Wariant 2 - Zasilanie obiektu z nowo wybudowanego GPZ C.

Wariant drugi obejmuje zasilenie naszego odbioru z nowo powstałego GPZ (zwanego dalej GPZ C). Budowa nowego GPZ wymaga zasilenia z linii 110 kV znajdującej się 2 km
od miejsca powstania stacji 110/15 kV. W związku z tym należy doprowadzić do GPZ napięcie poprzez zrobienie nacięcia pobliskiej linii 110 kV co przedstawia poniższy rysunek:

Przez pierwsze dwa lata od momentu podłączenia odbioru, będzie on zasilany z istniejącego GPZ A linią SN o długości 1 km, ponieważ w tych latach P_Z = 0,5 MW a moc poawaryjna wynosi 0. W roku drugim należy wybudować nowy GPZ C a od roku trzeciego zasilić z niego odbiór za pomocą linii SN o długości 1 km i część obwodów zasilanych z istniejących GPZ. W związku z budową GPZ C istniejące GPZ zostaną odciążone o 20% (GPZA) i o 30%
(GPZ B) a więc nowy GPZ będzie dociążony o tę moc.

Zapotrzebowanie mocy i pobór energii w horyzoncie czasowym 15 lat.

• Tabela 3.1. - Odbiór:

	odbiór
Rok	P [MW]	Q[Mvar]	S[MVA]
0
1	0,5	0,38	0,63
2	0,5	0,38	0,63
3	4	3	5
4	6	4,5	7,5
5	8	6	10
6	8	6	10
7	8	6	10
8	8	6	10
9	8	6	10
10	8	6	10
11	8	6	10
12	8	6	10
13	8	6	10
14	8	6	10
15	8	6	10

Przyrost zapotrzebowania mocy P_odb dla odbioru przedstawiono na podstawie danych projektowych. Moce Q i S obliczono ze wzorów:

(3.1)

• Tabela 3.2. - GPZ A i GPZ B po podłączeniu odbioru w trzecim roku.

	GPZ A - po odciążeniu o 20%				GPZ B - po odciążeniu o 30%
Rok	P [MW]	Q[Mvar]	S[MVA]	E [GWh]	P [MW]	Q[Mvar]	S[MVA]	E [GWh]
0	10	4,84	11,11	25	12	5,8	13,33	24
1	10,15	4,92	11,28	25,38	12,18	5,89	13,53	24,36
2	10,3	4,98	11,44	25,76	12,36	5,98	13,73	24,73
3	8,24	4	9,16	20,61	8,65	4,19	9,61	17,31
4	8,36	4,05	9,29	20,92	8,78	4,26	9,76	17,57
5	8,49	4,1	9,43	21,23	8,91	4,32	9,9	17,83
6	8,62	4,18	9,58	21,55	9,04	4,37	10,04	18,1
7	8,75	4,23	9,72	21,87	9,18	4,45	10,2	18,37
8	8,88	4,31	9,87	22,2	9,32	4,52	10,36	18,65
9	9,01	4,36	10,01	22,53	9,46	4,58	10,51	18,93
10	9,15	4,44	10,17	22,87	9,6	4,66	10,67	19,21
11	9,29	4,49	10,32	23,21	9,74	4,71	10,82	19,5
12	9,43	4,57	10,48	23,56	9,89	4,79	10,99	19,79
13	9,57	4,63	10,63	23,91	10,04	4,87	11,16	20,09
14	9,71	4,71	10,79	24,27	10,19	4,93	11,32	20,39
15	9,86	4,79	10,96	24,63	10,34	5,01	11,49	20,7

Przez pierwsze dwa lata moc i energia przyrastają o 1,5% zgodnie z danymi projektowymi.
W roku trzecim zostaje uruchomiony nowy GPZ C i z niego zostaje zasilony odbiór. Wobec tego zgodnie z danymi projektowymi zapotrzebowanie mocy w GPZ A i GPZ B obliczyliśmy ze wzoru:

(3.2)

gdzie:

P₂ - zapotrzebowanie mocy w roku drugim;

k - współczynnik odciążenia istniejących GPZ (k=0,8 dla GPZ A i k=0,7 dla GPZ B);

W kolejnych latach (4÷15) zapotrzebowanie mocy wzrasta o 1,5% w stosunku do roku poprzedniego.

Energia pobierana z GPZ A i GPZ B w kolejnych latach zmienia się analogicznie jak zapotrzebowanie mocy.

