SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA ZAVRŠNI RAD br. 920 ANALIZA POTROŠNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE U RAZLIČITIM VREMENSKIM KORACIMA Mile MeĎugorac Zagreb, lipanj 2009.
i
Sažetak U radu je obraďen način prikaza potrošnje električne energije i karakteristike potrošnje. Podaci se odnose na potrošnju električne energije za 4 trafostanice i odabrana 4 potrošača iz skupine od njih 15. Za trafostanice su vremenski intervali promatranja potrošnje električne energije jedino dostupni satni, dok su kod korisnika uzeti u obzir uz satne i 15-minutni i 30-minutni intervali. U radu su pokazane karakteristike dnevnog dijagrama opterećenja uz neke iznimke od pravila. Pokazan je i odnos krivulja potrošnje 15-minutnih i satnih intervala te 30- minutnih i satnih intervala. Usporedbom dnevnog dijagrama potrošnje u različitim vremenskim koracima je ilustrirana vaţnost detaljnije analize kretanja potrošnje. Ključne riječi: elektroenergetski sustav, potrošnja električne energije, dijagram opterećenja, trafostanice, potrošači, vremenski koraci ii
Sadržaj: 1. UVOD... 1 2. DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA... 3 2.1. KARAKTERISTIČNE VELIČINE DNEVNOG DIJAGRAMA OPTEREĆENJA... 3 2.2. PODJELA DNEVNOG DIJAGRAMA OPTEREĆENJA... 3 3. ZADATAK I OPIS PRISTUPA PROBLEMU... 5 4. MJERENA POTROŠNJA ENERGIJE TRAFOSTANICE... 7 5. MJERENA POTROŠNJA ENERGIJE POTROŠAČI... 11 5.1. MJERENA POTROŠNJA U SATNIM KORACIMA... 11 5.2. MJERENA POTROŠNJA U 30-MINUTNIM VREMENSKIM KORACIMA... 16 5.3. MJERENA POTROŠNJA U 15-MINUTNIM VREMENSKIM KORACIMA... 20 6. ODNOS IZMEĐU RAZLIČITIH VREMENSKIH INTERVALA... 23 7. ZAKLJUČAK... 25 8. POPIS LITERATURE... 27 iii
Popis oznaka i kratica kw kwh m MW P k kilovat kilovat-sat faktor opterećenja megavat konstantno opterećenje P max maksimalno opterećenje P min minimalno opterećenje P v varijabilna snaga TS W W d trafostanica vat ukupna dnevna potrošnja W k konstantna energija W v varijabilna energija iv
Popis slika: SLIKA 1 PODACI O GODIŠNJOJ POTROŠNJI ENERGIJE NA 15 LOKACIJA - POTROŠAČI... 5 SLIKA 2 DIO PODATAKA O POTROŠNJI - TRAFOSTANICE... 6 SLIKA 3 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA TS KAŠTELA ZA PROMATRANE DANE... 7 SLIKA 4 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA TS TROGIR ZA PROMATRANE DANE... 8 SLIKA 5 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA TS MAKARSKA ZA PROMATRANE DANE... 9 SLIKA 6 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA TS NOVALJA ZA PROMATRANE DANE... 9 SLIKA 7 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA NA LOKACIJI 3, PODUZETNIŠTVO SPLIT, SATNI INTERVALI... 11 SLIKA 8 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 14, SPLIT, SATNI INTERVALI... 12 SLIKA 9 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 12, MAKARSKA, SATNI INTERVALI... 13 SLIKA 10 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 7, TROGIR, SATNI INTERVALI... 13 SLIKA 11 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA PODUZETNIŠTVO NA LOKACIJI 3, SPLIT, 30-MINUTNI INTERVALI... 16 SLIKA 12 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 14, SPLIT, 30-MINUTNI INTERVALI... 17 SLIKA 13 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 12, MAKARSKA, 30-MINUTNI INTERVALI. 18 SLIKA 14 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 7, TROGIR, 30-MINUTNI INTERVALI... 18 SLIKA 15 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA PODUZETNIŠTVO NA LOKACIJI 3, SPLIT, 15-MINUTNI INTERVALI... 20 SLIKA 16 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 14, SPLIT, 15-MINUTNI INTERVALI... 21 SLIKA 17 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 12, MAKARSKA, 15-MINUTNI INTERVALI. 21 SLIKA 18 DNEVNI DIJAGRAM OPTEREĆENJA ZA KUĆANSTVO NA LOKACIJI 7, TROGIR, 15-MINUTNI INTERVALI... 22 SLIKA 19 USPOREDBA 15-MINUTNE I SATNE REZOLUCIJE... 23 SLIKA 20 USPOREDBA 30-MINUTNE I SATNE REZOLUCIJE... 24 v
