N,V,
TOT
KEURING VAN
ELEKTRO-TECIINISCHE
~ATERIALEN
W.~_n..,d_.e_o.~.[_gie en openbare elektriciteitsvoor ziening Een ori~nterende studie in her kader van de le fase van het Nationaal
Arnhem, mei 1977
I N II
0
U
D
S
OPGAV
E
0
Inleiding ; Conclusies
1
Verbruik ]..I 1.2 1.3
Karakter van het verbruik Verzameling van belasting; Belastingkron~es
gelijktijdigheid
Produktie 2.1 2.2 2.3
Karakter van de produktie Her produktiepark Rendement
Evenw icht produktie en verbruik 3.1 3.2 3~3 3.4
Ii
16
Vraag en aanbod Regeling Koppeling; koppelnet Lastverdeling
4
Brandstoffen
2]
5
Windturbinevermogen en conventioneel vermogen
25
5.]
5.2 5.3
5.4 6
Vermogensproduktie door externe factoren bepaald Voorspelbaarheid Regeling. Omvang en tijdstip
Investeringen; kosten 6.1 6.2 6.3
Principi~le benadering Brandstofkosten Algemeen
33
I~AP~’O~{T le fase Nationaal Onderzoekprogramma Windenergie
ii In[eid in~~ ; Conclusies In dit rapport wordt een aantal aspecten besproken van de moge]ijke implicaties voor de openbare elektriciteitsvoorziening van een bepaalde hoeveelheid elektrisch vermogen opgewekt met behulp van windturbines. ~et name wordt daarbij aandacht geschonken aan her produktieoark, de ~egelbaarheid en de opvangmogelijkheden van de bestaande en toekomstige produktie-eenheden. baarbij wordt in deze globale studie nog geen aandacht geschonken aan de technische aspecten van de koppeling van windturbines met her openbare net. onderwerpen als de vermogens-frequentieregeling, stabiliteit, s}~)a~~ningsniveaus, de wijze waarop her vermogen wordt verzameld, eventuele netvervuiling en blindlasthuishoudi~vallen buiten deze beschouwing omdat ze deel uitmaken van her programma van de 2e fase. Evenmin kon reeds in dit kader aandacht worden besteed aan de prob].emen met betrekking tot de planologische consequenties, het beheer, de lokalisatie en storingen op de bestaande telecommunicatiesystemen (radio- en TV; P.T.T.). omdat dat reeds in ander verband uitvoerig aan de orde is wordt evenmin ingegaan op mogelijke rendementen en opbrengsten van de windturbines. De voor de beschouwingen gebruikte basisgegevens omtrent aantal turbines, oDbrengst en vermogen zijn alle ontleend aan de verschillende publicaties, die reeds in her kader van het Nationaal onderzoekprogramma zijn verscheneno Alvorens nader in te gaan op de technisch-economische implicaties van de inpassing Van met behulp van wind opgewekt elektrisch vermogen in de openbare elektriciteitsvoorziening, wordt gewezen op een aantal karakteristieke eigenschappen en omstandigheden van het verbruik en de produktie van elektriciteit in Nederland, welke voor de verdere beschouwingen ~zan belang kunnen zijn.
Conclus ies
- Tengevolge van de geringe bedrijfstijd van windturbine-eenheden moet her daarin ge~nstalleerde vermogen voor een gegeven opbrengst aanmerkelijk groter zijn dan in her conventionele produktiepark. Ter verkrijging van een opbrengst van i0 h 15% van her huidige elektriciteitsverbruik moet een zodanig groot vermogen in de vorm van windturbines worden ge[nstalleerd dat her windtdbinevermogen onder bepaalde omstandigheden van dezelfde ordegrootte is als de momentane landelijke belasting (d.w.z. veel wind bij lage belasting) . - De kans dat een groot aanbod van windvermogen samenvalt met perioden van lage belasting tijdens welke her regelbereik van her machinepark in neerwaartse zin beperkt is moet nader onderzocht worden, teneinde een schatting te kunnen maken van de tengevolge daarvan verminderde opbrengst van de windturbines. Een eerste indruk is dat her noch economisch noch om redenen van brandstofbesparing verantwoord is om die redenen conventionele eenheden voor korte tijd uit bedrijf te nemen. .- Het rendement of het specifieke warmtegebruik van bestaande eenheden zal ongunstiger komen te liggen. De kapitaalslasten van elke door het conventionele produktiepark geproduceerde eenheid elektrische energie zullen stijgen in evenredigheid met her totale aandeel uit windturbines geleverde energie. Nader bezien moet worden in hoeverre de produktiekosten van de elektrische energie van her gehele park (zowel wind als conventioneel) zullen kunnen dalen - Tengevolge van een aantal factoren (zoals onvoorziene nietbeschikbaarheid t.gov, storingen, ongelijktijdigheid, windzogeffecten en onderhoud) zal echter het maximale vermogensaanbod niet gelijk zijn aan de som van de vermogens van individuele windturbines. - Tengevolge van het relatief grote en sterk fluctuerende vermogensaanbod van de windturbines biedt een bedrijfsvoering in gekoppeld verband de meeste kans van slagen bij her streven naar een maximale opbrengst en naar her achterwege laten van opslagsystemen.
-3-
~ i ~’~t-akter van bet verbruik A[~ankel_Ljk van de toepassing heeft het e.lektriciteitsverbruJ~k van ~.~.en bepaalde verbruiker in het algemeen een zeer fluctuerend -yetloop. ~en denke aan her steeds in- of uitschakelen van toestellen, verli.chting en industriele processen. Sonunige verbruiksdoeleinden [~ebben - eenmaal ingeschakeld - een constant verbruikspatroon, dowoz, tijdens de periode dat het toest~el is ingeschakeld, wijzigt {]e belasting niet of nauwelijks. Dit: i.s bijvoorbeeld her geval met verlichting. De variatie in het verbruikspatroon wordt daarbij dan ook met name veroorzaakt door het in- of uitschakelen van de desbetreffende be lasting. Andere soorten van belasting hebben op zichzelf een vari~rend k.arakter~ hoewel de toestellen min of meer voortdurend ±ngeschakeld ,~taan. Men denke aan de vele industri~l.e toepassingen, lastoestell.en~ vele aandrijvingen en tractie. Ook bepaalde huishoudelijke toestel].en zoals bijvoorbeeld koel- en vriesinstallaties, en in her algemeen via een thermostaat gestuurde verwarmingsprocessen (wasmachines, ovens) horen hiertoe. I o2 Verzamelinq van belasti_nH_;_~e~lijk_ti_jd_i~heid De elektriciteitsverbruikers in Nederland zijn - behoudens enkele uitzonderingen - aangesloten op her openbare net. De uitzonderingen betreffen enkele grote industriele verbruikers, die voor een deel hun eigen elektric±teit opwekken. Op her wijdvertakte net is zodoende een zeer groot, aantal verbruikers aangesloten, met elk een sterk schommelend belastingpatroon. Zodra men verschillende belastingen verzamelt, zullen de fluctuaties ervan een meer gedempt:: karakter te zien geven, vanwege de onderlinge ongelijktijdigheid van het verbruik van de verschil].ende afnemerso Dit effect wordt sterker naarmate de belastingen van telkens grotere groepen van verbruikers worden verzameld (b.v. stadswijken, gehele steden, regionale gebieden) o Bij wijze van voorbeeld kan genoemd worden dat men bij de planning van de distributienetten ervan uitgaat dat ~n huishoudelijke aansl.uiting een maximaal vermogen van 4 kVA kan vergen, doch dat voor ho~%derd van dergeli~iike aansluitingen een maximaal vermogen van I00 kVA nodig is. Dat. wil zeggen gemiddeld i kVA per aansluitingo Uiteindel.ijk ontstaan zodoende war men noemt de landelijke belastingkrommes welke, hoewe], samengesteld uit de zeer onregelmatige ~., .-~ ’ elk een zeker karakterisbelasting van vele mi.ljoenen ¯ verLru~kers~ tiek oatroon te zien geven~.
