse domene že usmerile v to smer. Ko zunanjo magnetno polje zmanjšamo na 0, gostota magnetnega pretoka v njem ostane na vrednosti Br, ki ji pravimo remanentna gostota magnetnega pretoka. Če želimo, da znotraj feromagnetika ne bo magnetnega polja, mora zunanja jakost zunanjega magnetnega polja biti enaka Hc, ki pomeni koercitivno magnetno poljsko jakost. Opazimo lahko, da se pri krivulji magnetenja ob povečevanju in manjšanju jakosti zunanjega magnetnega polja razlikujeta . Temu pojavu se reče histereza. Energija, ki je potrebna za en takšen cikel, je premo sorazmerna s ploščino histerezne zanke. Če želimo, da bo feromagnetik razmagneten, tudi brez zunanjega magnetnega polja, moramo ves cikel nekajkrat ponoviti in pri tem postopoma zmanjševati amplitude zunanje magnetne poljske jakosti H. Klemen Zalokar (64090363) Page 10 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Feromagnetno snov izberemo, glede na zahteve delovanja. Pri transformatorjih, elektromagnetih, generatorjih, motorjih ipd. želimo čim ožjo histerezno zanko, čim manjši in karakteristiko, ki naj bo čim bolj podobna premici. Takšnim snovem pravimo mehko magnetne snovi. Znani predstavniki mehko magnetnih materialov so zlitina železa in silicija za elektro pločevino, jeklena litina za ohišja elektromotorjev in generatorjev ter zmesi oksidov npr. feritna jedra. Pri izdelavi trajnega magneta želimo snov s čim večjim Br in čim širšo histerezno zanko, da bo snov kar se da odporna na vplive zunanjega magnetnega polja. Takšnim snovem pravimo trdo magnetne snovi. Znana predstavnika trdo magnetnih materialov za izdelavo trajnih magnetov sta zlitina aluminija, niklja, kobalta, bakra in železa (kovinski magneti) ter zmes oksidov železa in barija (feritni magneti). 2.2.2. Izgube v daljnovodih Največ izgub na daljnovodih se pojavlja pri visokih napetosti, kjer prihaja do koronskih razelektritev ter radijskih motenj, ki povzročajo parcialne izgube na celotni visokonapetostni opremi. Vodnik v trifaznem, simetrično obremenjenem vodu ima omsko upornost R in po njem teče električni tok I. Izgube v trifaznem vodu torej znašajo ∆𝑃 = 3 ∗ 𝐼 2 ∗ 𝑅 = (𝑊) ∆𝑃 = 𝑖𝑧𝑔𝑢𝑏𝑒 𝑣 𝑣𝑜𝑑𝑖ℎ 𝐼 = 𝑓𝑎𝑧𝑛𝑖 𝑡𝑜𝑘 𝑅 = 𝑜ℎ𝑚𝑠𝑘𝑎 𝑢𝑝𝑜𝑟𝑛𝑜𝑠𝑡 𝑣𝑜𝑑𝑛𝑖𝑘𝑎 Tu smo upoštevali samo breme na koncu voda. V omrežju pa se bremena pojavljajo tudi vzdolž vodov. V takih primerih moramo sešteti izgube, ki se pojavijo v posametnih odsekih, ob znanih delovnih in jalovih močeh KORONA Korona je žareč obroč ioniziranega zraka okoli vodnika pod visoko napetostjo. Vzrok korone je velika napetost, saj se zrak okoli ionizira, majhni prebojčki žarijo, nastaja UV okoli 200nm, veliko ozona ter radiofrekvenčnih motenj. Klemen Zalokar (64090363) Page 11 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Iz daljnovoda teče majhen delovni tok oz. delovna moč skozi zrak v zeljo, zato so izgube na km daljnovoda okoli 2500W. Pojavlja se na ostrih robovih, koncih, kjer so silnice električnega polja izredno zgoščene in zato lahko pride do preboja. Posledice, ki nastanejo so: Ionizacija zraka, strupen ozon, hrup, razžiranje materiala v neposredni bližini korone. Ko gre napetost iz maksimuma