JOSRA 3 - 2011

RESPO - Projekt na zvýsení spolehlivosti provozu elektrizacní soustavy - 2. díl – Koncepce systému pro podporu resení kritických stavu v elektro-energetice

31.10.2011 | AUTOR: Tomás Fröhlich, DiS.; Ing. Michaela Havlová

Project respo - Resilience of the distribution system during national grid blackout to improve safety of population - 2 part – system conception for solution support of critical situations in power industry

Tomás Fröhlich¹, Michaela Havlová¹

¹T-SOFT a.s., Novodvorská 1010/14, 142 01 Praha 4; frohlich@tsoft.cz, havlova@tsoft.cz

Abstrakt

Narusení ci dokonce úplné prerusení dodávek elektrické energie velkého rozsahu predstavuje jednu z nejkritictejsích hrozeb soucasné doby. Na základe výroby a následných bezpecných a pravidelných dodávkách této strategické komodity je závislý kazdý z nás jako jedinec, ale i jako soucást správného fungování celé spolecnosti. Otázkami a problematikou zabezpecení kontinuální dodávky elektrické energie pri jejím narusení za vyuzití rotujících krizových ostrovních provozu se podrobne zabývá projekt 2A-1TP1/065 "Zvýsení odolnosti distribucní soustavy proti dusledkum dlouhodobého výpadku prenosové soustavy CR s cílem zvýsení bezpecnosti obyvatel" známý pod zkratkou RESPO (Resilient Power). V rámci tohoto projektu je vyvíjena rada technických prostredku pro efektivní rízení a resení takovýchto událostí. Následující príspevek je zameren na nástroj podporující výchozí analyticko-hodnotící proces nastalého stavu, vzniklý v dusledku uvedenému jevu s cílem zachovat potrebnou funkcionalitu postizeného území. Tento nástroj je jedním z výstupu uvedeného projektu.

Klícová slova: analyzátor, black-out, dlouhodobý výpadek prenosové soustavy, krizové rízení, mimorádná událost, RESPO, rotující krizový ostrovní provoz

Abstract

Disruption or even complete interruption of electricity supply large scale is one of the most critical threats today. Base of the production and subsequent safe and regular supply of this strategic commodity is dependent on each of us as an individual but as part of the proper functioning of the whole society. Security issues and problems of continuous power supply during the disturbance by using the rotating island emergency operation in detail the project 2A-1TP1/065 ”Improving the resilience of the distribution system against long-term consequences of the failure of the transmission system of the CR in order to increase the safety of people“ known by the acronym RESPO (RESilient POwer). The project is developed by a number of technical resources for effective management and resolution of such events. The following article is aimed at supporting initial analytical tool-evaluation process condition, caused by a phenomenon referred to in order to preserve the functionality of the affected areas. This tool is one of the outputs of the project.

Keywords: analyzer, black-out, long-term failure of the transmission system, crisis management, emergency, RESPO, rotating emergency traffic island

V predchozím díle jsme se venovali úvodní cásti projektu c. 2A -1TP1/065 nesoucí název „Zvýsení odolnosti distribucní soustavy proti dusledkum dlouhodobého výpadku prenosové soustavy CR s cílem zvýsení bezpecností obyvatel“ (oznacovaný téz RESPO), která byla zamerena na zmapování území a vazeb mezi samosprávou vyssích územních celku a elektro-energetickým sektorem. Obsah dnesního pokracování bude zameren na popis prístupu a následné tvorby SW nástroje, který má za cíl reflektovat na zjistené skutecnosti, potreby a prání plynoucích z provedené analýzy. Je vsak treba si uvedomit, ze zádný systém ani nástroj problémy sám o sobe nevyresí a prinásí uzivateli pouze potrebou podporu k ulehcení a usnadnení vlastní cinnosti. Jedná se predevsím o pomoc pri práci s velkým mnozstvím dat, automatizaci definovaných aktivit ci podporu rozhodovacích procesu apod. Vzdy vsak bude zálezet pouze na konecném uzivateli, tedy na odpovedných lidech, jak dobre budou pripraveni resit nastalé situace, a to nejen za vyuzití moderních technických a technologických prostredku soucasné doby.