(~:) g~"o:id van ervaringen en op grond van het tijdstip waarop men de belasting beschouwt, vallen binnen be[)aa].de grenzen voorspeli[ingen te doen omtrent de grootte van de op enigerlei tijdstip te verwachten regionale of landelijke belasting. lie be].asting vertoont aldus een min of meet regelmatige onregelmatigheJd, die in belangrijke mate gekenmerkt wordt door de soort van beschouwde periode (werkdagen, zaterdagen, zon- en feestdagen, vakantieperiodes) en her klimaat (zomer- of winterseizoen, somber of helder weer en dergelijke). ~ Omdat te allen tijde getracht moet worden de elektriciteit te leve~-en zodra de vraag zich voordoet, is voor een goede aanpassing van <]e produktie aan de vraag het bo~enstaande van groot belang. De regeling daarvan wordt mogelijk gemaakt doordat a de fluctuaties in her gezamenlijk verbruikspatroon van groepen verbruikers minder hevig zijn dan die van de individuele verbruiker b de fluctuaties in de totale belasting een zekere voorspelbaarheld krijgen zonder dat het daartoe nodig is het gedrag van iedere verbruiker te kennen. Een optimale regeling van de produktie bestaat bij de gratie van de herkenbaarheid van de te verwachten belastingo ~o 3 ~£!~!~krommes Het momentane verloop van de belasting van de gezamenlijke verbruikers in Nederland gedurende een etmaal wordt weergegeven door de zogenaamde dagbelastingskromme. Een voorbeeld geldende voor maandag 20 december 1976 is in fig. 1 gegeven. Dit is tevens de dag waarop de hoogste belasting van bet jaar 1976 is opgetredeno In de huidige situatie bedraagt de bruto maximale belasting omstreeks 9000 MW. Tijdens de wintermaanden beweegt zich de dagelijkse maximale belasting vele malen in de buurt van dit niveau. Her bier ter sprake komende verschil tussen bruto en netto is daarin gelegen dat de bruto produktie van een centrale verminderd wordt met de belasting van het eigen bedrijf en het bedrijfsverbruik, teneinde de netto waarden te verkrijgeno De minimumbelasting welke zich in dezelfde etmalen voordoet, beweegt zich in die periode rond de helft ervan, d.w.z, ca. 4000 4500 MWo Tijdens de zomermaanden is in het algemeen het verschil tussen de maximumbelasting en de minimumbelasting gedurende een etmaal zowel naar verhouding als in absolute zin minder 9root. Een typische minimumbelastin9 op werkdagen is ongeveer 4000 MW’s nachts en een normale maximumbelasting beweegt zich tussen 6500 en 7500 MW. In fig. 2 zijn een aantal karakteristieke dagbelastingskrommes gegeven voor een aantal verspreid over her jaar liggende etmalen.
Voor de verdere beschouwingen zijn eveneens van belang de belastingduurkrommes. Deze krommes geven de tijdsduur aan gedurende welke - over een geheel jaar gerekend - een bepaalde belasting opgetreden is. Voor een aantal recente jaren zijn die weergegeven in fig. 3. Het verloop van het wekelijkse maximum van de nettobelasting is in fig. 4 gegeven. Met behulp van deze figuur valt vast te stellen, dat - behoudens een vakantieperiode van 6-8 weken - ’s zomers de maximale belasting 6mstreeks 85% van die in de winter bedraagt. In fig. 5 is een grafiek getoond, waarin het verloop van de verhouding tussen de laagste nachtbelasting en de hoogste dagbelasting per maand is weergegeven gedurende een reeks van jareno
9000
!l~O@
5600
5~00
~000
2000 I 0 L_I~
0
FIG.
85OO
7500
~000
~. 3 8elastlngsduurkrommen van her .~otale deblet (halfuurllJkse netto-meetwaarden van de belastlng, naar tlJdeduur geg.roepeerd ~n intervallen van 25
MW
I
Verloop yam her ~kelljks m~ximum van de ne.tto-belasring ~an de open,are elektr~cl.te~tavoorzlenlng in
-ii-
Produktie Karakter van de produktie van elektriciteit De e].ektriciteitsproduktie is naar aard zodanig, dat deze moet gesch den op hetzelfde ogenblik als dat waarop de vraag zich voordoet. .Er vindt geen voorraadvorming plaatso Her ziet er niet naar ult dat hlerin bin~nen afzienbare tijd een wezenlijke verandering gaat optreden. De huidige stand van zaken met betrekking tot de opslag van elektrische energie in grote hoeveelheden veroorzaakt dat op technisch-economische gronden de thans bekende opslagmethoden hog niet op grote schaal toepasbaar blijken te zijn voor de openbare elektrlciteitsvoorziening. Aangezien de behoefte aan elektriclteit een in de tijd gezien ~ri].lig verloop heeft is het karakter van de opwekking zodanig dat op elk moment aa~ de vraag moet worden voldaan. Dit betekent ~)~der meet dat her op te stellen produktievermogen niet gelleerd t.s aan een gemiddelde behoefte gepaard aan een zekere voorraad,0rming, zoals dat bijvoorbeeld bij de watervoorziening en :~-andstofvoorziening het geval is. Zij moet princlpieel gedimen’;[0neerd worden op basis van de verwachte maximale vraag die zich tn een beschouwde periode zou kunnen voordoen. !’y0ische kenmerken van de elektrlciteitsproduktie zijn dus: .,<)rraadvorming is niet mogelijk en de vraag naar elektriciteit ¯{ aan grote schommelingen onderhevig, zowel per uur, per dag, ,,~- week als per jaar bezien. Daar komt bij dat hoge eisen gesteld ,,:rden aan de betrouwbaarheid van de levering van elektriciteit. ~,~ en ander impliceert de noodzaak van reserve~apaciteit, waarvan ~, omvang bepaald wordt door bovengenoemde factoren en de kans op :<~t:-beschikbaarheid van produktiemiddelen en transportvoorzieningen ~ ;-,roduktie~ark_ !~:~ de huidige omstandigheden vindt de elektriciteitsopwekking ~’.~ in 38 produktiecentra (centrales) met in totaal 125 eenhe, ’~~ebundeld in Ii produktiebedrijven. ~ ~,~!,-~delijke produktie van de gezamenlijke produktiebedrijven ¯ ~i~ gecoSrdineerd door de N.V. SEP. ~ ~n~enstelling van her produktiepark, gerangschikt naar soort ,.~ .~i~,!~ eenheden voor het planjaar 1980/81, zijnde het laatste ’~ waar in het vorige Elektriciteitsplan bindend vastgestelde ~ ~’idingen plaatsvinden, is als volgt:
-12-
Tabe i i
.