v minimum preko nič, takrat korona ugasne. Deli pod napetostjo, ki so preobremenjeni ali defektni ( ostri robovi ), imajo večjo možnost pojava močnejše korone kot ostali deli. Cene: vod 70/12 (50.000€/km), kabel 150(80.000€/km) Stroški vzdrževanja: vod (1000€/km), kabel (500€/km) Manjše izgube so pri kablu Slika 2: Prikaz korone 2.2.3. Izgube na vodih Izgube delovne in jalove moči pozvroča prenos električne energije. Slednje se kažejo kot razlika navideznih moči med obema koncema vsakega voda. Izgube lahko pokrivajo proizvodne enote, v tržnih razmerah izgube zagotavljajo sistemske storitve. Izgube navidezne moči na vzdolžni impedanci voda se izračuna na podlagi podatkov o moči na vhodnem ali na izhodnem koncu voda: 𝑃12 + 𝑄12 𝑃22 + 𝑄22 ∆𝑆 = |𝐼| ∗ 𝑍 = ∗𝑍 = ∗𝑍 |𝑈1 |2 |𝑈2 |2 2 Klemen Zalokar (64090363) Page 12 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Izgube navidezne moči na vzdolžni nadomestni impedanci voda pri π-vezju je zelo podobna izrazu, kjer kjer nazivna napetost 𝑈𝑛 zamenja dejanske vrednosti napetosti na konceh voda. ∆𝑆 = 𝑃+𝑄 ∗𝑍 |𝑈𝑛 |2 Moč se lahko izbere na začetku ali na koncu voda. V primeru, da želimo na hitro oceniti in nimamo na razpolago dejanskih vrednosti napetosti, lahko naredimo izračun, ki pa je seveda približek realnega rezultata. Napaka, ki nastane pri odstopanju napetosti je od 5-10%, je pri izgubi moči že od 10-20%, zato je potrebno pri okvirnem izračunu pazititi na izgube večjih pri večjih odstopanjih napetosti. 2.3. Spremenljive izgube Odvisne so od obremenitve EES. Obremenitev sistema se spreminja ves čas, s tem pa se spreminjajo tudi izgube, in sicer s kvadratom toka ter kvadratom faktorja moči (cos ϕ). Spremenljive izgube nastanejo v vodih, v navitjih transformatorjev, na relejih in merilnih napravah, pri lastni rabi v transformatorskih postajah ter elektrarnah. Med spremenljive izgube štejemo tudi vrsto izgub, ki nastajajo neodvisno od obremenitve vodov; to so odvodni tokovi in izgube zaradi korone. Slednji vrsti izgub sta zelo odvisni od tempe ra ture, zračnega tlaka, zračne vlage in čistoče. Slika 3: Prenosne izgube energije na VN Slovenije v letu 2005 Zgornja slika prikazuje izgube na VN omrežju v GWh po mescih za leto 2005. Skupne izgube so znašale 317GWh. Najnižje izgube so predvsem v poletnem času največje pa v zimskem času. Klemen Zalokar (64090363) Page 13 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Slika 4: Izgube moči na VN omrežju Slovenije v letu 2005 Zgornja slika prikazuje potek merjenih izgub v letu 2005. Meritve so zavzemale časovni interval 15min, kot lahko vidimo, izgube zelo redko presežejo 65MW. Leto 2005 Deleži izgub v % Deleži izgub v GWh/leto 110kV 32,76 103,85 220kV 22,10 70,06 400kV 28,82 91,36 TR 16,32 51,73 Skupaj 100 317,0 Slika 5: Deleži izgub energije po napetostnih nivojih in TR V slovenskem omrežju ne smemo zanemariti izgube energije v elektroenergetskem sistemu, saj vrednosti dosežejo do 2,5 % celotnega odjema. 