Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
Upravljanje z bremeni Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo
Predmet: Razdelilna in industrijska omrežja
(Seminar)
Avtor: Gašper Babnik
Mentor: prof. dr. Grega Bizjak
Študijsko leto 2018/19
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
2
Akronimi, okrajšave in tujke DSM – Demand-side management
Peak demand ali peak load ali on-peak load – Je čas, ki ga v DSM upoštevamo, kot tistega v dnevu s
pričakovano maksimalno potrebo po energiji
EE – Električna energija
EES – Elektro energetski sistem
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
3
Kazalo vsebine Akronimi, okrajšave in tujke ............................................................................................................... 2
1. Kaj je upravljanje z bremeni? .......................................................................................................... 5
2. Pregled področja ............................................................................................................................. 5
Pametno omrežje ................................................................................................................................ 7
Napovedovanje porabe električne energije ....................................................................................... 8
Energetska učinkovitost ...................................................................................................................... 9
3. Podrobneje o DSM .......................................................................................................................... 9
1. Programi varčevanja z energijo (energy saving) ..................................................................... 9
2. Programi upravljanja z bremeni (load management) ............................................................. 9
4. Potrebe za postavitev DSM ........................................................................................................... 10
5. Strategije DSM programov ............................................................................................................ 11
1. Zniževanje vršne moči (Peak clipping) .................................................................................. 11
2. Premeščanje odjema (Load shifting) ..................................................................................... 11
3. Polnjenje dolin (Valley filling) ............................................................................................... 12
4. Fleksibilna oblika odjema (Flexible load shape) .................................................................... 12
5. Strateško povečevanje odjema(Strategic load Growth) ....................................................... 12
6. Strateško varčevanje (Strategic conservation) ..................................................................... 12
6. Potencial DSM aplikacij ................................................................................................................. 13
Zmanjševanje vršne moči .................................................................................................................. 13
Zmanjševanje končne porabe ........................................................................................................... 13
Osvetlitev ...................................................................................................................................... 14
Grelne in hladilne naprave, ter ventilacija .................................................................................... 15
Električni motorji ........................................................................................................................... 15
7. Proces načrtovanja DSM ............................................................................................................... 15
Izbira želenega načina preoblikovanja odjema ............................................................................. 15
Analiza trga in odjemalcev ............................................................................................................ 16
Izbira primernega/ih ukrepa/ov .................................................................................................... 16
Oblikovanje konceptov programa ................................................................................................. 17
Analiza stroškov in koristi in oblikovanje podrobnega plana........................................................ 17
Implementacija programa ............................................................................................................. 18
Evaluacija programa ...................................................................................................................... 18
8. Izkušnje, izpostavljene prednosti in kritike DSM .......................................................................... 18
Domača naloga iz naslova upravljanja z bremeni (DSM) ...................................................................... 20
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
4
Vprašanja iz naslova upravljanja z bremeni oziroma DSM ................................................................... 22
Viri ......................................................................................................................................................... 24
Kazalo slik Slika 1 Predvidena in dejanska proizvodnja in odjem za Slovenijo za dan 5. april 2019 (vir: ELES) ....... 6
Slika 2 Slovenska proizvodnja EE po virih za 5. 4. 2019 (vir: ELES) ......................................................... 6
Slika 3 Shema pametnega omrežja ......................................................................................................... 8
Slika 4 Načini izvajanja DSM ................................................................................................................. 11
Slika 5 Razdelitev odjema po sektorjih in aplikacijah v letu 2013 v ZDA .............................................. 14
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
5
1. Kaj je upravljanje z bremeni?
Upravljanje z bremensko stranjo distribucijskega omrežja(ang. Demand-Side Management ali DSM,
ponekod tudi Demand-side response (DSR), ali Energy demand management. V nalogi bom
uporabljal akronim DSM.), je ena od možnosti, za bolj učinkovito uporabo obstoječega
distribucijskega omrežje brez spreminjanja le-tega. DSM v grobem zajema dve vrsti programov. Prva
skupina zajema programe usmerjene k primikanju končne porabe, ko je le-ta najvišja(peak load ali
peak demand) v čas, ko potreba po energiji ni tako velika(ang. load shifting). Druga skupina pa je
usmerjena k splošno bolj učinkoviti rabi energije(energy efficiency). Primer zmanjševanja porabe je
po navadi uporaba bolj energetsko učinkovitih naprav. Primer premestitve bremena, je lahko
neuporaba pralnih in pomivalnih strojev v času velikega odjema, uporaba hranilnikov energije ali pa
tudi dovoljen nadzor nad porabnikovimi bremeni s strani operaterja omrežja.
Za potrebe premikanja bremen nam ni treba spremeniti samega distribucijskega omrežja, moramo
pa za potrebe večine programov v omrežju imeti oziroma namestiti naprave za napredno merjenje in
naprave, ki omogočajo dvosmerno komunikacijo med bremenom in centrom za vodenje omrežja. V
primeru splošnega zniževanja porabe, pa moramo zamenjati relativno neučinkovite naprave z bolj
energetsko učinkovitimi. Oba primera reguliranja bremen sta se v praksi že izkazala kot primerna
rešitev pri načrtovanju EES.
Velik del programov DSM je namenjen vključevanju potrošnikov. Potrošnike s pomočjo variabilne
cene električne energije(EE) ali pa na kater drug vzajemno koristen način spodbuditi k zmanjšanju
porabe EE v času najvišje porabe(on-peak) ali pa k splošno bolj učinkoviti rabi energije, torej k
posledičnemu zmanjšanju celotne porabe.
2. Pregled področja
Poraba električne energije se nenehno spreminja, proizvodnja pa mora le-tej ves čas slediti. Navadno
se proizvodnja prilagaja porabniku, torej v času najvišje porabe(peak load) moramo navadno v
sistem vključiti nov proizvodnji vir ali pa dvigniti proizvodnjo obstoječih virov, v nočnem času, ko je
poraba navadno najnižja pa moramo zmanjšati proizvodnjo katere ob proizvodnih enot, npr.
proizvodnjo termo ali hidro elektrarne. Zagoni proizvodnih virov so pogosto zelo energetsko
potratni, torej dragi(termo elektrarna), ali pa električno energijo(naprej EE) proizvajajo po relativno
visoki ceni(plinska elektrarna), zato si želimo, takšnega načina prilagajanju bremenu, izogniti ali pa ga
vsaj minimizirati. V primeru Slovenije lahko velik del prilagajanja bremenom opravimo s pomočjo
relativno velike instalirane moči hidroelektrarn, vendar se ob sušnih obdobjih seveda zgodi, da se
glavno vlogo sledenja bremenom prevzamejo elektrarne na fosilna goriva.
Na sliki 1 lahko vidimo grafa za napovedano in realizirano slovensko proizvodnjo EE za dan 5. 4.
2019, na istem grafu pa tudi napovedan in realiziran odjem za isti dan. Iz podatkov sem razbral, da je
bil v tem dnevu minimalen odjem v 3 uri dneva in je znašal 1245 MWh, maksimalen pa v 21 uri
dneva in je znašal 1858 MWh, kar je za skoraj 50% več od minimalnega. Iz slike 2 lahko razberemo,
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
6
da se je večino prilagajanja bremenu opravilo s strani hidroelektrarn ob majhni pomoči
termoelektrarn. Kot vidimo se naš odjem znotraj dneva drastično spreminja.
