Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije · TEHNIČKE I EKONOMSKE PRETPOSTAVKE ZA VISOKU RAZINU INTEGRACIJE OIE U EES HRVATSKE RG iR.Goić, DJ kD.Jakus, JK

TEHNIČKE I EKONOMSKE PRETPOSTAVKE ZA VISOKU RAZINU INTEGRACIJE OIE U EES HRVATSKERAZINU INTEGRACIJE OIE U EES HRVATSKE

R G ić D J k J K l ić I P ić J V iljR.Goić, D.Jakus, J.Krstulović, I. Penović, J.Vasilj

9. simpozij o sustavu vođenja EES‐aZadar, 8. ‐ 10. studenoga 2010.

UVOD

• U proteklih 15‐tak godina veliki rast OIE u ukupnoj proizvodnji električneU proteklih 15 tak godina veliki rast OIE u ukupnoj proizvodnji električneenergije rezultat je:

– otvaranja tržišta električne energije + slobodan pristup električnoj mreži,

– poticajnih otkupnih cijena elek. energije koje se odgovarajućomzakonskom regulativom redovito propisuju za OIE i kogeneracijskuproizvodnju,p j ,

– razvoja efikasnijih i jeftinijih elektrana…

OIE ‐ bez HE2,8%Hidroenergija

16,1%

Otpad0,20%

Geotermalna en.

0,30%

Sunce0,06%

Ugljen40,1%

Nuklearna energija13,5%

Biomasa1,10%

Nafta7,2%

Prirodni plin20,2%

Vjetar1,10%

1Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije OIE u EES Hrvatske

Udio pojedinih izvora energije u svjetskoj proizvodnji električne energije 2008. g.

UVOD

• Po uzoru na zemlje članice EU i Hrvatska je uvidjela• Po uzoru na zemlje članice EU, i Hrvatska je uvidjelamogućnost zadovoljenja dijela svojih energetskih potreba krozkorištenje OIE.korištenje OIE.

• Hrvatska ima veliki energetski potencijal u OIE aliHrvatska ima veliki energetski potencijal u OIE, alidosadašnja praksa pokazuje veliki podbačaj planiranedinamike realizacije projekata OIE i to prvenstveno zbogj p j p gneusuglašenosti relevantnih politika: energetske, industrijske,poljoprivredne, zaštite okoliša, graditeljstva i prostornoguređenja.

• S tehničkog aspekta‐ EES trenutno nije u stanju prihvatitiiskazane interese u OIE posebice VE.


Integracija vjetroelektrana u EES


Najčešći tipovi i karakteristike vjetroagregata

• Svjetski trendovi u proizvodnji komercijalnih vjetroagregata= povećanje promjeraSvjetski trendovi u proizvodnji komercijalnih vjetroagregata povećanje promjerarotora i visine vjetroturbine => povećanje nazivne snage

• Nazivne snage VT u većim VE danas se kreću u rasponu od 1 do 5 MW ‐ dominirajusnage u rasponu 2‐3MWsnage u rasponu 2 3MW

• Napori se ulažu na području regulacije proizvodnje VA odnosno VE u cjelini =ponašanje slično „klasičnim“ elektranama.

• U današnjim izvedbama gotovo isključivo se koristi varijanta s promjenjivom brzinomvrtnje. Osim toga najzastupljenija je izvedba s dvostrano napajanim asinkronim


generatorom.

Varijabilnost rada VE

• varijabilnost proizvodnje na svim vremenskim razinama te ograničena• varijabilnost proizvodnje na svim vremenskim razinama te ograničenamogućnost predviđanja takvih promjena utječe na:

– plan proizvodnje ostalih elektrana,p p j

– potrebnu energiju uravnoteženja,

– rezervu regulacijske snage u sustavu

• mogućnost predviđanja proizvodnje i varijacija proizvodnje ključno jei i j i i l i k iš jza integriranje i optimalno iskorištavanje VE u EES‐u

• najveće promjene u proizvodnji VE javljaju se prilikom prolaska olujnih• najveće promjene u proizvodnji VE javljaju se prilikom prolaska olujnihfronti =>visoke brzine=>zaustavljanje VE

• Efekt geografske disperzije ‐ kratkoročne i lokalne varijacije brzinevjetra obično nisu povezane =>ujednačavanju ukupne proizvodnje VE