2.4. Komercialne izgube Mednje uvrščamo izgube zaradi napak pri merjenju, netočnosti merilnih naprav, zaradi neregistrirane porabe in drugih nepredvidljivih dogodkov v delovanju EES. Slika 6: Izgube na prenosnem omrežju Klemen Zalokar (64090363) Page 14 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Slika 7: Poraba električne energije in delež izgub na prenosnem omrežju 3. KAKO LAHKO IZGUBE ZMANJŠAMO Izgube se da zmanjšati s spreminjanjem napetostnega nivoja. V prejšnjem poglavju smo omenjali, da so izgube v slovenskem elektroenergetskem sistemu okoli 2,5%, česar ne smemo zanemarjati. Iz slike 6 pa lahko opazimo, da se poraba električne energije viša iz leto v leto, vendar se izgube manjšajo, tako lahko vidimo, da so leta 2007 izgube le še okoli 1.6%. Ne smemo pozabiti, da nam izgube predstavljajo strošek, zato je naša želja, da bo leta odstotek čim nižji. 3.1. Možnost zmanjševanja izgub Izgube se da zmanjšati s spreminjanjem napetostnega nivoja. Severno – ameriški ter Evropski sistem sta najbolj uporabljena distribucijska nivoja po svetu. Na podlagi tipa bremen in njegove oddaljenosti, se odločamo za napetosti – industrija, stanovanja, komercialna. V Evropi so napetosti na distribucijskem omrežju nekoliko višje od ameriških. PREDNOSTI: Sistem lahko oskrbuje širšo področje, saj je zaradi večje napetosti zmožno prenesti več moči pri enakem toku. Ima manj izgub ter manjši padec napetosti. Klemen Zalokar (64090363) Page 15 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] SLABOSTI: Prihaja do bolj pogostih prekinitev. Posledica daljših povezav se prikazuje s slabšo zanesljivostjo. (povzeto po A. A. S. – Electric Distribution Systems, stran 21) 3.2. Prednost ob upravljanju z bremeni Rezultat zmanjšanja konične moči nam pomaga zmanjšati stroške konstrukcije omrežja in investicij, prav tako pa tudi zmanjšuje izgube pri prenosu, saj je vrednost toka manjša. 3.3. Dodatni ukrepi za zniževanje transformatorskih izgub Izgube v transformatorju delimo na tiste, ki se vršijo v železnem jedru ter v bakrenem navitju. 3.3.1. Zmanjševanje izgub v železovem jedru transformatorja UKREP 1: Moč izgub v železu je sorazmerna s površino dinamične histerezne zanke, frekvenco in maso. Na frekvenco običajno nimamo vpliva, na maso pa le posredno v okviru optimiranja naprave. Resni ukrepi gredo lahko le v smeri zmanjšanja površine dinamične histerezne zanke, ki je seštevek površine statične histerezne zanke in njenega navideznega povečanja zaradi vrtinčnih tokov. UKREP2: Na zmanjševanje površine statične histerezne zanke nimamo neposrednega vpliva, to sodi v delovno področje metalurgov. Mi lahko le izbiramo med različnimi materiali. Poiskati moramo kompromis med čim ožjo histerezno zanko ter ceno materiala in obdelave. UKREP3:Ukrepi za zmanjšanje vrtinčnih izgub lahko temeljijo na enačbi: 𝑝𝑉/𝑉 𝑈𝑖 2 = 𝑅𝑒 Izgube na enoto prostornine sta lahko dosežemo z zmanjšanjem napetosti in povečanjem upornosti. Ukrepa sta medsebojno povezana. Povečevanje ekvivalentne upornosti 𝑅𝑒 dosežemo na dva načina a) Povečevanje specifične upornosti ρ. b) Zmanjševanje preseka kanala vrtinčnih tokov 𝑆𝑒 Klemen Zalokar (64090363) Page 16 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Ukrepa temljita na enačbi: 𝑅𝑒 = ρ ∗ 𝑙𝑒 𝑆𝑒 UKREP4: Specifično upornost ρ učinkovito povečujemo