Slika 1Predvidena in dejanska proizvodnja in odjem za Slovenijo za dan 5. april 2019 (vir: ELES)
Breme, ki bi mu s porabo najlažje sledili bi bilo kar takšno, ki bi sledilo optimalni proizvodnji, torej
precej konstantno z majhnim spremenljivim delom ki bi se spreminjal skladno s proizvodnjo virov, na
Slika 2Slovenska proizvodnja EE po virih za 5. 4. 2019 (vir: ELES)
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
7
katere vplivajo vremenske razmere(hidroelektrarne, vetrne elektrarne, sončne elektrarne,…). Takšno
breme bi nam poleg lažjega sledenja s proizvodnjo precej olajšalo delo tudi pri načrtovanju našega
omrežja, saj razlike med maksimalno in minimalno porabo nebi bile tako velike. Na žalost, pa takšna
bremena seveda sama po sebi ne obstajajo.
S ciljem, da bi se bremena prilagajala porabi vsaj v neki meri se v zadnjem času v distribucijskih
omrežjih dela na konceptu pametnih omrežij, ki so sposobna s pomočjo velikega števila regulatorjev
in merilnih naprav ob podpori telekomunikacijskih tehnologij do neke mere tudi upravljati bremena,
torej premeščati breme iz časa najvišjega odjema, v čas, ko je odjem manjši. Koncept pametnih
omrežij pod svojim okriljem zajema še veliko več ukrepov- Del upravljanja z bremeni je tudi
energetska učinkovitost, ki pa sama po sebi pripomore predvsem k splošnemu znižanju poraba EE.
V nadaljevanju sem na kratko predstavil pametna omrežja, aktivnost napovedovanja porabe EE in
pojem energetske učinkovitosti, saj so vsi, vsak na svoj način, tesno povezani z upravljanjem z
bremeni.
Pametno omrežje Pametno omrežje(ang. Smart Grid), je omrežje, ki z ekonomskega stališča učinkovito združuje vse
elemente omrežja v funkcionalno celoto. Koncept pametnih omrežij pomeni nadgradnjo današnjega
koncepta obratovanja in načrtovanja sistema ter v bolj učinkovito celoto vključuje posamezne
elemente sistema, tako klasične (centralizirane velike proizvodne enote, kot nove elemente, kot so
na primer razpršeni proizvodni viri(sončne elektrarne), napredni sistemi merjenja, odjemalci z
možnostjo prilagajanja porabe, virtualne elektrarne, električni avtomobili in hranilniki električne
energije.
Glavni razlogi za nadgradnjo omrežja v pametno omrežja so povezani predvsem z naraščanjem
porabe in konične obremenitve, starajoča infrastruktura, prostorskimi omejitvami in s tem
povezanimi težavami z umeščanjem v prostor, okolijskimi problematikami in porastom razpršene
proizvodnje. Za vzpostavitev učinkovitega koncepta pametnih omrežij moramo ves čas seveda
skrbeti tudi za usklajeno delovanje na ekonomskem, tehnološkem, regulatornem, in sociološkem
področju. Bolj konkretno so načela, ki jim ob nadgradnji omrežja sledimo, ekonomska učinkovitost,
trajnostna energija, visoka učinkovitost, kvaliteta in varnost dobave EE z majhnimi izgubami.
Pametna omrežja vse to dosegajo z vgraditvijo naprednih merilnih, regulacijskih in kontrolnih
sistemov, s poudarkom na telekomunikacijskih napravah, ki vse skupaj združujejo v sistem, ki se je v
realnem času zmožen optimalno, »pametno« odzivati na spremembe v omrežju. Glavni cilji
pametnih omrežij so naslednji:
1. Omogoča odjemalcem opravljanje svoje vloge pri optimizaciji delovanja sistema (DMS)
2. Natančneje obveščanje odjemalca o njegovem odjemu
3. Omogoča lažje povezovanje in reguliranje proizvodnih enot
4. Opazno zniža vpliv celotnega EES na okolje
5. Ohranja oziroma poviša zanesljivost, kvaliteto in varnost dobave EE
6. Ohrani in izboljša storitve, ki jih omrežje ponuja
Zelo pomemben razlog nadgradnje omrežja je možnost interakcije med odjemom in proizvodnjo,
predvsem zaradi čedalje večjih nihanj na proizvodnji strani, kot posledica vključevanja nepredvidljivih
virov, kot so sončne, vetrne, pa tudi hidro elektrarne, z malo akumulacije. Z večjim odstotkom
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
8
obnovljivih virov v proizvodnem portfelju se pojavlja večja možnost razhajanja med proizvodnjo in
porabo. Pametna omrežja tako ne omogočajo samo aktivnega vključevanja novih virov in reguliranja
proizvodnje, ampak tudi zniževanje porabe na ekonomsko in družbeno sprejemljiv način.
Nadgradnje omrežja ne pomenijo, da vlaganja v primarno infrastrukturo ne bodo več potrebna. Nove
tehnologije bodo le omogočile, da se bo bolje izkoristila obstoječa infrastruktura, kjer bo to mogoče.
Predvideno konstantno naraščanje porabe električne energije pa bo še vedno zahtevalo nove
naložbe v obstoječ EES.
Slika 3Shema pametnega omrežja
Napovedovanje porabe električne energije Obstaja veliko spremenljivk, ki jih uporabljamo za napovedovanje porabe električne energije, pa
vendar ne moramo v napoved nikoli popolnoma zaupati. Glavni pokazatelj pri napovedovanju
električne energije je seveda pretekla poraba, upoštevajoč, čas v dnevu, dan v tednu, letni čas,
praznične dni itn. Vendar na podlagi teh parametrov dobimo zelo grobo napoved. Eden glavnih
razlogov za nihanje porabe, ki ga moramo pri napovedi upoštevati so vremenske razmere.
Vremenske razmere direktno vplivajo na porabo s temperaturo okolice(gretje, hlajenje), indirektno
pa tudi prek obnašanja porabnikov, torej nas ljudi(deževne dni po navadi preživljamo doma). Poleg
vremenskih razmer, ki jih znamo dandanes na kratki rok že kar zelo dobro predvideti, pa na porabo
EE vpliva še vrsta drugih faktorjev.
Dolgoročno, prav tako pa tudi srednjeročno in kratkoročno napovedovanje porabe EE je ključen
faktor pri načrtovanju in vodenju našega distribucijskega omrežja. Naše omrežje mora biti ob vsakem
času sposobno prenesti količino EE. Ki jo zahtevajo bremena oziroma zagotavljati katero drugo za
porabnika, prav tako pa za distributerja in ostale akterje, sprejemljivo rešitev. DSM je primer ene od
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
9
vmesnih rešitev pri načrtovanju omrežja, kjer nam samega omrežja ni treba spremeniti, vseeno pa je
naše omrežje zanesljivo s stališča tega, da imamo v primeru povečanja obremenitve možnost
omrežje varovati z bremenske strani, torej z znižanjem odjema. Pri tem na bremenski strani
odklapljamo bremena, s katerimi nam je uporabnik v naprej odobril upravljanje, torej gre za s
stališča družbene dobrobiti, sprejemljivo rešitev.
