HR0400015
Mario Klarić, dipl.ing, Dr.sc. Igor Kuzle, Prof. dr. se. Sejid Tešnjak
Fakultet elektrotehnike i računarstva Zagreb, Hrvatska
POTROŠAČI JALOVE SNAGE U UVJETIMA OTVORENOG TRŽIŠTA
Sažetak
Liberalizacijom tržišta električne energije potrošači dobivaju mogućnost odabira providera sistemskih usluga. Određenim potrošačima treba za njihov normalan pogon omogućiti potrošnju jalove snage.
Do danas u liberaliziranim tržištima u svijetu, potrošači su uglavnom plaćali usluge vezane uz jalovu snagu preko naplata za potrošenu energiju i instaliranu djelatnu snagu.
Za potrošenu jalovu energiju plaćaju se uglavnom penali ovisno o instaliranom faktoru snage ili iznosu potrošene jalove energije.
U ovom radu opisani su neki postojeći tarifni sustavi i načini naplate u svijetu te su predložene nove smjernice naplate potrošene jalove energije.
REACTIVE POWER CONSUMERS IN THE LIBERALIZED POWER MARKET
Abstract
With the liberalisation of electric power market, the consumers are provided with the possibility of choosing their own supplier of ancillary services. Some consumers need reactive power for normal operation of their facilities.
Till the present time in the liberalised power markets in the world, consumers were mostly paying reactive power services through the payments for consumed energy and installed active power. For the consumed reactive energy penalties are paid in the most cases depending on power factor or consumed reactive energy. This paper reviews existing retail tariffs and suggests new directions for retail pricing of reactive power.
1. UVOD
Jalova snaga je nerazdvojni dio svakog elektroenergetskog sustava. Vrlo je bitna za prijenos električne energije te naročito za regulaciju napona. Budući da utječe na iznos napona, ima značajan utjecaj i na stabilnost i sigurnost pogona elektroenergetskog sustava. Prevelika odstupanja napona od nazivne vrijednosti rezultiraju povećanim
gubicima u elektroenergetskom sustavu, pregrijavanjima motora i druge opreme te sustava sa značajnim gubicima. Stoga je za pravilno funkcioniranje elektroenergetskog sustava potrebno uravnotežiti proizvodnju i potrošnju jalove snage. Budući da su napon i jalova snaga usko povezani, moguće je održavati napon u EES-u regulacijom proizvodnje i potrošnje jalove snage. Jalova se snaga može proizvoditi generatorima, ali isto tako i sinkronim kompenzatorima te različitim komponentama prijenosnog i distribucijskog sustava (kondenzatorske baterije, prigušnice, uređaji energetske elektronike).
Dvije su temeljne vrste potrošača jalove snage:
• potrošači s neposrednom potražnjom jalove snage čije opterećenje ima coscp<1.
Ova potražnja se očituje iz potrošnje jalove snage koja se mjeri izravno na strani potrošača;
• potrošnja jalove snage koja je posljedica tokova snaga unutar EES-a. Za prijenos djelatne snage potrebna je jalova snaga koja će pokriti njenu potrošnju u vodovima.
Ključna značajka jalove snage je vremenska brzina promjene njene potrošnje. Potrebe EES-a za jalovom snagom stalno se vremenski mijenjaju uslijed promjena opterećenja, nepredvidivih okolnosti u pogonu i promjenjive potrebe za regulacijom napona i jalove snage pri prijenosu djelatne snage.
Cijene jalove energije trebale bi omogućiti providerima te usluge razuman profit (ili ekvivalentno pokrivanje troškova). Pri tome bi provider! trebali davati povratne informacije potrošačima koje bi im omogućile da izaberu učinkovit način potrošnje jalove električne energije.