- conventionele eenheden - kernenergie-eenheden - gasturbines
:
88,3% 3,1% 2,3% 1,7%
- STEG-eenheden - stadsverwarmingseenheden - tegendrukbedrijf : 0,5% - aftap- en condensatiebedrijf : 4,1% alles uitgedrukt in procenten van het totaal opgestelde vermogen. Zoals uit het bovens~aande blijkt bestaat het produktiepark voornamelijk uit conventionele eenheden. Voor het overgrote deel zijn dit moderne met gas, olie of kolen gestookte eenheden met een hoog energetisch rendement. De conventionele eenheden hebben een sterke ontwikkeling doorgemaakt waarbij vooral het energetisch rendement mede dank zij schaalvergroting aanzienlijk is verbeterd. Dit maakte bet lange tijd wenselijk voor de uitbreidingen moderne conventionele eenheden te kiezeno Door deze zoveel mogelijk voor basislast in te zetten kon een geleidelijke stiJging van het rendement van de elektriciteitsproduktie worden bereikt. Bij de prijsverhoudingen van voor de oliecrisis in 1973 waren kernenergie,eenheden alleen bij hoge bedrijfstijden economisch concurrerend met moderne conventionele eenheden. ¯ Mede door de relatief lage investeringen voor met gas of olie gestookte conventionele eenheden en de beschikbaarheid van aardgas voor de elektriciteitsproduktie is de invoering van kernenergie dan ook beperkt gebleven. Door de elektrisch~ energie zoveel mogelijk te laten opwekken door moderne conventionele eenheden en kernenergie-eenheden kon de bedrijfstijdvan de oudere eenheden worden verkort en konden deze geleidelijk een reservefunctie krijgeno Als gevolg van deze ontwikkeling bestond er geen behoefte ~aan het opnemen van specifiek reservevermogen, met name in de vorm van gasturbines. Gasturbines, die een vrij laag energetisch rendement hebben, zijn daarom slechts op beperkte schaal toegepast, met name in gevallen waar door plaatsing in zwaartepunten van de belasting een aanzienlijke besparing op de transportkosten kon worden bereikt en bij enkele grote centrales, mede om het mogelijk te maken in een situatie waarin de centrale uit bedrijf is en geen elektriciteit uit bet net kan worden betrokken (een zogenaamde "black-out"situatie) zelfstandig met de centrale in bedrijf te komen. Hierbij moet hog worden vermeld dat ten tijde dat deze gasturbines in bedrijf kwamen, hiervoor een dusdanig lage gasprijs van toepassing was, dat hog een redelijk lange bedrijfstijd van deze gasturbines economisch verantwoord leek.
x) Een STEG-eenheid is een gecombineerde s_.toomturbine e_n gasturbine-installatie.
-13-
SIl",~-een~eden z±~n hog maaT sinds kort ±n een ontwikkelings~ase waaT±n toe~ass±ng voo~ de e].ekt~±c±te±tsopwekking ~nteTessant ±s,
voorzove~ de voo~ cleze eenheden benocl±gde "~chone" branclmto~ tegen een aanvaardba~e pr±.~s te~ bemch±k~±ng staat. De wenselijkheid voorrang te geven aan diversificatie van de brandstoffenvoorziening alsmede her in de toekomst niet meet voldoende beschikbaar zijn van aardgas heeft geleid tot uitbreiding van her produktiepark met grote met kolen gestookte conventionele eenheden. De oudere produktie-eenheden zullen in de nabije toekomst geleidelijk definitief buiten bedrijf worden gesteld. Dit betekent dat de conventionele eenheden met een laag rendement in de toekomst geleidelijk uit het produktiepark zullen verdwijnen. De belangrijkste criteria welke ten grondslag liggen aan de keuze met betrekking tot de omvang en samenstelling van het produktiepark zijn als volgt: - her verwachte verloop van de maximaal optredende belasting - de noodzakelijke flexibiliteit m.b.t~ de brandstoffenvoorziening - bet brandstoffenpakket dat naar verwachting beschikbaar zal zijn - mogelijke vestigingsplaatsen - de reservefactor ~,~ Rendement van de opwekkinH~warmteverbru!~!start- en stqpkosten Het opwekrendement van een conventionele thermische eenheidofwel her specifieke warmteverbruik vari~ert in principe met de relatieve belasting volgens onderstaande kurve:
_d_~Q (~MJ/kWh ) dP
0
20
--~- P (MW)
40
80
100%
Fig. 6
neemt toe bij afnemende belasting en bereikt in het algemeen ~ de meest gunstige waarden in de buurt van of lets beneden de nomina ].e belasting.
dQ afhankeli-ik van de grootte en leefDaar~aast is de waarde van ~-~ tijd van de eenheid. Moderne, grote eenheden hebben een lager specifiek warmteverbruik dan kleinere oudere eenheden. Deze omstandigheid is van belang bij de inpassing van windturbine-eenheden. In onderstaande tabel zijn ter ori~ntatle enige kenmerkende warmteverbruikscijfers voor verschillende belastingen en soorten van produktie-eenheden weergegeven. Tabel 2 : warmteverbruik in kJ/kWh Belasting 100% 75% 50%
eenheid 600 MW 8.750 8.900 9.100
eenheid 250 MW 9.900 i0.I00 10.350
gasturbine 12.500 13.000 14.800
Gezien de hoeveelheid brandstof, welke met de elektriciteitsproduktie gemoeid is (in 1976 ongeveer overeenkomend met 12 miljoen ton olie, zijnde omstreeks 20% van het totale brandstoffenverbruik in Nederland) heeft bet zin voortdurend te trachten op brandstoffen te besparen. Om de gedachten te bepalen: op basis van de produktiecijfers van 1976 betekent een verbetering van het warmteverbruik met 1% een brandstofbesparing oD jaarbasis overeenkomend met 120.000 ton olie. Het gemiddelde specifieke warmteverbruik, d.w.z, het warmteverbruik per kWh aan het net afgegeven is gedurende de laatste 10 jaren gedaald van omstreeks 11,3 MJ/kWh naar 9,8 MJ/kWh. Die besparingen zijn verkregen dank zij verbetering van de stoomcondities door het bouwen van grotere eenheden. Bij grotere turbines verloopt de expansie van de stoom meer optimaal ten gevolge van het grotere aantal trappen in de turbine. De maximale stoomdruk en -temperatuur konden eveneens aanzienlijk verhoogd worden. Grotere eenheden bewerkstelligen tevens een besparing op de specif±eke investerings- en bedrijfskosten. De bedrijfstechnische mogelijkheden om grote eenheden toe te kunnen passen zijn aanzienlijk vergroot dank zij het koppelnet. Naast een aantal andere factoren welke van invloed zijn op bet rendement, zoals de reeds genoemde eenheidsgrootte, de in par~ 3.3 te bespreken onderlinge koppeling van de centrales, de belastingvariaties en bet hoofdstuk 4 te bespreken brandstofpakket, is bet in her kader van de windenergie vooral ook van belang de zogenaamde start- en.stopkosten van een conventionele eenheid te bezien.