Energetska učinkovitost Energetska učinkovitost je definirana kor količina koristno uporabljene energije, glede na količino
energije, ki smo jo v delo vložili. O stopnjo energetske učinkovitosti lahko govorimo na področju
posameznih porabnikov kot so npr. hladilnik, elektromotor, hiša(ogrevanje hiše), na proizvodnji
strani ali pa tudi pri prenosu energije. Želimo si, da so vse komponente sistema od proizvodne enota,
pa do končnega porabnika čim bolj energetsko učinkovite. Višjo energetsko učinkovitost dandanes
dosegamo z uporabo bolj tehnološko naprednih sistemov in naprav.
Podrobneje je področje energetske učinkovitosti v sklopu DSM opisano v poglavju 6 v podpoglavju
»Zmanjševanje končne porabe«.
3. Podrobneje o DSM
DSM zajema planiranje, implementiranje in ocenjevanje aktivnosti, ki so namenjene spodbujanju in
usmerjanju potrošnikov k spremembi njihovega načina in količine odjema EE, v smeri splošnega
zmanjševanja porabe in časa odjema glede na uro v dnevu. Želja je namreč, da je odjem znotraj
dneva karseda konstanten in predvidljiv, torej v primeru DSM karseda voden.
Aktivnosti povezane z upravljanjem z bremeni delimo v dve glavni skupini(kategoriji):
1. Programi varčevanja z energijo (energy saving) Aktivnosti v smeri varčevanja z energijo spodbujajo potrošnika k zamenjavi energetsko neučinkovitih
naprav z energetsko bolj učinkovitimi, torej s takimi, ki z nižjo porabo energije dosegajo iste rezultate
oziroma opravljajo isto nalogo pri manjši porabi.
2. Programi upravljanja z bremeni (load management) Namen programov povezanih z upravljanjem z bremeni je zniževanje porabe električne energije v
času, ko je ta na vrhuncu(demand peak). Namen le-tega je bolj ekonomična raba že obstoječega
omrežja, tako da porabo v času »peak demand« premestimo v času, ko je poraba manjša. To je še
posebej koristno v primerih omrežij, kjer bi morali zaradi občasnih visokih odjemov razmišljati o
gradnji nove proizvodnje enote, čeprav vemo, da ta večino časa nebi obratovala, na drugi strani pa bi
bila verjetno njena cena na proizvedeno enoto zelo velika.
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
10
4. Potrebe za postavitev DSM
Programi DSM na eni strani pomagajo zniževati porabo energija v času vršne porabe, na drugi strani
pa omogočajo uporabniku zmanjševanje porabe energije, kot odziv na cenovne signale. Pri tem je
pomembe Cenovni signali so lahko uvedeni na različne načine.
- Časovne stopnje uporabe(Time-of-Use rates) – Dvig cene za 2 ali 4 krat v časi
vršnega odjema.
- Spreminjanje cene v realnem času(Real-Time Pricing) – Izračun cene poteka glede
na čas v dnevu iz za vsak interval posebej. Cena se sproti izračuna glede na porabo,
obremenitev sistema in ceno energije na trgu.
- Direktna kontrola bremena(Direct load control) – Operater lahko odklopi bremena
po dogovoru z porabnikom
- Podatki s strani operaterja – Za potrebe primerjave rešitev med porabniško in
proizvodnjo stranjo seveda potrebujemo podatke o obratovanju, ki jih lahko pridobi
operater. Podatki, ki jih potrebujemo so naslednji:
Porabniška stran
Število porabnikov, ki sodelujejo v DSM programih
Skupna letna privarčevana moč glede na aktivnost in skupna možna
privarčevana moč
Privarčevana moč v času visoke porabe(peak demand) glede na
aktivnost in skupna možna privarčevana moč
Določanje deleža uporabnikov, ki bi se lahko vključili v posamezen
program DSM
Ocena stroškov uvedbe DSM
Proizvodna stran
Velikost najvišje letne konične porabe
Število potrošniških razredov
Relativna velikost distribucijskega sistema merjeno v kilometrih
distribucijskih povezav
Doprinos skupne EE posamezne proizvodne enote
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
11
5. Strategije DSM programov
Obstaja 6 glavnih načinov oziroma strategij, ki jih moderni DSM programi uporabljajo kot sredstva s
katerimi želijo vplivati na potrošnikovo obnašanje torej na, skupno končno porabo oz. način porabe
EE. Načini 1., 2., 4., in 6. so povezani predvsem z upravljanjem z bremeni v realnem času v smislu
izravnave odjema, ostala dva pa se tičeta bolj ekonomične rabe energije in dolgoročne planirane
rasti potrošnje. Vseh 6 načinov izvajanja DSM je shematsko predstavljenih na sliki 4.
Slika 4 Načini izvajanja DSM
1. Zniževanje vršne moči (Peak clipping) Pri zniževanju vršne moči odjema gre za preprosto zniževanje porabe EE v delih dneva, ko je le-ta
najvišji(peak-load) Če pogledamo strukturo Slovenskega odjema na slikah 1 in 2, bi šlo v tem
primeru za zniževanje odjema v jutranjih urah, predvsem v uri 9, in pa v večernih urah, predvsem
v uri 20. Pri tem bremena ne premeščamo ampak ga preprosto znižamo, kar ima kot posledico
nižji odjemih v času vršne porabe, prav tako pa v nižji skupni porabi. To lahko dosežemo z
možnostjo direktnega nadzora nad potrošnikovimi bremeni.
2. Premeščanje odjema (Load shifting) Pri premeščanju bremenskega govorimo o zniževanju vršnega odjema(on-peak), na račun tega,
da za isto količino energije odjem povečamo v času, ko potreba po EE ni tako velik(off-peak)(v
obratnem primeru gre za rezanje vršnega dela porabe). Če spet pogledamo na sliko 1 ali 2, bi v
našem primeru porabi iz vršnega dela prestavili v dolino, kjer je raba energije manjša, torej
najbolje nekam v nočni čas med uri 1 in 6 ali pa morda v popoldanski čas med uri 13 in 17.
Takšno premeščanje odjema lahko izvajamo s pomočjo shranjevalnikov energije, npr.
shranjevalniki toplotne energije ali pa pogosteje s spodbujanjem porabnikov, da sami spremenijo
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
12
čas v katerem trošijo energijo, pri napravah, ki le-to dopuščajo. Primer spodbude je npr.
dvotarifno obračunavanje električne energije, ki spodbuja odjemalce k temu, da naprave kot so
pralni in pomivalni stroj, uporabljajo v nočnem (off-peak) času.
3. Polnjenje dolin (Valley filling) Praksa polnjenja dolin je aktualna predvsem za bremena, ki so nekoč obratovala s pomočjo
drugega vira energije in jih tako na novo vključujemo v EES. Seveda novo vključena naprava
dvigne skupno porabo EE, vendar pa novo napravo, če aplikacija to seveda dopušča,
uporabljamo zgolj v času nizkega odjema(off-peak) in tako naredimo dnevni odjem bolj
konstanten, saj vršne porabe pri tem ne zvišamo. Takšno početje je smiselno, v primerih ko
4. Fleksibilna oblika odjema (Flexible load shape) V tem primeru na gre za spreminjanje oblike bremena kot v prejšnjih treh primerih. Možnost
fleksibilnega breme lahko pridobi distributer ob predhodnem dogovoru s potrošnikom, ki
sprejme, da distributer katerega od njegovih bremen kadarkoli odklopi, po navadi z namenom
zniževanja špice odjema. V tem primeru lahko nastradata dobava in kvaliteta dobave EE, zato je
zelo pomemben dober bilateralen dogovor.
