Wspomaganie procesu eksploatacji napowietrznych linii elektroenergetycznych przez ograniczenie wpływu zimowych zjawisk atmosferycznych

maj

2014

279

Congress and Exposition, GT2007-41023, May 17-20, 2007, Montreal.

[12] Chmielniak T., Rusin A., Czwiertnia K., Turbiny gazowe. Ossoli-neum, Wrocław 2001.

[13] Badyda K., Miller A.: Energetyczne turbiny gazowe oraz układy z ich wykorzystaniem. Wydawnictwo Kaprint. Lublin 2011. [14] Gas turbines. Alstom.

http://www.alstom.com/power/fossil/gas--power/gas-turbines/, dostęp 14.05.2012.

[15] Wettstein H. E., The potential of GT combined cycles for ultra high efficiency. Proc. of ASME Expo 2012, GT2012-68586, June 11-15, 2012, Copenhagen, Denmark.

[16] Chiesa P., Macchi E., A thermodynamic Analysis of Different Options to Break 60% Electric Efficiency In Combined Cycle Po-wer Plants. Proc. of ASME Turbo Expo 2002, GT-2002-30663, June 2002, Amsterdam, The Netherlands.

[17] Kotowicz J., Job M., Modelowanie optymalnego układu gazo-wo-parowego ze spalaniem tlenowym. V Konferencja Naukowo--Techniczna “Energetyka Gazowa” 2013, Zawiercie, 9-11 paź-dziernika 2013.

[18] Kramsdal H. M., Jordal K., Bolland O., A quantitative compar-sion of gas turbine cycles with CO2 capture. Energy 2007, 32, p. 10-24.

[19] Pulverized Coal Oxy-combustion Power Plants. Report, DOE/ NETL-2007/1291.

[20] Badyda K., Charakterystyka złożonych układów z turbinami ga-zowymi. Rynek Energii 2010, 88(3), s. 80-86.

[21] Kotowicz J., Stan i perspektywy rozwoju układów gazowo-paro-wych. Archiwum Energetyki 2012, t. XLII, nr 1, s. 23-38.

Napowietrzne sieci elektroenergetyczne narażone są na oddziaływanie różnych zimowych, także ekstremalnych, ków atmosferycznych. Zgodnie z [1-3] w Polsce istnieją warun-ki sprzyjające występowaniu zjawisk powodujących oblodzenia przewodów na całym obszarze kraju. Co roku, w okresie prze-łomu między zimą i latem (w miesiącach luty, marzec, kwiecień) oraz na przełomie jesieni i zimy (listopad, grudzień), występują zmiany temperatury otoczenia w zakresach od +1o_{C do –1}o_C oraz –1o_{C do +1}o_{C. Opady deszczu przechodzą wtedy często} w opady mokrego śniegu i odwrotnie, mogą występować strefy przechodzenia opadu suchego śniegu w mokry. Taki opad posia-da właściwości powodujące jego osadzanie się na konstrukcjach i przewodach linii napowietrznych. Gdy proces trwa odpowiednio długo, skutkuje znaczącym obciążeniem mechanicznym linii.

Dr inż. Bogdan Ruszczak

dr inż. Michał Tomaszewski

Katedra Ekonomii, Finansów i Badań Regionalnych, Katedra Elektrowni i Systemów Pomiarowych, Politechnika Opolska Politechnika Opolska

Wspomaganie procesu eksploatacji napowietrznych

linii elektroenergetycznych przez ograniczenie wpływu

zimowych zjawisk atmosferycznych

Supporting the overhead power lines

operation process by reduction of winter weather

conditions influence

Rys. 1. Zniszczenia sieci przesyłowej i dystrybucyjnej w rejonie awarii w okolicach Szczecina (kwiecień 2008 r.) [4]

strona 

280

2014

napowietrz-nych powodowanapowietrz-nych warunkami zimowymi. Ostatnio odnoto-wane zdarzenia z kwietnia 2008 roku (rejon Szczecina [4]) oraz stycznia 2010 roku (Wyżyna Krakowsko-Częstochowska [5]) wskazują, że konieczne jest ograniczanie wpływu ekstremalnych zimowych zjawisk atmosferycznych na funkcjonowanie systemu elektroenergetycznego w Polsce (jego stabilności i niezawodno-ści). Do zadań operatorów sieci rozdzielczych należą działania zapobiegawcze, których główne cele to:

• zwiększenie odporności sieci na ekstremalne obciążenia zi-mowe (projektowanie linii odpornych na określone warunki atmosferyczne, stosowanie metod zmniejszających wpływ warunków atmosferycznych – antyicing, deicing),

• zorganizowanie sprawnego zarządzania kryzysowego (sys-temy ostrzegania, organizacja działań w przypadku wystą-pienia awarii, zorganizowanie szybkiej odbudowy linii).

Realizacja powyższych postulatów wymaga określenia ska-li i miejsca występowania omawianych zjawisk (opis obciążeń zi-mowych) oraz opracowania odpowiednich metod wspomagania operatorów sieci rozdzielczych na danym obszarze.

