analiza_rownomiernosci

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 9 / 2 0 0 5

d z i a ł

analiza równomierności

dobowego zapotrzebowania

na energię elektryczną

i możliwości jego sterowania (DSM)

na przykładzie wybranej aglomeracji miejskiej

dr hab. inż. Józef Lorenc – Politechnika Poznańska, Jarosław Kałużny – ENEA SA

la potrzeb prowadzenia tych ba-
dań wykorzystano dane z po-

miarów rejestratorem typu REJ-nn-1L
w sieci niskiego napięcia, z informa-
cji pozyskanych z systemu wspoma-
gania dyspozytorskiego oraz z pomia-
rów wykonywanych bezpośrednio
w GPZ-tach. Dokonywanie tych po-
miarów w okresie kilku ostatnich lat
umożliwiło opracowanie obszernej
bazy danych o obciążeniach dobo-
wych sieci elektroenergetycznej pra-
cującej na terenie badanego obszaru.
Może ona posłużyć do prowadzenia
analiz i badań symulacyjnych zmie-
rzających do wyznaczenia kryteriów,
warunków i właściwej klasyﬁkacji ob-
szarów sieciowych ze względu na
możliwość wdrożenia programów ste-
rowania popytem na energię elek-
tryczną.

Metodykę działania w zakresie

wyrównywania obciążenia dobowego
można opierać na doświadczeniach
zagranicznych, gdzie gospodarka ryn-
kowa oraz regulacja gospodarki ener-
getycznej ułatwia realizację progra-
mów sterowania popytem na ener-
gię elektryczną (DSM –

Demand Side

Management

) [1, 2]. Jednak korzysta-

nie wprost ze sposobów realizowania
DSM w Stanach Zjednoczonych bądź
w Europie Zachodniej napotyka na
wiele trudności. Kilkanaście lat prak-

tyki w zakresie wdrażania i wykorzy-
stywania DSM na świecie dowodzi, że
występujące w warunkach krajowych
bariery są możliwe do pokonania
[3, 4, 5, 6, 7, 8, 10]. Realizacja tych pro-
gramów wymaga przede wszystkim
pogłębienia wiedzy na temat obecnie
występującego obciążenia dobowego
na terenie przewidzianym do ewentu-
alnego wdrożenia DSM [9, 11].

Urynkowienie gospodarki i zapo-

czątkowanie reformy sektora energe-
tycznego w Polsce sprawiły, że pro-
blemy związane z wyrównaniem ob-
ciążenia dobowego stają się znaczą-
cym elementem działania dystrybu-
torów energii elektrycznej. Wyrów-
nanie obciążenia dobowego realizo-
wane na terenie badanej aglomeracji
miejskiej do roku 1990 było możliwe

jedynie w znacznie ograniczonym za-
kresie. Przede wszystkim realizowa-
no sterowanie popytem na energię
elektryczną poprzez ograniczanie po-
boru mocy w okresach jego szczyto-
wego zapotrzebowania i działania ad-
ministracyjne polegające na określa-
niu limitów przydziału mocy.

wyniki

pomiarów w obwodach

niskiego napięcia

W ostatnich kilku latach wyko-

naliśmy na badanym terenie aglo-
meracji miejskiej pomiary obciążeń
w liniach niskiego napięcia, uzysku-
jąc zbiór 183 krzywych opisujących
obciążenia odbiorców. Pomiary wy-
konywane były rejestratorem typu

REJ-nn-1L w okresie zimowym (paź-
dziernik-marzec) i obejmowały linie
o różnym charakterze obciążenia.
Okres od października do marca zo-
stał wybrany ze względu na użytko-
wanie przez odbiorców w tym okre-
sie urządzeń mających największy
wpływ na kształt obciążenia dobo-
wego (np. ogrzewanie akumulacyjne,
wydłużony czas użytkowania oświe-
tlenia, itp.). Uzyskane przebiegi pod-
dano analizie pod kątem przyłączo-
nych do linii odbiorców (charakte-
ru obciążenia-zabudowy), a następ-
nie pogrupowano z uwzględnieniem
rodzaju zabudowy:



wielorodzinnej osiedlowej,



jednorodzinnej,



jednorodzinnej wraz z warsztata-

mi rzemieślniczymi.