2. TROŠKOVI USLUGA JALOVE SNAGE
Troškovi usluga jalove snage ovise o kompenzacijskim uređajima odnosno o prirodi opterećenja. S jedne strane potrošači s opterećenjima koja se sporo mijenjaju zahtijevaju statičku opremu za regulaciju jalove snage (poput kondenzatora i prigušnica). S druge strane potrošači s opterećenjima koja karakteriziraju brze promjene, kao što su elektrolučne peći, zahtijevaju uređaje za regulaciju jalove snage koji mogu pratiti te dinamičke promjene za potražnjom jalove snage (takvi uređaji su SVC uređaji i sinkroni kompenzatori koji mogu pratiti vrlo brze promjene jalove snage te generatori čiji je odziv nešto sporiji).
Troškovi za kompenzaciju jalove snage statičke prirode su puno manji od troškova za zadovoljavanje dinamičkih potreba (tablica 1.). Razlog je taj što su kapitalni troškovi opreme za statičku kompenzaciju (poput kondenzatora) za red veličina manji od uređaja za dinamičku kompenzaciju (kao što su sinkroni kompenzatori, generatori, SVC...).
Tablica 1. Kapitalni troškovi i troškovi pogona opreme za kompenzaciju jalove snage
Tip opreme
Generator Sinkroni kompenzator Kondenzator, prigušnica SVC uređaji STATCOM uređaji
Brzina odziva
brza
brza spora, diskontinui rana brza brza
Sposobnost održavanja napona
odlična, dodatni kratkoročni kapacitet odlična, dodatni kratkoročni kapacitet slaba, opada s V2
slaba, opada s V2
dovoljna, opada s V
Troškovi kapitalni
($/kvar) Teško razlikovati
30-35
8-10
45-50 50-55
pogona visoki
visoki
vrlo niski
umjereni umjereni
oportunitetni DA
NE
NE
NE NE
Troškovi proizvodnje jalove snage također sadržavaju neke nekapitalne troškove kao što su troškovi goriva, osoblja i dr. Dugoročno gledano, nekapitalni troškovi su puno manji od kapitalnih.
Na troškove usluga vezanih uz jalovu snagu utječe i nekoliko drugih čimbenika:
• Jalova snaga se ne može prenijeti na velike udaljenosti pa kompenzacija jalove snage mora biti dostupna po cijelom sustavu. Prijenos jalove snage na velike udaljenosti povećava potrebnu jalovu snagu te gubitke djelatne snage u sustavu;
• Budući da sustav sam za sebe troši jalovu snagu, potrebno je kontrolirati napon na cijelom prijenosnom sustavu;
• Zbog promjene prirode opterećenja sustava ponekad je potrebno u istom danu proizvoditi ili trošiti jalovu snagu na nekoj lokaciji u sustavu;
• EES zahtijeva izvore jalove snage koji premašuju očekivane iznose potrošnje jalove snage.
Zbog razlika u učinkovitosti, načinu rada i troškovima različitih uređaja, jalova snaga se obično proizvodi i statičkim i dinamičkim uređajima u sustavu. Stoga, troškovi usluga vezanih uz jalovu snagu ovise o statičkim i dinamičkim značajkama potrošača. Također je bitno napomenuti da se optimalna cijena jalove snage određuje iz optimalnih tokova snaga, čime se minimiziraju troškovi sustava vezani uz proizvodnju generatora, tokove snaga i napone sabirnica. Također, ovi troškovi ovise o vremenu i lokaciji prijenosa, pa može doći i do značajnih razlika u graničnoj cijeni jalove snage. Uslijed toga su tržišta jalovom snagom geografski vrlo mala pa se lako može dogoditi da pojedini proizvođači
imaju veliku tržišnu moć na nekom području.
Tržišno natjecanje u području proizvodnje postavlja imperativ na praktična ugovaranja za postavljanje cijena jalove snage. Jedan takav način je dugoročno ugovaranje s pojedinačnim proizvođačima. Time bi se umanjila tržišna moć strateški lociranih proizvođača te bi se pri tom uskladilo ugovaranje razvoja novih dugoročnih izvora jalove snage.