Uvod 1. Uvod Ako bi se pokušala formirati ljestvica prioriteta današnjih ljudskih potreba, uz uvaţavanje dostignuća modernog doba i način ţivota suvremenog čovjeka, električna energija bi na toj ljestvici gotovo sigurno zauzimala vrlo visoko mjesto ako ne i najviše. Današnji ţivot u razvijenom svijetu je jednostavno nezamisliv bez električne energije. Tehnološki proces u elektroenergetskom sustavu započinje osiguranjem dovoljnih količina primarnih oblika energije, nastavlja se proizvodnjom električne energije i završava se prijenosom i razdiobom električne energije do konačnih potrošača. Da bi se sve to moglo s uspjehom obavljati, potrebno je na vrijeme planirati razvoj i izgradnju elektroenergetskog sustava, a u izgraďenom elektroenergetskom sustavu potrebno je planirati i dobro voditi eksploataciju sustava. Osnovni dijelovi elektroenergetskog sustava su: izvori električne energije, rasklopna postrojenja, prijenosne i razdjelne mreţe, te potrošači. U svim oblastima ţivota danas se uvelike primjenjuje električna energija, s izgledima za još značajniji njezin udio u ukupnim korisnim oblicima energije. To je stoga što je električna energija najbolji oblik korisne energije jer se lako i efikasno pretvara u sve druge korine oblike energije, a veći ţivotni standard traţi veću upotrebu električne energije. Potrošači traţe pravovremenu količinu energije i po kvaliteti i po kvantiteti. Velika primjenjivost električne energije u zadovoljenju korisnih oblika energije ima za posljedicu i veliku promjenjivost tijekom dana, tjedna, mjeseca i godine. Ta je promjenjivost posljedica uključenja ili isključenja postojećih potrošača, promjene temperature, vjetra itd. Zbog klimatskih i ţivotnih prilika u kojima ţive potrošači električne energije javljaju se sezonske varijacije potrošnje ovisne o strukturi potrošača u elektroenergetskom sustavu. Tako je na primjer potrošnja većine industrijskih potrošača, osim industrije, poljoprivrednih proizvoda i tome slično, 1
Uvod neovisna o sezoni, dok je potrošnja za rasvjetu, grijanje i odrţavanje zraka u znatnoj mjeri ovisna o godišnjem dobu. Nadalje, postoji ovisnost dnevne potrošnje o radnoj aktivnosti (radni i neradni dan) u cikličkom periodu od tjedan dana. Krajem tjedna potrebe su u prosjeku manje nego u radnim danima, dok se tijekom radnog dijela tjedna postepeno mijenjaju; rastu u ponedjeljak i smanjuju se krajem petka. U dnevnim se promjenama opterećenja javlja utjecaj razine aktivnosti tijekom dana. Aktivnosti koje se provode pri planiranju u elektroenergetskom sustavu i odluke koje se s tim u vezi donose, u funkcijskoj su vezi sa slijedom vremenskih intervala u razdoblju planiranja. 2
Dnevni dijagram opterećenja 2. Dnevni dijagram opterećenja 2.1. Karakteristične veličine dnevnog dijagrama opterećenja Oblik dnevnog dijagrama opterećenja ovisan je o strukturi potrošača u elektroenergetskom sustavu, a dnevni dijagram opterećenja predstavlja promjene opterećenja tijekom dana. U elektroenergetskom sustavu je potrebno razlikovati dnevni dijagram potrošnje (dijagram što ga čine potrošači električne energije) od dnevnog dijagrama opterećenja na pragu elektrana. Dnevni je dijagram opterećenja karakteriziran maksimalnim opterećenjem ( Pmax ), minimalnim opterećenjem ( P min ), ukupnom dnevnom potrošnjom ( W d ) i faktorom opterećenja ( m ). Faktor se opterećenja izračunava kao omjer ostvarene potrošnje energije i energije koja se mogla ostvariti da je elektroenergetski sustav bio opterećen u cijelom vremenskom intervalu maksimalnim opterećenjem. Izraz glasi: Wd m, 24P max pa faktor opterećenja moţe posluţiti kao pokazatelj iskoristivosti postrojenja elektroenergetskog sustava. 2.2. Podjela dnevnog dijagrama opterećenja Dnevni dijagram opterećenja moţe se podijeliti na dva načina: - po trajanju opterećenja - po opterećenjima Ako se dnevni dijagram opterećenja podijeli po trajanju opterećenja, mogu se uočiti 2 karakteristična razdoblja: razdoblje velikih i razdoblje malih opterećenja. 3
