Zapewnienie bezpieczeństwa energetycznego (w tym elektroenergetycznego) jest jednym z ważniejszych problemów stojących przed państwami bez względu na obowiązujący w nich system gospodarczy. Pojęcie bezpieczeństwa energetycznego jest określane w różny sposób. Jedna z definicji określa bezpieczeństwo jako stan braku zagrożenia, a dodatek energetycznego oznacza brak zagrożenia w dostawach energii wynikający z samowystarczalności. Samowystarczalność energetyczna rozumiana jest jako stosunek ilości energii pozyskiwanej w kraju do ilości energii zużywanej [1,2].
Pojęcie bezpieczeństwa energetycznego dotyczy dwóch podstawowych podmiotów: odbiorcy (czy grupy odbiorców) jako pierwotnego podmiotu oraz dostawcy (zbioru dostawców) jako wtórnego podmiotu. Bezpieczeństwo energetyczne odbiorcy to określony stopień gwarancji korzystania z potrzebnych mu form energii w określonym czasie i w potrzebnej ilości oraz przy dostępnej dla niego cenie. Zapewnienie tego bezpieczeństwa stawia odpowiednie wymagania dostawcom. Bezpieczeństwo dostaw energii to natomiast gotowość dostawców do pokrycia pełnego zapotrzebowania na energię po akceptowalnych społecznie cenach w stanach normalnych i ograniczonego zapotrzebowania energii w stanach awaryjnych.
Poziom bezpieczeństwa energetycznego zależy od wielu czynników. Do najważniejszych z nich można zaliczyć:
W kształtowaniu bezpieczeństwa energetycznego wyróżnia się następujące horyzonty czasowe: krótkoterminowe (operacyjne), sezonowe (taktyczne) oraz długoterminowe (strategiczne).
Zagwarantowanie bezpieczeństwa długoterminowego wymaga strategicznych decyzji rozwojowych w energetyce. W przypadku elektroenergetyki decyzje dotyczyć będą rozwoju sektora wytwórczego, czyli elektrowni oraz sektora przesyłu energii sieciami o różnych poziomach napięć. Problem bezpieczeństwa energetycznego w naszym kraju jest dostrzegany od wielu lat, o czym świadczą zapisy w głównych dokumentach prawnych dotyczących energetyki. Jako pierwszy należy wymienić Prawo energetyczne, w którym zawarte jest sformułowanie: Bezpieczeństwo energetyczne to stan gospodarki umożliwiający pobycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska. Drugim dokumentem jest „Polityka energetyczna Polski do 2030 roku”, w którym zawarta jest bardziej precyzyjna definicja: (...) bezpieczeństwo dostaw paliw i energii jest to zapewnienie stabilnych dostaw paliw i energii na poziomie gwarantującym zaspokojenie potrzeb krajowych i po akceptowalnych przez gospodarkę i społeczeństwo cenach, przy założeniu optymalnego wykorzystania krajowych zasobów surowców energetycznych oraz poprzez dywersyfikację źródeł i kierunków dostaw ropy naftowej, paliw ciekłych i gazowych.
Pewne dostawy energii elektrycznej do odbiorców o różnym zapotrzebowaniu wymagają (poza źródłami wytwórczymi) dobrze rozbudowanej sieci elektroenergetycznej, pozwalającej na transport energii od wytwórców do odbiorców. Struktura polskiej sieci o różnych poziomach napięć stwarza niejednokrotnie problemy w przesyłaniu energii do odbiorcy, szczególnie do drobnego odbiorcy rozproszonego (inaczej wiejskiego). Z uwagi na powyższe w artykule przedstawiono charakterystykę sieciowej infrastruktury średniego i niskiego napięcia w rozbiciu na sieć miejską i wiejską, omówiono aktualne wskaźniki zawodności elementów sieci oraz podano kierunki działań dla zwiększenia pewności zasilania odbiorców.
Aktualne dane o krajowej infrastrukturze sieciowej zawierają roczniki Agencji Rynku Energii Statystyka Elektroenergetyki Polskiej [3]. Wykorzystując dane zawarte w rocznikachz lat2002-2012 w tab. I zestawiono w ujęciu historycznym długość linii średniego i niskiego napięcia krajowej sieci elektroenergetycznej, a w tab. II liczbę stacji transformatorowo-rozdzielczych SN/ńN i moc zainstalowanych w nich transformatorów.