z legiranjem jekla s silicijem. Ukrep ima svoje omejitve, ker se s povečanjem količine silicija povečuje tudi trdota in krhkost legure. Posledica tega je povečana obraba obdelovalnih strojev, nožev za razrez in orodij za štancanje, kar lahko občutno podraži proizvodnjo. Zato legiramo jekla s silicijem največ do 4,5 %. Presek kanala vrtinčnih tokov zmanjšujemo z lameliranjem, kar pomeni, da jedro sestavimo iz tankih pločevin. Tanjše kot so pločevine, manjše so vrtinčne izgube. UKREP5: Slika 8: Zmanjševanje izgub z laminiranjem jedra UKREP6: Zmanjševanje preseka kanala - posredno debeline pločevine - vrtinčnih tokov ima kubični učinek, ker se hkrati s povečevanjem upornosti 𝑅𝑒 , zmanjšuje tudi napetost 𝑈𝑖 , ki pa ima kvadratični učinek. 𝑝𝑉/𝑉 = Klemen Zalokar (64090363) 𝑈𝑖 2 𝑅𝑒 Page 17 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Sorazmerno z zmanjševanjem preseka kanala - tanjšanja lamel - pa se povečuje število lamel, kar pomeni, da bi imelo zmanjševanje v končni fazi kvadratični učinek. Dejansko pa tudi to ni čisto res, saj se s tanjšanjem lamel, nekoliko zmanjšuje tudi efektivna dolžina kanala 𝐼𝑒 kar pa upornost 𝑅𝑒 zmanjšuje. Končni učinek tanjšanja lamel je nekoliko manjši od kvadratičnega. UKREP7: Pomemben ukrep za zmanjševanje izgub je tudi skrbna in tehnološko dovršena obdelava. Paziti je potrebno na iglavost, ki mora biti čim manjša. Pločevine ne smemo po nepotrebnem kriviti in upogibati, ali je kako drugače mehansko poškodovati, saj to pokvari strukturo materiala, s čemer se poslabšajo magnetne lastnosti. Iglavost je posledica skrhanega orodja ali prevelikih toleranc na orodjih, do katerih običajno pride zaradi obrabljenosti. Zaradi iglavosti lahko pride do sklenitve vrtinčnih tokov preko več lamel, kar znatno poveča izgube. Slika 9: robovi lamenirane pločevine UKREP8: Pri kompozitnih materialih, npr. feritih, gre lahko za povečevanje specifične upornosti ali pa za zmanjševanje preseka kanala vrtinčnih tokov. Kompoziti so sestavljeni iz feromagnetnega prahu in “lepila” ki ta prah zlepi skupaj. Kadar so za feromagnetni prah uporabljeni neprevodni železovi oksidi, gre za povečanje upornosti. Če pa so uporabljeni drobni kovinski delci, ki so zlepljeni z izolacijskim lepilom, gre za zmanjševanje preseka kanala vrtinčnih tokov. 3.3.2. Zmanjševanje izgub v bakrenih navitjih transformatorja Izgube v bakrenih navitjih so v veliki meri odvisne od čistosti bakra. Ko izdelujemo navitje pa izgube lahko zmanjšamo s sledečim: Postavitev vodnikov v smeri, da magnetno polje vstopa skozi njihovo ožjo dimenzijo Prepletanjem vodnikov ( transpozicija ) Klemen Zalokar (64090363) Page 18 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Zastavljanje lameliranih feromagnetnih zaslonov za speljevanje magnetnega polja od delov, kjer bi se pojavili močni vrtinčni tokovi Zastavljanjem visoko prevodnih zaslonov za “odbijanje” magnetnega polja od prevodnih delov 3.4. Dodatni ukrepi za zniževanje izgub na daljnovodih Ukrepi za zniževanje izgub na daljnovodih vsi SN in VN vodi: 20kV, 110kV in 400kV morajo biti pleteni iz aluminijevih žic, saj pletenost proti polnemu vodniku zelo zmanjša koronske izgube Z DAY CORONO kamero naj se poiščejo mesta s povečanimi pojavi korone in naj se zamenja te elemente z novimi vse konce vodov, ostre robove, žičke, vejice nad daljnovodih moramo izločiti ali pa zaobliti, da je vse čimbolj ovalno in okroglo. 