Pewność zasilania systemu dystrybucyjnego ma zasadnicze znaczenie dla zadowolenia klienta. Wprowadzona kilka lat temu regulacja jakościowa za swój główny cel stawia również obniżenie wskaźników przerw w dostawie energii elektrycznej. Z tego powodu poprawa niezawodności pracy sieci jest jednym z głównych zadań dla operatorów systemów dystrybucyjnych.
W artykule dokonano analizy wskaźników SAIDI i SAIFI pięciu największych OSD w Polsce w ostatnich dziesięciu latach, tj. od roku 2013 do Analizowane wskaźniki obejmują przerwy na poziomie sieci WN, SN i nn. Zgodnie z rozporządzeniem Ministra Gospodarki z 7 maja 2007 roku w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego są one publikowane przez OSD. Wskaźniki obejmują przerwy długie, bardzo długie oraz katastrofalne, bez względu na to, czy są one zależne, czy niezależne od OSD.
Analizę przeprowadzono oddzielnie dla części nieplanowanych i planowanych wskaźników SAIDI, SAIFI. Na rysunkach 1 i 2 pokazano wartości zęści nieplanowanych SAIDI (rys. 1) i SAIFI (rys. 2) z uwzględnieniem przerw katastrofalnych. Jak pokazują analizy, wartości wskaźników różnią się nie tylko pomiędzy spółkami, ale także w poszczególnych latach dla konkretnych OSD. Z przedstawionych wykresów – odrzucając okresy z odstającymi wartościami wskaźników – możemy zobaczyć (szczególnie dla SAIDI), że wartości z lat 2018-2020 są zdecydowanie mniejsze niż dla lat 2014 i 2016. Można to uznać za obraz pewnej poprawy wskaźników oraz sprzyjających warunków pogodowych.
Patrząc na zmienność wskaźników nieplanowanych w analizowanym okresie (szczególnie SAIDI), można zadać pytanie: co wpływa na tak duże wahania wartości wskaźników? Odpowiedź jest oczywista: pogoda, a dokładnie występujące okresowo ekstremalne warunki atmosferyczne. Potwierdzeniem tego jest wykres pokazujący miesięczne wartości SAIDI nieplanowanego na tle zjawisk atmosferycznych (rys. 3). Każdą większą, miesięczną wartość możemy powiązać ze zjawiskami pogodowymi. Podobne wyniki uzyskano dla miesięcznych wartości SAIFI nieplanowanego, aczkolwiek wpływ niekorzystnych zdarzeń pogodowych jest większy dla wskaźnika SAIDI niż SAIFI. Jak wskazują prezentowane dane, 2022 rok był pod względem występowania anomalii pogodowych gorszy niż jeszcze do niedawna określany jako wyjątkowy 2017. Zarówno w 2017, jak i 2022 roku najdotkliwiej odczuła to Enea Operator. Występujące w lutym 2022 roku wichury spowodowały szereg awarii linii napowietrznych średniego i wysokiego napięcia. Orkany Dudley i Eunice spowodowały, że w przypadku spółki Enea Operator wskaźnik SAIDI w lutym był prawie 30-krotnie większy niż średnia miesięczna wartość w 2021 roku i ponad 70-krotnie większy niż ten sam wskaźnik rok wcześniej. Znaczne wzrosty wskaźników w tym miesiącu odnotowały również Energa-Operator i PGE Dystrybucja.
Aspekt anomalii pogodowych jest o tyle ważny, że prognozy wskazują, iż w kolejnych dziesięcioleciach będziemy doświadczali coraz bardziej gwałtownych zjawisk atmosferycznych, występujących na małych obszarach. Będzie rosła prędkość wiatru i coraz częściej będziemy mierzyli się z silnymi, gwałtownymi jego porywami [1]. Zmienność warunków atmosferycznych prowadzi nie tylko do znacznych różnic wartości wskaźników niezawodności pomiędzy operatorami, ale także do corocznych wahań wskaźników poszczególnych OSD, uzależnionych przede wszystkim od natężenia ekstremalnych zjawisk (prędkości wiatru, wyładowań atmosferycznych, opadów śniegu itp.).
Za ocenę niezawodności sieci odpowiada przede wszystkim średnie napięcie [1, 2]. Przerwy w sieci SN stanowią ponad 80 proc. łącznej wartości SAIDI i ponad 90 proc. wartości SAIFI. Należy zaznaczyć, że zdecydowanie większy jest wpływ części nieplanowanych niż planowanych. Wartości te są największe w przypadku okresów, w których miały miejsce ekstremalne zdarzenia pogodowe.
