Doświadczenia z wdrożenia regulacji jakościowej w zakresie wskaźników niezawodnościowych

Każdy system elektroenergetyczny narażony jest na zakłócenia spowodowane awariami, wypadkami i warunkami pogodowymi. W przypadku wystąpienia przerw w dostarczaniu energii elektrycznej oczekuje się, że operatorzy systemów przywrócą dostawę energii jak najszybciej. Polskich operatorów systemów dystrybucyjnych mobilizować w tym mają wdrożone kilka lat temu zasady regulacji jakościowej, których głównym przesłaniem jest, aby sieci energetyczne działały z coraz większą niezawodnością.

Regulacja przewiduje mechanizm motywacyjny dla OSD, który karze (lub nagradza) operatorów w zależności od tego, jak realizowane są zadane cele. Pierwsze zapisy regulacji jakościowej opublikowano w 2015 roku i dotyczyły lat 2016-2020, przy czym założono, że w 2017 roku będzie przeprowadzona ewaluacja zastosowanych założeń oraz metod na kolejne lata, tj. 2018-2020. Zgodnie z zapowiedziami Urzędu Regulacji Energetyki taka zmiana nastąpiła. Wyniki zawarto w dokumencie „Regulacja jakościowa w latach 2018-2025 dla operatorów systemów dystrybucyjnych” [2]. Nowe zasady fundamentalnie zmieniły sposób oceny wskaźników niezawodnościowych.

Rys. 1. Przypisanie odbiorców pięciu OSD do poszczególnych obszarów, 2020 rok, (opracowanie własne)

Główne zmiany to:

  • Wprowadzenie wskaźników obszarowych. W miejsce wskaźników SAIDl, SAIFI wprowadzono wskaźniki obszarowe CTP (czas trwania przerwy) i CP (częstość przerw) z podziałem na cztery obszary: „duże miasta” (md), „miasta na prawach powiatu” (mp), „miasta” (m), „wsie” (w).
  • Wyznaczenie nowych długoterminowych celów (do 2025 roku) wraz z nowymi punktami startowymi.
  • Wyeliminowanie z obliczania wskaźników jakościowych zdarzeń pogodowych o charakterze katastrofalnym (metoda Beta 2.5 skorelowana z potwierdzeniem przez IMGW wystąpienia katastrofalnych zjawisk meteorologicznych 2. i 3. stopnia zagrożenia).
  • Przyznanie premii za wykonanie celów końcowych regulacji jakościowej.
  • Odniesienie kary do kwoty zwrotu z kapitału stanowiącego część przychodu regulowanego.

Wśród katalogu wskaźników jakościowych dwa odnoszą się do niezawodności sieci, tj. CTP oraz CP. Sposób ich wyznaczenia jest tożsamy z tym dla SAIDI i SAIFI – tyle tylko, że w regulacji jakościowej uwzględniania się wyłącznie zdarzenia w sieciach WN i SN bez zdarzeń katastrofalnych oraz dzieli wskaźniki na cztery wcześniej wymienione obszary.

W artykule zaprezentowano wyniki analizy wskaźników CTP i CP dla Polski wyznaczonych jako średnia ważona liczbą odbiorców dla pięciu największych OSD (PGE Dystrybucja SA, Tauron Dystrybucja SA, Energa-Operator SA, Enea Operator Sp. z o.o., Stoen Operator Sp. z o.o.).

Wprowadzenie wskaźników obszarowych wymagało od operatorów systemów dystrybucyjnych przypisania odbiorców do poszczególnych obszarów. W 2020 roku największą grupę odbiorców (34,3 proc.) stanowili przypisani do obszaru „wsie”. Kolejne dwie grupy o podobnej wielkości to „miasta” – 27,9 proc. i „miast na prawach powiatu” – 25,6 proc.
Najmniej odbiorców przypisano do „dużych miast” – 12,2 proc. Struktura podziału odbiorców na obszary jest podobna do tej z 2016 roku [4]. Można jednak zauważyć zmniejszenie udziału odbiorców wiejskich o 0,8 p.p. na korzyść „miast”, gdzie nastąpił wzrost o 0,6 p.p. i „dużych miast” – zwyżka o 0,2 p.p. Należy przy tym pamiętać, że przypisanie do poszczególnych obszarów nie wynika tylko z podziału administracyjnego kraju. W przypadku obszarów miejskich kryteriami podziału są także: poziom wskaźników CTP i CP oraz udział linii kablowych SN i nn w łącznej długości linii SN i nn [2].