Dnevni dijagram opterećenja Granica izmeďu ta 2 razdoblja kao i trajanje tih razdoblja nisu točno odreďeni jer ovise o obliku dijagrama opterećenja, odnosno o karakteristikama potrošnje u elektroenergetskom sustavu. Ako se dnevni dijagram opterećenja podijeli prema opterećenjima, pretpostavka je da se moţe naći jedno opterećenje koje je konstantno, a preostalo opterećenje da varira od konstantnog do maksimalnog opterećenja. Ako konstantno opterećenje označimo s P k, tada je konstantna energija: Wk 24P k Razlika izmeďu ukupne potrebne dnevne energije ( W ) i konstantne energije jest varijabilna energija ( W ). Prema tome je v d W v W W. d k Analogno računanju varijabilne energije računa se i varijabilna snaga izraza P v iz P v P max P k Podjela dijagrama opterećenja na varijabilni i konstantni dijagram opterećenja karakterizirana je trima veličinama: maksimalnim opterećenjem ( P max ), konstantnim opterećenjem ( P k ) i ukupno potrebnom dnevnom energijom ( W d ). Obavljene podjele dnevnog dijagrama opterećenja mogu se primijeniti za bilo koji dan u tjednu, a to znači za radni, odnosno neradni dan. 4
3. Zadatak i opis pristupa problemu Zadatak i opis pristupa problemu Tema ovog rada je analiza potrošnje električne energije u različitim vremenskim koracima. Analizirani podaci se odnose na 4 trafostanice i 4 potrošača. Trafostanice koje su obraďene u radu su: TS Kaštela, TS Makarska, TS Novalja i TS Trogir. Potrošači su odabrani iz skupine od 15 potrošača, a to su poduzetništvo Inţenjering i kućanstvo na dvije lokacije u Splitu, te kućanstva na lokacijama Makarska i Trogir. Vremenski intervali razmatranja potrošnje kod trafostanica su satni, dok su kod potrošača pored satnih uzeti u obzir, jer su dostupni, 15-minutni i 30-minutni intervali. Podaci o potrošnji električne energije za trafostanice su u vremenu od 1.1.2006. do 31.12.2006., za potrošače su izmeďu 1.1.2008. i 31.12.2008. Potrošnja je promatrana za 4 odabrana dana. Kod trafostanica, to su srijeda 4.1.2006., nedjelja 8.1.2006., srijeda 5.7.2006. i nedjelja 9.7.2006. Za potrošače su to srijeda 2.1.2008., nedjelja 6.1.2008., srijeda 2.7.2008. i nedjelja 6.7.2008. Ţelja je da se uoče sličnosti i razlike potrošnje električne energije za više čimbenika razmatranja: - potrošnja trafostanica i potrošača - potrošnja radnim i neradnim danom - zimska i ljetna potrošnja - 15-minutna, 30-minutna i satna rezolucija - odnos različitih prikaza dnevnog opterećenja Slika 1 Podaci o godišnjoj potrošnji energije na 15 lokacija - potrošači 5
Zadatak i opis pristupa problemu Slika 2 Dio podataka o potrošnji - trafostanice 6
MW Mjerena potrošnja energije trafostanice 4. Mjerena potrošnja energije trafostanice Prikazati godinu dana u energetskom smislu je jedan od zanimljivijih problema danas. Različite se informacije i zaključci mogu dobiti promatranjem mjesečnih, tjednih, dnevnih ili još detaljnijih prikaza. Na slikama 3., 4., 5. i 6. je prikazana potrošnja za 4 trafostanice. Na apscisi se nalazi vrijeme u satima za odabrani dan, dok os ordinata pokazuje iznos potrošnje električne energije u MW. Općenito, potrošnja električne energije je tipično veća u zimskom periodu, nego u ljetnom periodu, a karakteristični mjeseci promatranja su siječanj i srpanj. TakoĎer, karakteristični dani koji se uzimaju u obzir su srijeda (radni dan) i nedjelja (neradni dan), jer je uobičajeno da je potrošnja izraţenija i veća radnim nego neradnim danom, i da ona dostiţe svoj vrhunac sredinom radnog tjedna a svoj minimum krajem vikenda. Kasnije će se pokazati za TS Novalja i TS Makarska da grafovi pokazuju drugačije iznimne karakteristike. Dnevni dijagram opterećenja (TS Kaštela) 70,00 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 srijeda, 4.1.2006. nedjelja, 8.1.2006. srijeda, 5.7.2006. nedjelja, 9.7.2006. 0,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 sat Slika 3 Dnevni dijagram opterećenja TS Kaštela za promatrane dane 7