5. Strateško povečevanje odjema(Strategic load Growth) Pri vključevanju novih porabnikov v omrežje želimo, da se nam obstoječa oblika odjema ne
spreminja preveč. Nove vire torej vključujemo tako, da se nam skupaj povečata tako konična, kot
ne-konična moč. Poveča se nam torej pasovna energija, ki jo najlažje dobavljamo in povečujemo
njeno proizvodnjo.
6. Strateško varčevanje (Strategic conservation) Gre za povečevanje energetske učinkovitosti s ciljem zmanjševanje končne porabe. Pri tem
manjšamo tako konično kot ne-konično moč odjema, seveda pa tudi skupno. To dosegamo z
zamenjavo ne-energetsko učinkovitih naprav s bolj učinkovitimi.
Vsem načinom reguliranja bremen je skupno to da na nek način spreminjamo čas ali količino(ali
oboje hkrati) potrošnikovega odjema, s ciljem da ustvarimo željen odjem EE. Kater način regulacije
bremen, ali kombinacijo le teh bomo izbrali, je odvisno od konkretne situacije v sistemu. V primeru
da poraba v nekem distribucijskem omrežju hitro raste se bomo navadno poslužili ene od metod
namenjenih zniževanja vršne moči(Rezanje vršnih moči, premeščanje odjema, fleksibilen način
odjema ali pa strateško varčevanje), saj le te za operaterja predstavljajo nove energetske vire, s
pomočjo katerih lahko operater zadosti potrebam naraščajočega odjema. Po drugi strani gre pri
polnjenju dolin in strateškem povečevanju moči predvsem za dolgoročno planiranje s ciljem večje
ekonomske efektivnosti oziroma energetske učinkovitosti zaradi pričakovane rasti porabe.
Izvajanje ukrepov DSM, kjer je skupna potrošena končna moč zaradi določenih ukrepov zreducirana,
se nam mogoče zdi nespametna poteza s strani operaterja, saj tako konec koncev vendarle »proda«
manj energije kot sicer. Izkaže pa se, da je pogosto ceneje energijo privarčevati, kot pa jo proizvesti.
Po tej analogiji sledi, da je »negawatt« (privarčevan Watt EE), enakovreden proizvedenemu Watt-u
EE. Na primer, v primeru, da uspe javna služba prek katerega od programov DSM znižati porabo v
omrežju, izgradnja nove proizvodnje enote ni potrebna, dokler se proizvodnja spet ne poveča.
Znižanje porabe na obstoječem omrežju pa seveda pomeni tudi višjo zanesljivost, kar pomeni, da
nam ne bo treba instalirati potencialno dragega nadzornega sistema, ki bi nam preprečeval
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
13
potencialno preobremenitev na katerem izmed vodov, ki se bi v primeru rasti porabe približali svojim
mejam obratovanja.
6. Potencial DSM aplikacij
Glavni dve strategiji DSM zajemata upravljanje z bremeni z namenom zmanjševanja vršne moči in
povečevanje efektivnosti končne porabe energije. Glavno merilo, pri odločanju za uporabo DSM je v
današnjem času seveda ekonomsko stališče, pri čemer gre v našem primeru za varčevanje, prvič kot
posledica zmanjševanja vršne moči, in drugič kot posledica zmanjševanja končne porabe EE. Pa
poglejmo nekoliko podrobneje, kakšen je potencial in možnost uporabe obeh glavnih skupin strategij
DSM.
Zmanjševanje vršne moči Pri planiranju omrežja je možnost upravljanja z bremeni z namenom zmanjševanja vršne moči zelo
zaželena možnost, saj nam omogoča lažje odpravljanje motenj v omrežju in na sploh bolj efektivno
izrabo našega omrežja.
V primeru prekinitve dobave katerega od virov na takšen ali drugačen način, nam ustrezno
dimenzioniran način lahko omogoča zelo enostavno sploh pa cenovno ugodno odpravljanje motnje.
Prednosti, ki jih ponuja DSM pa poleg cenovnih kazalcev merimo tudi v vplivu na okolje. Na mesto,
da v omrežje vgradimo novo povezavo, ojačimo obstoječo ali pa zgradimo nov proizvodnji vir, ki bi
energijo za pokrivanje vršne moči najverjetneje pridobival iz fosinih goriv, lahko ta denar raje
namenimo kateremu od programov DSM. Infrastruktura, ki omogoča upravljanje z bremeni navadno
ne zahteva obširnejših posegov v naravo. Ekonomska učinkovitost seveda ni enaka za vsa omrežja in
je zelo pogojena s trenutno situacijo.
Zmanjševanje končne porabe Tako uporabniki kot operater ima možnost bolj učinkovite rabe energije. Sistemski operater lahko
nadomesti starejše transformatorje in kable z novejšimi, ki imajo lahko boljši izkoristek, končni
potrošnik pa to lahko naredi z vsemi napravami, ki imajo izkoristek podan, pa bi bile lahko
nadomeščena z bolj energetsko učinkovitimi napravami. Postavi se seveda tudi vprašanje ali se to
stroškovno splača, saj pogosto z novejšo napravo z nekoliko boljšim izkoristkom lahko tudi na dolgi
rok prihranimo zgolj nekaj »Wattov«.
Končne porabnike lahko grobo razdelimo v tri sektorje: industrijske, komercialne in stanovanjske.
Večinski del odjema iz našega EES pa predstavljajo 3 skupine odjemalcev: osvetlitev, grelne/hladilne
naprave in električni motorji, ki predstavljajo različno količino odjema glede na sektor odjemalca. Na
sliki 5 je predstavljena shema odjema po sektorjih in naprej po aplikacijah odjema znotraj sektorja.
Pri vsakem od odjemalcev lahko tako na svoj način izboljšujemo energetsko učinkovitost. Naprej so
predstavljene ključne akcije izboljševanja energetske učinkovitosti za nekatere glavne aplikacije
odjema.
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
14
Slika 5 Razdelitev odjema po sektorjih in aplikacijah v letu 2013 v ZDA
Osvetlitev Osvetlitev je eden izmed glavnih porabnikov predvsem v komercialnem sektorju, velik del pa
predstavlja tudi v bivalnem delu kar je razvidno tudi iz slike 5. Po podatkih Eurelectric za leto 2010 je
razsvetljava v shemi evropskega končnega odjema predstavljala okrog 15%. Kot vemo je v večini
naših domov razsvetljava že izvedena s pomočjo ene od varčnih svetil. Po večini se uporablja
kompaktna fluorescentna sijalka, predvsem zaradi dolge življenjske dobe, relativno nizke cene in pa
dobrega izkoristka. Pri tem velja omeniti da ob velikem procentu fluorescentnih sijalk škodo utrpi
faktor moči, kar lahko vpliva na porabo oz. izkoristek drugih naprav v omrežju. V komercialnih
poslopjih se pogosto odločamo za druge načine osvetljevanja.