Rys. 2. Wartości wskaźników czasu trwania przerwy (CTP [min/odb.]) dla Polski – pięciu OSD (opracowanie własne)

Ideą wprowadzenia wskaźników obszarowych było zróżnicowanie celów dla poszczególnych obszarów zależnie od już osiągniętego poziomu poszczególnych wskaźników, jaki i realnej możliwości ich dalszej poprawy. Najmniejsze oczekiwania wprowadzono tam, gdzie wskaźniki są najniższe i najtrudniej je dalej redukować (tu wyzwaniem jest utrzymanie osiągniętych poziomów), tj. na obszarze „duże miasta”, a największe dla obszaru „wsie”, gdzie potencjał obniżania wskaźników jest największy.

Regulacja jakościowa przewiduje następujące długoterminowe cele końcowe [2]:

  • dla „dużych miast” (CTPmd oraz CPmd) jako 8 proc. redukcji punktu startowego PS; dla „miast na prawach powiatu” (CTPmp oraz CPmp) jako 25 proc. redukcji PS (cel dla lidera w obszarze) i 25-50 proc. redukcji PS (cel dla OSD dążących do lidera);
  • dla „miast” (CTPm oraz CPm) jako 35 proc. redukcji PS (cel dla lidera w obszarze) i 35-50 proc. redukcji PS (cel dla OSD dążących do lidera);
  • dla obszaru „wsie” (CTPw oraz CPw) jako 50 proc. PS.

Dla zagregowanych danych pięciu OSD tak samo wyglądają cele CTP i CP dla obszarów „duże miasta” i „wsie”, tj. redukcja odpowiednio o 8 i 50 proc. w stosunku do PS. Dla wskaźnika CPmp cel dla lidera jest jednocześnie celem dla pozostałych OSD, czyli 25 proc. redukcji PS. W przypadku pozostałych wskaźników, tj. CTPmp oraz CTP i CP dla obszaru „miasta” wartości PS lidera są na tyle odstające według kryteriów regulacji jakościowej, że dla pozostałych OSD celem będzie redukcja PS na poziomie 50 proc.

Tabela 1. Charakterystyczne wartości wskaźników czasu trwania przerwy (CTP) dla Polski – pięciu OSD (opracowanie własne)
*znak ,,–’’ oznacza, że wartość celu na 2025 dla wskaźnika jest większa (gorsza) niż wartość osiągnięta w 2020 roku.

Na rysunku 2 pokazano wartości osiągniętego wskaźnika CTP w latach 2018-2020. Wykres uzupełniono o wartości punktów startowych (PS) oraz celów na 2021 rok. Najmniejsza redukcja wskaźnika w 2020 roku w stosunku do punktu startowego wystąpiła dla obszaru ,,duże miasta’’ o 34 proc. (tabela 1). Dla pozostałych obszarów jest to 42-46 proc. Wartości wskaźników z 2020 roku zapewniają nie tylko zrealizowanie celów wyznaczonych przez regulację jakościową na ten rok, ale także realizacje celów na 2021. Porównanie wartości wskaźników z 2020 roku i celów na 2025 wskazuje, że dla obszaru „duże miasta” utrzymanie wskaźnika gwarantuje realizację celu na 2025 rok. W przypadku pozostałych obszarów konieczne jest obniżenie wskaźników o 5-12 proc. w stosunku do wartości
z 2020 roku.

Na rysunku 3 i tabeli 2 pokazano wartości wskaźnika CP w latach 2018-2020. Podobnie jak w przypadku CTP wykres uzupełniono o wartości punktów startowych (PS KPI) oraz celów na 2021 rok. W przypadku tego wskaźnika stopień redukcji w 2020 roku, w stosunku do punktu startowego, jest bardzo podobny dla wszystkich obszarów
(26-28 proc.). Obniżenie wskaźników jest jednak zdecydowanie mniejsze niż w przypadku wskaźnika CTP, ale podobnie jak w przypadku CTP poziom wskaźników z 2020 roku gwarantuje realizacje celów na 2021. Dla dwóch obszarów, tj. „dużych miast” i „miast na prawach powiatu” nawet dla 2025 roku. Dla pozostałych obszarów, tj. „miasta” i „wsie”, aby zrealizować cele na 2025 rok konieczne będzie ich zmniejszenie odpowiednio o 31 i 33 proc.

Z analizy zmian wartości wskaźników CTP i CP w latach 2018-2020w stosunku do wartości punktu startowego wynika, że trudniej jest zrealizować cele dla wskaźników CP niż CTP. Do 2020 roku więcej uzyskano w zakresie obniżenia wskaźników CTP, stąd patrząc na cele wyznaczone na 2025 rok, więcej do zrobienia jest w zakresie wskaźnika CP.