Koncepcní prístup resení

Hlavní myslenkou celého projektu je zajistení kontinuity dodávek "dostatecného" mnozství elektrické energie pro zachování základních zivotních funkcí a potreb spolecnosti na daném území v dusledku jejich narusení. Uz jen z uvedené predchozí vety vyplývá nekolik nejasností a otázek. Za prvé co si predstavit pod pojmem „dostatecné mnozství elektrické energie“ a za druhé, „kdo zajistí ony zivotní funkce a potreby spolecnosti na daném území“? Z hlediska prístupu k resení tohoto úkolu a následné tvorbe potrebné SW podpory je treba si na obe otázky jednoznacne odpovedet. Ac se to nezdá, tak obe otázky spolu velmi úzce souvisejí. K tomu, abychom vedeli, kolik je dostatecné mnozství, potrebujeme vedet, kdo nám zajistí zivotní funkce potenciálne postizeného území. Klícovou roli zde hrají objekty dulezité pro zachování základních potreb uvazovaného území neboli tzv. objekty kritické infrastruktury^[1]. Tyto objekty si rovnez lze predstavit jako páterní sít zajistující zivotaschopnost kazdého teritoria, pricemz jejich narusení ci dokonce vyrazení z provozu muze zpusobit velmi vázné problémy. Tudíz je bezpodmínecne nutné na vybraném nebo téz zájmovém území identifikovat tyto klícové objekty a následne pak lze urcit velikost dostatecného mnozství elektrické energie. Pro zjednodusení muzeme ríci, ze dostatecné mnozství elektrické energie je takové, které potrebují tyto objekty k zajistení své cinnosti. Ve skutecnosti to ovsem není az tak jednoduché a je treba vzít do úvahy dalsí faktory, které tuto promenou mohou výrazne ovlivnovat. Muze se jednat o rocní období ci denní dobu, ve kterých dojde k narusení dodávek elektrické energie, technologickou vyspelost samotného objektu apod. Následne vznikne urcitá typologie území, která bude interpretovat dulezitost spolecenského postavení jednotlivých objektu (zvláste zamerená na objekty kritické infrastruktury) vcetne jejich elektro-energetické nárocnosti. Pod oznacením elektro-energetická nárocnost se skrývají informace o topologii elektro-energetické infrastruktury vývodu kazdého objektu, hodnotách technického príkonu spotreby jednotlivých objektu apod. V dusledku vhodné synergie nejen výse uvedených, ale i dalsích souvisejících informací se vytvorí unikátní podklady (výstupy), které slouzí práve pro prekonání stavu narusení dodávek elektrické energie za vyuzití inteligentního zpusobu distribuce pri rotujícím ostrovním provozu. Blizsí charakteristika popisovaného resení v podobe analyticko-hodnotícího nástroje, jakozto jednoho z mnoha výstupu projektu RESPO, bude predmetem následujícího textu.

Schéma c. 1: Výchozí algoritmus cinností SW nástroje

Tvorba SW nástroje a sber dat

Na základe provedené analýzy, rady diskusí, zkoumání a jednání v rámci resitelského týmu projektu RESPO, ale i mimo nej se následne vytvoril konecný zámer, jak by mel nástroj vypadat a jaké by mel mít vlastnosti. Nejprve vznikl soubor projektové dokumentace^[2] popisující samotný nástroj, predevsím z funkcního hlediska. (Výchozí algoritmus cinnosti nástroje je uveden na schématu c. 1). Po odsouhlasení techto dokumentu resp. predstavy se zacalo programovat. V prubehu vzniku vlastního nástroje, jak uz to bývá, docházelo k drobným úpravám a zmenám, avsak základní koncept zustal nezmenen. Soubezne s postupným vývojem vyvstala potreba nástroj rádne otestovat za vyuzití relevantních dat. Otázkou jen bylo, kde získat potrebná data? Ve spolupráci se zástupci oddelení krizového rízení mesta Strakonice, kterým bychom rádi touto cestou podekovali za velmi dobrou a príjemnou spolupráci, byly vytipovány a následne osloveny objekty dulezité pro chod a provoz správního území Mesta Strakonice. Sber konkrétních dat a hodnot probehl prostrednictvím prímých konzultací za vyuzití metody dotazníkového setrení^[3] a rízeného interview u vybraných objektu. Jednalo se o sber následujících kategorií dat:

• Identifikacní údaje o vybrané objektu,
  (charakteristika objektu, identifikace respondent, jeho zarazení apod.)
• Data o elektro-energetické nárocnosti vybraného objektu,
  (objem spotreby elektrické energie, zpusob jejího zabezpecení apod.)
• Doplnující údaje vybraného objektu.
  (zpusob komunikace pri narusení dodávek elektrické energie, stav pripravenosti objektu na toto narusení, zkusenosti apod.)

