Wybrane problemy rozwoju wiejskich sieci elektroenergetycznych

Możliwości współpracy źródeł rozproszonych z siecią elektroenergetyczną są następujące:

• współpraca równoległą z siecią,
• praca wyspowa,
• praca źródła wyłącznie w stanach awaryjnych,
• praca źródła lokalnego w stanach awaryjnych z możliwością współpracy równoległej z siecią,
• współpraca równoległa z siecią z możliwością ręcznego przełączania do pracy na sieć wydzieloną w przypadku utraty powiązania układu wytwórczo-odbiorczego z siecią nadrzędną.

Przyłączenie źródła rozproszonego do węzła systemu elektroenergetycznego powoduje zmianę stanu pracy tego systemu. Można stwierdzić, że źródła te powodują następujące problemy techniczne, które pociągają za sobą konkretne ograniczenia i muszą być na bieżąco rozwiązywane:

• dwukierunkowy rozpływ mocy,
• potencjalny wzrost wskaźników termicznych wyposażenia,
• obniżone możliwości regulacji napięcia – odchylenia i wahania napięcia mogą przekraczać normy w tym zakresie,
• podwyższone poziomy mocy zwarciowych w miejscu przyłączenia źródła,
• zmniejszenie skuteczności zabezpieczeń i mechanizmów koordynacji.

Tendencja do wprowadzania coraz większej liczby źródeł generacji rozproszonej będzie skutkowała nowym podejściem do pracy układów sieciowych. Współpraca tych źródeł będzie zależała w dużym stopniu od tego, jakie zadania będą  miały do spełnienia. Źródła rozproszone mogą być zastosowane dla specjalnych celów, np. dostawa mocy do konkretnego odbiorcy charakteryzującego się wysokimi wymaganiami w zakresie pewności zasilania. Źródła te mogą powoli stawać się głównymi źródłami energii elektrycznej. W takim przypadku obecna sieć będzie przekształcać się w tzw. mikrosieci, w skład których będą wchodzić: grupy odbiorców, nowoczesne urządzenia generujące o małej mocy oraz nowoczesnego systemu zabezpieczeń i monitoringu. Te mikrosieci będą mogły współpracować ze sobą np. wymieniając nadwyżki wytwarzanej mocy i energii.

Biorąc powyższe pod uwagę trzeba zdawać sobie sprawę z tego, że przyszła struktura sieci i ich eksploatacja może być dostosowana do innych wymagań. Zawsze jednak nadrzędnym jej zadaniem będzie transport energii od wytwórcy do odbiorcy o wysokiej jakości. Tradycyjna sieć dystrybucyjna może również stanowić niezbędne rezerwowe zasilanie.

Ekonomiczna efektywność wiejskich sieci elektroenergetycznych

Przedsiębiorstwa energetyczne, odpowiedzialne za dostawy mocy i energii elektrycznej do odbiorców, realizują swoje zadania poprzez układy sieciowe o różnej  konfiguracji. Podejmowanie decyzji o prowadzeniu sieciowych inwestycji rozwojowych i przyłączania nowych odbiorców poprzedzone musi być analizą ekonomicznej efektywności (opłacalności) planowanego przedsięwzięcia, wykonaną zgodnie z aktualnie stosowanymi kryteriami ekonomicznymi.

Do najbardziej reprezentatywnych kryteriów, uznawanych niejednokrotnie za najważniejsze, zalicza się:

• kryterium wartości bieżącej netto NPV, w którym bada się nadwyżkę strumienia wpływów nad strumieniem łącznych kosztów wyznaczonych dla zadanej stopy procentowej i założonego okresu ekonomicznej eksploatacji; warunek opłacalności nowej inwestycji sprowadza się do spełnienia nierówności: NPV ≥ 0, który oznacza, że wartość kryterialna NPV nie może być ujemna;
• kryterium wewnętrznej stopy zwrotu IRR, które pokazuje rzeczywistą stopę zysku (procentową) możliwą do uzyskania w odniesieniu do całego nakładu inwestycyjnego; warunek opłacalności: wartość kryterialna IRR musi być większa od stopy procentowej przyjętej za minimalnie dopuszczalną.

Opłacalność inwestycji sieciowych uzależniona jest od wielu, bardzo różnych czynników. W odniesieniu do inwestycji przyłączeniowych można wyszczególnić przede wszystkim:

• poziom nakładów inwestycyjnych, który często jest bardzo wysoki w odniesieniu do zasilania odbiorców wiejskich,
• udział przyszłego odbiorcy w nakładach inwestycyjnych, określony poprzez opłaty za przyłączenie,
• poziom nadwyżki stawek opłaty przesyłowej nad jednostkowymi kosztami eksploatacyjnymi stałymi i zmiennymi
• w okresie eksploatacji układu,
• stopień wykorzystania zdolności przesyłowych układu.

Specyfika spółek dystrybucyjnych działających w ramach tzw. monopolu naturalnego powoduje, że jednostkowe opłaty za usługę dostarczania mocy i energii elektrycznej są  zatwierdzane przez Urząd Regulacji Energetyki. Masowość odbiorców energii o bardzo różnym zapotrzebowaniu mocy i energii decyduje o wysokości stawek opłat, tzn. stawki odzwierciedlają jednostkowe koszty średniego odbiorcy grupy, a nie koszty pojedynczego odbiorcy. Różnice między opłatami a kosztami przesyłu energii występują szczególnie ostro w odniesieniu do odbiorców rozproszonych. Wymagają oni często budowy dłuższych ciągów sieciowych, czyli układów o wyższych nakładach kapitałowych. Taki stan pociąga za sobą w wielu przypadkach nieopłacalność dla spółek inwestowania w sieć elektroenergetyczną, głównie wiejską.

Opłacalność rozwojowych lub modernizowanych inwestycji sieciowych jest uzależniona od celu, jakiemu ma służyć np. poprawa pewności zasilania, zmniejszenia kosztów remontów, itd. W takich przypadkach chętnie wykorzystuje się kryterium kosztów rocznych, w którym pomija się spodziewane wpływy, a uwzględnia się jedynie wszystkie koszty. Decyzja o realizacji inwestycji podejmowana jest na podstawie wartości kryteriów wielu (przynajmniej dwóch)  wariantów spełniających te same zadania, a różniących się sposobem rozwiązania układu i jego wyposażeniem. Podkreślić należy, że w powyższych przypadkach można naturalnie stosować również kryteria NPV bądź IRR, przy czym dla tych kryteriów wpływami będą efekty gwarantowane przez nowe układy, np. efektem mogą być oszczędności na stratach energii lub zmniejszenie kosztów remontów wyeksploatowanych elementów sieci.

W jednym i drugim przypadku niezbędne jest przeprowadzenie każdorazowo analizy opłacalności, tak aby inwestycje rozwojowe i modernizacyjne w sieci przynosiły przedsiębiorcom spodziewany zysk. Trzeba jeszcze raz podkreślić, że niestety w wielu przypadkach inwestycje na terenach wiejskich nie spełniają tego wymagania, gdyż wpływy są niejednokrotnie znacznie niższe niż koszty, które powodują odbiorcy zasilani z tej sieci.