W artykule zaprezentowano analizę równomierności obciążenia dobowego miejskiej

sieci dystrybucyjnej na podstawie wykonanych pomiarów. Celem tych badań jest ocena

podatności sieci na programy DSM oraz określenie możliwości wyselekcjonowania z ca-

łej badanej sieci dystrybucyjnej obszarów o nierównomiernym obciążeniu dobowym,

szczególnie podatnych na wdrożenia programów sterowania popytem.

Rys. 1 Przykładowe przebiegi obciążeń dobowych dla zabu-

dowy wielorodzinnej osiedlowej

Rys. 2 Przykładowe przebiegi obciążeń dobowych dla zabu-

dowy jednorodzinnej

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 9 / 2 0 0 5

Z tak pogrupowanych przebiegów

wyznaczono wielkości charakteryzu-
jące dany typ zabudowy w zakresie:



średniego obciążenia w szczycie

wieczornym gospodarstwa domo-
wego, domu lub przyłącza,



minimalnego obciążenia dobo-

wego gospodarstwa domowego,
domu lub przyłącza,



średniego obciążenia dobowego

gospodarstwa domowego, domu
lub przyłącza,



mocy czynnej szczytowej dobowej

badanej linii niskiego napięcia,



mocy czynnej minimalnej dobowej

badanej linii niskiego napięcia,



mocy czynnej średniej dobowej

badanej linii niskiego napięcia.
Wyniki obliczeń obciążeń sieci

niskiego napięcia wraz z przykła-
dowymi przebiegami obciążeń do-
bowych okresu zimowego zostały
przedstawione na rysunkach: dla za-
budowy wielorodzinnej osiedlowej
(rys. 1), zabudowy jednorodzinnej
(rys. 2) i zabudowy jednorodzinnej
wraz z warsztatami rzemieślniczy-
mi

(rys. 3).

W grupie zabudowy wielorodzin-

nej osiedlowej uzyskano wykresy ob-
ciążeń dla 550 mieszkań zasilanych
6 liniami kablowymi, przy czym licz-
ba mieszkań zasilanych poszczególny-
mi liniami wahała się od 60 do 216.
Średnie obciążenie w szczycie wie-
czornym gospodarstwa domowego
wynosiło 0,543 kW. Z pomiarów ob-
ciążeń w szczycie grupy 2612 miesz-
kań w zabudowie wielorodzinnej ob-
liczono dla gospodarstwa domowego
średnią wartość obciążenia wynoszą-
cą 0,31 kW.

dla zabudowy

jednorodzinnej

W grupie zabudowy jednorodzinnej

na opomiarowanych 8 liniach kablo-
wych, zasilających od 22 do 34 domów
jednorodzinnych, w szczycie wieczor-
nym, obliczono średnią moc pobiera-
ną przez dom jednorodzinny w wyso-
kości 0,96 kW. Zapotrzebowanie mak-
symalne domu jednorodzinnego, zasi-
lanego z jednej z badanych linii zasila-
jącej 22 odbiorców, wynosiło w szczy-
cie obciążeniowym 1,551 kW.

W grupie zabudowy jednorodzin-

nej wraz z warsztatami rzemieślniczy-
mi przebadano 5 linii zasilających łącz-
nie 301 odbiorców. Do poszczególnych
linii podłączonych było od 40 do 87 od-
biorców. Średnia moc w szczycie wie-
czornym jednego przyłącza wynosiła
1,84 kW. Stwierdzono natomiast, że dla
grupy 41 działek zasilanych jedną linią
średnia moc na przyłączu w szczycie
wieczornym wynosiła 2,58 kW.

