W systemach elektroenergetycznych zachodzą wielkie i nie mniemające precedensu zmiany. Dotyczy to zarówno zakresu zmian, jak i ich skali. Zmiany te równocześnie dokonują się wewnątrz systemów jako naturalna konsekwencja ich rozwoju (wielkie systemy połączone) i rozwoju nowoczesnych technologii (HVDC, FACTS), ale także wymuszone są z zewnątrz pod hasłami urynkowienia i demonopolizacji elektroenergetyki oraz zaostrzających się kryteriów ochrony środowiska.

Po okresie względnie ustabilizowanego rozwoju systemów elektroenergetycznych wydaje się, że doszły one do pewnych barier rozwojowych. Rosnąca złożoność wielkich systemów, ilość mocy instalowanych i przesyłanych w połączeniach międzysystemowych spowodował, że wypracowane ponad trzydzieści lat temu zasady współpracy międzysystemowej nie są już niestety wystarczające do bezpiecznego prowadzenia ruchu systemów. Awarie lat sześćdziesiątych i siedemdziesiątych doprowadziły do wypracowania metod i kryteriów, które uczyniły systemy elektroenergetyczne bardzo niezawodnymi na następne trzy dekady. Względy bezpieczeństwa systemowego spowodowały wówczas zmianę filozofii zabezpieczeń systemu, sprowadzającą do lepszej ochrony generatorów i sieci, aby można było po awarii szybko przywrócić zasilanie. Jako środek zapobiegawczy całkowitemu rozpadowi systemu zastosowano samoczynne częstotliwościowe odciążenie SCO. Zasada n – 1 stała się bezwzględnie obowiązującą w planowaniu rozwoju i pracy systemu, a dla większego bezpieczeństwa dokonywano jeszcze analizy słabych miejsc w systemie i wypadnięć wielokrotnych według najgorszego scenariusza. Uwypuklono istotne znaczenie właściwej koordynacji zabezpieczeń w celu zapobiegania kaskadom wyłączeń. Zdefiniowano zlecenie równomiernego rozłożenia mocy regulacyjnej w systemie i na koniec rekomendowano konieczność wzmacniania połączeń międzysystemowych jak najsłabszych ogniw w systemów wielkich w stanach przejściowych.

Działanie te zaowocowały zdecydowaną poprawą niezawodności. Niestety formuły te są już niewystarczające, przy rosnącej ciągle wielkości systemów, gdzie nie ma praktycznie dziedzin gospodarki i życia, które nie zależałyby od elektroenergetyki. Ta forma przesyłu energii wyraźnie dominuje we współczesnym świecie. Konkurencyjny rynek światowego handlu wymusza zaś od gospodarek poszczególnych krajów poszukiwania sposobów obniżenia kosztów, w których energia stanowi istotny składnik. Demonopolizacja elektroenergetyki ma być drogą do wymuszenia jej efektywności i obniżenia cen. Rządy poszczególnych krajów wspierają czynniki decydujące o konkurencyjności własnej gospodarki. Unia Europejska wyznaczyła rok 2006 jako moment liberalizacji rynku energii, co przyspieszyło przygotowania w poszczególnych krajach. Trend ten nałożył się na wspomniane bariery samorozwoju i upoważnia do stwierdzenia, że elektroenergetyka znalazła się na ważnym zakręcie rozwoju.

Nie ma wątpliwości, że zarówno wymienione czynniki wewnętrzne, jak i zewnętrzne ekonomiczne w sposób istotny rzutują i będą wymuszały zmiany sposobu rozwoju systemów, ale przede wszystkim prowadzenia jego ruchu. Obecne zasady sterowania systemem wymagać będą rewizji i być może zupełnie nowe cele sterowania będą określone. Już obecnie można spotkać prace kwestionujące zasadność sterowania systemem na podstawie bardzo ścisłego utrzymywania częstotliwości. Postuluje się odejście od bardzo wąskiej regulacji częstotliwości lub opracowanie alternatywnych celów sterowania. Szczególnie po utworzeniu wielu połączeń międzysystemowych i rozwoju międzynarodowego handlu energią elektryczną na pierwszy plan wyszedł problem skutecznego kontrolowania nieplanowych wymian pomiędzy systemami. Z drugiej strony to właśnie nieplanowe wymiany pozwalają utrzymać częstotliwość z mniejszym udziałem własnego systemu. Rewizji wymagać będą więc również zasada udziału w regulacji każdego z systemów.