van de soort van eenheid, de grootte en de toeqeoaste echnische uitrusting ]
Iifhankelijk erantwoord is deze in bedr’j te houde . oor ommige eenheden. an oudere datum ligt die grens reeds bij omsteeks 40-50% van e nominale belasting. ’ Voor andere is terugregeling tot 20 ~ 25% technisch mogelijk, a] stijgt daarbij dan weliswaar her specifieke warmteverhruik. Uiteraard is bij sommige eenheden regeling onmogelijk, omdat hun produktie anderszins gedicteerd wordt (zie 5.1). Uit economische en technische overwegingen zal men het voor korte tijd in of uit bedrijf nemen van conventionele thermische eenheden willen vermijden. Met het opstarten van een produktie-eenheid en het uit bedrijf nemen gaat een hoeveelheid brandstof verloren, welke gelijk is aan de hoeveelheid brandstof welke verbruikt wordt gedurende Naast deze extra brandstofkosten ontstaan extra kosten met betrekking tot de bediening, zoals personeelskosten, min of meet weer te geven in een vast bedrag per start- en stopcyclus. De totalekosten hangen aldus af van de brandstofkosten, de soort van verstookte brandstof, de eenheidsgrootte en her aantal uren stilstand voor de start. Ter ori~ntatie kunnen op basis van huidige omstandigheden dergelijke start- en stopkosten voor een I00 MW-eenheid begroot worde~ op omstreeks fl. 6.000,- en voor een 250 MW-eenheid op omstreeks fl. 12.000,- per start- en stopcyclusVoorts gelden een aantal technische overwegingen uit oogpunt waarvan het frequent starten en stoppen ten zeerste vermeden moet wordeno Deze houden onder meet ~erband~ met ongewensteDe karts optemperatuur-technische gradienten in ke~el- en pijDleidin~systemenstoringen neemt tijdens dez~ manipulaties niet onaanzi~nlijk toe en de levensduur wordt verkort~ Er zijn met name bij het starten zeer veel handelingen nodig en de apparatuur verkeert dan onder abnormale omstandigheden, zodat men een meer dan ~normale kans loopt op storingen, fouten e.d. Het onderhoud Afhankelijk vanzal de bovendien soort van toenemen. eenheid worden om technische redenen minimaie stflstandsperioden in tijdsduur vari~rend van enkele uren tot soms enkele etmalen in acht genomen. Bovenstaande geldt met name voor met gas, kolen, olie of kernenergie gestookte thermische eenheden. Bij gasturbines liggen de start- en Stopkosten aanzienlijk lager.
~
Evenwicht ~tussen produktie en verbruik Evenwicht vraaq en aanbo~ De produktie van elektrische energie kenmerkt zich door een voortdurend streven naar evenwicht tussen de mroduktie en verbruik. Zoals in 1.2 en 1.3 is aangeduid kan met betrekklng tot de organisatie van de produkt±e in zekere mate worden geanticipeerd op de komende vraag. Dit is mogelijk omdat de fluctuaties van her verbruikspatroon van grote groepen verbruikers een zekere voorspelbaarheid bezito Het evenwicht tussen Droduktie en verbruik kan op de volgende wijzen worden verstoord~ - door de steeds wisselende vraag - door kortdurende belastingsstoten - door belastingsveranderingen met een meet blijvend karakter - door produktiestoringen - door transportbelemmeringen - storingen in bet distributienet. In principe kan men op twee manieren de produktie en het verbruik aan elkaar aanpassen. Enerzijds kan men .de produktie regelen. Anderzijds kan men de belasting be[nvloeden. Deze laatste mogelijkheid valt in her kader van de openbare elektriciteitsvoorziening - behoudens zeer uitzonderlijke omstandigheden vooralsnog buiten beschouwing Dit zou immers betekenen dat verbruikers afgeschakeld zouden moeten worden. Men zal steeds willen trachten door regeling van het produktievermogen aan de wisselende vraag te voldoen.
Teneinde on adequate wijze voortdurend aan de vraag te kunnen voldoen is. een complex regelmechanisme noodzakelijk. Hierbij wordt een om een bepaald moment in bedrijf zijnd en onderling gekoppeld machinepark geco6rdineerd geregeld. Her aanpassen van de produktie geschiedt in drie fasen of soorten van regeling, waarbij men onderscheid maakt tussen: 1 2 3
de primaire regeling de secundaire regeling de tertiaire regeling
I
De primaire .regeling De eerste reactie van een draaiende generator op een belastingverandering is een snelheidsverandering. Bij her plotseling wegvallen of her plotseling optreden van een belasting zal een momentane snelheids- c.q. frequentiewijziging optreden.
-17-
Tengevolge van de traagheid van her gehele systeem (warmteproduktie - stoomproduktie in de ketel - stoomtoevoer naar de turbine) worden in feite belastingvariaties opgevangen door het massatraagheidsmoment van het draaiende machinepark. Hiervoor is de zogenaamde draaiende reserve nodig. De gezamenlijke turbineregelaars reageren op de aldus ontstane frequentiewijziging. Hierdoor ontstaat een automatisch herstel van de frequentie. De belastingswijziging wordt verdeeld over alle gekoppelde machines~ zie fig. 7.
(frequentie)
---- P (vermogen)
Fig. 7 De helling van een dergelijke (rechte) regelkarakteristiek wordt gegeven door de ongelijkvormigheidsgraad:
~= ( -~f : ~) x 100%. f p II
Secundaire rege.ling De secundaire regeling betreft de regeling welke zich bezighoudt met de belastingverdeling over de centrales onderlingo In eerste instantie wordt de belastingverhoging over alle op een bepaald ogenblik in bedrijf zijnde machines geliJkelijk verdeeld (primaire regeling). In tweede instantie zal de belasting moeten worden gedragen door een bepaalde produktiecomplex waarbij - behoudens andere onderlinge afspraken - elke regio in principe zijn eigen belasting dekt. Dit is een belastingverdeling welke plaatsvindt met behoud van de frequentie, ook wel genoemd de vermogens-frequentie-regeling (zie fig. 8).
Fig. 8.
III De tertiaire regeling De tertiaire regeling streeft naar de meest economische belastingverdeling over de beschikbare machines van een bepaald complex onafhankelijk van de snelle fluctuaties in her belastingpatroono Gestreefd wordt naar een zo zuinig mogelijk gebruik van de brandstoffen. 3°3
Vanwege de mogelijke invloed~van al of niet aanwezige netten op de plaatsing van windturbines wordt in het hierna volgende kort ingegaan op de hoofdstr~ctuur van de netten in Nederlando In Nederland zijn de diverse verbruikers en producenten op ~n gecompliceerd net.aangesloten. Dit net kent verschillende geledingen of niveaus. Zo vindt transport en distributie van elektriciteit in stedelijke gebieden plaats op een niveau van i0 kV, het zogenaamde middenspanningsneto Uit dit m.s-net worden de laagspanningsnetten gevoed (via de zogenaamde transformatorhuisjes) teneinde de uiteindelijke verbruikers te voeden met een hanteerbare laagspanning van 220/380 Vo Uitzonderingen hierop vormen grote verbruikers, die al naar gelang de grootte van het aansluitvermogen en de eventueel gewenste zekerheld van de voorziening direct zijn aangesloten op het middenspan-. ningsnet of zelfs netten van nog hogere spanning. In veel gevallen wordt het middenspanningsnet gevoed uit het 150 kV of II0 kV net (afhankelijk van de provincie). Dit net kan men het regionale transport- en distributienet noemen. Op dit niveau zijn de elektrische centrales in een bepaald provinciaal of regionaal gebied aan elkaar gekoppeld. In de stedelijkev dichtbevolkte gebieden treft men overigens tussen bet 150 kV-net en het m.s-net een tussengelegen spanningsniveau aan van 50 kV (in de provincies Zuid- en Noord-Holland~ Utrecht en Gelderland voornamelijk)of soms 25 kV (in de steden Rotterdam en Den Haag). Op enkele belangrijke knooppunten zijn de regionale 150 kV-netten verbonden met het 380 kV-koppelnet (de 110 kV-netten in het Noorden zijn aldus verbonden met het 220 kV-koppelnet). Een en ander zoals op de kaart in fig. 9 is aangegeven. De wezenlijke functie van het koppelnet is die van een voortdurende koppeling van de regionale produktiecentra om via vermogenstransporten over en weer een zo zeker en zo optimaal mogelijke produktie van elektriciteit te waarborgen. Een goede co6rdinatie van de produktie is hiermede mogelijk gemaakt. Door deze onderlinge koppeling wordt niet alleen de betrouwbaarheid vergroot - in geval van storing kan de ene centrale de andere bijspringen - maar vooral ook kan de noodzakelijke reservecapacitei aanzienlijk kleiner worden gehouden. Daardoor kan aanzienlijk worden bespaard op her totaal benodigde vermogen.