Przedstawione przebiegi obciążeń

dobowych dla wybranych typów za-
budowy pozwoliły na wykonanie

uśrednionych przebiegów obciążeń
dobowych sieci niskiego napięcia.

uśrednione przebiegi

krzywych obciążeń

Na podstawie wykonanych pomia-

rów przeprowadzono ocenę występu-
jących zmian w obciążeniu dobowym
linii niskiego napięcia. Polegała ona
na obliczeniu procentowych wartości
wskaźnika przyrostu obciążenia chwi-
lowego w odniesieniu do występują-
cego w ciągu doby obciążenia średnie-
go. Analizę tę wykonano dla każdej
z omawianych kategorii zabudowy.

Wskaźnik ten umożliwia przede

wszystkim ocenę zmian wielkości ob-
ciążenia chwilowego odniesionego do
dobowego obciążenia średniego. Ponad-
to uzyskuje się informacje o kierunku
zmiany obciążenia chwilowego w od-
niesieniu do obciążenia średniego.

Przedstawione przebiegi obciąże-

nia dobowego zostały poddane oce-
nie ze względu na czas użytkowania
mocy szczytowej. Według tych obli-
czeń czas użytkowania mocy szczyto-

wej dla zabudowy jednorodzinnej wy-
nosił 11 godzin, dla zabudowy wieloro-
dzinnej osiedlowej 9 godzin, a dla za-
budowy jednorodzinnej wraz z warsz-
tatami rzemieślniczymi 14 godzin.

Wykonane pomiary obciążeń linii

niskiego napięcia i obliczenia umożli-
wiły wyznaczenie uśrednionych prze-
biegów obciążenia dobowego linii nn
według kategorii zabudowy

(rys. 4).

wyniki pomiarów

w ciągach zasilających SN

W okresie wykonywania pomia-

rów linii niskiego napięcia, prowadzo-
no również pomiary obciążenia sieci
średniego napięcia. Sieć na badanym
obszarze zasilana jest z 11 GPZ-tów
i w większości stanowi sieć kablową
pracującą na napięciu 15 kV.

W tym celu wykorzystano system

wspomagania dyspozytorskiego w za-
kresie GPZ-tów z telemechaniką (6 szt.).
W pozostałych stacjach wykorzysta-
no pomiary obciążeń wykonywanych
przez obsługę GPZ-tów (5 szt.). Pomia-
ry obejmowały 83 ciągi liniowe i sta-
nowiły podstawę do stworzenia bazy
200 przebiegów obciążeń dobowych.
Ba za ta umożliwiła przeprowadzenie
analizy przebiegów obciążenia dobowe-
go i określenie dla każdego przebiegu
mocy podstawowej, średniej i szczyto-
wej wraz z charakterystycznymi prze-
działami czasowymi (szczyt i dolina ob-
ciążenia).

Analiza krzywych obciążeń sieci

średniego napięcia pozwoliła na wy-
znaczenie następujących charaktery-
stycznych obszarów:

Rys. 3 Przykładowe przebiegi obciążeń dobowych dla zabudo-

wy jednorodzinnej wraz z warsztatami rzemieślniczymi

Rys. 4 Uśrednione przebiegi obciążeń dobowych dla okresu zi-

mowego linii niskiego napięcia wg kategorii zabudowy

Rys. 5 Uśredniony przebieg obciążenia dobowego linii SN dla

okresu zimowego z centrum miasta

Rys. 6. Uśredniony przebieg obciążenia dobowego linii SN dla

okresu zimowego z terenu zabudowy wielorodzinnej

osiedlowej

w w w. e l e k t r o . i n f o . p l

n r 9 / 2 0 0 5

d z i a ł



centrum miasta wraz z usługami

oraz małymi zakładami rzemieśl-
niczymi,



zabudowa wielorodzinna osiedlowa,



zabudowa jednorodzinna osiedlo-

wa wraz z zakładami usługowymi
i rzemieślniczymi.
Na

rysunkach 5, 6, i 7 przedsta-

wiono uśrednione przebiegi obcią-
żenia dobowego ciągów kablowych
średniego napięcia pomierzone w ba-
danym okresie pomiarowym, zasila-
jące trzy charakterystyczne obsza-
ry w aglomeracji miejskiej: centrum
miasta