3.5. Energetska učinkovitost Učinkovitost naprav je delno povezano tudi z izgubami in je definirana kot količina izhodne energije v primerjavi z dovedeno energijo. Podjetja vse bolj stremijo k napravam, s čim boljšim izkoristkom, saj že z malo boljšim izkoristkom ob večjih količinah energije lahko pomeni mnogo večje prihodke. Porabnike delimo v tri razrede: Zasebnega Komercialnega in industrijskega Ko načrtujemo oz prenavljamo sistem , je potrebno pregledati vse elemente, kateri omogočajo prihranek energije. Oskrbniki omrežja naj bi zasnovali strukturo omrežja tako, da bi bile izgube čim manjše. To poskušajo zagotoviti z opremo, ki ima dober izkoristek, vendar je pri vsakem projektu vprašanje, ali se naložba splača ter v kolikšnem času se bo povrnila. V nekaterih primerih Klemen Zalokar (64090363) Page 19 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] je nesmiselno investirati več sredstev, ker je potrebno na naprave gledati v širšem časovnem intervalu govorimo o življenjski dobi elektroenergetskih naprav (40 - 50let). 3.6. Naravna moč Da določimo obnašanje vodov obratovanju, moramo poznati pojem naravne moči 𝑆0 . Vod deluje pri večjih obremenitvah, od naravne moči kot induktivni element, ki znižuje obratovalno moč. Pri nižjih obremenitvah, od naravne moči pa deluje kot kapacitivni element, ki dviguje obratovalno napetost. 3.7. Prihranki ob konicah moči Največjo zanesljivost omrežja zagotovimo z dimenzioniranjem sistema na največjo moč, ki se lahko pojavlja v omrežju. S svojimi potrebami po električni energiji odjemalci določajo največjo moč, ki se dnevno spreminja, vendar jo delno lahko napovemo s pomočjo izračunov. V času ko je potreba po moči največja, so elementi v omrežju obremenjeni z največjim tokom, saj napetost bolj kot ne miruje ( spreminja zelo malo ). Tako lahko ugotovimo, da bodo izgube pri prenosu večje, saj naraščajo s kvadratom toka, se pravi, se ob dvojni tokovni obremenitvi povečajo za štirikrat. Da ne bi prihajalo to teh hitrih skokov, se v ta namen upravlja s porabo. Manj zahtevne uporabnike se za kratk čas odklopi in stem zmanjša moč odjema. Če gledamo izgube bi bilo najbolje, da bi bila energija dnevno razporejena v pasu, saj bi bila takrat efektivna vrednost toka konstantna in izgube najmanjše čez cel dan. Klemen Zalokar (64090363) Page 20 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 4. KAJ POMENIJO IZGUBE EKONOMSKO, KOLIKO IZGUBE STANEJO IN KDO PLAČA RAČUN 4.1. Omrežnina za distribucijska in prenosna omrežja Agencija določi metodologijo za določitev omrežnine in kriterije za ugotavljanje upravičenih stroškov za elektroenergetsko omrežje ter metodologijo za obračunavanje omrežnine. Na podlagi metodologije za določitev omrežnine in kriterijev za ugotavljanje upravičenih stroškov za elektroenergetsko omrežje agencija določi omrežnino za prenosno elektroenergetsko