Rys. 3. Wartości wskaźników częstości przerwy (CP [szt./odb.]) dla Polski – pięciu OSD (opracowanie własne)
Tabela 2. Charakterystyczne wartości wskaźników częstości przerwy (CP) dla Polski – pięciu OSD (opracowanie własne)
*znak ,,–’’ oznacza, że wartość celu na 2025 dla wskaźnika jest większa (gorsza) niż wartość osiągnięta w 2020 roku.

Niezależnie od celów wyznaczonych na poszczególne lata, w regulacji jakościowej wprowadzono tzw. wartości graniczne. W sytuacji, gdy wskaźnik osiągnie w danym roku wartość niższą niż wartość graniczna, uznaje się, że zrealizowano cel wyznaczony dla tego wskaźnika. Wartości graniczne nie mają jednak zastosowania do oceny rozliczenia celu końcowego (2025 rok). Większość wartości granicznych znajduje się jednak poniżej celów nawet dla 2025 roku (wyjątek to wskaźniki dla obszaru ,,duże miasta’’), co sprawia, że nie mają one praktycznie żadnego zastosowania.

Duży wpływ na poziom wskaźników ma eliminacja dni krytycznych. Oczywiście, jeżeli rozpatrujemy niezawodność sieci energetycznej wyłącznie z punktu widzenia odbiorcy, to wszelkie przerwy powinny być uwzględnione bez względu na przyczynę. Jednak przy porównywaniu operatorów zdarzenia katastrofalne (nietypowe) często usuwa się z zestawu danych o niezawodności, ponieważ pozostawienie ich mogłoby zniekształcać ocenę wskaźników. Dla ujednolicenia definicji dni krytycznych (MED – Major Event Days) IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) opracowało standard 1366, znany także jako metoda Beta 2.5 [1]. W Polsce regulacja jakościowa 2018-2025 również przewiduje wykluczenie zdarzeń pogodowych. Wykorzystuje się tutaj metodę Beta 2.5, ale tylko do wstępnej identyfikacji dni podlegających wykluczeniu. Każdy dzień z dziennym CTP większym niż wartość graniczna Tmed jest oznaczony jako MED (dzień krytyczny), a dane za ten dzień są [szt./odb.]usuwane z CTP i CP pod warunkiem, że na obszarze działania OSD wystąpiły zjawiska typu: silny wiatr, upał, duży mróz, intensywne opady deszczu, śniegu, opady marznące, zawieje, zamiecie śnieżne, szadź, burze o 2. i 3. stopniu zagrożenia. Wystąpienie zjawiska i jego stopień musi zostać potwierdzone przez Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej na podstawie informacji ze stacji meteorologicznych rzędu I i II zlokalizowanych na obszarze działania OSD.

Dla oceny, jaka część wskaźników jest traktowana jako skutek zdarzeń katastrofalnych, przeprowadzono następującą analizę. Porównano wskaźniki SAIDI (na WN i SN) oraz SAIFI (na WN i SN) ze wskaźnikami odpowiednio CTP i CP, które w analizowanym okresie wyznaczono według zasad regulacji jakościowej obwiązującej od 2018 roku. Różnicę stanowią więc wartości, które są wykluczane. Wyniki przedstawiono na rysunkach 4 i 5. Dolne jasnoniebieskie paski pokazują wskaźniki CTP (rys. 4) i CP (rys. 5). Górne pomarańczowe paski pokazują wartości przypisane do zdarzeń katastrofalnych, które są wykluczane w ramach regulacji jakościowej. Suma tych wartości daje odpowiednio wskaźniki SAIDI i SAIFI.

Rys. 4. Porównanie SAIDI i CTP [min/odb.] dla Polski – pięciu OSD (opracowanie własne)
Rys. 5. Porównanie SAIFI i CP [szt./odb.] dla Polski – pięciu OSD (opracowanie własne)

Od 2018 roku można zaobserwować spadek wskaźników czasu trwania przerw, jak i ich częstości. Udział MED zmienia się z roku na rok i jest skorelowany z występowaniem ekstremalnych zmian pogodowych. To, że tego typu zdarzenia mogą mieć znaczny, niekorzystny wpływ na wskaźniki SAIDI i SAIFI widać na przykładzie 2017. W tym roku została też wykluczona z obliczenia wskaźników CTP i CP największa wartość wskaźników (rys. 6). W przypadku CTP było to 146, 3 min 39 proc., CP 0,96 21 proc. W pozostałych analizowanych latach jest podobnie dla obu wskaźników, 11-15 proc. Jednakże lata 2018-2020 charakteryzowały się dużo mniejszym udziałem i skalą występowania niekorzystnych warunków atmosferycznych w porównaniu chociażby do 2017 roku.