• Tabela 3.3. - nowy GPZ C

	GPZ C - nowy
Rok	P [MW]	Q[Mvar]	S[MVA]	E [GWh]
0	10	4,84	11,11	25
1	10,65	5,3	11,9	49,76
2	10,8	5,36	12,06	50,11
3	10,11	5,94	11,73	23,51
4	12,21	7,51	14,33	28,39
5	14,3	9,07	16,93	33,25
6	14,39	9,09	17,02	33,46
7	14,48	9,14	17,12	33,67
8	14,58	9,16	17,22	33,9
9	14,68	9,23	17,34	34,13
10	14,78	9,27	17,45	34,36
11	14,88	9,36	17,58	34,6
12	14,98	9,37	17,67	34,83
13	15,09	9,44	17,8	35,08
14	15,2	9,49	17,92	35,34
15	15,3	9,52	18,02	35,57

Rok zerowy przedstawia zapotrzebowanie na moc szczytową i pobór energii z GPZ A. Natomiast lata 1÷2 przedstawiają zapotrzebowanie na moc i pobór energii z GPZ A kiedy cały odbiór jest zasilany z tej stacji.

W kolejnych latach działania GPZ - począwszy od roku trzeciego zapotrzebowanie mocy czynnej jest sumą mocy odbioru w danym roku oraz 20% mocy zapotrzebowanej z GPZ A
i 30% mocy zapotrzebowanej z GPZ B w danym roku gdyby nie było podłączonego odbioru. Moc bierną obliczyliśmy analogicznie a moc pozorną ze wzoru: S = P² + Q².

Energię pobieraną z nowego GPZ C wyznaczyliśmy na podstawie wzoru:

(3.3)

Dobór linii SN zasilającej odbiór z istniejącego GPZ A.

Prąd roboczy linii napowietrznej wyznaczamy ze wzoru:

(3.4)

gdzie:

P_z - moc szczytowa odbioru w roku 1 i 2

U_N - znamionowe napięcie sieci

- współczynnik mocy odbioru P_z

Na podstawie tabeli 1.9. z poz. [PIE 3] dobieramy przewód AFL-6 35 mm². Jednocześnie zakładamy, że przewód spełnia warunki zwarciowe, a spadek napięcia jest zachowany na odpowiednim poziomie.

Dobór linii SN zasilającej odbiór z GPZ C.

Prąd roboczy linii napowietrznej wyznaczamy ze wzoru 3.4.:

gdzie:

P_z - moc szczytowa odbioru w roku 5 i następnych latach

U_N - znamionowe napięcie sieci

- współczynnik mocy odbioru P_z

Na podstawie tabeli 1.9. z poz. [PIE 3] dobieramy przewód AFL-6 120 mm².

Elementy stacji 110/15 GPZ C.

Projektowana stacja 110/15 będzie stacją przelotową w układzie H4.

• Rozdzielnia 15 kV.

Rozdzielnię ŚN zaprojektowano jako 30 polową z celkami typu D-17P prod. Elektrobudowa Katowice S.A. Zastosowane rozdzielnice wyposażone są w wyłącznik HVX prod. Alstom
i zabezpieczenia CZIP firmy Polon Zielona Góra.

Dobór transformatorów w GPZ C.

Biorąc pod uwagę charakter odbiorców energii transformatory w stacji będą pracowały przy zastosowaniu rezerwy ukrytej, dzięki czemu przy wypadnięciu jednego z transformatorów
z pracy drugi będzie w stanie pokryć całkowite zapotrzebowanie mocy. Na podstawie tabeli 3.3. dobieramy dwa transformatory o mocy 25 MVA aby nie występowało przeciążanie transformatorów oraz aby nie zaistniała konieczność wymiany transformatorów na jednostki
o większej mocy.

Parametry transformatorów 110/15 kV o mocy 25 MVA prod. EMIT S.A. w Żychlinie.

TORb 25000/115

Transformator 110/15 kV typu TOrb 25000/115.
Moc [MVA]	UGN [kV]	UDN [kV]	Reg. [%]	Gr. poł.	uk [%]	Po [kW]	Pcu [kW]	Masa oleju [t]	A [mm]	B [mm]	H [mm]	Roz. kół [mm]
25	115	15,75	±10/±8st.	YNd11	12	18	125	11,5	6000	3080	4300	1505

Sprawdzenie dopuszczalnego spadku napięcia.