omrežje, omrežnino za distribucijsko elektroenergetsko omrežje in omrežnino za sistemske storitve. Na podlagi določenih omrežnin in metodologije za obračunavanje omrežnine agencija določi tarifne postavke za omrežnino za prenosno omrežje, distribucijsko omrežje, sistemske storitve, posebne sistemske storitve in priključno moč Model slovenskega EES-a obsega 737 vozlišč ali zbiralk, 73 TR-jev od tega 17 z regulacijskimi odcepi, 220 vodov, 60 generatorjev, nameščenih v 21 elektrarnah. Električne izgube v EES-ju izračunamo s programi za izračun pretokov moči (IPM). Izgube moči v vodnikih z upornostjo , po katerih teče tok I v simetrično obremenjenih vodnih znaša ∆𝑃 = 3𝐼 2 ∗ 𝑅 Da lahko nemoteno dostopamo do omrežja je potrebno pokrivati stroške njegovega vzdrževanja ter njegovih ojačitev. Kdo je povzročitelj teh stroškov, je teško opredeliti in še težje zaračunati. Kot rešitev temu, se pojavi skupni izračun izgub in se nato enakovredno porazdeli med vse uporabnike omrežja. Stroški, ki jih mora pokriti omrežnina so raznoliki. Izgradnje novih vodov, transformatorskih postaj, izgube, obratovanje in vzdrževanje, ki obsega zagotavljanje nemotenega delovanja sistema z regulacijo frekvence in napetosti.To so stroški katerih povzročitelj ni določen. Klemen Zalokar (64090363) Page 21 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 4.2. Določanje omrežnine Metoda regulirane omrežnine se izvaja tako, da se sistemskemu operaterju z določitvijo omrežnine in drugih prihodkov ter ob upoštevanju presežka omrežnine iz preteklih let zagotovi pokritje vseh upravičenih stroškov regulativnega obdobja in primanjkljaja omrežnine preteklih let. Upravičeni stroški sistemskega operaterja so: • stroški delovanja in vzdrževanja, • stroški električne energije za izgube v omrežju, • stroški sistemskih storitev, • amortizacija in • reguliran donos na sredstva. 4.3. Obračunavanje omrežnine: Za obračunavanje omrežnine agencija uporablja netransakcijsko metodo poštne znamke, kar pomeni uporabo sistema enotnih tarifnih postavk za obračunavanje omrežnine na celotnem območju Slovenije v okviru posamezne odjemne skupine. Za razdelitev stroškov po napetostnih nivojih se uporablja bruto pristop obračuna omrežnine za prenosno in distribucijsko omrežje. Klemen Zalokar (64090363) Page 22 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 5. ZAKLJUČEK Pri obratovanju EES na električnih elementih nastajajo izgube. Povzročajo jih toki skozi impedance elementov EES-a, elektromagnetno polje v dielektrikih, histerezni in vrtinčni toki v železu, korona ter odvodni toki. Izgube v omrežjih bodo vedno prisotne, saj jih v praksi nikoli ne bomo mogli izničiti, vendar se s zmanjšujejo iz leta v leto. Posledica zmanjševanja izgub je tudi bolj sodobna oprema, ki omogoča vse bolj in bolj optimalne izkoristke. Vse stremi k želji, da bi se izgube »izničile« zmanjšale , saj v nekaterih primerih govorimo, ko govorimo o majhnem % izgub na veliko količino energije to pomeni velike denarne izgube. Klemen Zalokar (64090363) Page 23 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 6. LITERATURA 6.1. Knjige in