Cijene u distribuciji za usluge vezane uz jalovu snagu moraju se temeljiti na veleprodajnim cijenama i to vezano uz investicije i potrošnju. Maloprodajne cijene trebaju omogućiti nezavisnom operateru tržišta (Independent System Operator, ISO) da nadoknadi troškove pružanja usluge regulacije napona i jalove snage. One također trebaju omogućiti providerima ove usluge "normalan" profit te omogućiti investicije u uređaje za proizvodnju jalove snage. Također, trebaju pružati poticaj potrošačima za korekciju faktora snage, a naročito za smanjenje opterećenja jalovom snagom koja se brzo mijenjaju budući da su takva opterećenja posebice nepogodna za opskrbljivanje.
Pristup načinu određivanja cijena mora biti jednostavan da bi bio šire prihvaćen.
U liberaliziranim tržištima u svijetu tarife za cijene jalove snage su uglavnom određene na tri načina ovisno o:
• izravnoj potrošnji jalove snage,
• modificiranim parametrima za naplatu djelatne snage,
• faktoru snage.
Većina elektroprivrednih poduzeća naplaćuje penale odnosno daje nagrade za potrošače koji ne spadaju u kategoriju kućanstva, a čiji je faktor snage ispod odnosno iznad određene vrijednosti. Ta se vrijednost kreće između coscp=0,8 i cos(p=1. Za HEP ona iznosi 0,95. lako većina poduzeća naplatu ove usluge određuje iz veličine faktora snage, algoritmi koji se pri tom rabe su različiti. Ti se algoritmi mogu podijeliti u tri grupe:
1. skupina - naplata prema potrošenoj jalovoj energiji
Naplata se izvodi prema potrošnji jalove snage izmjerenoj pomoću instalirane jalove snage (kvar) ili potrošene jalove energije (kvarh) Predmetnim tarifama se računa naplata za jalovu snagu prema maksimalnoj instaliranoj jalovoj snazi (kvar) ili prema ukupno potrošenoj jalovoj energiji (kvarh). U SAD-u preko polovice poduzeća naplaćuje jalovu snagu prema iznosu s kojim maksimalna jalova snaga prelazi unaprijed određeni postotni iznos (z posto) potrošene maksimalne djelatne snage.
NQ = r-max {O, Q - z«P} (1)
gdje je r cijena jalove snage (npr. $/kvar), a Q maksimalna instalirana jalova snaga potrošača (kvar), dok je P je maksimalna instalirana djelatna snaga potrošača. Općenito gledano naplata jalove snage računa se umnoškom cijene jednog kvar-a i iznosa kojeg maksimalna jalova snaga prijeđe iznad unaprijed određene vrijednosti z posto od maksimalne instalirane djelatne snage. Vrijednosti r i z se razlikuju od poduzeća do
poduzeća. Vrijednost r kreće se u granicama 0,10-1,75 $/kvar s prosječnom vrijednošću koja je oko 0,43 $/kvar. Vrijednost za z kreće se između 0,10 i 0,62. Kako je već spomenuto dopušteni faktor snage u HEP-u iznosi coscp=0,95 što odgovara veličini z=0,33. Većina poduzeća u liberaliziranim tržištima ima vrijednost ovog parametra oko 0,50 što odgovara faktoru snage coscp=0,89. Neka poduzeća nude varijacije na naplatu jalove snage iz [1]. Tako primjerice mogu ponuditi poticaje za potrošače čiji faktor snage prelazi unaprijed definiranu vrijednost. Tada jednadžba za naplatu jalove snage dobija oblik:
NQ = r'[Q-z«P] (2)
Nerijetki su slučajevi da se naplaćuje potrošnja jalove energije:
NQ = r- max {O, WQ - z«WP} (3)