MW Mjerena potrošnja energije trafostanice Dnevni dijagram opterećenja (TS Trogir) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 srijeda, 4.1.2006. nedjelja, 8.1.2006. srijeda, 5.7.2009. nedjelja, 9.7.2009. 0,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 sat Slika 4 Dnevni dijagram opterećenja TS Trogir za promatrane dane Slike 3. i 4. prikazuju dnevno opterećenje TS Kaštela i TS Trogir za promatrane dane: radni dan zimi, neradni dan zimi, radni dan ljeti i neradni dan ljeti. TS Kaštela pokriva značajno veće područje, time ima i veću potrošnju. Radnim danom zimi i ljeti obje TS imaju veću potrošnju u odnosu na neradni dan zimi i ljeti. Vidljiv je skok potrošnje nakon 21h koji se najviše očituje kod TS Kaštela zimskim radnim i neradnim danom zbog jeftinije tarife. TS Kaštela ima mnogo manju potrošnju radnim danom ljeti u odnosu na radni dan zimi, dok je taj dio kod TS Trogir ujednačen. TS Kaštela neradnim danom ljeti ima manju potrošnju nego neradnim danom zimi, dok je kod TS Trogir nivo ujednačen. 8
MW MW Mjerena potrošnja energije trafostanice Dnevni dijagram opterećenja (TS Makarska) 35,00 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 srijeda, 4.1.2006. nedjelja, 8.1.2006. srijeda, 5.7.2006. nedjelja, 9.7.2006. 0,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 sat Slika 5 Dnevni dijagram opterećenja TS Makarska za promatrane dane Dnevni dijagram opterećenja (TS Novalja) 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 sat srijeda, 4.1.2006. nedjelja, 8.1.2006. srijeda, 5.7.2006. nedjelja, 9.7.2006. Slika 6 Dnevni dijagram opterećenja TS Novalja za promatrane dane Slike 5. i 6. prikazuju potrošnju energije za TS Makarska i TS Novalja. Ovdje je situacija drugačija. Obje trafostanice su opterećenije ljeti nego zimi. Zimski radni dan u odnosu na zimski neradni dan u oba slučaja ima malo veću potrošnju, kod 9
Mjerena potrošnja energije trafostanice TS Novalja ljetni neradni dan ima veću potrošnju u odnosu na ljetni radni dan, dok je kod TS Makarska taj nivo ujednačen. TS Novalja ima značajno veću potrošnju ljeti u odnosu na zimu. Ovo je logična posljedica činjenice da su Makarska i Novalja turistička mjesta koja ljeti imaju mnogo više stanovnika nego zimi, pa je i potrošnja električne energije tada prilično veća zbog brojnih objekata koji praktički jedino funkcioniraju ljeti. TakoĎer je zanimljivo da je potrošnja u Novalji odabranim neradnim ljetnim danom veća nego ljetnim radnim danom što je posljedica veće posjećenosti turističkih objekata vikendom. 10
kw Mjerena potrošnja energije potrošači 5. Mjerena potrošnja energije potrošači 5.1. Mjerena potrošnja u satnim koracima Slike 7. i 8. prikazuju dijagrame opterećenja poduzetništva Inţenjering Split i kućanstva na lokaciji 14, Split, za odabrane radne i neradne dane. Rezolucija je satna. Uočavaju se odreďene sličnosti i razlike dijagrama potrošnje u odnosu na trafostanice. Kao i kod dijagrama potrošnje za TS Kaštela i TS Trogir vidimo da je potrošnja radnim danom u oba slučaja veća nego potrošnja neradnim danom. Dijagrami su dosta nepravilniji iz razloga što se radi o privatnim korisnicima s većom mogućnosti manipuliranja potrošnjom električne energije. Kod kućanstva na lokaciji 14 je izraţena veća potrošnja električne energije zimi nego ljeti. Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 3, Split) 25 20 15 10 5 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 vrijeme 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Slika 7 Dnevni dijagram opterećenja na lokaciji 3, poduzetništvo Split, satni intervali srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. Vrh maksimalnog opterećenja je iznosio 22,88 kw i to u zimsku srijedu u 21h. Za ljetni radni dan maksimalno opterećenje je iznosilo 14,97 kw, u 14h. Za 11