(rys. 5), zabudowę wieloro-

dzinną osiedlową

(rys. 6) oraz zabu-

dowę jednorodzinną wraz z warszta-
tami

(rys. 7).

rysunku 5 przedstawiono

uśredniony przebieg obciążenia cen-
trum miasta wraz z zakładami usłu-
gowymi i rzemieślniczymi. Jest to te-
ren z zabudową zwartą wielolokalo-
wą, gdzie oprócz lokali mieszkalnych
znajdują się sklepy, drobne warsztaty
rzemieślnicze oraz lokale biurowe.

Odpowiedni udział tych lokali

w poborze mocy i energii oraz wy-
posażenie ich w ogrzewanie akumu-
lacyjne wraz z bojlerami do ciepłej
wody powoduje dobre wyrównanie
przebiegu obciążenia dobowego (wy-
pełnienie doliny przedpołudniowej
i nocnej). Równocześnie należy za-
znaczyć, że charakter obciążenia tego
terenu powoduje wydłużenie czasu
użytkowania mocy szczytowej oraz
zwiększenie wykorzystania przepu-
stowości sieci zasilającej.

Przebieg obciążenia dobowego dla

zabudowy wielorodzinnej osiedlowej
przedstawiono na

rysunku 6. Jest to

typowy zespół budynków mieszkal-

nych z lat 80., gdzie około 90 % lokali to
mieszkania wyposażone w drobne od-
biorniki energii i zasilane w układzie
jednofazowym. Pozostałe 10 % lokali
to infrastruktura towarzysząca tego
typu zabudowie: sklepy, przedszkola,
szkoły oraz małe lokale użytkowe. Tak
ukształtowana struktura odbiorców
spowodowała, że w krzywej obciąże-
nia dobowego można wyraźnie wyod-
rębnić dolinę nocną, mały szczyt po-
ranny oraz szczyt wieczorny.

W celu wyrównania przedstawione-

go na

rysunku 6 obciążenia dobowego

występującego na terenie zabudowy wie-
lorodzinnej osiedlowej należałoby ogra-
niczyć szczyt wieczorny np. poprzez wy-
mianę tradycyjnego oświetlenia żarowe-
go w lokalach mieszkalnych na oświe-
tlenie nowej generacji energooszczęd-
ne. Drugim możliwym sposobem jest
wypełnianie przebiegów poprzez rozbu-
dowę infrastruktury handlowo-usługo-
wej, której dobowy pobór mocy umoż-
liwia wyrównanie szczytu porannego
i południowego z istniejącym szczytem
obciążenia wieczornego.

Obciążenie zabudowy jednoro-

dzinnej osiedlowej wraz z usługami
i małymi zakładami rzemieślniczy-
mi przedstawiono na przykładzie cha-
rakterystycznego obciążenia

(rys. 7),

gdzie obok zabudowy jednorodzinnej
lokalizowane są warsztaty, hurtow-
nie oraz siedziby ﬁrm budowlanych
(lokale biurowe). Taka struktura od-
biorców spowodowała, że w obciąże-
niu lokali niemieszkalnych widoczny
jest szczyt południowy oraz pogłębio-
ne doliny nocne i popołudniowe.