gdje je r izražen u $/kvarh, WQ potrošena jalova energija u kvarh, WP potrošnja djelatne snage. U drugim slučajevima, troškovi jalove snage za tekući mjesec mogu se odrediti pomoću troškova u proteklih 11 mjeseci. Ovo je ujedno i najčešći slučaj naplate jalove snage odnosno energije u Europi. Ovim načelom računanja služi se i HEP. Trenutna tarifa u HEP-u kreće se između 0,10 i 0,15 Kn/kvarh ovisno o tome da li se radi o višoj ili nižoj tarifi. U tablici 2. dane su tarifne cijene koje se odnose na ovu stavku za neke druge zemlje. Cijene su radi usporedbe svedene na valutu hrvatske kune po srednjem tečaju HNB-a od 11. lipnja 2003. godine
Tablica 2. Trenutne tarife za potrošenu jalovu energiju u nekim zemljama država
Mađarska Slovenija Grčka Singapur Švicarska Estonija i Baltik
Njemačka Hrvatska
tarifa (HRK/kvarh) 0,05-0,08 0,07-0,14
0,03 3-4,68
0,26 0,03 0,07 0,1-0,15
2. skupina - naplata prilagođavanjem veličina koje se obračunavaju
Naplata se izvodi prilagođavanjem instalirane djelatne snage koja se naplaćuje (BkW) ili potrošene djelatne energije (kWh) prema faktoru snage potrošača. Poduzeća koja koriste metode za obračun iz ove skupine, prilagođavaju zahtjeve za naplatu djelatne snage ili potrošene djelatne energije prema faktoru snage potrošača. Prilagođavanje se izvodi omjerom unaprijed određenog dozvoljenog faktora snage te trenutnog faktora snage potrošača u pogonu. Zahtjev za naplatu povećava se ako stvarni faktor snage padne ispod dozvoljene vrijednosti. Prilagođavanje se izvodi korištenjem izraza:
NQ = P'max{PFtr, PFavg}/PFavg (4)
gdje je P maksimalna mjesečna snaga potrošača, PFtr dozvoljeni faktor snage od strane elektroprivrednog poduzeća, PFavg prosječni mjesečni faktor snage potrošača. Ova jednadžba nameće naplatu jalove snage u slučaju da prosječni mjesečni faktor snage padne ispod dozvoljene vrijednosti. Neizravna naplata jalove snage ovisi o izravnoj naplati za instaliranu radnu snagu:
Neizr.Napl.Jal.Sn - PD-P'max{0, PFtr - PFavg}/ PFavg (5) gdje je PD tarifa za instaliranu djelatnu snagu u $/kW.
Većina poduzeća s ovakvim načinom obračuna imaju dozvoljeni faktor snage između 0,85 i 0,9 sa srednjom vrijednošću oko 0,86. Ovo se prilagođavanje može raditi i na tarifi za potrošenu djelatnu energiju.
3. skupina — naplata prilagođavanjem faktora snage računu potrošača
Naplata se izvodi postavljanjem drugih metoda ovisnih o faktoru snage potrošača.
Poduzeća u ovoj skupini koriste različite metode prilagođavanja računa za električnu energiju potrošača prema njihovim faktorima snage. Prilagođavanja se rade na ukupnom računu koji uključuje pretplatu, potrošenu djelatnu energiju te instaliranu djelatnu snagu.
Za većinu poduzeća prilagođavanja se izvode jednostavnim matematičkim operacijama koje uključuju faktor snage potrošača i dozvoljeni faktor snage. Neka poduzeća definiraju multiplikatore koji ovise o faktoru snage na složeni način.
Ustrojem otvorenog tržišta za očekivati je da će se različitim načinom obračunavanja naplate jalove snage, kod različitih elektroprivrednih poduzeća, pojavljivati velike razlike u iznosima koje potrošači moraju platiti.
3. VREDNOVANJE POSTOJEĆIH TARIFA
Tarife trebaju pokriti gubitke nastale u mreži te omogućiti profit u razumnim granicama.