kw Mjerena potrošnja energije potrošači neradne dane, maksimalno opterećenje zimskim neradnim danom je iznosilo 15,38 kw, u ponoć, dok je ljetnim neradnim danom iznosilo 14,18 kw u 23h. Najmanje minimalno opterećenje je iznosilo 2,27 kw, u zimsku srijedu u 5h. Zimskim neradnim danom je minimalno opterećenje 2,52 kw u 4h. Iznos ljetnih minimalnih opterećenja je nešto veći u odnosu na zimska. Ljetni radni dan ima minimalno opterećenje 5,57 kw u 4h, dok ljetni neradni dan ima minimalno opterećenje 5,43 kw u 7h. Ovakvi rezultati su logična posljedica čovjekovih dnevnih aktivnosti i promjene opterećenja za različita godišnja doba. Najveće maksimalno opterećenje se dogodilo u 21h zimi, za vrijeme jeftinije tarife i veće potrošnje energije u odnosu na ljetni period. TakoĎer, za ljetni radni i neradni dan maksimalno opterećenje se dogodilo u prvom slučaju u ponoć, u drugom slučaju u 23h, za vrijeme jeftinije tarife (21h 7h). Minimalna opterećenja se dogaďaju u ranim jutarnjim satima. U ovom slučaju se razmatra poduzetništvo, pa se tada potrošnja električne energije vjerojatno odnosi na odrţavanje rasvjete i ostalih električnih instalacija. Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 14, Split) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 vrijeme Slika 8 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 14, Split, satni intervali 12
kw kw Mjerena potrošnja energije potrošači Iz sljedeća 2 grafa moţemo vidjeti da je potrošnja bitno različita od iste na lokacijama 3 i 14. Kućanstvo u Makarskoj ima veću potrošnju neradnim danima i zimi i ljeti. Potrošnja je u oba slučaja veća zimi. Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 12, Makarska) 7 6 5 4 3 2 1 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 vrijeme 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 Slika 9 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 12, Makarska, satni intervali srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 7, Trogir) 7 6 5 4 3 2 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. 1 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 vrijeme Slika 10 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 7, Trogir, satni intervali 13
Mjerena potrošnja energije potrošači Slike 8., 9. i 10. prikazuju potrošnju električne energije za 3 kućanstva. Električna opterećenja za zgrade, i pojedinačna kućanstva, su proizvod sloţene interakcije izmeďu naćina korištenja sredstava, i značajki opterećenja električnih ureďaja. Neki ureďaji su uvijek uključeni, s konstantnim ili cikličkim opterećenjem. Za ostale ureďaje, korištenje je odreďeno mnogim čimbenicima, kao što su: - vremenski uvjeti, jesu li ljudi u kući ili vani - zauzetost ureďaja, npr. kuhanje, korištenje rasvjete, TV-a i sl. - solarna geometrija, u interakciji s vremenom, koja odreďuje dostupnost dnevnog svjetla Vremenski periodi korištenja električne energije mnogo variraju meďu kućanstvima; neki imaju vrlo uobičajene navike, dok su kod drugih više stohastičke. Čak i kruţni proces hlaďenja prostorije će varirati u ovisnosti o temperaturi prostorije i frekvenciji otvaranja i zatvaranja vrata. Profili kućanstava, bez nekog značajnijeg električnog objekta, ili opterećenja zbog grijanja vode, se mogu vizualno interpretirati pojmovima: - 24-satno osnovno opterećenje zbog električnih ureďaja koji su uvijek upaljeni i kruţno opterećenje zbog hlaďenja - promjenjivo opterećenje zbog rasvjete, TV-a, osobnih računala, itd., koje se odraţava kroz trajanje dnevnog svjetla i dnevnih aktivnosti - veliki i kratkotrajni 'šiljci' opterećenja u iznosu od 100 W do nekoliko kw, koji nastaju zbog ureďaja velike snage koji obično proizvode toplinu za velike kuhinjske ureďaje, tuševe, i sl. Dodatno, postoje različita motorna opterećenja kod ureďaja za pranje rublja, sustava centralnog grijanja, usisavača, itd., ovisno da li se radi o konstantnom ili promjenjivom uključivanju ureďaja, ali ti skokovi obično nisu dovoljno veliki da bi se jednostavno identificirali. 14