Seveda pa pri osvetljevanju ne gre samo za izbiro končnega bremena – žarnice ampak lahko za
znižanje porabe na uporabniški strani poskrbimo tudi na drugačne načine. Druge poti k večji
energetski efektivnosti bi bile na primer lahko optimizacija osvetlitve ob upoštevanju sončnih ur v
dnevu, povečevanja ozaveščenosti o varčevanju z energijo z ugašanjem nepotrebnih svetil in
podobno.
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
15
Grelne in hladilne naprave, ter ventilacija Grelne in hladilne naprave predstavljajo približno eno četrtino odjema v bivanjskem in komercialnem
sektorju. Njihov namen je navadno ohranjanje želene temperature v notranjih prostorih zgradb.
Glavni način izboljšave energetske učinkovitosti je seveda dobra izolacija prostorov, kar zmanjša
izgube in posledično potrebno vloženo energijo za isti končni rezultat. Bistveno je predvsem
ozaveščanje potrošnikov o energetski učinkovitosti ali pa uvedbe določb, ki to od njih zahtevajo. Pri
tem je vredno poudariti tudi samo izobraževanje potrošnika. Primer pogostega zmotnega
prepričanja ali pa zgolj želje po udobju je konstantno gretje prostorov tudi, ko nas tam ni, pa naj gre
tukaj za čas enega dneva ali pa enega tedna. Vemo, da popolnoma ohlajena hiša potrebuje precej
dolgo časa, da se dodobra segreje(odvisno je seveda od načina ogrevanja). Vemo, da so toplotne
izgube pri gretju ali hlajenju prostora prisotne ves čas in naraščajo z večanjem razlike med notranjo
temperaturo in temperaturo okolice. Po tej logiki, bi bilo najbolj smiselno gretje izklopiti vedno ko
nas ni tam in ga zares ne potrebujemo. Seveda pa mora vsak posameznik glede na razmere oceniti
koliko je pripravljen »potrpeti«. Seveda bi bila v smislu tega najbolj smiselna uvedba tudi pametnega
gretja, ki bi deloval optimalno do porabnika in EES.
Električni motorji Električni motorji predstavljajo okrog 60% skupnega končnega odjema EE. Najdemo jih v različnih
velikostih in z različnimi nameni v vseh porabniških sektorjih. Sodelujejo tudi pri hlajenju in gretju in
prestavljajo večji delež industrijskega odjema. Najpogosteje se uporablja indukcijski motor.
Za izboljšanje energetske učinkovitosti motorja se osredotočimo na naslednje tri faktorje: izkoristek
motorja, izgube v motorju in kvaliteta moči. Z uporabo motorjev, ki so učinkoviti na podlagi
omenjenih treh faktorjev lahko zelo izboljšamo energetsko učinkovitost odjema. Kot pri vseh
bremenih pa lahko tudi pri električnih motorjih veliko naredimo z ozaveščanjem posameznikov in
podjetij o ekonomični rabi naprav. Veliko lahko naredimo tudi z izbiro pravih dimenzij motorjev z
upoštevanjem bremenske karakteristike motorja.
7. Proces načrtovanja DSM
Proces planiranja DSM projektov je pogojen in opredeljen z upoštevanjem regulatornih zahtev,
finančnih okvirjev in tehničnih zmogljivosti oz. možnosti. Plan takšnega procesa je sestavljen iz nekaj
med seboj bolj ali manj povezanih točk. Različni viri navajajo različen vrstni red dogodkov povezanih
z načrtovanjem, vendar večina zajema točke ki jih bom predstavil v nadaljevanju. Nekatere od njih se
seveda lahko izvajajo vzporedno zato pri njih vrstni red ni bistvenega pomena. To velja predvsem za
začetne točke, torej pred začetkom implementacije.
Izbira želenega načina preoblikovanja odjema Kot sem razbral iz različnih virov, je najbolj uveljavljena praksa pričetka načrtovanja programa DSM z
izbiro načina preoblikovanja oziroma želene modifikacije bremena(Glej poglavje 5.). Glede na dano
situacijo se torej odločimo na kakšen način želimo preoblikovati odjem v določenem omrežju.
Na primer, ugotovili smo, da bo v nekem omrežju konična poraba presegla zmožnosti proizvodnje.
Obstaja veliko načinov s katerimi lahko pridemo do ustrezne rešitve, med njimi pa se odločimo
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
16
predvsem na podlagi končne cene in drugih potencialnih prednosti posamezne rešitve. Na
proizvodnji strani, bi lahko problem preprosto rešili z izgradnjo novega proizvodnega vira. Pogosto,
pa se izkaže, da je cenovno bolj ugodna in vsestransko koristna katera od rešitev DSM. V konkretnem
primeru bi se verjetno odločili za enega od načinov izravnave odjema. Seveda, pa moramo za končno
odločitev čim bolje poznati lastnosti trga in odjemalcev zato se na to točko lahko vrnemo ali pa jo kot
sem zasledil, v nekaterih praktičnih primerih, izvajamo nekoliko kasneje v procesu planiranja.
Analiza trga in odjemalcev Kot omenjeno v prejšnji točki je ključnega pomena pri izbiranju ukrepov DSM poznavanje
potrošnikov in pa tudi lastnosti trga. Če želimo na primer doseči zmanjšanje konične porabe prek
nadzora nad klimatskimi napravami, moramo v program vključiti zadostno število porabnikov, da bo
le-ta sploh pokazal rezultate. Za to, da v program vključimo zadostno število naprav, moramo vedeti
kakšno moč bomo imeli pod kontrolo v času konične moči na hladen dan ali pa morebiti zelo vroč
dan v primeru določenega števila participantov. Vedeti moramo tudi, kolikšen čas odklopa bremena
je za uporabnika še sprejemljiv v primeru, da želimo uvesti program fleksibilne oblike odjema ali pa
program zniževanja vršne moči s pomočjo sekvenčnega izklapljanja naprav. Po navadi lahko že iz
znanih vhodnih podatkov hitro ugotovimo, katere od rešitev sploh ne pridejo v poštev in katere bi
bile lahko potencialno ustrezne.
Takšne analize lahko izvajamo s preprostim anketiranjem, ali pa verjetno bolj zanesljivo z analizo
realnih podatkov o obnašanju potrošnikov, če jih le lahko pridobimo.
Analiza trga in odjemalcev se seveda izvaja vsaj delno vzporedno z odločanjem o primernem ukrepu.
Na primer, če že pri hitrem pregledu podatkov o polnjenju električnih avtomobilov ugotovimo, da jih
večina že polni v nočnem času, ne bomo izvajali še ene analize o tem, kako bi potrošnika prepričali v
to da ga naj polni v nočnem času, ampak se preprosto osredotočimo na druge možnosti.
Izbira primernega/ih ukrepa/ov Glede na želen način preoblikovanja bremena in podatkov, ki smo jih uspeli pridobiti o potrošnikih se
sedaj odločimo za končne ukrepe, ki se nam zdijo primerni znotraj izbranega načina. Znotraj vsakega
načina preoblikovanja bremena navedenega v poglavju 5 obstaja vrsta možnih ukrepov. Zapisal bom
nekatere, ki se pogosto uporabljajo, seveda pa obstaja še vrsta drugih in pa seveda njihove
kombinacije.