Následne byly získané informace vhodne upraveny a vlozeny do nástroje. Následne byl celý nástroj podrobne validován za pouzití skutecných dat. Prípadné chyby a nesrovnalosti byly okamzite napraveny. Zde je videt význam, vliv a dulezitost zapojení praxe pri budování jakéhokoli nástroje ci systému, protoze az skutecné porovnání teoretických výstupu s realitou muze prinést tízený a hlavne efektivní výsledek.

„Analyzátor“ - nástroj pro podporu zachování funkcnosti území pri narusení dodávek elektrické energie)

Jedním z výstupu projektu RESPO (c. 2A -1TP1/065 „Zvýsení odolnosti distribucní soustavy proti dusledkum dlouhodobého výpadku prenosové soustavy CR s cílem zvýsení bezpecností obyvatel“) je SW nástroj pro zajistení potrebného stupne interoperability mezi územním krizovým managementem a elektro-energetickým sektorem pri narusení dodávek elektrické energie. Tomuto nástroji, jeho úcelu a podporující funkcionalite je venován rovnez tento druhý a soucasne záverecný díl seriálu o projektu vedoucí ke zvýsení spolehlivosti provozu elektrizacní soustavy.

Analyzátor

Analyticko-hodnotící nástroj neboli Analyzátor predstavuje webovou aplikaci, která je urcena k proaktivnímu vyhodnocení a následnému modelování situace, kdy dochází k narusení dodávky elektrické energie pro sledované území (obrázek c. 1). Cílem tohoto nástroje je efektivní vyuzití dostupné elektrické energie v distribucní síti pro zajistení bezpecného chodu celého území a soucasne zamezení totálnímu výpadku. Pro tyto potreby nástroj pracuje s radou údaju, které lze rozdelit do dvou základních skupin, a to z hlediska:

• Spolecenského,
• Elektro-energetického.

Obrázek c. 1: Úvodní stránka Analyzátoru

Spolecenské hledisko je významným prvkem definujícím dulezitost a potrebnost fungování klícových objektu ve sledovaném území (neboli tzv. objektu kritické infrastruktury), pro zachování bezpecného a kontinuálního chodu tohoto území vcetne zajistení jeho základní hodnot a zájmu. Rovnez toto hledisko urcuje prioritu zásobování jednotlivých objektu elektrickou energií na daném teritoriu v prípade jejího nedostatku. V rámci této fáze probíhá sber základních identifikacních údaju o objektech, vcetne informací o jejich cinnostech a predevsím stavu pripravenosti na resení takovýchto situací v podobe bezpecnostních opatrení a postupu.

Urcení tzv. priority spolecenské dulezitosti, predstavuje výchozí krok pro celý analyticko-hodnotící proces. Vzhledem k tomu, ze nejsou vsechny objekty kritické infrastruktury na sledovaném území stejne dulezité pro zachování kontinuity zivota území a její spolecnosti, je proto treba stanovit poradí této spolecenské dulezitosti pro následné zásobování potrebným mnozstvím elektrické energie k zajistení produkcní schopnosti samotného objektu, pri poklesu ci prerusení dodávky této komodity.

Elektro-energetické hledisko vypovídá o elektro-energetické nárocnosti objektu kritické infrastruktury resp. jejich spotrebe elektrické energie v konkrétní dobe (tzv. casové potrebnosti) ve vztahu k predmetné cinnosti. Urcuje potrebné mnozství elektrické energie objektu pri ruzných formách provozu v casovém obrazci pozadované spotreby s ohledem téz na rocní (zimní/letní) období. Dále se zde monitoruje stav existence zálozních zdroju elektrické energie vcetne parametru zajistující prechod a provoz objektu na tuto alternativu. Mimo výse uvedené údaje se téz sbírají data popisující pripojení objektu na energetickou topografickou sít regionálního distributora elektrické energie.