Globalizacja handlu międzynarodowego powoduje, że poszczególne regiony świata przywiązują ogromną wagę do konkurencyjności i elektroenergetyka jest jednym z ostatnich monopoli, w których rozbiciu, sprywatyzowaniu i urynkowieniu rządy poszczególnych krajów upatrują niższych kosztów, większej efektywności i w sumie obniżenia cen energii. Niższe ceny energii to lepsze pozycja na konkurencyjnym rynku wymiany międzynarodowej. Omówione w tym rozdziale problemy związane z tempem przekształceń elektroenergetycznego sektora są pochodną rozdźwięku pomiędzy entuzjazmem ekonomistów a troską elektroenergetyków o utrzymanie dotychczasowych wysokich standardów niezawodności i jakości dostaw energii elektrycznej w nowym, konkurencyjnym środowisku elektroenergetyczny. Z pewnością wysokie standardy bezpiecznej pracy systemu, jako niezawodności i utrzymanie uznanych norm jakościowych nie mogą być przedmiotem dyskusji i kompromisu w procesie transformacji całego sektora. W przeciwnym razie jest bardzo prawdopodobne, że w dłuższym horyzoncie czasowym nie zostanie osiągnięty oczekiwany efekt ekonomiczny obniżenia kosztów, a wręcz przeciwnie koszty per saldo mogą wzrosnąć. A przecież, to właśnie obniżka kosztów jest jednym z najważniejszych argumentów we wprowadzeniu elementów konkurencji na rynku energii elektrycznej. Otwarcie rynku energii elektrycznej, a więc otwarcie systemów, nie jest tak proste jak to niekiedy można usłyszeć. Jeśli wziąć dosłownie nieograniczony dostęp do sieci wszystkich podmiotów na rynku, to tylko nieograniczone zdolności sieci przesyłowej i rozdzielczej są w stanie zagwarantować zasadę wolnego rynku. Ponieważ istniejące systemy mają ograniczoną zdolność przesyłową, a także zasięg terytorialny oraz inne ograniczenia techniczne, tak naprawdę otwarty dostęp do wszystkich podmiotów nie jest po prostu technicznie możliwy. Stąd też niektóre z podmiotów mogą się spotkać z odmową dostępu do sieci, a zarządzanie ograniczeniami stanowi już obecnie zasadniczą troskę operatorów i planistów. W okresie przejściowym niezbędne będą rozwiązania częściowe, jak na przykład rekompensaty finansowe za odmowę dostępu dla niezależnych producentów. Również partycypacja w rozbudowie sieci przesyłowych i stacji elektroenergetycznych wymagać będzie uzgodnień na pewnym poziomie koordynacji przez niezależnych operatorów systemu. A nawet jak dojdzie do otwarcia sieci i rzeczywistego rynku energii elektrycznej, to niezbędne staną się prawne zabezpieczenia przed tendencjami, których zagrożenie dostrzegają oponenci w niektórych krajach: fuzje firm, nieformalne porozumienia przeciw konkurencji czy też tendencje monopolistyczne. To wszystko pokazuje, że będą musiały się ukształtować odpowiednie organy oraz struktury nadzoru i koordynacji na rynku energii elektrycznej. Dodatkowymi wyzwaniami są ponadto poprawa zdolności systemu do sprostania rosnącym kryteriom ochrony środowiska jak i uzyskiwania akceptacji środowisk lokalnych na nowe inwestycje.

Wielką pomocą w trudnym okresie przekształceń elektroenergetyki i ujawnionych barier rozwojowych (systemy wielkie, trudności z uzyskaniem koncesji dla nowych inwestycji, normy ekologiczne) mogą okazać się innowacyjne technologie wytwarzania, przesyłu i dystrybucji. Ta dziedzina jest wielce obiecująca i może wkrótce zrewolucjonizować tradycyjne systemy elektroenergetyczne. Wśród nowych technologii, czy też wykorzystaniu już istniejących koncepcji, można umieścić idee magazynowania energii elektrycznej w rożnej formie.

Rzeczywiste rozwiązanie tego problemu, ale na skale systemową (a nie laboratoryjną czy lokalną), mogłoby całkowicie zmienić logikę systemów przesyłowych i dystrybucyjnych jako nie tylko transportowych. Przy rosnącej jednak skali systemów wydaje się mało prawdopodobne, żeby w najbliższej przyszłości było możliwe zbudowanie i zastosowanie zasobników energii takiej mocy, aby miały realne znaczenie systemowe. Kierunek ten jest i powinien być kontynuowany z myślą o dalszej perspektywie elektroenergetyki.