Dat betekent in de eerste plaats een besparing op de investerfngen, maar ook een brandstofbesparing. Die besparingen worden bereikt doordat als gevolg van de koppeling, de bouw van minder maa1:, produktie-eenheden mogelijk werd. Deze hebben lagere investeringskosten per ge~nstalleerde kW dan kleinere eenheden, terwijl verbetering van de stoomcondities tot brandstofbesparing le±dt. In essentie kan de functie van her landelijke koppelnet aldus worden samengevat: a het biedt een mogelijkheid om in geval van storing in een centrale produktievermogen van elders te "lenen"t waardoor naar verhouding het reservevermogen aanzienlijk minder kan zijn b het biedt een mogelijkheid tot opstelling van grote eenheden met een laag sp~cifiek warmteverbruik (rendementsverbetering) c her biedt een mogelijkheid om te komen tot een optimale lastverdeling met betrekking tot de beschikbaarheid van brandstoffen, de inzet van eenheden met een hoog rendement~ de inzet van eenheden, waarvan de produktie anderszins is gedicteerd, etc. d het biedt een mogelijkheid om belangrijke lokale snelle belastingswijzigingen gezamenljk op te vangen. Dit aspect is ook van betekenis bij de inpassing van windturbinevermogen. 3.4 Lastverdelio~ Zoals reeds in par. 3.3 is aangeduid vervult het landelijke koppelnet niet alleen een essenti~le functie bij her opvangen van storingen doch is het ook van groot belang bij het bereiken van een economisch optima.le lastverdeling. Met inachtneming van de. vari~rende opwekrendementen, zoals die in par. 2.3 beknopt zijn omschreven, wordt het per opwekeenheid te leveren vermogen- zodanig bepaald, dat steeds - met inachtneming van de noodzakelijke draaiende reserve - aan het gevraagde verbru±k kan worden voldaan bij minimale brandstofkosten. Bij het bepalen van deze zogenaamde economisch optimale belastingverdeling spe!en-overigens ook andere factoren een rol, zoals transportverliezen, de (soms beperkte) beschikbaarhe±d van koelwatert luchtverontreinigingsaspecten, revisieschema’s, brandstofprijzen en dergelijke. In her algemeen zullen nieuwe en op basis van moderne technologie gebouwde eenheden veelvuldiger worden ingezet en - indien mogelijk meet worden belast dan oudere, kleinere eenheden. De nieuwste en meest economische eenheden worden gebruikt voor de produktie van de zogenaamde grondlast. De kleinere, oudere eenheden dienen meet voor het opvangen van pieken en als reserve. Ondanks de aanzienlijke verschillen tussen dagmaximum en nachtminJ.mum van een etmaal, zal men streven naar een zodanig in bedrijf zijnd uroduktiepark, dat zoveel mogelijk met de eenheden die "s nachts in bedrijf zijn de maximale belasting van de daarop voligende dag opgevangen kan worden, teneinde zo veel mogelijk starten stopkosten te vermijden.
- 20 Bestaande hoogspanningslijnen roar 11’,) RV 150 kV , 220 kV en 380 kV, alsmede de t I m 1962 gepro.!ecl.eerde u~tbreidingen van her 220 kV. en 380 k V. net
I. eeuwarden Louwsmeel
Oudehaske
Flevo
Leiden Den Haa~
Borculo Toldijk
Maasvlakte
estein¯ ¯
Geertrui-
Eindhov erneuzen
genum
Oberzier Z20 kV 380 kV
gereed inaanbouw of geprojecteerd t/m 1982
,~,~,~ ,,~..,.~
Lutterad~
ombouwnaar hogere spanning geprojecteerd Zu k un ft
centra[e centl:ale ~r~ aanbouw of geprojecteerd station station ~n aanbouw of geprojecteefd
Jupille
-2]-
4
Brandstoffen Het in de huidige en toekomstige situatie te verstoken brandstoffenpakket wordt door een veelheid van factoren bepaald. Daarvan kunnen genoemd worden: - de samenstelling van het produktiepark:in een kerncentrale kunnen immers geen kolen verstookt worden; in een met olie gestookte centrale kunnen evenmin kolen verstookt worden (tenzij die er speciaal voor geconstrueerd is) - de flexibiliteit van de eenheden met betrekking tot de mogelijkheld van verschillende brandstoffen te verwerken, d WoZ. bet aantal en de grootte van de zogenaamde dual-fue! produktieeenheden - de orijs van de brandstoffen - de beschikbaarheid van de brandstoffen - de zekerheid van de voorziening van bepaalde brandstoffen op langere termijn - milieu- en luchtverontreinigingsaspecten en beschikbaarheid van koelwater
- nationaal en internationaal overheidsbeleido In hoofdzaak zal bet pakket brandstoffen bestaan uit: - kolen (voor thermische centrales geschikte steenkool, afkomstig uit diverse landen) - olie
(zware en lichte stookolie, afkomstig uit een beperkt gebied)
- gas
(aardgas en hoogovengas, hoofdzakelijk afkomstig uit eigen land)
- uranium (afkomstig uit het buitenland) Vo!gens huidige inzichten zal de verdeling van het produktievermogen naar stookwijze in 1977 en 1985 zijn zoals in tabel 3 is aangegeven.
-22-
Tabel 3 brandstofmogelijkheid in % van her totaal
1977
gas olie kolen olie/aardgas kolen/olie kolen/aardgas Ho-gas/olie Ho-gas/aardgas kernenergie
14% 7 3 60 4 2 2 5 3 I00
totaal
i% is ca. (bruto) 150 MW
1985
16% 4 0 54 13 1 5 4 3 i00 185 MW
De verdeling van de in feite te verstoken brandstoffen is in tabel 4 weergegeven. Voor het jaar 1985 is enerzijds weergegeven de begroting volgens de Energienota 1974 en voorts de verdeling zo die op grond van huidige inzichten (Ontwerp E-plan 1982/83) vermoedelijk in 1985 zal zijn. Ter vergelijking is de brandstoffenverdeling voor 1976 opgenomen. Tabel 4
Brandstoffenverhoudingen bij de elektriciteitsproduktie in openbare centrales in 1976 en 1985 (in procenten)
door kolen olie gas kernenergie
1976 5 8,5 79 7,5
Energienota 1985 I0 52 13 25
1985 volgens E-plan 14 58 24 4
-2:]-
U
........
l~Ir]
I J~l
I Pl I
II [
i
-24-
De verschillen tussen de verwachtingen zoals die in de Energienota omstreeks 1974 zijn uitgestippeld en de huidige verwachtingen kunnen vooral verklaard worden uit een lagere prognose voor her elektriciteitsverbruik in 1985 (ca. 82,5 TWh i.p.v. 89 TWh). Deze absolute afname betekent een relatieve stijging van het aandeel aardgas bij gelijkblijvend gebruik van geplande aardgasleveringen. Om dezelfde redenen is ook het aandeel steenkool gestegen bij een absoluut gezien gelijk verbruik van 3 ~ 4 miljoen ton per jaar. Het geschatte verloop van de brandstofverhoudingen tot en met 1985 is gegeven in fig. i0. Geconcludeerd kan wooden, dat: - her aardgas zeer sterk in betekenis zal afnemen en in de tweede helft van de jaren ’80 hoofdzakelijk zal worden ingezet voor specifiek produktievermogen (STEG-eenheden, stadsverwarming, milieugevoelige situaties) - de hoeveelheid elektriciteit opgewekt in kerncentrales naar verhouding gering zal blijven, ook al zou men in de beschouwde periode de beschikking hebben over ~n of twee nieuwe kerncentrales naast het huidige bestand - de olie zal als brandstof een vitale rol gaan spelen. Als zeer voorzichtige conclusie lijkt het gerechtvaardigd te stellen, dat men er rekening mee moet houden dat in de eerste plaats op olie bespaard zal worden, indien windturbines aan de produktie van elektriciteit zouden gaan deelnemen. Een en ander zal overigens mede afhangen van de samenstelling van het produktiepark en met name van de vraag welke eenheden vooral "samen zullen spelen" met het windturbinepark. Met een - ook in 1985 en daarna -nog relatief gering aanwezig produktievermogen dat geschikt ~is voor het verstoken van kolen, zullen deze eenheden zeer waarschijnlijk vooral als grondlasteenheden ingezet worden. Dit is noodzakelijk om een zo hoog mogelijke bedrijfstijd te behalen, teneinde aan het beleid met betrekking tot het verstoken van steenkool te voldoen.