Zgodnie z wytycznymi projektowania sieci elektroenergetycznych dopuszczalny spadek napięcia w sieci SN nie powinien przekroczyć 8%.

W celu wyznaczenia spadku napięcia na odcinku od projektowanego GPZ do zasilanego odbioru posłużono się poniższym schematem zastępczym:

Parametry poszczególnych elementów schematu:

(3.5)

(3.6)

;
(3.7)

Spadek napięcia obliczono ze wzoru:

(3.8)

gdzie:

- składowa czynna prądu obciążenia linii;

- składowa bierna prądu obciążenia linii;

- rezystancja zastępcza;

- reaktancja zastępcza;

Procentowy spadek napięcia obliczono z poniższego wzoru:

(3.9)

Zatem procentowa wartość spadku napięcia jest mniejsza od maksymalnej wartości dopuszczalnej.

Straty mocy i energii w transformatorze.

Na podstawie danych projektowych oraz tabeli 7.1 z poz. [Proj. Urz.] odbiór zakwalifikowaliśmy jako gazownictwo oraz przyjęliśmy czas użytkowania mocy szczytowej T_odb = 5000 h.

Straty mocy jałowe i obciążeniowe w transformatorach GPZ C zostały obliczone na podstawie wzorów:

(3.10)

(3.11)

Straty energii jałowe i obciążeniowe obliczono na podstawie wzorów:

(3.12)

(3.13)

W powyższych wzorach przyjęto czas pracy transformatora T_Tr = 8760.

W celu wyznaczenia czasu trwania maksymalnych strat posłużono się wzorem Kopeckiego:

(3.14)

gdzie:

,
,

(3.15)

Wobec powyższego:

(3.16)

Tabela 3.4. - Straty mocy i energii w transformatorze w GPZ A (lata 1÷2) i GPZ C
(lata 3÷15)

Rok	jałowe	obciążeniowe	jałowe	obciążeniowe
		kW	kW	MWh	MWh
1	21	20,74	183,96	37,33
2	21	21,31	183,96	38,36
3	18	68,52	157,68	262,09
4	18	90,14	157,68	344,79
5	18	114,62	157,68	438,42
6	18	116,35	157,68	445,04
7	18	118,29	157,68	452,46
8	18	120,25	157,68	459,96
9	18	122,61	157,68	468,98
10	18	124,8	157,68	477,36
11	18	127,31	157,68	486,96
12	18	129,24	157,68	494,34
13	18	131,89	157,68	504,48
14	18	134,37	157,68	513,97
15	18	136,56	157,68	522,34

Straty mocy i energii w linii SN zasilającej odbiór.

W pierwszych dwóch latach odbiór będzie zasilany z GPZ A linią AFL-6 o przekroju 35 mm² i parametrach: R_L = 8522Ω i X_L = 0,4Ω. W latach 3÷15 do zasilenia odbioru z GPZ C przyjęto linię AFL-6 o przekroju 120 mm² i parametrach: R_L = 0,2388Ω, X_L = 0,4Ω.
Straty mocy i energii obliczono ze wzorów:

(3.17)

(3.18)

gdzie:

S - moc pozorna odbioru; τ_L = 8760 h

Tabela 3.5. - straty mocy i energii w linii zasilającej.

Rok	kW	MWh
1	1,5	13,14
2	1,5	13,14
3	26,53	232,4
4	59,7	522,97
5	106,13	929,7
6	106,13	929,7
7	106,13	929,7
8	106,13	929,7
9	106,13	929,7
10	106,13	929,7
11	106,13	929,7
12	106,13	929,7
13	106,13	929,7
14	106,13	929,7
15	106,13	929,7

Straty mocy i energii w części obwodów zasilanych z GPZ A i GPZ B.

W wyniku budowy nowego GPZ C przejął on część obwodów zasilanych z GPZ A i GPZ B. Prowadzi to z kolei do zmniejszenia strat mocy i energii w tych obwodach o 40% dla GZP A
i 50% dla GPZ B.

Straty mocy czynnej i energii obliczono ze wzorów:

(3.19)

(3.20)

gdzie:

ΔP'; ΔE' - straty mocy i energii w obwodach zasilanych z GPZ A i B;

0,2; 0,3 - współczynnik odciążenia GPZ A i B w wyniku budowy GPZ C;

0,6; 0,5 - współczynnik przejęcia strat w obwodach zasilanych z GPZ A i B.

Tabela 3.6. - straty mocy i energii w obwodach przejętych przez GPZ C z części obwodów zasilanych z GPZ A i B.