Opis obciążeń zimowych linii elektroenergetycznych w wa-runkach polskich przedstawiony w [6] pozwala na:

• określenie ryzyka występowania ekstremalnych obciążeń linii elektroenergetycznych powodowanych opadami mokre-go śniegu,

• usprawnienie procesu eksploatacji linii elektroenergetycz-nych,

• określenie metod, sposobów działania operatorów przy roz-ległych awariach sieci elektroenergetycznych.

Opis i zbadanie obciążeń zimowych wiąże się z wykona-niem, zgromadzeniem i analizą odpowiedniego materiału pomia-rowego dotyczącego oblodzeń (oblodzenia historyczne), które to działania wymagają długiego czasu. Wykorzystanie danych meteorologicznych z okresu kilkudziesięciu lat i opracowanie ich w celu symulacji obciążeń od śniegu i wiatru oraz przetworzenie za pomocą metod statystyczno-probabilistycznej analizy zja-wisk ekstremalnych pozwala wyznaczyć (dla założonego okresu powrotu zjawiska ekstremalnego) oczekiwane obciążenie prze-wodów linii śniegiem klejącym i oblodzeniem. Elementy przed-stawionego sposobu postępowania znajdują zastosowanie na różnych szczeblach procesu eksploatacji linii elektroenergetycz-nych i mogą być użyte do wspomagania pracy operatora sieci przesyłowej lub dystrybucyjnej.

W pracach [2, 7] przedstawiono propozycje działań przed-siębiorstwa przesyłowego lub dystrybucyjnego w zakresie ogra-niczania wpływu obciążeń zimowych i ich skutków. Obejmują one skuteczne postępowanie w stanach kryzysu, które jest uza-leżnione od:

• przygotowania w zakresie struktur organizacyjnych i perso-nalnych,

• przygotowania wyposażenia technicznego i logistycznego, • opracowania metod i narzędzi pozwalających na

przepro-wadzanie analiz i prognoz dotyczących wpływu obciążeń zimowych na funkcjonowanie sieci rozdzielczej,

• przeprowadzania okresowych ćwiczeń i symulacji.

Działanie w warunkach wystąpienia awarii sieci rozdzielczej wymaga zastosowania wspomagania komputerowego obejmu-jącego wszystkie fazy zarządzania kryzysowego. Powodowane jest to koniecznością łączenia informacji z różnych źródeł (takich jak: dane meteorologiczne, pomiary stanu linii elektroenerge-tycznych), skracaniem czasu dostępu do danych, potrzebą za-stosowania wizualizacji danych pozwalającej na szybką ocenę sytuacji, skracaniem czasu reakcji na zdarzenie. Ponadto takie rozwiązanie powinno być przydatne, przy wykorzystaniu odpo-wiednich narzędzi, na trzech poziomach podejmowania decyzji: strategicznym, taktycznym i operacyjnym (rys. 3).

Rys. 2. Zniszczenia sieci przesyłowej w rejonie Wyżyny Krakowsko-Częstochowskiej (styczeń 2010 r.) [5]

Rys. 3. Poziomy podejmowania decyzji (horyzont planowania działań) w zakresie przeciwdziałania zimowym obciążeniom

linii elektroenergetycznych [8]

Proces obsługi niekorzystnych zdarzeń zimowych przez operatora obejmuje integrację trzech głównych obszarów. Po-cząwszy od wielowymiarowej analizy danych, poprzez wnio-skowanie, do podejmowania odpowiednich działań w zakresie zarządzania kryzysowego. Kolejny schemat przestawia zesta-wienie elementów tego procesu (rys. 4.).

Podstawą systemu monitoringu zagrożeń systemu rozdziel-czego są pomiary pochodzące z urządzeń rejestrujących pracę systemu przesyłowego oraz stan elementów infrastruktury. In-formacje te powinny być uzupełniane o dane napływające z baz danych innych służb, funkcjonujących poza operatorem sieci przesyłowej lub dystrybucyjnej [7]: dane z sąsiadujących syste-mów rozdzielczych, bieżące dane meteorologiczne oraz prognozy pogody, informacje przekazywane przez administrację rządową

maj

2014

281

ostrze-gania). Na podstawie informacji z monitoringu zagrożeń system ostrzegania może opracowywać wielowariantowe prognozy i sce-nariusze możliwego rozwoju zdarzeń [9]. Celem jego działania jest ocena stopnia zagrożenia sieci elektroenergetycznej poprzez analizę i weryfikację danych określających aktualny stan funkcjo-nowania sieci rozdzielczej oraz prognozowanie możliwości wystą-pienia zagrożenia (wczesne rozpoznanie sytuacji kryzysowej).

W zakresie operacyjnego poziomu podejmowania decyzji głównymi celami systemu są:

• dostarczanie danych do systemów wczesnego ostrzegania o wystąpieniu stanu awaryjnego oraz jego skali,

• wspomaganie działań w przypadku wystąpienia awarii sie-ciowej,

• wspomaganie harmonogramowania rutynowych czynności serwisowych oraz okresowych napraw i remontów elemen-tów infrastruktury sieciowej.