Zniževanje vršne moči (Peak clipping) - Krmiljeni grelci vode(bojlerji) – ker bojlerji toplotno energijo zadržujejo relativno
dolgo jih brez težav odklopimo tudi za relativno daljše obdobje(ena ura)
- Bolj učinkovito ohlajevanje prostorov (sekvenčno izklapljanje ob času visoke porabe)
Premeščanje odjema (Load shifting) - Krmiljenje grelcev vode(bojlerjev)
- Vodenje klimatskih naprav
- Shranjevalniki toplotne energije (polnimo ob času nizke porabe)
Polnjenje dolin (Valley filling) - Električni avtomobili - polnjenje ob času nizke porabe
- Ciljni ekonomski razvoj - npr. nov proizvodnji obrat zgradimo tako, da večji del
energije odjema v času nizke porabe
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
17
- Varnostna razsvetljava - Javno razsvetljavo izkoristimo, da nam ob času nizke
porabe »polni luknje«
Fleksibilna oblika odjema (Flexible load shape) - Odklopljivi porabniki - Pridobimo dovoljenje za izklop določenih uporabnikovih
bremen
- Ogrevanje iz dveh virov – ob času visoke porabe imamo možnost vklopa ogrevanja z
drugim ne-električnim virom energije
- Prioritetno dobavljanje – določimo vrstni red po katerem ob času visoke porabe
odklapljamo bremena, če je v sistemu pomanjkanje EE
- Električni avtomobili – Ob času visoke porabe lahko električne avtomobile ne samo
nehamo polniti ampak jih tudi uporabimo za vir energije
Strateško povečevanje odjema(Strategic load Growth) - Ecowatts – naprava, ki »čisti« električno energijo višjih harmonikov in tako
pripomore k boljšemu izkoristku drugih naprav v omrežju
- Elektrifikacija industrije – Veliko industrijskih porabnikov ima konstanten odjem,
zato lahko taki porabniki pozitivno vplivajo na izravnavo odjema
- Novi grelni in hladilni sistemi
Strateško varčevanje (Strategic conservation)
- Efektivno osvetljevanje
- Efektivno gretje
- Efektivno hlajenje
- Uporaba motorjev z visokimi izkoristki
Oblikovanje konceptov programa Izbrane ukrepe iz prejšnje točke, za katere predvidevamo največji ekonomski potencial in so najlažje
tehnično izvedljivi, nato zapakiramo v različne programe.
Programe delimo na centralizirane in decentralizirane. Pri prvih je celotno delo v rokah operaterja,
torej gre po navadi kar za direktno inštalacijo določene aplikacije, v drugem pa pri tem aktivno
sodelujejo porabniki. V drugem primeru je naloga operaterja predvsem ozaveščanje uporabnika in
ponudba možnosti, ki so za uporabnika ustrezne, na uporabniku pa je, da se odloči za vključitev v
program.
Analiza stroškov in koristi in oblikovanje podrobnega plana V tem koraku izvedemo podrobnejše analize stroškov in dobičkov, ustvarimo načine za spremljanje
stanja projekta in vseh vključenih. Pri tem se že dogovarjamo z institucijami, ki jih želimo vključiti v
projekt. Pri podrobnejšem planu projekta moramo biti pozorni predvsem na področje negotovosti in
področje regulativ.
Glavna področja negotovosti, ki jih moramo eksplicitno opredeliti so naslednja:
- Tehnična negotovost – V primeru uvajanja nepreizkušene tehnologije, v primeru
uvedbe preizkušene tehnologije v popolnoma drugačno okolje…
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
18
- Ekonomska negotovost – Na primer v primeru, da nimam podatkov o podobnem
projektu na podobnem omrežju
- Tržna negotovost – Ne sigurnost napovedi odziva potrošnikov
- Časovna negotovost – V primeru, da uporabniki s časom v projektu ne želijo več
sodelovati
Plan izvedbe projekta mora ustrezati celotnemu naboru regulativ, poleg tega pa je pomembno
posvetiti pozornost tudi drugim institucijam, ki se ukvarjajo s podobnimi stvarmi, pa naj bo to na
istem ali sosednjih trgih. Pozitivna naklonjenost drugih družb je pri izvedbi projekta še kako
pomembna.
Implementacija programa Zaradi tveganj opisanih pri prejšnji točki so izvedbe projektov pogosto zamaknjene ali pa se namesto
celotnega projekta izvajajo manjši pilotni projekti, ki nam služijo kot indikacija in dodatna informacija
o ustreznosti. Skupaj z pilotnimi projekti izvajamo še dodatne raziskave in odkrivamo in odpravljamo
možnost tveganj pri izvedbi celotnega projekta.
Pri izvedbi celotnega projekta se dejanski dobavi opreme in postavitvi sistemov vedno pridružijo še
marketing, nadzor nad projektom in upravljanje.
Evaluacija programa Napredovanje projekta je potrebno ves čas spremljati. V primeru, da vidimo, da program na primer
ne bo uspel znižati vršne moči za določeno vrednost, moramo poiskati drugo možno rešitev, ki bo
dopolnila oz. nadomestila nalogo projekta, ali pa projekt preusmeriti.
8. Izkušnje, izpostavljene prednosti in kritike DSM
DSM je bolj ali manj razširjena praksa v različnih državah po svetu. V nekaterih državah je sistem že
zelo dobro razvit, v nekaterih pa se ga načrtuje. Po navadi je projekt, ki je usmerjen k integraciji DSM
na obstoječe omrežje voden s strani državnih institucij ali regulatorjev, financiran pa z
davkoplačevalskim denarjem ali pa zanj potrošniki plačujejo direktno skupaj s plačilom EE. Sama
izvedba projekta je po navadi naloga operaterja omrežja.
Mednarodne študije kažejo na pozitivne rezultate integracije DSM v omrežje, predvsem s stališča
ekonomije, varnosti dobave in zanesljivosti omrežja. Če bi na primer uspeli razširiti programe
energetske učinkovitosti na področje celotne Evrope, je predvideno 10% zmanjšanje porabe EE.
V nasprotju z konvencionalnimi viri proizvodnje EE, lahko uspešna uvedba DSM zniža možnosti za
nepravilno obratovanje, s čimer poveča zanesljivost dobave EE. Prav tako, je rešitev DSM pogosto
veliko cenejša od direktnih omrežnih posegov z namenom ojačenja omrežja in dodajanja dodatnih
proizvodnih virov. Zmanjševanje vršne porabe EE lahko zelo zniža potrebne investicije v
infrastrukturo EES. Posledično je cena EE v povprečju lahko nižja.
Kritike se nanašajo predvsem na neefektivnost. V primeru da gre, na primer, za projekt, ki ni povsem
tržno naravnan ampak je na primer posledica katere od regulativ, ki se tičejo efektivne rabe energije,
se lahko zgodi, da je investicija v DSM višja kot bi bila investicija v novo proizvodnjo enoto, poleg
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
19
tega lahko predstavlja tudi dodaten znesek na računu potrošnika in pa manjši zaslužek akterjev na
trgu zaradi manjše porabe EE.
Pri integraciji DSM je potrebna tudi nekoliko bolj podrobno spremljanje uporabniškega vedenja,
zaradi česar se lahko pojavljajo vprašanja zasebnosti.