-25-
Windturbinevermo~en en conventioneel vermog_~n-
In dit hoofdstuk wordt op basis van de gegevens~uit de vorige hoofdstukken en een gekozen scenario met betrekking tot het te verwachten windturbinevermogen nagegaan welke de consequenties zouden kunnen zijn van het opnemen van windvermogen in de openbare elektriciteitsvoorziening. 5. ]p
Vermo~£~roduktie wordt door externe factoren bepaald In een elektriciteitsproduktiepark bestaande uit normale conventionele thermische opwekeenheden wordt de grootte van de produktie van elektriciteit in principe geregeld door het verstoken van meer of minder brandstof, al naar gelang de behoefte en de belastingsverdeling van een bepaald ogenblik. Dit impliceert dat men de hoeveelheid elektriciteit, welke door een bepaalde eenheid wordt geproduceerd, binnen ruime grenzen naar eigen keuze kan bepalen. Er zijn echter ook produktie-eenheden waarvan een karakteristieke eigenschap is, dat de hoeveelheid geproduceerde elektrische energie bepaald wordt door andere omstandigheden dan door de vraag naar elektriciteit op dat moment; zulke eenheden zijn bijvoorbeeld: - produktie-eenheden die gebruik maken van zogenaamd hoogovengas als brandstof - vuilverbranding gecombineerd met elektriciteitsopwekking - stadsverwarming gecombineerd met elektriciteitsopwekking - industri~le warmte-kracht-opwekinstallaties Bij de eerste twee wordt de elektrlciteitsproduktfe geheel bepaald door het brandstofaanbod, terwijl die bij de laatste twee afhankelijk is van de warmtevraag. De genoemde eenheden staan dus als het ware naast de normaal geregelde produktiemiddelen en nemen niet deel aan de vermogensfrequentie-regeling. Bij geen van de genoemde soorten van elektriciteitsproduktie zal in het algemeen gesproken het aanbod (van primaire energie) in evenwicht zijn met de vraag (naar elektriciteit). Door dit soort eenheden in gekoppeld verband te bedrijven kan de op deze wijze geproduceerde elektrische energie te allen tijde worden afgenomen. Windturbinevermogen moet worden gerekend tot dezelf~--~%eg~-±~ .... van produktie. Het vermogensaanbod wordt gedicteerd door klimatologische omstandigheden (namelijk het al of niet aanwezig zijn van wind en in welke hoeveelheid) en zal in het algemeeen niet samenvallen met de vraag. Daarom zal het te allen tijde absorberen van dit vermogensaanbod de meeste kans van slagen bieden, indien zoveel mogelijk gebruik wordt gemaakt van bedrijf in gekoppeld verbar~do
Voorspelbaarheid van het vermo~ensaanbod In tegenstelling tot die van normale conventionele thermische opwekeenheden is de voorspelbaarheid van de beschikbaarheid van een zekere hoeveelheid windvermogen naar haar aard tamelijk beperkto Bij de dagelijkse besluitvorming omtrent de samenstelling van het - met het oog op het te verwachten belastingverloop - in bedrijf te nemen of te houden produktiepark, speelt de kans op onvoorziene niet-beschikbaarheid.van produktiemiddelen of transporten koppelverbindingen een grote rol. In het totaal van de producerende eenheden moet een zekere draaiende reserve besloten zitten, om te kunnen voldoen aan onvoorziene variaties in de vraag (laststijging) of aanbod (uitval). Bij her vaststellen van de mogelijke onvoorziene variaties in her aanbod wordt rekening gehouden met bepaalde storingssituaties, zoals her plotseling uitvallen van de grootste in bedrijf zijnde eenheid~ her uitvallen van bepaalde transport- en koppelverbindingen etco Met betrekking tot de voorspelbaarheid van bepaalde windsnelheden of windsnelheidsgebieden, welke binnen een periode van bijvoorbeeld enkele uren zouden kunnen optreden, zullen van meteorologische zijde waarschijnlijk wel redelijke uitspraken verwacht ~mogen worden. Aangezien echter het vermogen van de windturbine vari~ert met de 3e macht van de windsnelheid, zullen ultspraken omtrent de verwachte omvang van her windvermogen in bet algemeen zeer speculatief zijn. Dit Zal vooral bij lagere windsnelheden een grote rol spelen omdat het daarbij gaat om de vraag of in voldoende mate gerekend mag worden op het ~berhaupt in bedrijf komen van de betreffende windturbine of her windturbinepark.
Tenzij statistisch geori~nteerde vervolgstudies anders uit zouden wijzen moet hieruit vooralsnog geconcludeerd worden dat windturbinevermogen nieto zonder meer beschouwd kan worden als behorende tot het veilige en vereiste elektrische vermogen, waarmede de SEP bedrijfsvoering moet rekenen om een ongestoorde, d.w~z, ononderbroken, levering te garandereno Het ziet er naar uit dat bij de planning van het produktiepark er steeds van moet worden uitgegaan dat ook zonder de windturbines aan de te verwachten belasting in zijn geheel kan worden voldaano Het meerdere aanbod van windturbines zal m.b.v, regeling van het reeds in bedrijf zi~nde park moeten worden opgevangen. Om de gedachten te bepalen: Een vergroting van de windsnelheid van bijvoorbeeld 7 m/s tot 8 m/s betekent een vermogenstijging van 50%. Een stijging van 7 m/s tot bijvoorbeeld i0 m/s betekent een verdrievoudiging van het vermogen. Er zal zeer waarschijnlijk gedacht moeten worden aan een vergroting van de draaiende reserve.
Met behulp van de primaire en secundaire regellng, zoals omschreyen in 3.2 zullen de fluctuaties in het windvermogensaanbod moeten worden opgevangeno Hoe groter naar verhouding het vermogen van het conventionele park is ten opzichte van her windvermogen, hoe beter de regelmogelijkheden zijn, die een goede maximale opvang van de energie uit wind moeten bewerkstelligen. De verdeling van dit vermogen over de eenheden en de centrales moet zodanig zijn dat de belasting van een eenheid niet onder een zeker minimum daalt. De speelruimte die men op een gegeven ogenblik heeft om - zonder over te gaan tot het nemen van oneconomische maatregelen zoals het tijdelijk uit.bedrijf nemen van produktie-eenheden - een bepaald windturbinevermogen te kunnen opvangen, hangt in hoge mate af van het op dat ogenblik in bedrijf zijnde nominale produktievermogen en de feitelijke belasting. Bovendien moet de verdeling zodanig zijn dat de transport- en koppelverbindingen niet overbelast raken. Zoals in 2.3 omschreven, zal het gemiddelde specifieke warmteverbruik stijgen omdat het op korte termijn opvangen van het windturbinevermogen een terugregeling van de op dat moment draaiende produktie-eenheden impliceert. De invloed van dit aspect zal uiteraard worden bepaald door de situatie van het ogenblik en met name door de relatieve grootte van het aanbod van windvermogen. Verdere berekeningen hieromtrent zijn nodig. Omvan~ en tijd_s_ti~ 5.4.1
Globale gegevens; basisgegevens Uitgangspunt van de beschouwingen met betrekking tot de schattinge van de grootte van het te verwachten windvermogen vormt de gedacht dat I0 ~ 15% van de huidig jaarlijkse elektriciteitsproduktie in de vorm van windenergie als beduidend wordt beschouwd. Dit betekent op basis van de bruto-produktie in 1976 van 55 TWh een hoeveelheid elektrische energie van omstreeks 5 ~ 8 TWh per jaar. Volgens huidige inzichten zal voor de produktie van deze hoeveelheld elektrische energie een aantal van omstreeks 5000 windturbines nodig zijn met elk een vermogen van omstreeks 1MW bij een windsnelheid van 12,5 m/s. Een dergelijke windturbine heeft een rotordiameter van 50 mo De energieproduktie van een dergelijke windturbine wordt op i ~ 1,5 GWh per jaar geschat. Dit betekent een bedrijfstijd van lOOO ~ 1500 h.
