Uvod u eksploataciju i planiranje elektroenergetskih sistema

Energetika je privredna grana za proizvodnju, transport, raspodelu i korišćenje energije. To je strateška grana za svaku državu.

Elektroenergetika (jedan od sektora energetike) bavi se proizvodnjom, prenosom i distribucijom električne energije. Treba obezbediti kontinualnost, kvalitet i pouzdanost isporuke, uz minimum troškova. Za to se koristi elektroenergetski sistem (EES).

EES je složen dinamički sistem, koji se sastoji od elektrana, prenosne i distributivne mreže i potrošača.

EES je složen po mnogim osobinama:

• •Velika dimenzionalnost (fizička i matematička).
• •Veliki stepen neizvesnosti (promenljiva struktura, neizvesni ulazni podaci).
• •Složena informaciona struktura za eksploataciju i upravljanje.

Sastoji se od četiri funkcionalne celine, određene smerom kretanja energije:

Sa deregulacijom elektroprivrede mnogi se odnosi menjaju (dati detaljnije objašnjenje …).

Obično se za različite svrhe sistem dekomponuje u celine po različitim kriterijumima. Zatim se agregacijom proveravaju dobijena rešenja na čitavom sistemu. Ovaj pristup posebno je bitan za planiranje i eksploataciju, kako bi se problemi pojednostavili.

Za planiranje i eksploataciju EES-a posebno je bitna vremenska dekompozicija (zavisi od vremenskog horizonta):

• •Planiranje razvoja – dugoročno i srednjeročno (uključujući projektovanje i izgradnju).
• •Planiranje pogona – dugoročno i srednjeročno (operativno).
• •Upravljanje u realnom vremenu.

Nema jasnog razgraničenja između planiranja i eksploatacije. Obično je duži period od godinu dana planiranje razvoja, a kraći eksploatacija.

Prostorna dekompozicija sledi osnovne komponente sistema (generatori, transformatori, vodovi, postrojenja …).

Funkcionalna dekompozicija deli sistem po funkciji u EES-u (proizvodnja, prenos, distribucija i potrošnja).

Dekompozicija po stanjima odnosi se na razdvajanje po raznim operativnim stanjima EES-a (normalno, prethavarijsko, havarijsko, kritično i stanje posle poremećaja).

Problem planiranja EES-a

Ovaj problem usko je povezan sa planiranjem energetike (dati detaljnije objašnjenje ...). Na njega utiče i problem alternativnih energetskih resursa.

Strategija razvoja energetike u zemlji ima tri globalna plana:

• •Plan društveno-ekonomskog razvoja.
• •Plan razvoja ukupne energetske potrošnje i primarnih energetskih resursa i tokova.
• •Plan razvoja elektroenergetike i EES-a.

Problem je multidisciplinaran: tehnički, ekonomski, socijalni i drugi aspekti.

Rade se alternativni planovi razvoja, povratne informacije i usvajanje najboljeg plana.

Planovi razvoja obično su dugoročni (5 do 30 godina).

Neke bitne osobine procesa planiranja su:

• •Neizvesnosti u predviđanju budućeg razvoja u svim segmentima (prognoza potrošnje, proizvodnja hidro i termoelektrana, pojave kvarova i drugi). Neizvestan je i trend ekonomskih kretanja (cena kapitala, ekonomske kamatne stope, cene i sl.). Ovo je težak problem za analizu. Često se koristi analiza osetljivosti. Korišćenje determinističkih i probabilističkih metoda.
• •Procedura planiranja je dinamički proces. Tokom dugog vremenskog perioda menjaju se uslovi. Promene u sastavu potrošnje, konfiguracije prenosne i distributivne mreže, napredak tehnologije i druge.

Vremenski horizont naziva se period planiranja.

Jedan skup ulaznih podataka je scenario razvoja.

Postoje četiri osnovna cilja koja se moraju rešiti kroz planiranje EES-a:

• •Koliko novih kapaciteta različitih tipova objekata treba izgraditi da se obezbedi pouzdanost i sigurnost napajanja.
• •U kojim godinama ih treba staviti u pogon.
• •Gde se lociraju novi objekti.
• •Kombinacija novih i postojećih tehnologija.

Osnovni kriterijumi planiranja su:

• •Ekonomski (minimizacija ukupnih troškova), uz tehnička, ekološka i socijalna ograničenja.
• •Tehnički (eksploataciona, konstruktivna i ograničenja pouzdanosti i sigurnosti).

• Eksploataciona: bilans snaga, prenosna ograničenja ...
• Konstrukciona: lokacija elektrana, koridori za vodove, veličina elektrana.
• Ekološki i socijalni faktori koje je teže matematički kvantifikovati.

Dugoročno planiranje razvoja sa horizontom 10 do 30 godina.

Srednjeročno planiranje razvoja sa horizontom 5 do 10 godina. Ovo je vrlo važna etapa, pošto se donose konkretne odluke o izgradnji. Greške mogu vrlo negativno uticati na državu.

Kratkoročno planiranje razvoja sa horizontom 1 do 5 godina. Ovde se vrši usklađivanje planova sa postojećom situacijom.

Ovo su složeni problemi, pa se funkcionalno dekomponuju:

• •Planiranje razvoja potrošnje (najčešće se prognozira ukupna potrošnja, vršna i minimalna snaga, faktor opterećenja i drugo).
• •Planiranje proizvodnih kapaciteta (novi agregati i elektrane). Obično se distributivna mreža zanemaruje. Osnovni kriterijum je bilans snage i energije (potrošnja se posmatra kao skoncentrisana).
• •Planiranje prenosnih i distributivnih mreža (izgradnja dalekovoda, transformatora, razvodnih postrojenja i slično).

Osnovni principi planiranja EES-a:

• •Izabrati dovoljan nivo izgrađenosti da se spreči prekomerno investiranje.
• •Usklađivanje ekonomskog kriterijuma i adekvatnosti snabdevanja. Ovo se postiže definisanjem principa pouzdanosti i principa sigurnosti.

Princip pouzdanosti je probabilističkog karaktera. Pouzdanost je verovatnoća da neki objekat ili sistem funkcioniše adekvatno u nekom periodu i pod predviđenim eksploatacionim uslovima.

Ovako se dobijaju indeksi pouzdanosti, koji su matematička kvantifikacija pouzdanosti, pomoću koje se porede planovi razvoja.

Ovi pokazatelji obično se vezuju za neisporučenu energiju (i snagu), trajanje u prekidu napajanja i učestanost prekida.

Nakon planiranja razvoja izvora planira se prenosna mreža. Ovde se po pravilu primenjuje deterministički ($n-1$) princip sigurnosti: svaki predviđeni ispad jednog elementa od ukupno n ne sme dovesti do narušavanja bilo kojeg eksploatacionog ograničenja. Ređe se primenjuje princip dvostrukog ($n-2$) ispada.