TABELA I. Długość krajowych linii SN i nN w latach 2002-2012:
Rok | Linie SN [tys. km] | Linie nN [tys. km] | ||
napowietrzne | kablowe | napowietrzne | kablowe | |
2002 | 223,7 | 56,2 | 283,5 | 110,6 |
2003 | 224,2 | 57,0 | 285,7 | 114,2 |
2004 | 233,9 | 61,8 | 287,4 | 122,1 |
2005 | 233,9 | 62,0 | 287,0 | 125,8 |
2006 | 234,1 | 63,0 | 288,1 | 128,6 |
2007 | 234,3 | 65,4 | 288,2 | 130,6 |
2008 | 234,2 | 66,3 | 289,7 | 134,2 |
2009 | 234,4 | 67,6 | 290,4 | 137,7 |
2010 | 234,7 | 69,0 | 290,0 | 140,3 |
2011 | 234,7 | 70,8 | 291,7 | 144,3 |
2012 | 234,7 | 72,9 | 320,0 | 148,3 |
Średni roczny wskaźnik zmian dla lat 2002-2012 [%] | 0,48 | 2,64 | 1,22 | 2,98 |
Średni roczny wskaźnik zmian dla lat 2002-2007 [%] | 0,93 | 3,08 | 0,33 | 3,38 |
Średni roczny wskaźnik zmian dla lat 2007-2012 [%] | 0,03 | 2,19 | 2,11 | 2,57 |
Pełna charakterystyka infrastruktury sieci elektroenergetycznej powinna obejmować stan sieci na terenach miejskich i wiejskich. Roczniki [3] nie zamieszczają danych szczegółowych rozróżniających sieci na terenach miejskich i wiejskich. Publikacje wyników prac studialnych [4, 5] pozwoliły autorom określić trendy zmian wystających w infrastrukturze sieci elektroenergetycznej średniego i niskiego napięcia na terenach miejskich i wiejskich. W tab. M podano liczbę stacji transformatorowo-rozdzielczych SN/nN oraz moce zainstalowanych w nich transformatorów w rozbiciu na sieci miejskie i wiejskie, natomiast w tab. IV i V zestawiono długości linii elektroenergetycznych średniego i niskiego napięcia z rozróżnieniem sposobu ich wykonania - napowietrzne i kablowe - również w rozbiciu na sieci miejskie i wiejskie. Z uwagi na fakt, że dysponowano ograniczoną bazą danych statystycznych, w tab. ni-V zamieszczono dane tylko z lat 2002-2005 oraz 2007 r., obliczając jednocześnie średnioroczne wskaźniki zmian poszczególnych elementów sieci w analizowanym okresie tzn. dla lat 2002-2007. Aby umożliwić wnioskowanie, w tab. I i II podano także obliczone wartości średniorocznych wskaźników zmian poszczególnych elementów sieci odpowiednio dla lat 2002-2012,2002-2007 oraz 2007-2012.
TABELA II. Stacje transformatorowo-rozdzielcze SN/nN w latach 2002-2012:
Rok | Liczba stacji | Moc zainstalowanych |
2002 | 224,0 | 38,6 |
2003 | 226,3 | 39,0 |
2004 | 234,1 | 40,4 |
2005 | 236,1 | 40,9 |
2006 | 237,8 | 41,6 |
2007 | 239,9 | 42,1 |
2008 | 242,1 | 42,6 |
2009 | 244,4 | 43,3 |
2010 | 246,6 | 44,1 |
2011 | 249,0 | 45,0 |
2012 | 252,0 | 46,0 |
Średni roczny wskaźnik zmian dla lat 2002-2012 [%] | 1,19 | 1,77 |
Średni roczny wskaźnik zmian dla lat 2002-2007 [%] | 1,38 | 1,75 |
Średni roczny wskaźnik zmian dla lat 2007-2012 [%] | 0,99 | 1,79 |
Analizując zestawione w tab. I-V wartości można sformułować następujące wnioski dotyczące rocznych wskaźników zmian ilościowych poszczególnych elementów sieci:
Udział liczby stacji transformatorowo-rozdzielczych SN/nN na terenach wiejskich był w 2007 r. (tab. ID) na poziomie 67,7% ogólnej liczby stacji SN/nN, przy znacznie niższym udziale zainstalowanych mocy znamionowych transformatorów - 40,3% i trzykrotnie mniejszej średniej mocy transformatora-104 kVA w sieci wiejskiej w porównaniu z 323 kVA w sieci miejskiej. W tab. VI zestawiono średnie długości linii SN i nN przypadające na jedną stację SN/nN. Z porównania podanych wartości wynika, że występuje ustabilizowanie się średnich długości linii w latach 2002-2007, a jedynie w stosunku do roku 1995 [6] nastąpiły pewne zmiany - zmalała średnia długość linii SN i nN, przypadająca na jedną stację na terenach wiejskich i wzrosła średnia długość linii nN przypadająca na jedną stację na obszarach miejskich.