Mjerena potrošnja energije potrošači Krivulja opterećenja je tipično viša u zimskom periodu zbog električnog grijanja, duţeg trajanja rasvjete, niţe temperature hladne vode, većeg korištenja sušilica za kosu, vjerojatno više kuhanja, i nekih drugih čimbenika kao što je veći broj provedenih sati unutra nego vani. U cilju razumijevanja dijagrama opterećenja moraju se istraţiti uzroci koji odreďuju dnevni, tjedni i sezonski ciklus potrošnje električne energije. Na dnevno opterećenje uglavnom utjecaj ima vrijeme, to jest izlazak i zalazak Sunca. Naime, čovjekov bioritam se vlada prema izlasku i zalasku Sunca, tome je prilagoďeno radno vrijeme i glavnina aktivnosti u industriji. Jednako tako postoji kulturni običaj pomaka aktivnosti prema zalasku Sunca. Na tjedni ciklus djeluju poglavito kulturološki utjecaji. Tako se tipično radi 40 sati tjedno u 5 dana, do ponedjeljka do petka, dok su subota i nedjelja neradni dani. Subotom rade trgovine i usluge, a nedjeljom vrlo malo. Samo industrija koja ne smije prekidati svoj tehnološki proces radi i subotom i nedjeljom. 15
0:00:00 1:30:00 3:00:00 4:30:00 6:00:00 7:30:00 9:00:00 10:30:00 12:00:00 13:30:00 15:00:00 16:30:00 18:00:00 19:30:00 21:00:00 22:30:00 kw Mjerena potrošnja energije potrošači 5.2. Mjerena potrošnja u 30-minutnim vremenskim koracima Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 3, Split) 25 20 15 10 5 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 11 Dnevni dijagram opterećenja za poduzetništvo na lokaciji 3, Split, 30-minutni intervali Najviše maksimalno opterećenje za lokaciju 3 je ostalo isto kao i kod satne rezolucije, iznosi 22,88 kw u 21h za zimski radni dan. TakoĎer se nisu promijenila maksimalna opterećenja ljetnih dana. Ali, maksimalno opterećenje zimskog neradnog dana se promijenilo i iznosi 14,92 kw u 18.30h. Promijenili su se iznosi minimalnih opterećenja. Za zimski radni dan graf pokazuje minimalno opterećenje u 6.30h iznosa 2,21 kw, za neradni zimski dan u 5.30h iznosa 2,08 kw. Minimalno opterećenje ljetnim neradnim danom sad je u 6.30h i iznosi 5,02 kw. 16
0:00:00 1:30:00 3:00:00 4:30:00 6:00:00 7:30:00 9:00:00 10:30:00 12:00:00 13:30:00 15:00:00 16:30:00 18:00:00 19:30:00 21:00:00 22:30:00 kw Mjerena potrošnja energije potrošači Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 14, Split) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 12 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 14, Split, 30-minutni intervali Za lokaciju 14 30-minutni vremenski intervali pokazuju drugačije najviše maksimalno opterećenje. Dogodilo se zimskim radnim danom u 18.30h i iznosi 7,93 kw za razliku od satne rezolucije gdje je iznosilo 6,83 kw u 22h, što je bitna razlika (16 %). Maksimalno opterećenje ljetnog neradnog dana je ostalo nepromijenjeno, u 16h s iznosom 5,3 kw. TakoĎer, maksimalno opterećenje ljetnog radnog dana se promijenilo, iznosi 3,75 kw u 11.30h. Općenito, 30-minutne intervale u odnosu na satne karakterizira pojava više 'šiljaka'. Oni su posljedica promjene snage trošila (kuhanja, tuširanja, usisavanja i sličnih pojava naglih opterećenja) koje se uočavaju na preciznijoj vremenskoj rezoluciji. 17
0:00:00 1:30:00 3:00:00 4:30:00 6:00:00 7:30:00 9:00:00 10:30:00 12:00:00 13:30:00 15:00:00 16:30:00 18:00:00 19:30:00 21:00:00 22:30:00 kw 0:00:00 1:30:00 3:00:00 4:30:00 6:00:00 7:30:00 9:00:00 10:30:00 12:00:00 13:30:00 15:00:00 16:30:00 18:00:00 19:30:00 21:00:00 22:30:00 kw Mjerena potrošnja energije potrošači Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 12, Makarska) 7 6 5 4 3 2 1 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 13 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 12, Makarska, 30-minutni intervali Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 7, Trogir) 7 6 5 4 3 2 1 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 14 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 7, Trogir, 30-minutni intervali 18
Mjerena potrošnja energije potrošači Kućanstva na lokacijama Trogir i Makarska pokazuju dosta sličnosti u potrošnji električne energije. Krivulja potrošnje električne energije je u oba slučaja viša zimi nego ljeti. Kod kućanstva u Makarskoj je zabiljeţeno najveće maksimalno opterećenje za zimski radni dan, 5,95 kw u 18.30h, dok je kod kućanstva u Trogiru takoďer zabiljeţeno zimskim radnim danom, iznosa 6,29 kw u 19.30h. Maksimalno opterećenje zimskim neradnim danom za kućanstvo u Makarskoj iznosi 3,96 kw u 17.30h, za kućanstvo u Trogiru iznosi 2,88 kw u 6h. Ljeti je krivlja opterećenja niţa, i ističu se 'šiljci', kratkotrajni skokovi opterećenja od 100 W do nekoliko kw. Iznosi minimalnih opterećenja se malo razlikuju, kao i oblik krivulje. 19
