Inteligentne strategie zmniejszają straty techniczne w sieciach energetycznych

170
Straty techniczne w sieciach dystrybucji energii elektrycznej są nieodłączną konsekwencją przesyłania i dystrybucji energii na duże dystanse. Całkowite wyeliminowanie strat nie jest możliwe, lecz można je minimalizować poprzez poprawę efektywności m.in. za pomocą inteligentnych, połączonych narzędzi. Korzyści płynące z ograniczenia strat w sieciach dystrybucji energii elektrycznej mogą być wielorakie: finansowe, przynosić korzyści dla środowiska czy spełniać unijne dyrektywy. Technologie cyfrowe Schneider Electric pozwalają na osiągnięcie znaczących wyników bez konieczności dużych inwestycji.
Przesył energii elektrycznej jest z natury nieefektywny. Mają na to wpływ takie czynniki, jak niewydajne urządzenia sieciowe, straty powstające podczas transportu energii na duże odległości między miejscem wytwarzania a miejscem poboru oraz ograniczenia sieciowe, które zakłócają normalny przepływ energii elektrycznej. Tzw. straty techniczne są powodowane przez energię rozpraszaną w przewodach, urządzeniach wykorzystywanych w liniach przesyłowych, podtransmisyjnych i dystrybucyjnych oraz straty magnetyczne w transformatorach.
Około 25-33% strat technicznych w sieciach dystrybucyjnych to straty stałe. Nie zmieniają się one w zależności od natężenia prądu i mogą być spowodowane takimi czynnikami, jak straty spowodowane prądem upływu lub straty spowodowane ciągłym obciążeniem elementów pomiarowych lub kontrolnych. Pozostała część strat technicznych stanowią straty techniczne zmienne, które zależą od ilości dystrybuowanej energii elektrycznej.
Największe straty techniczne występują w pierwotnych i wtórnych liniach dystrybucyjnych. Istnieje wiele przyczyn, ale do najczęstszych należą:
  • Długość linii dystrybucyjnych,
  • Przeciążenie linii,
  • Nieodpowiednia wielkość przewodów w liniach dystrybucyjnych,
  • Instalacja transformatorów dystrybucyjnych z dala od ośrodków obciążenia,

Starty techniczne to nie tylko większe koszty

W rezultacie straty techniczne mogą bardzo kosztowne. Na przykład w 2018 r. w krajach europejskich wahały się od 2% do 14%. Przełożyło się to na miliardy euro strat w sieciach dystrybucyjnych z tytułu wyprodukowania energii elektrycznej, która nigdy nie została wykorzystana i zafakturowana.
Z kolei konieczność wyprodukowania większej ilości energii, która pójdzie na zniwelowanie strat technicznych oznacza zbędne zużycie paliw kopalnych, marnowanie ich i w końcu szkodliwy wpływ na środowisko. Dlatego tak ważne jest budowanie bardziej energooszczędnej sieci, która może zmniejszyć zanieczyszczenie powietrza. Badania pokazują, że poprzez poprawę globalnej wydajności sieci, takiej jak zmniejszenie strat technicznych, na całym świecie można zaoszczędzić szacunkowo 500 ton metrycznych dwutlenku węgla rocznie.
Ostatnim aspektem dotyczącym start technicznych są regulacje prawne. Stosunkowo nowe przepisy unijne, np. dyrektywy 2012/27 oraz 2019/944, wymagają od operatorów sieci dystrybucyjnych poprawy ich efektywności i ograniczania strat. Równolegle do prawodawstwa UE, wprowadzane są również regulacje na poziomie poszczególnych państw. Na przykład w Szwecji obowiązują limity przychodów, uwzględniające ograniczenie strat technicznych, a w Wielkiej Brytanii wprowadzono politykę mającą na celu zachęcenie operatorów systemów dystrybucyjnych do lepszego zarządzania dystrybucją i transportem energii.

