MMEE cv.4-2011 Stanovení množství obchodovatelného zboží mezi zákazníkem a dodavatelem Cíl: Stanovit množství obchodovatelného zboží (předmět směny) na energetickém trhu?
Diagram odběru, zatížení spotřebitele = předmětem směny na trhu V předchozích cvičeních byly definovány podmínky bez kterých by nemohla proběhnout směna zboží na trhu - transakce. Tyto základní podmínky jsou: Předmět směny – zboží Stanovení množství směňovaného zboží Protihodnota za směňované zboží - cena Čas realizace směny Způsob předání jednotlivých hodnot mezi stranami Způsob zrušení podmínek směny při jejich nedodržení Protože už víme, že předmětem směny je hodnota práce (bylo procvičeno), kterou lze realizovat energetickým zbožím, je nutné v dalším kroku transakce stanovit ze strany zákazníka množství směňovaného zboží, které potřebuje pro zajištění práce realizované svými energetickými spotřebiči v požadovaném čase. Od energetických spotřebičů se požaduje aby produkovaly práci v zadaném časovém intervalu T ve kterém jím musí být energetické zboží (příkon = koncový užitný energetický zdroj – KZ) kontinuálně dodáváno. Dodávka v příslušném čase může probíhat přímo ze ZS, nebo z naskladovaného zboží u spotřebitele, popřípadě kombinací těchto dvou variant- viz. obr.
Zásobovací systém
KZ
WE PE, str
P E= f(t)
PE, min
elektrická práce
PZ
elektrický výkon
PE [kWE]
PE, n = PE, max
WE
Tv=Tm
WE [kWh]
Spotřeba
t [hod, dny] T
Sklad
Tato časová závislost kontinuální dodávky zboží PE=f(t) - elektřina, PT=f(t) – teplo, PP=f(t) – plyn, se nazývá diagram zatížení (DZ) = diagram spotřeby. Z obrázku DZ pro elektřinu je zřejmé, že v časovém intervalu T dodávky se její výkonová hodnota pohybuje od minimálního potřebného výkonu PE,min, do maximálního výkonu PE,max. Velikost plochy pod průběhem DZ je právě celkové množství práce = dodaného spotřebičům během T (což z hlediska směny je obchodní interval při kterém byl pokryt požadavek spotřebitele). Z DZ lze vyčíst důležité údaje, které lze využít při definování velikosti dodávky v T a její optimalizaci dodávky:
1
1. Doba trvání výkonu dodávky (čára trvání výkonu), je hodnota potřebného výkonu která se pohybuje v T od PE,max, do PE,min, přičemž minimální hodnota je potřebná po celou dobu T. 2. Doba využití maxima Tv=Tm, je doba při které by bylo dodáno stejné množství zboží pokud by se dodávalo při jeho maximální výkonové hladině PE,max. 3. Průběh dodávky( spotřeby) = výrobní (spotřební) čára. – WE=f(PE), během intervalu dodávky T, která v rozmezí výkonu 0- PE,min, probíhá lineárně a pak se začíná v oblasti nekonstantní hodnoty mezi PE,min - PE,max, odchylovat od přímky se směrnicí úměrnou době trvání příslušného výkonu. Vzájemná závislost jednotlivých ukazatelů DZ vždy vychází ze základního vztahu pro práci: T
W E PE dt PE ,str T PE ,max Tm 0
Je zřejmé že v procesu směny by měl zákazník stanovit DZ svého odběru (požadavek na velikost a průběh směny), tak aby dodavatel mohl zajistit její vyrobení. Problém je ovšem, že i kdyby zákazník DZ stanovil (naplánoval) není možné ho úplně přesně dodržet. Načasování přesného průběhu DZ spotřeby není možné. Znamenalo by to direktivně stanovit spotřebičům jejich odběr na zadaném – obchodovaném požadavku, což je z hlediska proměnného požadavku spotřeby většinou nerealizovatelné.Vždy vznikne odchylka mezi sjednanou a skutečnou hodnotou odběru. Pokud bude obchodní interval směny 1 hod, lze situaci zobrazit následujícím obrázkem, kde je provedeno porovnání nasmlouvaného DZ zákazníka s jeho skutečnou reálnou změřenou hodnotou.