Wielce obiecujące są perspektywy szerokiego wprowadzenia wodoru jako nowego w skali systemowej nośnika energii. „Gospodarka wodorowa” daje szanse nowej jakości zintegrowanych systemów zaopatrzenia w energię.

Ostatnim, ale nie najmniej ważnym, zagadnieniem staje się gwałtowna potrzeba rozbudowy systemów informatycznych we wszystkich aspektach: przesyłu, dostępu i przetwarzania informacji. Przyjęcie standardów w tym zakresie, aktualizacja baz danych i dostęp bezpośredni do wszystkich informacji niezbędnych dla sterowania systemem, jak i otwarty dostęp informacji do uczestników rynku energii już obecnie nabiera szczególnego znaczenia, a w przyszłości będzie decydować o prowadzeniu omówionych już przemian w systemach elektroenergetycznych. Wielkie systemy wymagać będą zbierania informacji nie tylko z własnego obszaru, ale wymiany i dostępu do informacji z dużo większego systemu. Zapewnić to powinno nie tylko bezpieczeństwo systemu własnego ale i bezpieczeństwo systemów połączonych. W tym zakresie nadrzędny operator sieci połączonych o bezpośrednim (on-line) dostępie do informacji pomiarowych wydaje się absolutnie niezbędny. Dostęp do bieżącej i spójnej informacji nie jest jednak wszystkim. Modelowanie systemu w czasie rzeczywistym, a więc niezawodne odtwarzanie parametrów i stanów pracy systemów na podstawie danych stałych i pomiarowych nabierać będzie coraz większego znaczenia. Ponadto komputerowe systemy sterowania dyspozytorskiego muszą być nadal rozwijane zarówno w kierunku autentycznych funkcji doradczych, jak i bieżącej symulacji możliwości zdarzeń w systemie.

W świecie otwartego sektora elektroenergetycznego energia elektryczna będzie sprzedawana i kupowana (podrozdz. 19.7). Być może wszystkie usługi, jak utrzymanie elementów systemu i sieci, planowanie i sterowanie staną się takimi samymi towarami na konkurencyjnym rynku i będą również kupowane i sprzedawane jak każdy rodzaj usług. Czy potrafimy właściwie wykorzystać to co już obecnie oferuje nam technika i technologia, czy wzrośnie efektywność całego sektora i czy także zapewniona zostanie przede wszystkim bezpieczna i niezawodna praca systemu elektroenergetycznego pokaże przyszłość i to z pewnością nie tak odległa.

Niezależnie od znacznych zmian, których doświadcza SEE (restrukturyzacja, liberalizacja, urynkowienie,…) pozostały w mocy podstawowe prawa fizyki rządzące tym najbardziej złożonym obiektem technicznym. Gruntowna zmiana poglądów na energoelektrykę (traktowaną dziś jako towar/usługa) nie może unieważnić podstawowych formuł Ohma i Kirchhoffa. Mimo że rozważania na temat impedancji systemów mają za sobą przeszło półwieczną historię – stanowią one nadal ważny element analiz systemowych w warunkach pracy normalnej i zakłóceniowej.

Na zakończenie pragnę zwrócić uwagę, że występujące coraz większe wyczulenie społeczne na dowiedzione i hipotetyczne interakcje pomiędzy środowiskiem a infrastrukturą techniczną nadało nową wagę problemom oddziaływania linii napowietrznych na otoczenie. Doceniając tę sytuację i jej wpływ na przyszłościowe inwestycje liniowe, autor jednak ograniczył własne rozważania do zagadnień związanych z fizycznymi aspektami funkcjonowania systemu elektroenergetycznego.

Warto także podkreślić, że mimo bezspornych i szerokich zalet układów FACTS, o czym traktuje ten rozdział, problematyka tych układów, jako energoelektronicznych regulatorów szybko reagujących i mogących spełnić wiele korzystnych funkcji w stanach nieustalonych pracy systemu elektroenergetycznego nie była przedmiotem badań opisanych w monografii. Istnieje w tym zakresie obszerna literatura zagraniczna i krajowa, którą częściowo przytoczono w tym rozdziale.

Spis treści