ostala pisna oblika Turan Gönen, Electric power distribution system engineering, CRC Press, 2008 Abdelhay A. Sallam, Om P. Malik, Electric distribution systems, IEEE Press, 2011 Vezna teorija strojev električnih strojev; Damijan Miljavec, Peter Jereb, Ljubljana, 2009 Elektroenergetska tehnika Igor Papič, Peter Žunko, Ljubljana 2007 Uporaba modela transformatorja v programskem orodju PSCAD za izračun kratkih stikov; Damjan Zalokar, Maribor, 2013 6.2. Internetne povezave http://www.cigrecired.si/Images/files/documents/6_konferenca_Portoroz_2003/2003-C2-3.pdf http://les.fe.uni-lj.si/tid/predavanja/06_Izgube_v_transformatorju.pdf http://www.leonardo-energy.org/reducing-electricity-network-losses http://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_sector_in_India http://www.ceer.eu/portal/page/portal/EER_HOME/EER_PUBLICATIONS/NATIO NAL_REPORTS/National%20Reporting%202013/NR_nl/C13_NR_SloveniaNL_2.pdf http://www.eles.si/files/eles/userfiles/vsebina-dokumenti/Strategija-razvojaelektroenergetskega-sistema-RS.pdf Klemen Zalokar (64090363) Page 24 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] 7. DOMAČA NALOGA : Vprašanja na podlagi seminarja – IZGUBE V OMREŽJU 1. Skozi enofazni aluminjasti vodnik teče tok. Izračunajte koliko toplote se sprosti v eni uri? 𝜌𝑎𝑙 = 0,028 ∗ 10−6 𝛺/𝑚 𝐼 = 15𝐴 𝐴 = 3𝑚𝑚2 𝑙 = 50𝑚 𝑙 50 = 152 ∗ 0,028 ∗ ∗ 1𝑊ℎ = 105𝑊ℎ 𝐴 3 2. Kako zmanjšamo izgube v bakrenih navitjih transformatorja? 𝑊 = 𝑃𝑡 = 𝐼 2 ∗ 𝑅𝑡 = 𝐼 2 ∗ 𝜌𝑎𝑙 ∗ Izgube v bakrenih navitjih so v veliki meri odvisne od čistostni bakra. Ko izdelujemo navitje pa izgube lahko zmanjšamo s sledečim: Postavitev vodnikov v smeri, da magnetno polje vstopa skozi njihovo ožjo dimenzijo Prepletanjem vodnikov ( transpozicija ) Zastavljanje lameliranih feromagnetnih zaslonov za speljevanje magnetnega polja od delov, kjer bi se pojavili močni vrtinčni tokovi Zastavljanjem visoko prevodnih zaslonov za “odbijanje” magnetnega polja od prevodnih delov 3. Kaj povzroča izgube v elektroenergetskem omrežju Pri prenosu energije v elektroenergetskem sistemu nastajajo izgube na vseh elementih v EES zaradi fizikalnih vzrokov. Povzročajo jih: tokovi skozi impedance elementov, elektromagnetno polje v dielektrikih, histerezni in vrtinčni toki v železu, korona ter odvodni tokovi Klemen Zalokar (64090363) Page 25 [ Seminar – RIO - Izgube v omrežju 2014/2015 ] Naštetim vzrokom, ki povzročajo izgube, je treba prišteti še porabo sekundarnih sistemov. Velikost izgub je zelo odvisna od krožnih pretokov ter topologije omrežja. Upoštevaje vzroke nastajanja izgub, jih je mòč razdeliti v tri skupine: 4. Katere ukrepe uporabljamo za znižanje izgub na daljnovodih Ukrepi za zniževanje izgub na daljnovodih vsi SN in VN vodi: 20kV, 110kV in 400kV morajo biti pleteni iz aluminijevih žic, saj pletenost proti polnemu vodniku zelo zmanjša koronske izgube Z DAY CORONO kamero naj se poiščejo mesta s povečanimi pojavi korone in naj se zamenja te elemente z novimi vse konce vodov, ostre robove, žičke, vejice nad daljnovodih moramo izločiti ali pa zaobliti, da je vse čimbolj ovalno in okroglo. Klemen Zalokar (64090363) Page 26
© Copyright 2024