Samozřejmě že reálný průběh výkonu v rozmezí hodiny není konstantní, proto průběh DZ ve skutečnosti je hladká křivka. V důsledku této fyzikální reality je proto nutné v energetickém systému: neustále vyrovnávat nepřesně specifikovaný odběr na straně SS – regulovat okamžitou hodnotu odchylky dodávaného výkonu od zadaného výkonu odběru ze ZS zajistit dodavatele tohoto regulačního výkonu na straně ZS zaplatit dodavateli regulačního výkonu za tuto poskytnutou službu Z hlediska třetího kroku směného procesu (stanovení protihodnoty za směňované zboží = cena) nebude celková cena placená zákazníkem jen cenou dohodnutou s dodavatelem elektřiny, ale bude muset zaplatit i dodavateli regulačního výkonu za nedodržení svého
2
odběrového diagramu. Pro odběratele elektřiny platí při stanovení jeho nákladů na dodávku v tržním prostředí základní závislost: Cena energetického zboží bude závislá na sjednané hodnotě mezi zákazníkem a dodavatelem = cena silové elektřiny SE, a na schopnosti zákazníka dodržet přesně odběr svého objednaného zboží v obchodním intervalu. Čím nižší bude jeho odchylka od sjednané hodnoty, tím menší bude cena kterou bude muset zaplatit za vyregulování svého DZ. Stanovení co nejpřesnější hodnoty požadovaného množství energetického zboží a její dodržení při realizaci dodávky je základní problematika realizace směného procesu na trhu s energetickým zbožím s kontinuální dodávkou. Je tedy nutné mít v ES a všech ENS s kontinuální dodávkou dobré prostředky a metody pro plánování odběru, ale i prostředky a metody na určení reálné hodnoty obchodovaného zboží (měření), a prostředky na regulaci zákona zachování energie.
Metody určení DZ Určení odběrového diagramu ze strany zákazníka je velmi důležité. Stanovení DZ je možné na základě znalosti potřeby práce, kterou požadujeme od spotřebičů. Lze tedy definovat DZ v příslušném obchodovatelném T podle: 1. plánovaného zatížení spotřebičů, 2. odvození diagramu zatížení na základě odběratele se stejnými spotřebiči, 3. znalosti hodnot diagramu z předchozích období. ad1) Metodika určení DZ podle předpokládaného zatížení. Metodu určení DZ v obchodovatelném období se ukážeme na příkladu pokrytí tepelných požadavků spotřebitele v rodinném domku. Př.: Určete diagram zatížení spotřeby odběratele tepla za T=1 rok, který odebírá od teplárenského dodavatele teplo pro potřeby technicky užitkové vody (TUV) a ústředního vytápění (UV), jestliže požadovaná vnitřní teplota uvnitř objektu je ti = 20°C a maximální uvažovaná venkovní teplota je te,max = -12°C . Pro objekt byla z energetického auditu zjištěna hodnota tepelných ztrát qz = 0,25 W/m3K. Objekt je sídliště se 150 byty, přičemž na jeden byt připadá vnitřní objem vytápěného prostoru je 216 m3. Počet obyvatel v jedno bytu je v průměru 2,1. Délka topného období bude Mtop = 235 dní. Řešení: Celkovou spotřebu tepla pro daného odběratele lze rozdělit na dvě samostatné části:
te
ti TUV UV
a) pokrývání požadavku na teplou vodu pro technické využití (mytí, sprchování apod.) – TUV 3
b) pokrývání požadavku na teplou vodu pro topení – ústřední vytápění – UV. Základní obchodní interval T – (doba směny) bude jeden den (D). Kratší časový úsek pro přesnější stanovení diagramu zatížení není nutný, ani by neměl v případě tepla fyzikální opodstatnění. Obchodování na hodinové spotřebě by nepřeneslo žádné výrazné zpřesnění, ale naopak by komplikovalo celý systém obchodování (měření spotřeby tepla po hodinách) ad a) potřebu tepla QTTUV (tepelná práce WTTUV) lze považovat za konstantní hodnotu během celého plánovaného období T (rok) a dá se kvantifikovat na základě počtu osob obývající objekt. Spotřeba tepla pro TUV je odvozena z naměřených dat a její průměrná hodnota za jeden den je přibližně QDTUV = 3 kWh/osobu a den. Celková potřeba TUV: Q TUV Q TUV * poč.odb. * poč. dnů T D =3*150*2,1*365=345 MWh
tepelný výkon
PT [kWT]
Hodnota maximálního požadovaného výkonu v TUV: Q DTUV * poč.odb. 3 * 2,1 * 150 TUV PT, max 0,0394 MW 24 24 Diagram zatížení je znázorněn na obr.