Wyrównanie obciążenia dobowego

w tym przypadku wymaga ingeren-
cji spółki dystrybucyjnej. Może ona,

np. poprzez ustalenie nowych stref
czasowych dla rozliczeń wielotary-
fowych, obejmujących między inny-
mi urządzenia służące do ogrzewania
pomieszczeń i przygotowania ciepłej
wody, zachęcić odbiorcę do szersze-
go wykorzystania energii elektrycznej
w dolinach obciążenia dobowego.

wnioski

Z przedstawionych trzech obsza-

rów aglomeracji miejskiej tylko cen-
trum miasta wraz z usługami oraz
małymi zakładami rzemieślniczymi
może zostać uznane za teren o wy-
równanym obciążeniu. Analiza krzy-
wych obciążenia dobowego okresów
zimowych sieci średniego napię-
cia pozwoliła uznać, że czynnikami
kształtującymi ich obraz są:



moce szczytowe poszczególnych

lokali,



liczba i rodzaj lokali,



sposób rozliczania energii elek-

trycznej,



lokalizacja lokali na terenie miasta.

Widoczny wpływ powyższych

czynników na kształt krzywej ob-
ciążenia dobowego zaobserwowano
w centrum miasta.

Na przedstawionym wykresie obcią-

żenia dobowego dla okresu zimowego
(rys. 8) wydzielono cztery przedziały
czasowe, w których wyróżniono domi-
nujące obciążenie wynikające z urządzeń
eksploatowanych w lokalach mieszkal-
nych i użytkowych. Kształt tego obciąże-
nia wynika z lokalizacji na tym terenie
budynków użytkowych i mieszkalnych,
które posiadają bardzo różnorodne wy-
posażenie w urządzenia elektryczne pra-
cujące w różnych strefach doby.

Na podstawie przedstawionych

przebiegów obciążeń linii SN widać,
że są wyraźne możliwości dla okre-
ślonych działań w celu wyrównania
kształtu krzywej obciążenia dobowego.
Spółka dystrybucyjna może wpływać
na sposób rozliczenia odbiorców za
energię elektryczną poprzez czas trwa-
nia i umiejscowienie stref czasowych
w rozliczeniach wielotaryfowych.

Na podstawie wyników przepro-

wadzonych badań można wskazać ko-
rzyści dla dystrybutora energii elek-
trycznej, które wystąpią w przypad-
kach wyrównanych obciążeń dobo-
wych, podobnych do przedstawione-
go przebiegu z centrum miasta. Do
korzyści tych można zaliczyć:



wydłużenie czasu użytkowania

mocy szczytowej,



pełne wykorzystanie istniejącej in-

frastruktury elektroenergetycznej,



przeniesienie planowanych inwe-

stycji z planów krótkoterminowych
na średnio- i długoterminowe,



ograniczenie strat technicznych

sieci w przeliczeniu na zrealizowa-
ną sprzedaż energii elektrycznej,



świadome kształtowanie obciąże-

nia linii SN i nn.
Oszacowanie tych korzyści oraz

wyznaczenie ciągów sieciowych (ob-
szarów), które przyniosą największe
efekty spółce dystrybucyjnej powin-
no zostać określone na podstawie
wskaźników charakteryzujących do-
bową zmienność obciążenia.

Wyniki badań prowadzonych w sie-

ciach nn i SN dają podstawę do prze-
prowadzenia szczegółowych ana-
liz w zakresie możliwości i skutków
wprowadzenia na badanych obszarach
systemu sterowania popytem DSM.

Dzięki dokonanym pomiarom oraz

zebranym informacjom uzyskano ob-
szerną bazę danych. Może ona posłu-
żyć do prowadzenia analiz i symulacji
zmierzających do wyznaczenia kryte-
riów i warunków, klasyﬁkacjiobszarów
zasilanych z sieci elektroenergetycznej
ze względu na możliwość wdrożenia
programów sterowania popytem.

Od redakcji: Literatura do artyku-

łu na

www.elektro.info.pl.

Rys. 7 Uśredniony przebieg obciążenia dobowego linii SN dla

okresu zimowego w zabudowie jednorodzinnej osiedlowej

wraz z usługami oraz małymi zakładami rzemieślniczymi

Rys. 8 Przebieg obciążenia dobowego dla okresu zimowego

w centrum miasta z podkreśleniem dominujących urzą-

dzeń odbiorczych