Wymienione działania powinny być planowane na podsta-wie: bezpośredniego monitoringu linii elektroenergetycznych określającego stan przewodów linii elektroenergetycznej (wiel-kość depozytu oblodzenia, położenie przewodów), monitoringu bieżących warunków atmosferycznych oraz krótkoterminowej prognozy ich zmian (określanej na podstawie odpowiednich mo-deli matematycznych).

strona 

282

2014

• informowanie o możliwości wystąpienia stanu awaryjnego, •

wspomaganie wyboru metod odladzania linii elektroenerge-tycznych,

• instruowanie i szkolenie obsługi w zakresie podejmowania czynności i decyzji w sytuacji reagowania w stanach awaryj-nych, itp.,

• wspomaganie planowania procesu eksploatacji linii elektro-energetycznych, wspomaganie gospodarki remontowej,

Proponowane rozwiązanie może wspierać powyższe czyn-ności poprzez: wyznaczanie dynamiki zmian monitorowanych parametrów, prognozowanie stanów awaryjnych, symulowanie wielowariantowych scenariuszy możliwego rozwoju zdarzeń.

Na strategicznym poziomie podejmowania decyzji baza da-nych historyczda-nych i uzupełniana na bieżąco baza wiedzy (przy użyciu odpowiednich modułów wnioskujących) mogą służyć do: •

identyfikacji potencjalnych zagrożeń i ich skali ich występo-wania,

• wyboru strategii przeciwdziałania obciążeniom zimowym, • wyboru strategii eksploatacji linii rozdzielczych na danym

obszarze,

• opracowania dokumentów normatywnych,

• opracowania wskazówek i zaleceń dotyczących wyboru technologii konstrukcyjnych,

• planowania budowy linii napowietrznych,

• planowania i realizacji odnowy i modernizacji istniejących linii.

Poza zastosowaniem wspomagania komputerowego dla poszczególnych działań w ramach zarządzania kryzysowego celowe jest zastosowanie systemu komputerowego integrują-cego narzędzia zastosowane w poszczególnych fazach. Moż-liwe jest stworzenie nowego systemu wspierającego działania operatora w celu ograniczenia skutków rozległych awarii linii napowietrznych wywołanych ekstremalnymi zjawiskami atmos-ferycznym lub rozbudowa obecnych, funkcjonujących systemów o nowe elementy związane z ograniczaniem wpływu zimowych warunków atmosferycznych na pracę sieci elektroenergetycz-nej. Obecnie autorzy pracują nad prototypem takiego systemu.

Wdrożenie proponowanego rozwiązania i użytkowanie go w od-powiednio długim okresie pozwoli na zebranie szerszej informa-cji o warunkach atmosferycznych wpływających istotnie na pro-ces eksploatacji linii elektroenergetycznych.

PIŚmIENNICtWo

[1] Rakowska A., Grzybowski A., Stiller J.: Czy grożą nam awarie systemowe wywołane zjawiskami klimatycznymi? Energetyka 2009, nr 7.

[2] Tomaszewski M., Bartodziej G.: Prevention of effects of overhe-ad lines failures caused by ice and snow overhe-adhesion and accre-tion, Cold Regions Science and Technology, Vol. 65, 2011, pp. 211-218.

[3] Tomaszewski M., Ruszczak B.: Analysis of frequency of occur-rence of weather conditions favouring wet snow adhesion and accretion on overhead power lines in Poland, Cold Regions

Science and Technology, Vol. 85, 2013, pp. 102-108.

[4] Bartodziej G., Tomaszewski M.: Blackout w rejonie Szczecina. Uwagi i wnioski. Energetyka 2008, nr 10.

[5] Kuczkowska I.: Awarie w sieci przesyłowej, Biuletyn

PSE-Ope-rator S.A. 2010, nr 1.

[6] Tomaszewski M., Ruszczak B.: Analysis of frequency of occur-rence of weather conditions favouring wet snow adhesion and accretion on overhead power lines in Poland, Cold Regions

Science and Technology, Vol. 85, 2013, pp. 102-108.

[7] Bartodziej G., Tomaszewski M. (red.): Problemy rozległych awa-rii sieci elektroenergetycznych. Wydawnictwo Nowa Energia, Racibórz 2010.

[8] Ruszczak B., Tomaszewski M., Planowanie działań operatora sieci elektroenergetycznej w celu ograniczania wpływu zimo-wych zjawisk atmosferycznych, Nowa Energia 2014, nr 1. [9] Kołodziński E.: Istota inżynierii systemów zarządzania

bez-pieczeństwem, http://www.infocorp.com.pl/publikacje, dostęp 12.09.2008.

Politechnika Opolska,

Katedra Elektrowni i Systemów Pomiarowych oraz Katedra Zarządzania Energetyką oraz Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w Warszawie

organizują w dniach

16-18 czerwca 2014 r.

w Szczyrku

XIV MIĘdZyNaRodoWą KoNfERENCjĘ NauKoWo-TEChNICZNą

pod patronatem Wicepremiera i Ministra Gospodarki dr. inż. Janusza Piechocińskiego oraz Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego prof. Leny Kolarskiej-Bobińskiej

FORUM ENERGETYKÓW