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
20
Domača naloga iz naslova upravljanja z bremeni
(DSM)
Smo v vlogi operaterja distribucijskega omrežja in pripravljamo dolgoročni plan izmišljenega
omrežja, pri čemer smo se že odločili za uporabo ukrepov iz naslova DSM. O omrežju smo iz
dosedanjega spremljanja uporabnikov in drugih dostopnih podatkov ugotovili naslednje:
- Naselje se nahaja v državi razvitega sveta in v bližini ekvatorja in oceana
- Konična moč(on-peak) znotraj dneva je pogosto kar za 2/3 višja od minimalne porabe(off-
peak)
- V naselju je bilo že izvedenih veliko programov namenjenih efektivni rabi EE, zato ima večina
prebivalcev doma že nameščene varčne žarnice, hladilnike in AC naprave z visokimi
izkoristki…
- Prenosno omrežje je precej zastarelo in brez katerihkoli naprav za napredno merjenje in
regulacijo, poleg tega nimamo dostopa do katerihkoli podatkov o izvedbi projekta z
namenom zniževanja vršne moči za podobno naselje
- V bližnji prihodnosti načrtujemo izgradnjo veliko novih industrijskih objektov
- Uporabniki v našem omrežju niso izkazali velikega interesa, ko se je nekaj let nazaj uvedlo
dvotarifno obračunavanje cene energije
Sledite postopku načrtovanja DSM(glej seminar poglavje 7.) in zapišite, kakšni bi se vam zdeli
primerni ukrepi in odločitve v posamezni točki. Pri točki izbire primernih ukrepov se omejite na
le dve, ki bi bile po vašem mnenju najbolj ustrezni. Pri točki analize stroškov in koristi se
osredotočite predvsem na popis negotovosti izbranih dveh rešitev iz prejšnje točke. Pri točki
implementacije programa si zamislite pilotni projekt s katerem bi lahko še dodatno preverili
ustreznost programa.
Možna rešitev:
Proces načrtovanja implementacije rešitev z naslova DSM sledi bolj ali manj ustaljenemu zaporedju
dogodkov. Tako bom, pri vsakem od korakov zapisal odločitve, ki se mi zdijo glede na vhodne rešitve
najbolj primerne. Vhodnih podatkov seveda ni dovolj, da bi dopuščale zgolj eno možno končno
rešitev.
Izbira želenega načina preoblikovanja odjema – Iz podatka o našem omrežju razberemo veliko
nihanje porabe znotraj dneva, zato bo naš cilj namenjen predvsem zniževanju vršne moči oziroma
glajenju odjema znotraj dneva. Ker se naše naselje nahaja blizu ekvatorja lahko predvidevamo, da je
temperatura v naselju visoka in konstantna, kar pomeni, da je edino nihanje porabe tisto znotraj
dneva oziroma tedna, ne pride pa do večjih sezonskih nihanj. Zaradi že izvedenih programov o
učinkoviti rabi energije, se seveda ne bomo lotevali novih, saj tudi naš namen ni znižati celotne
porabe ampak vršno moč.
Analiza trga in odjemalcev – V našem primeru že imamo nekaj podatkov, ki nam služijo kot smernice
pri izbiri ustreznega programa in dodatnih podatkov ne moramo pridobiti. Odločali se bomo torej na
podlagi tega kar nam je znano.
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
21
Izbira primernega/ih ukrepa/ov – Kot vidimo je veliko možnih rešitev povezanih z grelci vode, ki v
našem primeru seveda ne pridejo v poštev. Iz podatka o bližini ekvatorja in tega, da gre za mesto
razvitega sveta, pa lahko sklepamo, da se bo večina ljudi hladila s pomočjo klimatskih naprav,
najverjetneje pa z največjo intenzivnostjo prav v času vršne moči. Eden od primernih izbranih ukrepov
bi bil tako recimo zniževanje vršne moči s pomočjo sekvenčnega odklapljanja klimatskih naprav.
Iz podatkov o našem naselju vidimo, da je načrtovana izgradnja velikega števila industrijskih
objektov. Industrijski objekti imajo pogosto lahko precej konstanten odjem, zato bi bilo strateško
povečevanje odjema tudi ena od možnih rešitev. Kljub temu, da bo skupni odjem naraščal, se bo
zmanjševala procentualna razlika med maksimalnim in minimalnim odjemom. Planiranje novih
industrijskih gradenj lahko zapeljemo tudi v okviru polnjenja dolin(Valley filling), tako da industrijo na
nek način spodbudimo, da dodatno instalira porabnike, ki porabljajo energijo v času izven vršne.
Glede na to, da je nihanje porabe v našem omrežju kar zelo veliko bi bila ponujena cena energije za
nočni odjem lahko zelo majhna.
Oblikovanje konceptov programa – Pri zniževanju vršne porabe s pomočjo klimatskih naprav, bi šlo
za decentraliziran program. Uporabnik ,bi se za nadzor njegove klimatske naprave moral podati
dovoljenje. Dovoljenje pa bi dal glede na ponujene pogoje s strani operaterja. Šlo bi namreč za poseg
na napravah ki so v lasti uporabnika zato bi bila končna odločitev o vključitvi v program predvsem na
strani potrošnika. Prav tako bi šlo za decentraliziran program pri spodbujanju industrije k izgradnji
proizvodnega obrata, ki odjema energijo v času nizke porabe. Podjetje bi se za izgradnjo odločilo
glede na ponujene pogoje s strani operaterja(npr. dolgoročna pogodba o odjemu energije po
10€/MWh v času od 1h zjutraj pa do 6h zjutraj)
Analiza stroškov in koristi in oblikovanje podrobnega plana – Iz podatka o zastarelosti omrežja in
podatka o tem da nimamo podatkov o implementaciji podobnih programov v podobno omrežje lahko
govorimo o veliki tehnični negotovosti. Pri tem lahko govorimo tudi o ekonomski negotovosti saj
nimam dovolj podatkov o novo implementirani tehnologiji. Glede na to da se naši uporabniki niso
najbolje odzvali na dvotarifno obračunavanje cene, lahko upravičeno govorimo o ekonomski
negotovosti s stališča tega, da bomo za doseganje naših cilje in spodbujanje potrošnikov potrebovali
veliko sredstev, sploh pa tu do izraza pride tržna negotovost. Zgodi se nam seveda lahko, da bo
uporabnikom veliko bolj do tega, da je delovanje njihove hladilne naprave brezhibno, kakor pa to da
prihranijo nekaj evrov. Zaradi takšne skupine uporabnikov lahko govorimo tudi o časovni negotovosti,
ki lahko izhaja iz tega, da se bodo naši uporabniki, kljub temu da bodo v naš program na začetku
vstopili, kasneje premislili.
Implementacija programa – V našem primeru je bistvenega pomena izvedba pilotnih projektov. V
primeru regulacije klimatskih naprav, si lahko izberemo nek rezidenčni del mesta in projekt v
manjšem obsegu izvedemo tam. Daljše kot bo trajanje projekta in bolj razločni kot boljo napi
porabniki, boljše rezultate bomo pridobili. Pri industrijskem projektu, je izvedba pilotnega projekta
morda nekoliko težja, lažje pa pridobimo informacije, saj je akterjev veliko manj. Če imamo podatek o
prihodnjih gradnjah se moramo čim prej začeti dogovarjati oziroma pridobivati povratne informacije
od podjetji ki gradnje predvidevajo.