-28-
Het is duidelijk dat deze getallen nog in hoge mate onzeker zijn. Het kan bijvoorbeeld zijn dat in het kader van het Nationaal Onderzoekprogramma blijkt dat de rotordiameter groter kan worden gekozen, dat de benodigde p!aatsruimte in verband met zogverschijnselen geringer wordt of dat ook gekozen kan worden voor een hogere maximale windsnelheid waarbij de windturbine nog in bedrijf is. Wellicht zou bovendien kunnen blijken, dat huidige berekeningen en aannames van rendementen en netto-opbrengsten tijdens her onderzoek correcties behoeven. In elk geval kan men vaststellen, dat naar ordegrootte gerekend men in aantallen van vele duizenden windturbines moet denken, wil men althans kunnen spreken van een "beduidende" bijdrage van de genoemde i0 ~ 15% van de huidige elektricite±tsproduktie. 5.4.2
~J~simum windvermoHen Voor de integratie in her openbare net is van groot belang het maximale windturbinevermogen te kennen, dat op een bepaald tijdstiD op zou kunnen treden. 5000 windturbines van i MW elk leveren echter, om 9erschillende hierna te noemen redenen, niet een totaal maximum vermogen van 5000 MW bij de maximaal toelaatbare windsnelheid van 12-13 m/s. De volgende beperkende faetoren spelen hierbij een rol: a Ongelijktijdigheid Niet alle molens ondervinden op hetzelfde tijdstip dezelfde maximum windsterkte vanwege het wisselvallige karakter van de wind. Dit zal niet alleen gelden voor de turbines behorende tot ~@n park, maar ook - en in versterkte mate - voor her landelijke park. Op basis van voorlopige informatie van het KNMI kan gesteld worden, dat windvelden in het algemeen groter zijn dan ons land. Dat betekent dat in de meeste gevalfen de windsnelheid over heel Nederland gerekend, op een bepaald tijdstipgemiddeld en naar verhouding veelal dezelfde zal zijn. Daarbij moeten natuurlijk in aanmerking worden genomen de verschillen die ontstaan tengevo!ge van geografische omstandigheden.
~
Windzogeffect Tengevolge van het storingsveld, dat door een windturbine wordt veroorzaakt zal een op zekere afstand erachter gelegen turbine, afhankelijk van de windrichting, een lagere opbrengst hebben. Deze zogeffecten en de bijbehorende problematiek van optimale afstanden van de eenheden onderling in afhankelijkheid van overheersende windrichting vormen onderwerp van nadere studie0 Nie~-be~ch±kbaarheid van eenheden ~.g.v onderhoud ,,_!(voorz±ene n±et-beach±kbaarhe±d) Een zekere hoeveelhe±d turbines zal telkens bu±ten bedr±jf z±jn vanwe~e onderhoud en ~eplande revis±ea e.d. ~elfs kunnen gehele parken (uaarvan de ener~±e van een aan~al ~urb±nes elekkr±sch word~ verzameld) tijdel±jk buiten bedr±jf z±jn om dezelfde redenen.
~
-29d Onvoorziene niet-beschikbaarheid Een zeker nog in het geheel niet vast te stellen percentage van bet totaal opgestelde windvermogen zal t.g.vo storingen van verschillende aard uit bedrijf zijn of uit bedrijf genomen moeten worden. Daarblj moet ook de onvoorziene nietbeschikbaarheid van de elektrische koppeling- en transport.voorz±eningen in de beschouwingen worden betrokken. Hoewel het in dit stadium niet mogelijk is de bovengenoemde effecten te kwantificeren, lijkt her redelijk te veronderstellen dat een opgesteld vermogen van nomiaal 5000 eenheden ~ I MW bij 12,5 m/s, in feite resulteert in een maximaal te verwachten elektrisch vermogen dat aanmerkelijk lager ligt dan 5000 MW. Wij veronderstellen dat dit getal in de buurt van 3500 MW zal ]
-30-
Reeds eerder is gewezen op de omstandigheid dat elke machineeenheid oat technische redenen en redenen van bedrijfsvoering een bepaalde minimum belasting kent, waaronder bedrijf niet meet verantwoord is. Een deel van her produktievermogen, namelijk die eenheden die dienst doen in de vorm van grondlasteenheden en eenheden waarvan de produktie van buitenaf gedicteerd wordt (zie par. 5.1) w zal in geringe mate mee kunnen doen in de terugregelingo De zogenaamde middenlasteenheden en tevens de pieklasteenheden zullen in hoofdzaak het regelgebied bepalen waar binnen her windvermogen moet worden opgevangen. Des te groter her verschil is tussen de som van de nominale in bedrijf zijnde vermogen (het zogenaamde SEP-vermogen) en de met behulp van dat park op te vangen minimum belasting, des te groter is de kans op een soepele en economische opvang van windturbinevermogen.
Her nader uitwerken van de vele bedrijfssituaties welke zich voordoen en het beoordelen van de daarbij behorende opvangmogelijkheden van winturbinevermogen moet in de 2e fase van het onderzoekprogramma geschieden. Daarbij zullen minder geschikte situaties zich ook buiten periodes van minimale belasting kunnen voordoeno Men kan onder de huidige omstandigheden stellen dat bet gezamenlijke machinepark normaal gedurende een bepaalde nacht teruggeregeld kan worden tot omstreeks 30% (P30) van het vermogen dat gedurende de daaropvolgende dag maximaal nodig zal zijn (Pmax)Stellen wij Pmax op i0o000 MW dan bedraagt P30 : 3000 MW. Bij een nachtminimum (Pn) van bijvoorbeeld 5000 MW~ d.w.z, omstreeks de helft van bet dagmaximum, hetgeen een normaal voorkomende situatie is, bedraagt die "speling", ruw gesproken, 2000 MW. Zodra her vermogensaanbod via het windturbinepark (Pw) groter is dan bet verschil tussen Pn en P30 kan dit vermogen niet altijd zonder meet worden geabsorbeerd. Als globale voorwaarde geldt dan: P ~ (P-0,3P ) met P de belastingo w -max Het regelbereik wordt vergroot indien een deel van het dagmaximum doorgaans wordt opgevangen door speciaal daartoe opgesteld piekvermogenw zoals gasturbines. Gasturbines hebben een lager rendement doch kunnen zonder grote verliezen snel gestart worden. Wel is een relatief schone brandstof zoals aardgas of lichte olie nodlg. Een verder onderzoek op dit gebied is van belang teneinde reeds in een vroegtijdig stadium een schatting te kunnen maken van de hoeveelheid windenergie die op grond van bovenstaande als verloren moet worden beschouwd vanwege de brandstofeconomie.