Sprawdzone metody minimalizowania strat

Istnieją cztery podstawowe zastosowania dla cyfrowych bliźniaków w zarządzaniu energią: Operatorzy sieci dystrybucyjnych mogą skorzystać ze sprawdzonych metod minimalizowania strat. Zwiększenie wydajności sieci, zajęcie się konsumencką stroną zużycia energii za pomocą narzędzi, pozwalających elastycznie reagować na popyt oraz poprawa sposobu zarządzania DER – wszystkie te działania pomagają OSD w przezwyciężeniu strat technicznych pojawiających się w sieci dystrybucyjnej. Dzieje się tak dlatego, że wszystkie działania koncentrują się na sposobach bardziej efektywnego wykorzystania energii. Czy to poprzez eliminację marnotrawstwa energii poprzez lepsze zarządzanie siecią, bardziej wydajną integrację DER z siecią w celu zminimalizowania strat, czy też przez wspieranie konsumentów w lepszym zarządzaniu ich własną energią.
Bez względu na wybór, każde podejście powinno być ukierunkowana na wszystkie trzy filary redukcji strat:
  • Strategia organizacyjna obraca się wokół wdrażania działań operacyjnych, takich jak równoważenie obciążenia pomiędzy cyklami.
  • Wybory techniczne skupiają się na wyborze wydajnych komponentów lub rozwiązań.
  • Zarządzanie danymi koncentruje się na wykorzystaniu danych w celu zrozumienia i śledzenia zużycia i strat energii.
Te wszystkie trzy filary mogą zostać zrealizowane za pomocą technologii cyfrowej.

Metody redukcji strat technicznych koncentrują się na inteligentnej technologii, poprawiającej wydajność

Wymiana istniejącej infrastruktury sieci dystrybucyjnej jest kosztowna i trudna. Zamiast tego, bardziej opłacalną alternatywą dla ulepszenia sieci, w tym zminimalizowania strat technicznych, jest zachowanie istniejącej infrastruktury dystrybucji przy jednoczesnym zastosowaniu komponentów inteligentnej sieci i zaawansowanego oprogramowania. Modernizacja cyfrowa zmniejsza straty przy optymalnym wykorzystaniu istniejących zasobów energii i daje operatorom dystrybucji większą kontrolę nad ich siecią. Przyjrzyjmy się kilku przykładom.
Najlepszym przykładem są zaawansowane systemy zarządzania dystrybucją, które mogą być podstawą każdej strategii minimalizacji strat i aktywnego zarządzania sieciami dystrybucyjnymi. ADMS to kompleksowy zestaw narzędzi, platforma do zarządzania dystrybucją i optymalizacji sieci energetycznych. Jego funkcjonalności dają operatorom możliwość redukcji strat poprzez zapewnienie kompleksowego wglądu w sieć dystrybucyjną w celu dokładniejszego wykrywania strat, optymalizacji napięcia oraz świadomości sytuacyjnej w zakresie monitorowania, kontrolowania i koordynowania w czasie rzeczywistym połączonych ze sobą zasobów. Ponadto, łącząc wiele funkcji w kompletne rozwiązanie do zarządzania siecią, operatorzy mogą ograniczyć straty poprzez identyfikację i rozwiązywanie problemu wahań napięcia spowodowanych przez DER.
Innym przykładem są wydajne komponenty, takie jak wysokosprawne transformatory o niskiej stratności jak Schneider Electric Minera SGrid. Mogą one w znacznym stopniu poprawić wydajność zarówno przy stratach pojawiając się przy obciążeniu, jak i bez niego. Transformatory mogą aktywnie zarządzać stratami i rozproszeniem mocy poprzez dynamiczną rekonfigurację sieci za pomocą oprogramowania stworzonego do szacowania strat, takiego jak ADMS i aplikacje analityczne. Tego typu narzędzia mogą w czasie rzeczywistym automatycznie wyznaczać najkrótszą i najmniej oporną ścieżkę dla przepływu prądu elektrycznego.
Ponadto, sprawdzone w praktyce komponenty współpracują ze sobą. Na przykład inteligentny transformator, składający się z transformatora szeregowego współpracującego z konwencjonalną częścią aktywną w postaci zestawu styczników niskoprądowych nn oraz sterownika PLC do kontroli operacji, mogą zapewnić stabilność i niezawodność poprzez uproszczenie procesu konserwacji, utrzymanie napięcia wyjściowego w określonym zakresie oraz umożliwienie łatwej regulacji.
Wreszcie, poprzez zastosowanie technologii takich jak inteligentne systemy pomiarowe, można zająć się redukcją strat  po stronie konsumentów. Na przykład w jednym z raportów oszacowano, że zużycie energii można by zmniejszyć o 2,8%, gdyby w domach stosowano inteligentne liczniki połączone z wyświetlaczami. To z kolei mogłoby zmniejszyć o 5,5% straty w sieci dystrybucyjnej spowodowane spadkiem zużycia energii. Ponadto wykorzystanie tego typu narzędzi pozwalających reagować na popyt mogłoby potencjalnie zmniejszyć straty o około 3% poprzez samo przeniesienie części obciążenia z okresu szczytowego na pozaszczytowy.
Źródło: Shneider Electric