Celkovými výstupy nástroje jsou:

• Identifikace a dislokace objektu kritické infrastruktury území (obrázek c. 2),
• Priorita spolecenské dulezitosti objektu kritické infrastruktury území (obrázek c. 2),
• Zpusob uspokojování spotreby elektrické energie objektu kritické infrastruktury území za situace, bezprostredne hrozící nebo jiz vzniklé v dusledku narusení dodávky elektrické energie,
• Automatické vyrozumení objektu kritické infrastruktury území v prípade zmeny dodávky elektrické energie, vcetne poskytnutí bezpecnostních opatrení pro zvládání nastalé situace,
• Moznosti on-line modelování distribuce elektrické energie podle disponibilního mnozství tohoto média v distribucní síti,
• Spolecný obraz situace s vizualizací na mapovém podklade (obrázek c. 2).

Obrázek c. 2: Ukázka výstupu z Analyzátoru

Prínosy resení

Analyticko-hodnotící nástroj je primárne urcen k informacnímu zabezpecení a komplexní podpore rozhodovacích procesu pri narusení dodávky elektrické energie pro pracovníky krizového managementu území s prímou vazbou na elektro-energetické odvetví. Zajistení této vzájemné interoperability je vsak daleko slozitejsí problém, který má puvod predevsím legislativního charakteru. Proto je nedílnou soucástí výstupu projektu RESPO, mimo jiných, i soubor návrhu a doporucení na optimalizaci príslusných právních predpisu. Jedná se zejména o nastavení souladu mezi právní úpravou elektro-energetického odvetví a oblastí krizového rízení pri zajistování bezpecných dodávek elektrické energie.

Analyzátor dává do rukou zástupcu krizového managementu území moznost vytváret podklady v podobe tzv. priorizovaných seznamu objektu kritické infrastruktury. Pro zjednodusení si lze predstavit, ze tyto seznamy (scénáre) stanovují prioritu pro zásobování jednotlivých objektu elektrickou energií tak, aby byla zachována kontinuita provozu a zároven i bezpecnost naruseného teritoria. Následne jsou tyto seznamy urceny jako vstup do dispecerské automatiky Technického dispecinku provozovatele distribucní soustavy pro resení situací, kdy dojde k narusení dodávek elektrické energie.

Hlavní duraz pri vyuzití tohoto nástroje je kladen na prevenci v podobe pro-aktivního prístupu pri príprave na resení potenciálních situací uvedeného charakteru. Sekundárne lze nástroj samozrejme vyuzít také prímo v reálném case, za vyuzití modelovací schopnosti na základe vývoje vzniklé situace.

Základní prínosy lze shrnout do následujících bodu:

• Posílení vzájemné kooperace a interoperability mezi energetickým odvetvím a krizovým managementem území,
• Systémové a analytické hodnocení zájmového území a jeho objektu (s durazem kritickou infrastrukturu území),
• Informacní a komunikacní zabezpecení klícových prvku území pri narusení dodávek elektrické energie,
• Podpora monitoringu a rozhodování pri resení stavu narusení dodávek elektrické energie s prechodem do ostrovních provozu.

Odborná setkání

Za úcelem predstavení Analyzátoru, návrhu jeho optimálního prístupu pouzívání a stavu pokracování projektu RESPO byly usporádány dve pracovní sekání odborníku napríc spektrem ceské bezpecnostní komunity. První setkání se konalo v prostorách Krajského úradu Jihoceského kraje v Ceských Budejovicích dne 8.11.2010 a bylo zamereno na blizsí seznámení s dosazenými výsledky celého projektu vcetne výse zmíneného nástroje. Soucástí odborného workshopu byly rovnez príspevky prezentující zkusenosti a pohledy územní samosprávy, akademické pudy ci soukromé sféry na danou problematiku. Druhé setkání v podobe pilotního projektu bylo usporádáno dne 6.4.2011 v zastupitelském sále Mestského úradu mesta Strakonice (viz obrázek c. 3). Tento workshop bylo jiz jednoznacne zameren na podrobné seznámení auditoria s vytvoreným nástrojem a jeho funkcionalitou, která byla následne demonstrována na dvou pripravených scénárích. Tyto modelové scénáre prezentovaly prostrednictvím interaktivní simulace základní zpusoby nasazení a pouzití SW nástroje Analyzátor^[4]. Rádi bychom touto cestou podekovali obema zástupcum územní samosprávy, tj. Krajskému úradu Jihoceského kraje a Mestskému úradu Mesta Strakonice za velmi príjemnou a naprosto profesionální spolupráci.