TABELA III. Stacje transformatorowo-rozdzielcze SN/nN:
Rok | Liczba stacji | Moc zainstalowanych | ||
miasto | wieś | miasto | wieś | |
2002 | 70,4 | 148,5 | 23,2 | 14,9 |
2003 | 70,9 | 150,2 | 23,4 | 15,1 |
2004 | 71,6 | 151,1 | 23,7 | 15,2 |
2005 | 72,2 | 152,2 | 23,9 | 15,4 |
2007 | 75,6 | 158,2 | 24,4 | 16,6 |
Średni roczny wskaźnik zmian [%] | 1,44 | 1,27 | 1,01 | 2,6 |
Średnia moc transformatora w stacji: miasto - 323 kVA, wieś -104 kVA (dla roku 2007). |
TABELA IV. Długość linii elektroenergetycznych średniego napięcia (SN):
Rok | Linie napowietrzne | Linie kablowe | ||
miasto | wieś | miasto | wieś | |
2002 | 22,3 | 194,5 | 48,9 | 7,17 |
2003 | 22,2 | 197,8 | 49,2 | 7,46 |
2004 | 22,3 | 198,0 | 50,0 | 7,61 |
2005 | 22,3 | 198,1 | 50,5 | 8,00 |
2007 | 23,0 | 200,9 | 50,2 | 9,59 |
Średni roczny wskaźnik zmian [%] | 0,62 | 0,65 | 0,53 | 5,99 |
TABELA V. Długość linii elektroenergetycznych niskiego napięcia (nN):
Rok | Linie napowietrzne | Linie kablowe | ||
miasto | wieś | miasto | wieś | |
2002 | 52,2 | 229,0 | 90,0 | 19,9 |
2003 | 52,6 | 230,3 | 90,7 | 22,0 |
2004 | 52,2 | 231,5 | 92,4 | 22,6 |
2005 | 52,0 | 232,4 | 93,5 | 24,2 |
2007 | 50,1 | 233,7 | 94,6 | 28,5 |
Średni roczny wskaźnik zmian [%] | -0,82 | 0,41 | 1,00 | 7,45 |
TABELA VI. Powiązania linii SN i nN ze stacjami transformatorowymi SN/nN:
Rok | Średnia długość linii na stację transformatorową SN/nN [km/stacja] | |||
LSN(w) | LnN(w) | LSN(m) | LnN(m) | |
1995 | 1,40 | 1,84 | 1,07 | 1,74 |
2002 | 1,36 | 1,67 | 0,96 | 1,99 |
2003 | 1,36 | 1,67 | 0,97 | 1,94 |
2004 | 1,35 | 1,67 | 0,97 | 1,93 |
2005 | 1,35 | 1,69 | 1,01 | 2,02 |
2007 | 1,33 | 1,66 | 0,97 | 1,91 |
LSN(w) - średnia długość linii SN na jedną stację SN/nN na terenach wiejskich, LSN(m) - średnia długość linii SN na jedną stację SN/nN na terenach miejskich, LnN(m) - średnia długość linii nN na jedną stację SN/nN na terenach miejskich. |
Przez wiele lat trudno było realnie ocenić zawodność układów zasilania energią elektryczną z uwagi na brak wiarygodnych danych statystycznych. Wykorzystywano głównie dane literaturowe, które były efektem badań prowadzonych w latach 60. i 70. ub.w. i można stwierdzić, że obecnie są one mało aktualne. Ostatnio coraz większą uwagę zwraca się na zagadnienie ciągłości zasilania odbiorców energią elektryczną, stanowiącą jeden z elementów bezpieczeństwa energetycznego. Odzwierciedleniem tego stwierdzenia jest m.in. rozszerzenie (od roku 2002) zakresu danych opracowywanych w przedsiębiorstwach energetycznych i zestawianych w arkuszach statystycznych G-10.5 o wartości wskaźników charakteryzujących awaryjność elementów sieci elektroenergetycznej średniego i niskiego napięcia oraz zamieszczenie w rocznikach Statystyki Elektroenergetyki Polskiej [3] średnich wartości tych wskaźników dla polskich sieci elektroenergetycznych.
Dla przeprowadzenia kompleksowej analizy awaryjności sieci (łącznie z kosztami strat wynikającymi z niedostarczonej energii elektrycznej) wprowadzono pojęcie współczynnika awaryjności q - nazywanego również w literaturze [7, 8] współczynnikiem zawodności lub współczynnikiem niezdatności, który uwzględnia nie tylko liczbę awarii elementów sieci zaliczanych do danej grupy (linie, transformatory), ale również czas przerwy w dostawach energii elektrycznej, który obejmuje czas trwania awarii i czas jej usunięcia. Dla odbiorcy bowiem niezmiernie ważną sprawą jest czas, w którym nie może korzystać z energii elektrycznej i straty jakie ponosi w wyniku przerw w zasilaniu.