Rys. 6. Udział usuniętych części wskaźników CTP i CP – wynikających ze zdarzeń katastrofalnych (opracowanie własne)

Zgodnie z założeniami regulacji jakościowej wyznaczone wskaźniki CTP i CP powinny być pozbawione zdarzeń o charakterze katastrofalnym. Analizując lata 2016-2020, wydaje się, że dla 2017 roku, gdzie zdarzenia o charakterze katastrofalnym wstąpiły ze szczególną mocą, odliczenia powinny być większe. Zmienność wskaźników CTP i CP bez 2017 roku można aproksymować prostymi (R2=0,99). Wyznaczone na ich podstawie wartości wskaźników CTP i CP dla 2017 roku są mniejsze odpowiednio o 25 i 13 prc.

Duża różnica w przypadku CTP może wynikać ze sposobu obliczania tego wskaźnika. Regulacja przewiduje, że dla wskaźnika CTP przerwy trwające dłużej niż 24 godziny (a takich było stosunkowo dużo w 2017) przypisywane są do każdego dnia, w którym wystąpiły. Przez taki sposób obliczeń nie eliminujemy wszystkich skutków zdarzeń nadzwyczajnych, ponieważ skutki w postaci wskaźnika CTP rozkładają się na kilka dni, przez co mogą być mniejsze od dziennej wartości granicznej Tmed, w związku z czym nie można ich zakwalifikować jako dni krytycznych i odliczyć. Innym powodem może być zbyt mała gęstość stacji meteorologicznych na obszarze OSD, które potwierdziłyby wystąpienie zjawisk pogodowych o 2. i 3. stopniu zagrożenia, co jest warunkiem wykluczenia.

Podsumowanie

Przedstawiona analiza dotyczyła zagregowanych wskaźników CTP i CP pięciu największych operatorów systemów dystrybucyjnych w Polsce (średnia ważona liczbą odbiorców poszczególnych OSD). W związku z tym wnioski z analizy nie zawsze muszą być tożsame z wnioskami dotyczącymi poszczególnych OSD.