Ackoliv v letosním roce výzkumný projekt RESPO koncí, pevne veríme, ze jeho naplnení bylo prínosem nejen pro odbornou, ale téz laickou verejnost a stezejní myslenky budou dále rozvíjeny. Je treba si dostatecne uvedomit, ze hrozba narusení dodávek elektrické energie je skutecná, pravdepodobná a predstavuje velmi závazné ohrození pro zivot jakékoli moderní spolecnosti. Proto je treba i nadále podporovat veskeré aktivit, které se na jedné strane snazí snízit pravdepodobnost, ze by k takovéto události doslo a na strane druhé se snazí zvýsit odolnost chránených hodnot a zájmu.

Obrázek c. 3: Fotografie z workshopu usporádaného ve meste Strakonice

Zdroje

• FRÖHLICH, T.; HAVLOVÁ, M. Základní dotazník pro zjistení aktuálního stavu elektro-energetické nárocnosti zivotne dulezitých objektu, tzv. objektu kritické infrastruktury, na území mesta Strakonice v rámci projektu RESPO. Praha : T-SOFT, 2009.
• FRÖHLICH, T. Technická cást : analytický nástroj. Praha : T-SOFT, 2009.
• FRÖHLICH, T.; SKOTÁKOVÁ, J. Analyzátor : návrh funkcní analýzy. Praha : T-SOFT, 2010.
• Zákon c. 240/2000 Sb., o krizovém rízení a o zmene nekterých zákonu, v platném znení.
• FRÖHLICH, T. Realizacní dokumentace : overení technických prostredku v oblasti krizového rízení. Praha : T-SOFT, 2010.
• FRÖHLICH, T.; HAVLOVÁ, M. Pilotní projekt Strakonice : návrh pilotního projektu. Praha : T-SOFT, 2010.
• Workshop – Ceské Budejovice, 8. 11. 2010.
• Workshop – mesto Strakonice, 6. 4. 2011.

Vzorová citace

FRÖHLICH, Tomás; HAVLOVÁ, Michaela. RESPO : projekt na zvýsení spolehlivosti provozu elektrizacní soustavy : 2. díl : koncepce systému pro podporu resení kritických stavu v elektro-energetice. Casopis výzkumu a aplikací v profesionální bezpecnosti [online], 2011, roc. 4, c. 3. Dostupný z WWW: <http://www.bozpinfo.cz/josra/josra-03-2011/respo-II_frohlich-havlova.html>. ISSN 1803-3687.

[1] Pod pojmem objekt kritické infrastruktury se rozumí, vzhledem k dobe zpracování a neexistencí zákonné úpravy tohoto pojmu, výrobní i nevýrobní celek, jehoz nefunkcnost by mela závazný dopad na bezpecnost, ekonomiku, verejnou správu a zabezpecení základních zivotních potreb obyvatelstva na sledovaném území. Tento pojem je treba takto chápat v celém uvedeném textu.

(Pozn. autora: V soucasné dobe je problematika kritické infrastruktury upravena zákonem c. 240/2000 Sb., o krizovém rízení a zmene nekterých zákonu, v platném znení, vcetne provádecích predpisu. Avsak v tomto pojetí je její chápání cástecné odlisné od chápání uplatneném v projektu RESPO.)

[2] FRÖHLICH, T. Technická cást : analytický nástroj. Praha : T-SOFT, 2009.
FRÖHLICH, T.; SKOTÁKOVÁ, J. Analyzátor : návrh funkcní analýzy. Praha : T-SOFT, 2010.

[3] FRÖHLICH, T.; HAVLOVÁ, M. Základní dotazník pro zjistení aktuálního stavu elektro-energetické nárocnosti zivotne dulezitých objektu, tzv. objektu kritické infrastruktury, na území mesta Strakonice v rámci projektu RESPO. Praha : T-SOFT, 2009.

[4] Výstupy z obou odborných setkání jsou dostupné na verejném webovém portálu projektu RESPO: http://public.tsoft.cz/respo/default.aspx

TISKNOUT | POSLAT MAILEM