0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 kw Mjerena potrošnja energije potrošači 5.3. Mjerena potrošnja u 15-minutnim vremenskim koracima Izvorno mjerena 15-minutna rezolucija je najpreciznija i pokazuje još više oscilacija u vidu kratkotrajnih opterećenja koja se ne vide na satnoj i 30-minutnoj rezoluciji. Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 3, Split) 25 20 15 10 5 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 15 Dnevni dijagram opterećenja za poduzetništvo na lokaciji 3, Split, 15-minutni intervali 20
0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 kw 0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 kw Mjerena potrošnja energije potrošači Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 14, Split) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 16 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 14, Split, 15-minutni intervali Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 12, Makarska) 7 6 5 4 3 2 1 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 17 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 12, Makarska, 15-minutni intervali 21
0:00 1:30 3:00 4:30 6:00 7:30 9:00 10:30 12:00 13:30 15:00 16:30 18:00 19:30 21:00 22:30 kw Mjerena potrošnja energije potrošači Dnevni dijagram opterećenja (Lokacija 7, Trogir) 7 6 5 4 3 2 1 0 srijeda, 2.1.2008. nedjelja, 6.1.2008. srijeda, 2.7.2008. nedjelja, 6.7.2008. vrijeme Slika 18 Dnevni dijagram opterećenja za kućanstvo na lokaciji 7, Trogir, 15-minutni intervali 22
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 kw Odnos izmeďu različitih vremenskih intervala 6. Odnos izmeďu različitih vremenskih intervala Za bolji uvid u razlike krivulje opterećenja zanimljivo je usporediti krivulje opterećenja električne energije za različite vremenske intervale na istom grafu. Grafovi pokazuju potrošnju električne energije za srijedu, 2.1.2008., na lokaciji 14, Split. 10 8 6 4 2 0 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 12:00 vrijeme 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00 15-minutni intervali satni intervali Slika 19 Usporedba 15-minutne i satne rezolucije Lokacija 14, Split 8 kw Odnos 15-minutnih i satnih intervala, Lokacija 14, Split 7 6 5 4 3 2 1 0 15-minutni intervali satni intervali 23
kw Odnos izmeďu različitih vremenskih intervala Oblik krivulje se mnogo ne razlikuje, ali na satnoj rezoluciji se ne vide odreďeni skokovi potrošnje električne energije. Dnevna potrošnja električne energije izračunata za krivlju 15-minutnih intervala iznosi 1507,68 kwh, dok za krivulju satnih intervala potrošnja iznosi 1503,84 kwh. Iz toga slijedi da je pogreška u iznosu potrošnje kod satnih vremenskih intervala manja od 1% u odnosu na preciznije 15-minutne intervale. Dolazimo do zaključka da su vremenski razmaci od jednog sata dobra aproksimacija krivulje potrošnje električne energije, meďutim, ne mogu precizno pokazati maksimalno i minimalno opterećenje tijekom dana. Graf u satnim koracima pokazuje maksimalno opterećenje 6,83 kw u 22h, dok graf 15-minutnih intervala ima maksimalno opterećenje 7,93 kw u 18.30h, što je bitna razlika. Odnos 30-minutnih i satnih intervala 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00-0:00:00 2:30:00 5:00:00 7:30:00 10:00:00 12:30:00 15:00:00 17:30:00 20:00:00 22:30:00 vrijeme Slika 20 Usporedba 30-minutne i satne rezolucije 30-minutni intervali satni intervali Ovaj put se oblik krivulje još manje razlikuje, zbog manje razlike u vremenskim intervalima. Dnevna potrošnja električne energije za 30-minutne vremenske intervale je iznosila 1505,76 kwh, pogreška satne rezolucije u odnosu na 30-minutnu je takoďer manja od 1%. MeĎutim, i ovdje se vidi razlika u maksimalnom opterećenju, koje je istog iznosa kao i kod krivulje 15-minutnih intervala. 24