Učestalost sekundnih varijacija proizvodnje VE



Učestalost satnih varijacija proizvodnje VE



Efekt geografske disperzije


Predviđanje proizvodnje VE

• Prognoziranja proizvodnje VE svodi se na prognoziranje vremenskog slijeda relevantnihPrognoziranja proizvodnje VE svodi se na prognoziranje vremenskog slijeda relevantnihatmosferskih varijabli (brzine i smjera vjetar, gustoće zraka itd…) sa dovoljno malimprostorno‐vremenski korakom za male djeliće atmosfere (lokacije VE) i različite periodepredviđanja.p j

• Kod složenih terena (slučaj Hrvatske) bitan faktor je rezolucija numerološkihprognostičkih alata

• Prosječne prognostičke pogreške za pojedine VE danas se kreću do 20% instalirane• Prosječne prognostičke pogreške za pojedine VE danas se kreću do 20% instaliranesnage za razdoblje od 1‐2 dana. Za veći broj VE pogreška pada ispod 10%.

evija

cija

e sn

age)

elac

ije

Sta

ndar

dna

d(%

inst

alira

n e

Fakt

or k

ore


Standardna devijacija (za jednu VE) i koeficijent korelacije pogreške predviđanja

Predviđanje proizvodnje VE

Metode za prognoziranje proizvodnje VE

zvod

nja

[MW

]Pr

oiz


Tehnički uvjeti priključka VE na EES

• obzirom na specifičnost rada VE ‐ definira se poseban skup tehničkih pravila koje VEobzirom na specifičnost rada VE definira se poseban skup tehničkih pravila koje VEtrebaju zadovoljiti

Zahtjevi s obzirom na upravljanje djelatnom snagom i frekvencijomP ij i klj či j VE i f k iji d đ ih l i kih i• Prije => trenutno isključivanje VE pri frekvenciji van određenih relativno uskih granica;Danas => znatno šire granice frekvencije



Različiti načini upravljanja izlaznom snage vjetroelektrane

snagasnagaa) b)

vrijeme vrijeme

Upravljanje brzinom porasta snageUpravljanje maksimalno dozvoljenom

radnom snagom

snagasnagac) d)

vrijemevrijeme

Upravljanje s fiksnim smanjenjem radne snage

Regulacija proizvodnje za potrebe energije uravnoteženja


Maksimalna trenutna snaga VERegulirana izlazna snaga VE


Zahtjevi s obzirom na regulaciju naponaZahtjevi s obzirom na regulaciju napona

• Definiraju granice napona unutar kojih VE u određenom vremenskom periodumora ostati priključena na mrežu (trajno/privremeno), zahtjeve po pitanjud l l / lsudjelovanja VE u regulaciji napona/jalove snage.

100

P/Pn[%] -41 -33 -5 5 10 33

80Njemačka

Danska

60Irska

Velika Britanija

40

20

Zahtijevani raspon regulacije jalove

snage vjetroagregata20

0Q/Pn

snage vjetroagregata


Q n[%]


Zahtjevi na prolaz VE kroz stanje kvaraZahtjevi na prolaz VE kroz stanje kvara

• Prije=>trenutno isključivanje VE u slučaju kvara ‐ može rezultirati daljnjimširenjem poremećaja i raspadom sustava

• Danas=>definiraju se granice sposobnosti prolaska VE kroz stanje kvara usmislu min. vremena u kojem bi trebala ostati priključena na mrežu ovisno onaponu na mrežnoj stranip j



Zahtjevi na kvalitetu električne energijeZahtjevi na kvalitetu električne energije

• Varijabilna proizvodnja VE + mrežno sučelje preko frekvencijskih pretvarača=> utjecaj na kvalitetu električne energije

• Definiraju se zahtjevi u svrhu ograničavanja negativnog utjecaja VE na• Definiraju se zahtjevi u svrhu ograničavanja negativnog utjecaja VE nakvalitetu električne energije:

– emisiju flikera, kratkotrajne varijacije napona – određuju konstrukcijskiparametri vjetroagregata definirani od strane proizvođača te parametriokolnog elektroenergetskog sustava (“krutost” mreže definirana prekoparametara struje tropolnog kratkog spoja u čvoru priključka)p j p g g p j p j )

– harmonička izobličenja struje i napona – uzrokovana primarno radompretvarača preko kojih su vjetroagregati spojeni na mrežu Definirana sufaktorom harmoničkog izobličenja (THD) koji je najčešće ograničen na 5%faktorom harmoničkog izobličenja (THD), koji je najčešće ograničen na 5%


Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja

• Značajna penetracija VE olakšana je u sustavima s visokim stupnjemZnačajna penetracija VE olakšana je u sustavima s visokim stupnjemfleksibilnosti u kojima postoje:

– fleksibilne proizvodne jedinice sposobne za brzi ulazak u pogon imijenjanje snage,

– dobra povezanost sa susjednim EES‐ima,

– prilagođeno tržište električne energijeprilagođeno tržište električne energije,

– mogućnost upravljanja potrošnjom, tehnologije skladištenja energije itd.