Rok	kW	MWh
1
2
3	43,92	77,8
4	44,58	78,96
5	45,25	80,15
6	45,93	81,35
7	46,61	82,57
8	47,31	83,81
9	48,02	85,07
10	48,74	86,34
11	49,47	87,64
12	50,21	88,95
13	50,97	90,28
14	51,73	91,64
15	52,51	93,01

Analiza ekonomiczna.

W wariancie tym koszty stałe GPZ A i B oraz istniejących obwodów zasilanych pomijamy, ponieważ bez względu na to czy zbudujemy nowy GPZ czy nie będą one takie same.

• Koszty stałe GPZ C.

Cenę GPZ C ustalono jako sumę następujących kosztów:

• cena rozdzielni 110 kV w układzie H4 wynosi (bez ceny transformatorów i kosztów ogólnych): 3 355 tyś. zł.

• cena transformatora 25 MVA wynosi: 790 tyś. zł. (do ceny należy dodać cenę dołu olejowego 420 tyś. zł.)

• koszty ogólne rozdzielni 110 kV to 30% ceny rozdzielni z transformatorami

• cena rozdzielni ŚN 30 polowej z wyłącznikiem wynosi: 1 635 tyś. zł.

• cena jednego kilometra linii napowietrznej 110 kV: 600 tyś. zł.

Wobec powyższego cena GPZ C wynosi:

10342,5 tyś. zł.

Koszty stałe GPZ C obliczono ze wzoru:

(3.21)

gdzie:

p = 0,025 - współczynnik kosztów robocizny

k = 0,05 - współczynnik kosztów remontów

o = 0,01 - współczynnik kosztów ogólnych

I - nakłady inwestycyjne

Wartości powyższych współczynników dobrano na podstawie tabeli 2.1 z poz. [Proj urz.]. Okres eksploatacji wynosi 20 lat.

Wartość kosztów stałych w GPZ C na każdy rok w latach 3 ÷15 wynoszą:

879,11 tys. zł.

• Koszty stałe linii zasilającej odbiór przez pierwsze dwa lata.

Koszty stałe linii zasilających odbiór Pz obliczono ze wzoru 3.21. Dane zostały przyjęte
z tabeli 2.1 [Proj. Urz.]. Dla linii napowietrznych na słupach żelbetonowych przyjmujemy:
p = 0,025; k = 0,018; o = 0,01; s = 0,006. Okres eksploatacji wynosi 35 lat.

Cenę budowy linii napowietrznej AFL-6 35 mm² przyjęto w wysokości 85 tyś. zł./km Długość linii napowietrznej wynosi 1 km.

Wartość kosztów stałych linii zasilającej na każdy rok wynosi:

4,5 tys. zł.

• Koszty stałe linii zasilającej odbiór w latach 3÷15.

Koszty stałe linii zasilających odbiór Pz obliczono ze wzoru 3.21. Dane zostały z tabeli 2.1 [Proj. Urz.]. Dla linii napowietrznych na słupach żelbetonowych przyjmujemy: p = 0,025;
k = 0,018; o = 0,01; s = 0,006. Okres eksploatacji wynosi 35 lat.

Cenę budowy linii napowietrznej AFL-6 120 mm² przyjęto w wysokości 105 tyś. zł./km Długość linii napowietrznej wynosi 1 km.

Wartość kosztów stałych linii zasilającej na każdy rok wynosi:

5,56 tys. zł.

• Koszty zmienne GPZ C.

Do obliczeń kosztów zmiennych zastosowano taryfę ZEORK S.A. Wybrano taryfę B21
dla grupy odbiorców o poziomie napięcia zasilania SN oraz mocy umownej większej od 40kW z rozliczeniem jednostrefowym.

Ceny i stawki opłat dla grupy taryfowej B21 zamieszczono w poniższej tabeli.