Evaluacija programa – v primeru da ocenimo neuspeh pilotnega projekta s projektom prekinemo in
poiščemo drugo rešitev. V primeru, da smo v prejšnji točki poskušali skleniti dogovor o izgradnji
dodatnega proizvodnega objekta, pa na le to nismo dobili pozitivnih odzivov, bomo najverjetneje
svoja sredstva in energijo usmerili drugam.
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
22
Vprašanja iz naslova upravljanja z bremeni oziroma
DSM
1. Upravljanje z bremeni(DSM) je alternativna možnost pri načrtovanju distribucijskega
omrežja. Alternativa katerim posegom v omrežju je lahko DSM in kaj so njegove prednosti
pred konvencionalnimi rešitvami?
Konvencionalne možnosti, ki jih po navadi pri načrtovanju in širjenju omrežja uporabimo so
za razloko od rešitev DSM aplicirane na proizvodno stran EES in pa na samo prenosno
omrežje. Rešitve so povezane z povečevanjem proizvodnje in pa krepitvijo omrežja, tako da
bosta le-ti lahko zadovoljili potrebam bremen, DSM pa kot alternativno možnost svoje
rešitve usmerja na bremensko stran, tako da breme prilagodijo (v določeni meri) proizvodnji.
Torej, DSM lahko predstavlja alternativo izgradnji novih proizvodnih virov(zaradi nižje vrše
moči ali pa zaradi splošno nižje porabe),povečevanju prenosnih zmogljivosti omrežja(zaradi
manjših maksimalnih prenosnih moči) in pa nekaterim drugim varnostnim ukrepom(Kontrola
bremen v realnem času omogoča lažje, bolj zanesljivo, varno in učinkovitejše odpravljanje
motenj).
Glavna navedena prednost DSM pred posegi na proizvodnji strani omrežja je predvsem to,
da nam za njegovo aplikacijo ni treba spreminja samega prenosnega omrežja(pri tem
govorimo predvsem o distribucijskem omrežju) in dograjevati novih proizvodnih virov.
Posledično so programi DSM pogosto za izvedbo veliko cenejši, po drugi strani pa ne
zahtevajo večjih posegov v naravo.
2. V kateri dve kategoriji lahko razdelimo aktivnosti povezane z upravljanjem z
bremeni(DSM)?
Programe upravljanja z bremeni v grobem delimo na tiste, ki so usmerjeni k bolj ekonomični
in učinkoviti rabo energije(energy saving), in tiste, ki se ukvarjajo z upravljanjem z bremeni,
po navadi z namenom zmanjševanja vršne moči(load management).
3. Programe povezane z DSM lahko uvrstimo med 6 glavnih strategij. Navedite jih, pri
vsakem napišite kratek opis in pri vsaki navedite vsaj en primer možnega programa.
Zniževanje vršne moči (Peak clipping) – programi, ki se tičejo upravljanja z bremani, z
namenom zniževanja vršnih moči - Bolj učinkovito ohlajevanje prostorov (sekvenčno izklapljanje ob času visoke porabe)
Premeščanje odjema (Load shifting) - programi, ki se tičejo upravljanja z bremani, z namenom
premeščanja porabe z časa vršne porabe na čas nižje porabe (off-peak) - Krmiljenje grelcev vode(bojlerjev)
- Shranjevalniki toplotne energije (polnimo ob času nizke porabe)
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
23
Polnjenje dolin (Valley filling)- Pri tem programu gre po navadi za bolj dolgoročno načrtovanje,
pri čimer naprave, ki so prej uporabljale nek neelektrični vir energije priklopimo na električno
omrežje, tako da le-tej porabljajo energijo v časih nizke porabe. - Električni avtomobili - polnjenje ob času nizke porabe
- Ciljni ekonomski razvoj - npr. nov proizvodnji obrat zgradimo tako, da večji del energije
odjema v času nizke porabe
Fleksibilna oblika odjema (Flexible load shape) – Operater od porabnika pridobi dovojenje za
upravljanje z nekaterimi od njegovih bremen - Odklopljivi porabniki - Pridobimo dovoljenje za izklop določenih uporabnikovih bremen(npr.
hladilnikov, skrinj, bojlerjev,…)
- Električni avtomobili – Ob času visoke porabe lahko električne avtomobile ne samo nehamo
polniti ampak jih tudi uporabimo za vir energije
Strateško povečevanje odjema(Strategic load Growth) – Z pametno načrtovanim večanjem
»base« odjema lahko naredimo odjem bolj konstanten. Industrijski porabniki imajo pogosto
zelo konstanten odjem. - Elektrifikacija industrije – Veliko industrijskih porabnikov ima konstanten odjem, zato lahko
taki porabniki pozitivno vplivajo na izravnavo odjema
Strateško varčevanje (Strategic conservation)- Z zamenjavo naprav s slabimi izkoristki za
bolj energetsko učinkovite lahko z manj energije pridemo do istih končnih rezultatov.
- Efektivno osvetljevanje, efektivno gretje, efektivno hlajenje
- Uporaba motorjev z visokimi izkoristki
Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko Ljubljana, 9. 4. 2019 Laboratorij za razsvetljavo in fotometrijo Razdelilna in industrijska omrežja
prof. dr. Grega Bizjak Gašper Babnik
24
Viri [1] Abdelhay A. allam, OM P. Malik (2011), »Electric Distribution Systems«, IEEE Press
[2] Turan Gönen (2007), »Electric Power Distribution System Engineering (Second Eddition)«,
CRC Press
[3] Wikipedia, »Energy demand management«, Dosegljivo:
https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_demand_management#Issues. [Dostopano: 6. 4.
2019]
[4] Wikipedia, »Efficient energy use«, Dosegljivo:
https://en.wikipedia.org/wiki/Efficient_energy_use. [Dostopano: 6. 4. 2019]
[5] SODO (2012), »Program razvoja pametnih omrežij v Sloveniji«, Dosegljivo:
https://www.sodo.si/_files/434/pametna_omrezja_2012_pop7.pdf. [Dostopano: 6. 4. 2019]
[6] ELES, »Prevzem in proizvodnja«, Dosegljivo: https://www.eles.si/prevzem-in-proizvodnja.
[Dostopano: 6. 4. 2019]
[7] Eolas Magazine, »Smart grid evolution«, Dosegljivo: https://www.eolasmagazine.ie/smart-
grid-evolution/. [Dostopano: 6. 4. 2019]
[8] Wikipedia, »Smart grid«, Dosegljivo: https://en.wikipedia.org/wiki/Smart_grid. [Dostopano:
7. 4. 2019]
[9] United States Environmental Protection Agency, »Electricity Customers«, Dosegljivo:
https://www.epa.gov/energy/electricity-customers. [Dostopano: 7. 4. 2019]
[10] Research Gate (2014), »Planning and implementation strategy of Demand Side
Management in India«, Dosegljivo:
https://www.researchgate.net/publication/269309040_Planning_and_implementation_stra
tegy_of_Demand_Side_Management_in_India. [Dostopano: 7. 4. 2019]
[11] Mepits (2015), »Demand side management), Dosegljivo:
https://www.mepits.com/tutorial/447/electrical/demand-side-management-tutorial.
[Dostopano: 8. 4. 2019]
[12] Power South, »How DSM Works with New Technology; Recent Successes«, Dostopno:
http://www.powersystem.org/docs/publications/overview-of-dsm-how-dsm-works-with-
new-technology-recent-successes.pdf. [Dostopano: 8. 4. 2019]