  1. Od roku 2018, tj. momentu wprowadzenia zmian w regulacji jakościowej, cele dla wskaźników czasu trwania przerw, jak i częstości przerw dla lat 2018, 2019 i 2020 zostały zrealizowane. Jest to efektem wielu działań podejmowanych przez OSD.2.
  2. Patrząc na cele dla wskaźników obszarowych na 2025 rok, szczególnie trudne do realizacji mogą być cele CP dla obszaru „wsie” i „miasta”. W stosunku do 2020 roku wartości tych wskaźników powinny zostać obniżone o ponad 30 proc.
  3. Analiza zmian wartości wskaźników CTP i CP pokazuje praktycznie liniowe ich zmniejszanie (poza 2017 rokiem), ale tempo obniżania jest szybsze dla wskaźnika CTP (rys. 4 i 5). Wynika to z faktu, że generalnie trudniej jest ograniczać wskaźniki częstości przerw, a poziom procentowej redukcji wskaźników wynikający z regulacji jakościowej jest taki sam. Dodatkowo dostępne metody ograniczania wartość wskaźników CTP, np. przełączenia w sieci w celu ograniczenia liczby odbiorców bez napięcia, stosowanie agregatów prądotwórczych, powodują wzrost liczby wyłączeń, a tym samym zwiększenie wskaźników CP.
  4. Doświadczenia zebrane w trakcie obowiązywania regulacji jakościowej nasuwają kilka wniosków związanych ze sposobem obliczania wskaźników. Z założeń regulacji jakościowej wynika, że dla wskaźników CTP przerwy trwające dłużej niż 24 godziny przypisywane są do każdego dnia, w którym wystąpiły. Przez taki sposób obliczeń nie eliminujemy wszystkich skutków zdarzeń nadzwyczajnych. Wynika to z faktu, że wartości wskaźnika rozkładają się na kilka dni, przez co często są mniejsze od dziennej wartości granicznej, w związku z czym nie można ich zakwalifikować jako dni krytycznych i w konsekwencji odliczyć.
    Podobny problem występuje również dla wskaźników CP ze względu na to, że obliczane są one na koniec trwania przerwy. Ponieważ dni krytyczne wyznaczane są na podstawie zmienności wskaźnika SAIDI (CTP), a skutki zdarzeń katastrofalnych nie przekładają się na wzrost wskaźników CTP i CP w tym samym czasie, przez co nie wszystkie skutki w postaci wskaźnika CP są odliczane. Przewracanie sieci do normalnego stanu pracy po zdarzeniach katastrofalnych wymaga często przełączeń jeszcze kilka dni po zakończeniu zdarzenia.
    Aby zgodnie z intencją regulacji eliminować z obliczeń wskaźników skutki zdarzeń o charakterze katastrofalnym, wskaźniki CTP i CP powinny być przypisane do dnia, w którym się rozpoczęły.
  5. Większość regulacji jakościowych wielu krajów wyklucza zdarzenia katastrofalne z zarejestrowanych statystyk niezawodności. Najczęściej służy do tego statystyczna metoda Beta 2.5, opisana w dokumencie IEEE 1366-2012. Według niej określanie dni krytycznych jest wynikiem jedynie statystycznych zależności. W Polsce wykorzystano również tę metodę, ale dodano znaczący warunek. Aby dzień został uznany za krytyczny, Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej musi potwierdzić wystąpienie zjawiska o 2. lub 3. stopniu zagrożenia na stacjach meteorologicznych rzędu I i II zlokalizowanych na obszarze działania danego OSD. Tutaj pojawia się jednak problem zbyt małej ich gęstość – tylko 63 stacje hydrologiczno-meteorologiczne w kraju [5]. W związku z tym dla procesu obiektywizacji wskaźników jakościowych należałoby dopuścić informacje również ze stacji meteorologicznych zlokalizowanych w pewnej odległości od granicy obszaru działania danego OSD. Poza tym zdarza się, że występujące zjawiska pogodowe są na granicy 1. i 2. stopnia zagrożenia. Czasami, gdyby prędkość wiatru była większa o 1-2 m/s, zdarzenie otrzymało 2. stopień zagrożenia i było podstawą do wykluczenia dnia. Tworzy to dodatkowe wątpliwości co do przyjętego kryterium.
    Biorąc pod uwagę wskazane powyżej niejednoznaczności i wątpliwości, rodzi się pytanie, czy wprowadzona modyfikacja metody Beta 2.5 jest konieczna. Intencją regulatora było zapewne to, aby wyłączać jedynie dni, gdzie powodem ograniczeń w dostawie energii elektrycznej były rzeczywiście ekstremalne zdarzenia pogodowe. Prostszym i jednoznacznym rozwiązaniem wydaje się stosowanie czystej metody Beta 2.5 wskazanej w dokumencie IEEE 1366-2012. Tym bardziej, że dni, których nie można wykluczyć ze statystyk ze względu na to, że nie potwierdzono wystąpienia zagrożenia 2. lub 3. stopnia, jest mało.
  6. Eliminacja zdarzeń katastrofalnych z obliczeń wskaźników CTP i CP miała na celu zapewnienie obiektywnej oceny wskaźników oraz efektów działań prowadzonych przez OSD na rzecz poprawy niezawodności dostaw energii elektrycznej. Aby ocena operatora była rzeczywiście obiektywna, należałoby się zastanowić jeszcze nad eliminacją z obliczeń wskaźników wyłączeń, awarii będących skutkiem działania osób trzecich (niezależnych od operatora). Tego typu zdarzenia występują najczęściej w miejscach, gdzie infrastruktura techniczna służąca do zaopatrzenia w podstawowe media, tj. prąd, wodę, gaz, jest szczególnie zagęszczona, czyli w dużych miastach. Jednocześnie dla tych obszarów wskaźniki CTP i CP są najmniejsze, w związku z czym każda awaria ma znaczący wpływ na poziom wskaźników. Nie należy zapominać także o wyłączeniach realizowanych na wniosek Państwowej Straży Pożarnej.

Literatura

[1] IEEE Guide means the IEEE Guide for Electric Power Distribution Reliability Indices, IEEE Std 1366-2012,maj 2012.
[2] Regulacja jakościowa w latach 2018 – 2025 dla Operatorów Systemów Dystrybucyjnych, URE, 2019.
[3] Tomczykowski J., Metody statystyczne oceny wskaźników ciągłości dostaw energii elektrycznej, „Energia Elektryczna” nr 7/2017.
[4] Tomczykowski J., Wskaźniki obszarowe regulacji jakościowej, „Energia Elektryczna” nr 11/2019.
[5] www.imgw.pl

JAROSŁAW TOMCZYKOWSKI, Biuro PTPiREE

Czytaj dalej