Tabela 3.7 - Ceny i stawki opłat dla grupy taryfowej B21

Cena lub stawka		Jednostka miary	Grupa taryfowa
						B21
Obrót
Cena za energię elektryczną czynną - całodobowa		zł/MWh	145,30
Stawka opłaty abonamentowej		zł/miesiąc	145,70
Przesyłanie i dystrybucja
Składnik stały stawki sieciowej za usługę przesyłową		zł/MW/mies.	8758,16
Składnik zmienny stawki sieciowej za usługę przesyłową		zł/MWh	74,52

Koszty zmienne GPZ C obliczono ze wzoru:

(3.22)

gdzie:

k_p - jednostkowy koszt mocy,

k_E - jednostkowy koszt energii,

ΔP_S - straty mocy przy obciążeniu szczytowym,

ΔE - roczna strata energii,

Na podstawie tabeli 3.7:

(3.23)

(3.24)

Tabela 3.8 - Koszty zmienne GPZ C

Rok	KZGPZC [zł.]
1
2
3	90932
4	113655
5	139383
6	141202
7	143241
8	145300
9	147781
10	150083
11	152721
12	154749
13	157534
14	160141
15	162442

• Koszty zmienne linii zasilającej odbiór.

Koszty zmienne linii napowietrznych zasilających odbiór obliczono ze wzoru 3.22 oraz wzorów 3.23 i 3.24.

Tabela 3.9 - Koszty zmienne linii napowietrznych.

Rok	KZlnap [zł.]
1	1576
2	1576
3	27883
4	62745
5	111542
6	111542
7	111542
8	111542
9	111542
10	111542
11	111542
12	111542
13	111542
14	111542
15	111542

• Koszty zmienne w istniejących obwodach zasilanych.

Koszty zmienne w istniejących obwodach zasilanych obliczono na podstawie wzoru 3.22
oraz wzorów 3.23 i 3.24.

Tabela 3.10 - Koszty zmienne w istniejących obwodach zasilanych.

Rok	KZlnap [tys. zł.]
1	230,28
2	233,73
3	46,16
4	46,85
5	47,56
6	48,27
7	48,49
8	49,72
9	50,47
10	51,23
11	51,99
12	52,77
13	53,57
14	54,37
15	55,19

Suma kosztów dla wariantu drugiego.

Koszty całkowite drugiego wariantu policzono zgodnie ze wzorem:

(3.25)

gdzie:

K_I - koszty inwestycyjne

K_S - koszty stałe

K_Z - koszty zmienne

Otrzymane w ten sposób koszty całkowite zostały zdyskontowane na rok zerowy zgodnie z zależnością:

(3.26)

gdzie:

d = 0,08 stopa dyskonta

n - liczba lat

W tabeli 3.11. przedstawiono sumaryczne koszty wynikające z zastosowania wariantu drugiego.

Rok	Koszty inwestycyjne		Koszty stałe		Koszty zmienne
	Linie zasilające	Transfor matory	Linie zasilające	Transfor matory	Linie zasilające	Transfor - matory	Obwody zasilane
		tys. zł.	tys. zł.	zł.	zł.	zł.	zł.	tys. zł.
0	85	0	0	0	0	0	0
1	0	0	4200	0	1576	43869	230,28
2	105	10342,5	4200	0	1576	44468	233,73
3	0	0	5560	2037,48	27883	90932	46,16
4	0	0	5560	2037,48	62745	113655	46,85
5	0	0	5560	2037,48	111542	139383	47,56
6	0	0	5560	2037,48	111542	141202	48,27
7	0	0	5560	2037,48	111542	143241	48,49
8	0	0	5560	2037,48	111542	145300	49,72
9	0	0	5560	2037,48	111542	147781	50,47
10	0	0	5560	2037,48	111542	150083	51,23
11	0	0	5560	2037,48	111542	152721	51,99
12	0	0	5560	2037,48	111542	154749	52,77
13	0	0	5560	2037,48	111542	157534	53,57
14	0	0	5560	2037,48	111542	160141	54,37
15	0	0	5560	2037,48	111542	162442	55,19

Rok	tys. zł.	tys. zł.
0	85	85
1	279,93	45,97
2	294,42	9000,12
3	1049,7	796,92
4	1107,9	779,92
5	1183,2	772,87
6	1185,7	716,76
7	1188,4	664,86
8	1191,2	616,72
9	1194,5	572,28
10	1197,5	530,95
11	1200,9	492,76
12	1203,7	457,06
13	1207,3	424,23
14	1210,7	393,69
15	1213,8	365,25
Suma:	16715,36

Porównanie obu wariantów.

W wariancie pierwszym suma kosztów zdyskontowanych wyniosła 18,28 mln. PLN
a wariancie drugim 16,71 mln. PLN. Jak widać wybudowanie nowego GPZ jest inwestycją bardziej opłacalna niż zasilanie odbioru z istniejących już GPZ. Wpływ na wyższe koszty
w wariancie pierwszym mają dosyć duże straty mocy i energii w liniach zasilających dany odbiór.

---