Ne bi trebale ovisiti o udaljenosti (tzv. Posf Stamp načelo). Tarife na liberaliziranom tržištu električne energije nediskriminirajuće su te daju potrošačima najekonomičniji izbor uz optimalnu sigurnost opskrbe.
Postojeće tarife imaju tri značajna nedostatka:
Priznavanje samo lokalnih troškova
Sve postojeće tarife mjere potrošnju jalove snage prema varijablama koje su nepotpuni indikatori uporabe jalove snage od strane potrošača. Nepotpunost se pojavljuje uslijed statičke i lokalne prirode ovih varijabli. Varijable Q, WQ, P/Q omjeri i faktori snage, pokazuju udio jalove snage koje potrošač koristi na svojoj lokaciji samo ako ima konstantno opterećenje tijekom vremena. Za većinu potrošača čija se opterećenja sporo
mijenjaju tijekom vremena, troškovi jalove snage se nadomještaju u elektroenergetskom sustavu iznosima koji možda nisu ovisni o ovim varijablama.
Nemogućnost prepoznavanja dinamičkih potreba jalove snage
Za mali broj potrošača čija se opterećenja brzo mijenjaju, troškovi jalove snage koji se pojavljuju u EES-u mogu spriječiti odnosno umanjiti troškove koji su se pojavili blizu lokacije potrošača, a ovi troškovi mogu biti potpuno nepovezani sa statičkim mjerenjima potrošnje jalove snage.
Nerazmjer među tarifama
Veliki nerazmjeri među tarifama različitih poduzeća su pokazatelj da se te tarife temelje na širokim i neusklađenim pretpostavkama o troškovima jalove snage i mjerenjima tih troškova, ako se uopće i temelje na njima. Neke tarife mogu naplatiti isključivo troškove jalove snage koji su nastali zbog niskog faktora snage opterećenja. Pritom ne uspijevaju prepoznati opterećenja jalovom snagom uzrokovana opterećenjem djelatnom snagom, uključujući i opterećenja jalovom snagom uzrokovana promjenama opterećenja djelatnom snagom. Neke tarife pak naplaćuju puno šire troškove od ovih. Tržišno natjecanje neće dopustiti nastavak ovih nedosljednosti budući da će raslojavanje usluga pri liberalizaciji elektroenergetskog sektora spriječiti dosadašnju praksu u reguliranim sustavima da se troškovi jalove snage prikriju pod ukupnim troškovima usluge. Računi za električnu energiju trebat će biti strogo transparentni te će tako biti jasno vidljivi pojedini troškovi za naplatu električne energije uključujući i troškove jalove snage.
4. PREPORUKE ZA BUDUĆE NAPLA TE JALOVE SNAGE
Buduće tarife za naplatu jalove snage biti će pod velikim utjecajem regulatorne politike.
Tarife rastu brže od inflacije zbog rasta elektroenergetskog sustava, investicija u održavanje postojeće opreme te zbog subvencioniranja obnovljivih izvora.
Subvencioniranje obnovljivih izvora obvezno je za članice EU po Direktivi 96/92/EC Europskog vijeća. Preporuke za naplatu jalove snage u budućnosti su:
Refunkcionalizacija troškova
Najjednostavniji pravac za reformu cijena jalove snage jest da vlasnik prijenosne mreže (u najčešćem slučaju je to sam nezavisni operater sustava) refunkcionalizira troškove jalove snage u zasebnu kategoriju usluga. Ovi troškovi se mogu nadoknaditi od krajnjih potrošača kombinacijom naplata za radnu i jalovu snagu. Svi tipovi naplate ustrojeni su tako da utječu na potrošača da smanji troškove jalove snage, te da istodobno nezavisni operater sustava u potpunosti naplati troškove usluge regulacije napona i jalove snage.