Wpływ na zróżnicowanie wskaźników ciągłości dostaw ma także struktura sieci SN, stąd wśród zadań mających ją uniezależnić od zjawisk pogodowych, a tym samym ograniczyć liczbę oraz czas trwania przerw nieplanowanych, można wymienić następujące działania:
- wymianę linii SN z przewodami gołymi na linie kablowe,
- modernizację najbardziej awaryjnych odcinków sieci,
- skracanie ciągów SN poprzez budowę nowych stacji WN/SN,
- automatyzację i monitorowanie sieci SN,
- zmianę topologii sieci SN (budowa nowych powiązań, domykanie sieci SN (stacji SN/nn – zasilanych jednostronnie) do układów pętlowych.
Elementami sieci SN, które wykazują największą awaryjność są napowietrzne linie elektroenergetyczne. Natomiast jednym z najważniejszych parametrów wpływających na niezawodność tej sieci jest stopień skablowania linii. Współczynnik korelacji pomiędzy SAIDI nieplanowanym z wyłączeniem przerw katastrofalnych a stopniem skablowania, obliczony na podstawie 10-letnich danych na poziomie Rejonów Energetycznych, wynosi -0,35 (im więcej linii kablowych, tym SAIDI mniejsze). Stąd wśród wymienionych planów operatorów wymiana linii napowietrznych SN na kablowe jest traktowana od kilku lat priorytetowo. Należy jednak zaznaczyć, że ta sama analiza dla sumy linii kablowych i izolowanych SN wskazuje jeszcze silniejszą ujemną korelację (-0,38), co oznacza pozytywny wpływ linii izolowanych na zapewnienie ciągłości dostaw. Zapewne wynika to z faktu, że linie izolowane SN to stosunkowo młode instalacje (w większości 10-, 20-letnie), cechujące się znacznie mniejszą awaryjnością niż linie z przewodami gołymi, których wiek często przekracza 40 lat.
Jeszcze silniejszy związek linii kablowych występuje dla wskaźnika SAIFI. W tym przypadku współczynnik korelacji wynosi -0,45, bez względu na to, czy uwzględniamy w obliczeniach przerwy katastrofalne. Wyniki analizy zobrazowano na rysunku 4; dla obszarów o skablowaniu linii SN powyżej 30 proc. wskaźniki SAIDI i SAIFI zdecydowanie maleją.
W analizowanym okresie od 2013 do 2022 udział linii kablowych w liniach SN wzrósł o 5,9 p.p. do wartości 29,6 proc. Nadal jest to jednak poziom zbyt niski, aby zauważyć wyraźny wpływ kablowania linii SN na niezawodność sieci.
Kolejnym elementem sieci SN, który OSD starają się zmienić, jest długość ciągów sieciowych. Zdecydowana większość z ponad 20 tys. istniejących obecnie ciągów sieciowych SN to ciągi o długości do 20 km. Zdarzają się jednak znaczne dłuższe, a tych z długością ponad 50 km jest jeszcze 7 proc. Rysunek 5 potwierdza logiczną zależność, że im dłuższe ciągi sieciowe, tym wskaźniki są większe.
Zdalne sterowanie i automatyzacja sieci to działania, które mają poprawić wskaźniki SAIDI. Dzięki niemu możliwe jest skrócenie czasu lokalizacji miejsca awarii i szybsze przywracanie zasilania odbiorcom. Prawie 27 tys. zainstalowanych łączników z telesterowaniem w sieci SN daje wskaźnik 12 w przeliczeniu na 100 km linii napowietrznej SN, co można traktować jako zakończenie procesu powszechnej instalacji tego typu rozwiązań. Obecnie automatyzacja sieci to przede wszystkim wyposażanie stacji SN/nn w telemechanikę (SCADA). Na koniec 2022 roku już prawie 10 proc. stacji miało taką funkcjonalność. Wykres potwierdza celowość tych rozwiązań – większy udział tego typu stacji związany jest z mniejszymi wartościami wskaźników.
Zupełnie inaczej wygląda sytuacja dla wskaźników SAID i SAIFI odpowiadających za wyłączenia planowane. Wynika to z faktu, że wpływ na wartość wskaźników mają czynniki, które są zależne od OSD. Coraz częściej operatorzy stosują rozwiązania ograniczające czas i liczbę przerw planowych, koniecznych przy realizacji zadań inwestycyjnych, remontowych lub przyłączeniowych. Możemy do nich zaliczyć m.in.:
- koordynowanie działań wymagających wyłączeń, tzn. jedno wyłączenie powinno być wykorzystywane do przeprowadzenia kilku prac,
- zwiększenie udziału prac na SN w technologii PPN (bez wyłączania napięcia),
- wykorzystywanie agregatów prądotwórczych, linii i stacji tymczasowych.