TUV
P
T, max
TUV
PT
= f(t)
QTTUV
t [hod] T=8760
ad b) potřeba tepla QTUV (tepelná práce WTUV) není konstantní. Mění se v jednotlivých dne v závislosti na tepelném rozdílu mezi vnitřní ti (interiér)a vnější teplotou te (exteriér) při kterém odchází teplo do okolí objektu v důsledku tepelných ztrát obálky objektu (nedokonalé izolace). Hodnota maximálních tepelných ztrát vzniká při maximální uvažované roční venkovní te,max = -12°C a maximální potřebný tepelný výkon v intervalu T je pak: PT,UVmax PT , z q z * V * (t i t e , max )150 0,25 * 216 * ( 20 ( 12)) * 150 0, 259 MW Doba nižšího požadovaného výkonu bude narůstat (čára trvání výkonu) s narůstající venkovní teplotou, která se bude venku vyskytovat po delší dobu v T než te,max. Protože se nebude potřebovat teplo na UT po celou dobu T, pouze v topné sezóně, je nutno stanovit na základě limitní te,min, dobu topné sezóny.Odběratel by sice si mohl dohodnout dodávku podle svých stanovených potřeb, ale při dodávce z centrálních zásobovacích tepelných systémů (CZT) se vychází z vyhlášky č. 152/2001 Sb., která stanovuje povinnost dodávat teplo z CZT: Otopné období je čas, kdy jsou zdroje tepla uvedeny do stavu pohotovosti k dodávce tepla spotřebitelům, začíná 1. září a končí 31. května. Dodávka tepla se zahájí v otopném období, když průměrná denní teplota venkovního vzduchu v místě poklesne pod +13 °C ve dvou dnech po sobě následujících a podle vývoje počasí nelze očekávat zvýšení této teploty nad +13 °C
4
pro následující den. Průměrnou denní teplotou venkovního vzduchu je čtvrtina součtu venkovních teplot v 7, 14 a ve 21 hodin, přičemž teplota měřená ve 21 hodin se počítá dvakrát. Vytápění se omezí nebo přeruší v otopném období tehdy, jestliže průměrná denní teplota venkovního vzduchu v příslušném místě nebo lokalitě vystoupí nad +13 °C ve dvou dnech po sobě následujících a podle vývoje počasí nelze očekávat pokles této teploty pro následující den. Při následném poklesu průměrné denní teploty venkovního vzduchu pod +13 °C se vytápění obnoví. V podstatě to znamená, že se bude teplo dodávat v rozmezí teplot te,max = -12°C - te,min = +12°C, kdy bude požadovaný minimální výkon: PT,UVmin PT ,z q z * V * (t i t e ,min ) * 150 0, 25 * 215 * ( 20 13)) * 150 0,057 MW
Průběh čáry trvání výkonu od max. do min. hodnoty bude závislý na době trvání jednotlivých venkovních teplot. Musí se tedy vycházet ze statistických dat. Na obr. jsou znázorněny údaje o průměrných denních teplotách v ČR:
Průběh teplot se dá nahradit regresní křivkou ze které se dá vypočítat délka trvání příslušné venkovní teploty během roku. Lze ale rovněž vyjádřit bezrozměrnou křivku trvání teploty, pokud vztáhneme dobu trvání teploty na počet dnů období. Lze pak délku trvaní venkovní teploty stanovit pomocí bezrozměrné hodnoty trvání teploty vůči topnému období: M te, i M top Přičemž odpovídající teplotní rozdíl pro příslušný počet dnů Mte,i, mezi vnitřní a venkovní teplotou je:
(1 )0, 985
0 , 626
Přičemž, tento teplotní rozdíl je dán poměrem skutečného teplotního rozdílu vnitří a vnější teploty k uvažovanému (základnímu, výpočtovému):
5
t e ,min t e t e,min t e ,max
Bezrozměrná křivka trvání teplot pak znázorněna v grafu je:
Ze které můžeme venkovní teplotu: t e t e ,min (t e ,max t e ,min )
Pro sestrojení křivky je nutné provést výpočet z odečtených hodnot ν z křivky trvání teplot . Mte,i 235 196 147 98 49 20 10 5 0
ní 1 0,834 0,626 0,417 0,209 0,085 0,043 0,021 0
q 0 0,138 0,273 0,399 0,541 0,664 0,734 0,79 1
te 13 9,6 6,2 3 -0,5 -3,6 -5,4 -6,7 -12
P[MW] 0,096 0,124 151 0,177 0,206 0,231 0,245 256 0,299
Q[MWh] 958 855 693 500 276 125 69 39 7
Diagram trvání výkonu pro UV se přičte k diagramu pro TUV a dostane se výsledný diagram.
6
PT [kWT] tepelný výkon
UV
P T = f(t) QTUV TUV
P
T, max
Q
TUV T
T=235 dní
P TTUV= f(t)
t [hod]
T=8760
7