Razlikovanje usluga
Složeniji pristup naplati jalove snage razlikuje tarifne cijene po vremenu i zemljopisnoj zoni potrošnje. Prednost ovog razlikovanja je da dostavlja potrošačima točne informacije o troškovima koje njihova potrošnja jalove snage čini u sustavu. Kombinacijom naplate djelatne i jalove snagu te pretplate na ove usluge, takvo postavljanje cijena jalove snage razlikovanjem usluga se može primijeniti bez značajnih utjecaja na krajnjeg potrošača.
Reformiranje troškovne baze učinkovitog postavljanja cijene
Glavna poteškoća reformiranju sustava naplate jalove snage leži u određivanju učinkovitih cijena jalove snage. Na razini krajnjeg potrošača ove cijene trebale bi primarno reflektirati granične troškove usluge regulacije napona i jalove snage i trebale bi se razlikovati prema dinamičkoj prirodi opterećenja jalovom snagom. Granični troškovi, prije nego pogonski troškovi, prikladna su baza za određivanje cijena jalove snage jer su granične cijene djelotvorne, a osim toga otvoreno tržište jalove snage tjerat će cijene prema graničnoj cijeni. Kapitalni troškovi su prikladni za određivanje cijena jalove snage jer su to glavni troškovi jalove snage. U budućem otvorenom tržištu jalovom snagom će se, kao sistemskom uslugom, trgovati primarno dugoročnim ugovorima koji reflektiraju kapitalne troškove povećanih investicija u usluge regulacije napona i jalove snage.
Budući da su kapitalni troškovi statičkih i dinamičkih izvora jalove snage bitno različiti, trebale bi se postaviti i različite cijene za potrošače statičkog i dinamičkog karaktera.
Razlikovanje cijena jalove snage za potrošače statičkog i dinamičkog karaktera je prikladno i zbog iznimno različitih troškova pogona ova dva tipa uređaja.
5. ZAKLJUČAK
Liberalizacijom tržišta električne energije doći će i do otvaranja tržišta jalovom snagom i ostalim sistemskim uslugama. Zbog očekivanog povećanja industrijalizacije te intenzivno rastućeg tržišta računalnih i klima uređaja kao i rasta potrošnje djelatne snage, za očekivati je i velik porast potrošnje jalove snage u Republici Hrvatskoj. Stoga je potrebno prilagoditi stavke u tarifnom sustavu za potrošače koji imaju loš faktor snage. Te stavke u obliku penala i subvencija trebale bi poticati potrošače na instaliranje potrebne opreme za poboljšanje faktora snage. Poboljšanjem faktora snage izbjegavaju se promjene i nestabilnosti napona, oslobađa se kapacitet transformatora i vodova za prijenos djelatne snage, smanjuju se gubici djelatne snage, produljuje se vijek trajanja opreme te naposljetku smanjuju se troškovi za električnu energiju. Time se izbjegava dosadašnja praksa oslanjanja na kapacitete prijenosa.
Sigurno je da će ustrojem otvorenog tržišta tarifne cijene kao i maksimalni dozvoljeni faktor snage kod pojedinih providera određivati tržišni zakoni.
6. LITERATURA
[1] F.AIvarado, R. Broehm, A. Panvini: Retail Pricing of Reactive Power Service, EPRI Conference on Innovative Approaches to Electricity Pricing; La Jolla, CA, USA;
March, 27-29, 1996
[2] Tarifni sustav za usluge elektroenergetskih djelatnosti koje se obavljaju kao javne usluge; Narodne Novine 101/2002, Zagreb, 2002.
[3] www.elektro-ljubljana.si, Tarifne postavke
[4] www.elmu.hu, Budapest! Elektromos Muvek, Kundeninformation ueber die ab 01.02.2003. geltenden Strompreise
[5] www.energia.ee, Mandatory price list of Eesti Energia as for electric power at a voltage 0.4 kV (0.22 kV)
[6] www.tb-wil.ch, Elektrizitaets-Versorgung, Preisen [7] www.lew.de, Preisen, Allgemeiner Tarif