Zaključak 7. Zaključak Promatrane 4 trafostanice imaju svojstvene karakteristike krivulje potrošnje električne energije. TS Kaštela ima najveći iznos potrošnje jer u usporedbi s ostalim trafostanicama pokriva najveći prostor kako površinski, tako i po broju stanovnika. Za TS Kaštela je potrošnja puno veća zimi u odnosu na ljetni period, te radnim nego neradnim danom. TS Makarska i TS Novalja pokazuju drugačiju sliku. Kod njih je potrošnja ljeti znatno veća nego zimska potrošnja. Razlog tome leţi u činjenici što su Makarska i Novalja turistička mjesta koja ljeti imaju mnogo više stanovnika nego zimi i jednostavno 'ţivnu'. TakoĎer, mnogo objekata koji preko godine nisu u funkciji rade ljeti, a time se javlja i veća potreba za količinom električne energije. TS Trogir ima dosta ujednačene krivulje za oba godišnja doba s tim što se vidi razlika u većoj potrošnji radnim danom. U usporedbi s krivuljom opterećenja za trafostanice, krivulja opterećenja kod potrošača je dosta nepravilnija i teţa za analiziranje. No, dijagram opterećenja kod potrošača ima neke sličnosti sa istim kod trafostanica. U sva 4 slučaja potrošnja u zimskom razdoblju je veća od potrošnje ljeti. Razlog je u tome što ljudi provode više vremena unutra, javlja se potreba za zagrijavanjem prostora i općenito veća zauzetost ureďaja (kuhanje, tuširanje, korištenje TV-a, osobnih računala i sl.). Na prikazima u 15-minutnim intervalima se dobro vide kratkotrajni skokovi opterećenja, tzv. 'šiljci' koji nastaju zbog korištenja ureďaja velike snage koji uglavnom proizvode toplinu za velike kuhinjske ureďaje, kotlove i sl. Kada usporedimo različite prikaze (odnos 15-minutnih i satnih te 30-minutnih i satnih intervala) iz izvornih podataka vidimo da je krivulja potrošnje električne energije u satnim intervalima dobra aproksimacija s relativno malom pogreškom u odnosu na prikaz u 15-minutnim intervalima. MeĎutim, ako nam trebaju točniji podaci o maksimalnom i minimalnom opterećenju, 15-minutni prikaz je najbolji izbor jer se ti podaci jednostavno mogu izgubiti na prikazu u satnim koracima. U EES-u postoji velik broj potrošača i, naravno, svaki od potrošača troši električnu energiju na način i u trenutku kad to njemu najviše odgovara. Stoga se i potraţnja za električnom energijom tijekom dana mijenja. Osim dnevne promjene 25
Zaključak opterećenja postoje i tjedne promjene jer ni svi dnevni dijagrami opterećenja unutar tjedna nisu jednaki. Godišnje doba, takoďer, utječe na potraţnju električne energije. Na kraju i vrste potrošača u sustavu kao i odnos izmeďu pojedinih vrsta potrošača igraju značajnu ulogu na oblik dnevnog dijagrama opterećenja. Tu se prvenstveno misli na stupanj industrijalizacije zemlje ili područja koje zahvaća pojedini sustav kao i odnos izmeďu industrijske potrošnje i potrošnje u kućanstvima. 26
Popis literature 8. Popis literature 1. Božo Udovičić, Elektroenergetika, Školska knjiga, Zagreb, 1983. 2. FER Zagreb, Mjerenje i analiza potrošnje energije, Laboratorijske vježbe Priprema za prvu i drugu laboratorijsku vježbu, Zagreb, 2009. 3. Radoslav Zelić, Upravljanje odgodivom potrošnjom električne energije, Magistarski rad, Zagreb, 1999. 4. Energetski institut 'Hrvoje Požar' Zagreb, HEP Distribucija d.o.o. DP Elektrodalmacija Split, Darko Abramović, Goran Jadrijev, Goran Majstrović, Utjecaj novog tarifnog sustava na dnevni dijagram opterećenja, CIGRE, 2003. 5. Andrew Wright, Steven Firth, The nature of domestic electricity loads and effects of time averaging on statistics and on-site generation calculation, Rujan 2006., Leicester, Velika Britanija 6. C. H. Marton, A. Elkamel, T. A. Duever, An order specific clustering algorithm for the determination of representative demand curves, Lipanj 2007., Waterloo, Kanada 7. Matteo Manera, Angelo Marzullo, Modelling the load curve of aggregate electricity consumption using principal components, Kolovoz 2004., Milano, Italija 27