W przypadku SAIDI (rys. 7) analiza pokazuje tendencję malejącą, szczególnie wyraźną w pierwszym etapie badanego okresu. Z poziomu prawie 200 minut/odb. dla PGE Dystrybucja SA, wartości wskaźników zmniejszyły się do poziomu 20-40 minut/odb., w którym mieszczą się już wszystkie OSD, poza Stoen Operator wartości są już poniżej 10 minut/odb. Kilkuprocentowe wzrosty w ostatnich dwóch latach wynikają z tego, że – tak jak opisano wcześniej – w OSD, które doświadczyły rozległych awarii, część napraw sieci realizowały w trybie prac planowych. Obowiązek instalacji liczników bilansujących w stacjach SN/nn spowodował także wzrost wartości SAIDI planowanego. Podobnie wygląda sytuacja dla wskaźnika SAIFI, z poziomu około 0,7 w 2013 roku wartości zostały zmniejszone do poziomu 0,1-02 w roku 2022.
Podsumowanie
W ostatnich latach operatorzy systemów dystrybucyjnych poświęcają wiele wysiłku na rzecz poprawy niezawodności sieci. Różnorodność struktury, stosowanych technologii, historii sieci sprawia, że trudno o jednoznaczne oceny uzyskanych wskaźników SAIDI, SAIFI.
Przedstawiona analiza potwierdziła, że znacznie łatwiej uzyskiwać lepsze (mniejsze) wartości wskaźników obszarom miejskim, które cechują się znacznym udziałem linii kablowych, krótszymi ciągami oraz większym nasyceniem automatyki. W taką charakterystykę wpisuje się Stoen Operator, stąd nie dziwią najlepsze wyniki tego operatora. Z drugiej strony PGE Dystrybucja SA ma najbardziej rozległą sieć dystrybucyjną, w której przeważają linie napowietrzne, stąd największe wskaźniki SAIDI oraz SAIFI. Jednak nie zawsze istnieje oczywista korelacja między różnymi cechami charakteryzującymi sieć dystrybucyjną a wskaźnikami SAIDI, SAIFI. Brak logicznych zależności może sugerować, że przerwy są głównie spowodowane czynnikami, które są niezależne od OSD, jak na przykład ekstremalne warunki pogodowe, z którymi mieliśmy do czynienia w ostatnich latach. Czynniki takie jeszcze bardziej utrudniają ocenę wskaźników.
Odrzucając lata, gdzie anomalie pogodowe zaburzyły wyniki możemy zaobserwować zmniejszenie wartości wskaźników SAIDI nieplanowanego w analizowanym czasie dla każdego z OSD. Z kolei SAIFI nieplanowane zmalało w mniejszym stopniu i nie dotyczyło to wszystkich OSD. Obniżanie SAIFI nieplanowanego jest generalnie zadaniem trudniejszym niż zmniejszenie SAIDI nieplanowanego. W przypadku części planowanych wskaźników SAIDI i SAIFI wynik działań operatorów jest widoczny. W ostatnich dwóch latach zniekształcony ze względu na prace (odsunięte w czasie skutki awarii masowych, montaż liczników bilansujących), jakie pojawiły się niezależnie od planów OSD.
Należy także zaznaczyć, że poprawa niezawodności sieci związana jest bezpośrednio z ponoszeniem nakładów inwestycyjnych. Znaczący wzrost w ostatnich latach nakładów na przyłączanie do sieci oraz rozbudowę sieci na potrzeby przyłączeń spowodował spadek nakładów na odtworzenie i modernizację majątku sieciowego. Widać to chociażby po tak priorytetowym programie jak kablowanie sieci średniego napięcia. Od 2019 roku, kiedy odnotowano największy przyrost linii kablowych (3517 km), mamy co roku coraz gorsze wyniki w tym zakresie. Ostatni rok to 2073 km nowych linii, co stanowi ponad 40 proc. mniej niż w 2019. Ograniczone finansowanie na odtworzenie sieci skutkuje tym, że wiek wielu elementów sieci jest ciągle zbyt wysoki, co znacząco utrudnia walkę o poprawę wskaźników niezawodności sieci.
JAROSŁAW TOMCZYKOWSKI, PTPiREE
Literatura
Błoński M., Polska przestaje być zacisznym krajem, www.kopalniawiedzy.pl
Tomczykowski J., Kluczowa rola linii SN w ocenie niezawodności sieci dystrybucyjnych, ,,Energia Elektryczna’’
8/2019
Tomczykowski J., Wpływ technologii budowy linii średniego napięcia na niezawodność sieci, ,,Energia
Elektryczna’’ 1/2021