Uwzględniana w analizach ekonomicznych ilość energii elektrycznej niedostarczonej w danym roku w wyniku awarii obiektu sieciowego wyznaczana jest z wykorzystaniem współczynnika awaryjności danego elementu lub układu sieci elektroenergetycznej. Współczynnik awaryjności wynika z przeciętnej liczby awarii danego elementu lub układu sieciowego w ciągu roku oraz średniego czasu trwania awarii, a te dane podawane są obecnie w rocznikach Statystyki Elektroenergetyki Polskiej [3]. W celu oceny obecnego stanu sieci elektroenergetycznej w zakresie awaryjności w tab. VII zestawiono wartości współczynników awaryjności q spotykane w literaturze [7, 8] i wartości obliczone na podstawie danych z [3] dla lat 2002-2012.
Z przedstawionych danych w tab. VII wynika, że zdecydowana poprawa niezawodności pracy wystąpiła dla dwóch elementów sieciowych, tzn. dla transformatorów SN/nN, dla których współczynnik awaryjności zmalał praktycznie o dwa rzędy wartości i dla linii kablowych średniego napięcia, dla których współczynnik awaryjności zmalał praktycznie o rząd wartości. Uzasadnieniem tego jest zdecydowanie wyższa jakość stosowanych elementów sieci (transformatory hermetyczne bezobsługowe i kable o izolacji z polietylenu sieciowanego) oraz znacznie krótszy czas likwidacji uszkodzenia.
Tabela VII. Wartości współczynników awaryjności:
Rok | SN-LN | SN-LK | TR | nN-LN | nN-LK |
(dane wg [7,8]) | 4,00E-05 | 3,01E-04 | 1,60E-04 | 6,85E-05 | 8,22E-05 |
2002 | 5,45E-05 | 6,22E-05 | 5,43E-06 | 3,93E-04 | 8.10E-05 |
2003 | 238E-05 | 4,39E-05 | 2,68E-06 | 3,41E-04 | 8.71E-05 |
2004 | 4,17E-05 | 3,70E-05 | 3,49E-06 | 4,20E-04 | 9,64E-05 |
2005 | 3,60E-05 | 3.60E-05 | 3,84E-06 | 3,63E-04 | 7.38E-05 |
2006 | 3.38E-05 | 3,49E-05 | 4,87E-06 | 3,09E-04 | 6,99E-05 |
2007 | 6.11E-05 | 3,65E-05 | 5.11E-06 | 3,68E-04 | 7.38E-05 |
2008 | 4,47E-05 | 3,68E-05 | 3.25E-06 | 3,29E-04 | 5,41E-05 |
2009 | 5,25E-05 | 3.24E-05 | 3,77E-06 | 2,98E-04 | 5,77E-05 |
2010 | 7,05E-05 | 3,81E-05 | 5,75E-06 | 2,77E-04 | 6,91E-05 |
2011 | 5,51E-0,5 | 3,49E-05 | 5,48E-06 | 3,32E-04 | 7,49E-05 |
2012 | 3.95E-05 | 3,12E-05 | 4,87E-06 | 2,42E-04 | 5,05E-05 |
Średnia z lat 2002-2012 | 4,67E-05 | 3,85E-05 | 4,41E-06 | 3,34E-04 | 7,17E-05 |
SN - średnie napięcie, nN - niskie napięcie, LN - linie napowietrzne, LK - linie kablowe, TR - transformatory. |
Nieznaczną poprawę niezawodności pracy zauważa się również w przypadku linii kablowych niskiego napięcia. Natomiast niepokojącą sprawą jest wzrost średnich wartości współczynnika awaryjności linii napowietrznych - tak średniego, a szczególnie niskiego napięcia - w porównaniu z danymi literaturowymi sprzed wielu lat. Wskazywać to może na zły stan techniczny tych elementów, co skutkować będzie z reguły większą od normatywnej liczbą uszkodzeń, a jednocześnie pociągać będzie za sobą również zwiększone straty u odbiorców w wyniku przerw w zasilaniu. Pewien wpływ na te wyniki (zwłaszcza dla linii SN) mają również bardzo niekorzystne warunki atmosferyczne, które wystąpiły w ostatnich latach. Na podkreślenie zasługuje fakt, że wartości współczynników awaryjności q dla roku 2012 dla wszystkich rodzajów linii elektroenergetycznych są niższe niż wartości średnie z dziesięciolecia 2002-2012.
|
REKLAMA |
REKLAMA |