• Gore navedeni faktori zajedno s veličinom područja na kojem se nalaze VE tenjihovim udjelom u EES definiraju zahtjeve po pitanju P/f regulacije

Tip regulacije Vrijeme djelovanja σ k (MW)Tip regulacije Vrijeme djelovanja σukupna(MW)

Primarna 5 ‐ 15 sek. 6,0Sekundarna 15 ‐ 90 sek 14 8 Ukupna prognostička greškaSekundarna 15 90 sek. 14,8Tercijarna 1 90 sek. ‐ 5 min. 27,0Tercijarna 1 5 ‐ 20 min. 54,0Satna 20min 1 sata 93 4

Ukupna prognostička greška (potrošnja+1500 MW vjetar)

– slučaj Irske


Satna 20 min. ‐ 1 sata 93,4

Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja

• Primarna P/f regulacija: zanemariv utjecaj VE osim kod ispada uslijed kvara uPrimarna P/f regulacija: zanemariv utjecaj VE, osim kod ispada uslijed kvara umreži (propada napona)

• Sekundarna P/f regulacija: relevantne su 15‐minutne varijacije proizvodnje VEkoje se redovito kreću 10‐ 20% uz vrlo rijetka prekoračenja uz osiguranutercijarnu rezervu, zahtjevi za dodatnom rezervom snage sekundarnej , j gregulacije su minimalni

T ij P/f l ij d ij ž j• Tercijarna P/f regulacija odnosno energija uravnoteženja:

– veći zahtjevi za rezervom u odnosu na sekundarnu regulaciju (rezolucija15‐60min))

– osnovni problem s obzirom na velike varijacije proizvodnje navišesatnom/dnevnom nivou

d b b i j / i d j VE ž d i i b– dobra prognoza brzine vjetra/proizvodnje VE može reducirati potrebnurezervu tercijarne regulacije na ispod 20% instalirane snage VE


Utjecaj proizvodnje VE na tržište električnom energijom

• Smanjenje utjecaja VE na tržište električne energije ostvaruje se• Smanjenje utjecaja VE na tržište električne energije ostvaruje sepoboljšanjem prognoze proizvodnje VE i to na razini većih grupacija tekroz uvođenje unutardnevnog trgovanja.

• Sekundarni pozitivni efekti: povećanje vrijednosti električne energije izVE kroz smanjenje naknada za uravnoteženje, smanjenje regulacijskihzahtjeva i efikasniji rad ostalih elektranazahtjeva i efikasniji rad ostalih elektrana.

• VE u pravilu mogu sudjelovati i na tržištu pomoćnih usluga: regulacijaVE u pravilu mogu sudjelovati i na tržištu pomoćnih usluga: regulacijafrekvencije te regulacije napona i jalove snage

• Sudjelovanje na tržištu pomoćnih usluga ograničeno: opseg pružanjapojedine usluge ovisan o trenutnoj proizvodnji (brzini vjetra), u odnosuna alternativne načine pružanja pomoćnih usluga ekonomskinepovoljnonepovoljno.



• nivo utjecaja VE na cijene na spot tržištu ovisi o nizu faktora: trenutni udio VEnivo utjecaja VE na cijene na spot tržištu ovisi o nizu faktora: trenutni udio VEu sustavu, cjenovna elastičnost potrošnje, nivo trenutne potrošnje ikoincidencija iste s proizvodnjom VE...

Utjecaj VE na cijenu na spot tržištu



• VE utječu na tržište elek energije kroz veće fluktuacije otkupnih cijenaVE utječu na tržište elek.energije kroz veće fluktuacije otkupnih cijenaelek.energije

• U sustavima sa značajnim udjelom VE => u određenim trenucima višakd k k l čproizvodnje => niska cijena otkupa energije => otvaranje prostor za različite

tehnologije skladištenja => stabilizacija cijena

• Stabilizacija cijena moguća putem stvaranja regionalnih tržištaj j g p j g

• VE utječu i na povećanje otkupne cijene elek.energije:

– Klasične jedinice raditi će kroz manje vrijeme sa češćim zaustavljanjima iji ć k i d šk j di istartanjima pa će ova komponenta proizvodnog troška jedinice znatno

porasti

– Kako bi se kompenzirala proizvodnja VE potrebno je održavati u pogonup p j p j p gproizvodne jedinice s mogućnošću regulacije najčešće sa visokimmarginalnim troškovima


Dogradnja i rekonstrukcija elektroenergetske mreže

• temeljni problem u postupku priključka VE na mrežu i utvrđivanjatemeljni problem u postupku priključka VE na mrežu i utvrđivanjapripadajućih naknada, predstavlja dogradnja i pojačanje dijelova mreže kojinisu direktno vezani za priključak pojedinačne VE

• mogući konflikti između operatora mreže i investitora VE vezani za načinraspodjele troškova koje VE direktno ili indirektno stvara operatoru mrežep j j p

• U pravilu se razlikuju tri osnovna pristupa:

– Model plitkog pristupa: niski iznosi naknada za priključak u momentupriključenja, poticajan za VE, transparentan, ne obuhvaća ukupnetroškove‐lokacijski efekt,j ,

– Model dubokog pristupa: osim troškova plitkog modela dodatnoobuhvaća nužne troškove dogradnje i pojačanja postojećih dijelova mreže,posljedično veći troškovi složen postupak utvrđivanja troškova manjaposljedično veći troškovi, složen postupak utvrđivanja troškova, manjatransparentnost,

– Mješoviti ili hibridni model: kombinacija prethodna dva modela



• Pitanje vezano za regije s visokom gustoćom vjetropotencijala: ekonomskaPitanje vezano za regije s visokom gustoćom vjetropotencijala: ekonomskaopravdanost ulaganja u dogradnju mreže i nove evakuacijske pravce s obzirom namogućnost privremenog reduciranja proizvodnje VE.

• Troškovi priključka VE razmatrani su kroz više studija i kreću se u granici 0 1 5€/MWh• Troškovi priključka VE razmatrani su kroz više studija i kreću se u granici 0,1‐5€/MWh ovisno o nivou penetracije VE:– U uvjetima niske penetracije VE, postoji određena rezerva prijenosnih kapaciteta

tako da nije potrebna dodatna nadogradnja i/ili rekonstrukcija a troškovi


tako da nije potrebna dodatna nadogradnja i/ili rekonstrukcija, a troškovi priključka obuhvaćaju samo direktne troškova priključka VE na mrežu.


– S daljnjim porastom penetracije VE dolazi do zagušenja u mreži što tada zahtjevaS daljnjim porastom penetracije VE dolazi do zagušenja u mreži što tada zahtjevadodatna kapitalna ulaganja, znatno povećavajući troškove priključka VE.

Troškovi nadogradnje mreže‐Europska iskustva‐

• Rezerve kapaciteta prijenosne mreže nužni preduvjet za realizaciju projekata VE. Unedostatku istih nužno je od strane :• OPS: utvrditi prioritetnu listu dijelova mreže u kojima je kroz izgradnju novih iOPS: utvrditi prioritetnu listu dijelova mreže u kojima je kroz izgradnju novih i

rekonstrukciju postojećih elektroenergetskih objekta potrebno osigurati uvjeteza priključak planiranih VE

• Regulatornih tijela: priznati opravdanost takvih kapitalnih ulaganja zag j p p p g jperspektivne projekte OIE uz prikladan povrat investicije

• Ostalih relevantnih tijela: olakšati i bitno pojednostaviti postupak ishođenjapotrebnih dozvola kako bi se barem pokušalo dostići ambiciozno postavljene


strateške smjernice

Ukl j l kt di t ib ij k žUklapanje elektrana u distribucijsku mrežu


• Proteklih desetak godina intenzivirala se izgradnja proizvodnih jedinica :Proteklih desetak godina intenzivirala se izgradnja proizvodnih jedinica :

– od nekoliko kW do nekoliko stotina kW priključuju se na NN mrežu(Mrežna pravila => ograničenje do 500 kW)

– veće jedinice do nekoliko desetaka MW se priključuju na SN mrežu(Mrežna pravila => ograničenje do 10MW)

• Stvarne mogućnosti priključka ovise o: naz snazi i planiranoj god proiz izvoraStvarne mogućnosti priključka ovise o: naz.snazi i planiranoj god. proiz. izvora,karakteristikama pogona, vršnom opterećenju i okolnoj potrošnji, snazikratkog spoja na mjestu priključka,…

U j ji di ib i ih i ilik di ib ži či j k• Utjecaji distribuiranih izvora na prilike u distrib. mreži očituju se kroz:

– Osnovne pogonske aspekte: opterećenje elemenata mreže, statičkevarijacije napona, struje kratkog spoja, gubici radne snage i energije.j j p , j g p j , g g g j

– Utjecaj na kvalitetu električne energije

– Utjecaj na raspoloživost i pouzdanost distribucijske mreže

– Potreba za promjenom određenih tehničkih podsustava u distribucijskojmreži (zaštita, upravljanje…)

– Ekonomski utjecaji


Ekonomski utjecaji

Utjecaji distribuiranih izvora na naponske prilike i gubitke radne snage

‐Mijenja karakter

j jdistrib.mreže: “pasivna” mreža => ”aktivna” mreža

_1( )pP t

1( )pQ t_ 2 ( )pP t

2 ( )pQ t_ 3 ( )pP t

3 ( )pQ t_ 4 ( )pP t

4 ( )pQ t_ 5 ( )pP t

_ 5 ( )pQ t( )GP t

‐Znatno utječe na promjenu tokova snaga do mjesta priključka, te vrlo malo iza j t iklj čk

_p _p _p _p ( )G( )GQ t

( )Q ( )P t

4 ( )P t

mjesta priključka.

1 ( ) 0=P t

1 ( )Q t

2 ( )P t

2 ( )Q t3 ( )P t

3 ( )Q t4 ( )Q t 5 ( )P t

5 ( )Q t

‐Većinom rezultira pozitivnim efektima:

j j bit ksmanjenje gubitaka električne energije, poboljšanje naponskih prilika, oslobađanje k it t di tib žkapaciteta distib.mreže…


Primjer 1: Utjecaj rada VE Orlice na pogonske prilike u distrib. mrežiProizvodnje VE Orlice Potrošnja na izvoduOpterećenje na početku izvoda Napon u čvoru priključka VE

31.5

32.0

6

8

10Opterećenje na početku izvoda Napon u čvoru priključka VE

30.5

31.0

0

2

4

apon

[kV]

naga

[MW

]

29.5

30.0

-6

-4

-2

NaSn

29.0-8

6

1.03mjereno (VE u režimu regulacije napona) simulirano sa VE (cos =1) simulirano bez VE

1.01

1.02

p.u.]

0.99

1

Napon

[p


0.98

Primjer 1: Utjecaj rada VE Orlice na pogonske prilike u distrib. mreži

• %• %Učestalost pojedinih kombinacija

potrošnje i proizvodnje

Razlika gubitaka radne snage u odnosu na stanje bez VE j


Primjer 2: Utjecaj rada fotonaponske elektrane na pogonske prilike u distrib. mreži

Proizvodnja FN elektrane Potrošnja na izvodu Opterećenje na početku izvoda

1.01.21.41.6

W]

j j p j p

0.20.40.60.8

Sna

ga [M

W

-0.4-0.20.0

10%

12%

14%

16%

ost [%

]

‐utjecaj na mrežu sličan onomu VE

‐prednost u odnosu na VE: kronološko

0%

2%

4%

6%

8%

Vjerojatnoprednost u odnosu na VE: kronološko

podudaranje potrošnje s proizvodnjom FN elektrane‐rezultat: povoljnije pogonske prilike, p j j p g p ,smanjenje vršnog opterećenja izvoda, oslobađanje kapaciteta za priključak novih potrošača


ZAKLJUČNO

• realizacija projekata za izgradnju OIE u Hrvatskoj zasigurno nijena razini aktualnih interesa i ciljeva energetske strategijena razini aktualnih interesa i ciljeva energetske strategije

• nužna ulaganja u razvoj EES u svrhu ostvarivanja potrebnih• nužna ulaganja u razvoj EES u svrhu ostvarivanja potrebnihtehničkih i ekonomskih uvjeta

• nužne temeljite promjene u načinu funkcioniranja EES‐a nasvim razinamasvim razinama,

k k bi i ili d iđ i l i k tki k i• kako bi se ispunili predviđeni planovi , u kratkim rokovimapotrebno izvršiti temeljite prilagodbe klasičnih metoda ipristupa planiranju razvoju i pogonu EES‐a


pristupa planiranju, razvoju i pogonu EES‐a

PITANJA ZA DISKUSIJU


Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije · TEHNIČKE I EKONOMSKE PRETPOSTAVKE ZA VISOKU RAZINU INTEGRACIJE OIE U EES HRVATSKE RG iR.Goić, DJ kD.Jakus, JK

Documents