-31;.4.4
Windvermogen en koppelnet Zoals onder 5.4.1 is aangeduid impliceert de voorwaarde dat windenergie een beduidende bijdrage in de elektriciteitsopwekking vormt, een maximum vermogen dat groot is ten opzichte van dat van de normale elektrische centrales. De regio’s waar te zijner tijd van windturbineparken sprake zal zijn zullen, als gevolg van de windomstandigheden ter plaatsej liggen in Zeeland, Zu±d-Holland, Noord-Holland en Friesland. Zou het beschouwde maximum vermogen gelijkelijk over deze vier gebieden verdeeld worden, dan betekent dat per gebied een maximum aanbod van omstreeks 900 MW0 Voigens her ontwerp Elektriciteitsplan 1982/83 zal het opgestelde elektrische vermogen in de centrales van de genoemde regio’s of in de centrales d~e er het dichtst bij gelegen zijn er als volgt uit zien:
Nuttig opgesteld vermogen
Regio
Centrale (s)
Zeeland
Zeeland ) Borssele ) Terneuzen
1080 MW
697 MW
Zuid-Holland
R’ dam (4x) Do.rdrecht Den Haag Leiden Delft
3249 MW
2967 MW
Noord-Holland
Velsen Diemen A’dam
2603 MW
2690 MW
Fr±esland
Leeuwarden Bergum
737 MW
Maxobelasting
464 MW
In dit overzicht is geen rekening gehouden met de hoeveelheid nog niet nader gespecificeerd "overig vermogen" te verdelen over her gehele land. In her algemeen kan echter gesteld worden dat bet maximale windvermogen van 900 MW per regio te groot is, om aldaar zonder moeite lokaal geabsorbeerd te kunnen worden.
Een mogelijke uitzondering vormt Zuid-Holland. Bovendien bedenke men dat het centralecomplex van de Amercentrale met een nuttig opgesteld vermogen van omstreeks 2000 MW in 1987 m.b°t, de reg±o’s Zeeland en Zuid-Holland in dit verband overigens een gunstige geografische ligging heeft.
-32-
Een maximale opvangmogelijkheid van de windenergie kan slechts worden bewerkstelligd indien gebruik wordt gemaakt van het landelijke koppelnet. Daarbij moet worden aangetekend dat het koppelnet in zo’n situatie er een principieel andere funktie bij krijgt, namelijk die van transportnet. Bezien moet worden in hoeverre de koppelfunctie onder alle omstandigheden wel gewaarborgd zou blijven. Vooral in de regio Friesland zal bezien moeten worden of het aldaar bestaande 220 kV-kop.Delnet tevens de functie van transportnet zou kunnen vervullen. Behoudens in het gebied van Zuid-Holland - met uitzondering wellicht van de eilanden - kan men stellen, dat om redenen van beschikbare, ruimte en gemiddeld w±ndaanbod de windturbineparken gelokaliseerd zuilen worden in gebieden met betrekkelijk weinig menselijke activiteit. In die gebieden zal in her algemeen de benodigde elektrische infrastructuur vooralsnog ontbreken om betrekkelijk grote windvermogens te kunnen opvangen, te bundelen, te transDorteren en in her regionale of landelijke koppelnet te brenqen. In b~maalde gevallen kunnen de hiertoe te maken voorzieningen niet te verwaarlozen kosten met zich meebrengen. Eerst nadat systeemstudies zullen hebben uitgewezen, welke de meest geschikte verzamel- en transportspanningen en -netten zullen blijken te zijn, kan een en ander worden gezegd omtrent de totale kosten.
Investerin~en; kosten
Her in de windturbines omgestelde elektrische vermogen lijkt voorlopig niet te kunnen worden beschouwd als behorende tot het veilig vereiste opgestelde vermogen. In eerste benadering zal niet kunnen worden bespaard op het elders op te stellen conventionele opwekvermogen dat, ook met een groot windturbinepark, op zich te allen tijde voldoende za] moeten zijn om de verwachte belasting te dekken. Het aangeven en vergelijken van specifieke investeringskosten per vermogenseenheid in relatie tot die van andere produktiemiddelen zonder meer heeft dan ook weinig betekenis. De uit de wind verkregen energie zal beschouwd moeten worden als een extra energiebron. De kosten van deze energie zullen in principe moeten bestaan uit de jaarlijkse kosten tengevolge van de investeringen, afschrijvlngen (kapitaalslasten), onderhoud en dergelijke betrokken op her netto geleverde aantal kWh. Ook zal rekening gehouden moeten worden met de.kosten van elektriciteitswerken, welke uitsluitend ten behoeve van de windturbine-~ parken tot stand moeten komen. Men kan zeggen dat het aantrekkelijke van de gebruikmaking van de bestaande elektrische infrastructuur hierin gelegen is, dat her grillige aanbod van windvermogen en windenergie nuttig gemaakt kan worden zonder de noodzaak van kostbare voorzieningen ten behoeve van opslag. De openbare elektriciteitsvoorziening wordt als het ware gebruikt voor de distributie en het transport ~van de op deze wijze verkregen "brandstof". Enige bijdrage tot her op te stellen vermogen mag men niet verwachten, tenzij uit verdere studies zou blijken, dat men op statistische gronden - op soortgelijke wijze als die waarmee men thans de statistische beschikbaarheid van een conventioneel produktiepark waardeert - zou kunnen komen tot een zekere waardering van bet vermogen.
Aangezien her op te stellen windturbinevermogen niet van invloed is op de grootte van het op te stellen conventionele park - mogelijk in de toekomst w~l op de samenstelling ervan - moet gerekend worden op ~ kapitaalslasten per kWh van de elektrische energie welke geleverd wordt door dit park. ~et andere woorden de bedrijfstijd, uitgedrukt in het aantal uren per jaar dat het bestaande produktiepark moet draaien op de hoogste in dat jaar voorgekomen belasting om de behoefte in dat jaar te dekken~ zal dalen. Deze bedrijfstijd bedraagt voor 1976 (nettoproduktie in het openbare net van 50.200 G~] en een netto maximale belasting van 8510 MW) 5900 h.
-34Rendement
Zoals in par. 2.3 is omschreven daalt het gemiddelde opwekrendement van de eenheden van bet conventionele park. Indien het windturbinepark consequenties zou blijken te hebben voor de samenstelling van bet conventionele park - als met name een neiging zou ontstaan te besluiten tot een grotere draaiende reserve of het in bedrijf houden van relatief meer kleinere eenheden - kan eveneens sprake zijn van een verslechtering van bet gemiddelde opwekrendement. Her eventueel meer frequent in en uit bedrijf nemen van eenheden of stoom afblazen veroorzaken kosten die in principe in mindering gebracht moeten worden op de voordelen van windenergie. In een nadere analyse zullen met behulp van de bestaande of u±t te breiden optimaliseringsprogrammas van de N.V. SEP, wellicht meet kwantitatief gerichte resultaten beschikbaar komen. 6o2
[3rands tofkosten Indien gerekend wordt met een rendement bij de conventionele elektriciteitsopwekking van 36% dan betekent iedere door middel van windkracht opgewekte kWh een brandstofbesparing van 10 MJo Aangezien het redelijk lijkt te veronderstellendat aanzienlijke rendementsverbeteringen bij de conventionele opwekking zeker gedurende het komende decennium niet langer mogelijk zullen blijken, kan ook voor de toekomst gerekend worden met i0 MJ/kWh. Bij de huidige prijsverhoudingen van omstreeks f 6/GJ betekent dit een brandstofkostenbesparing van 6 cent per kWh windenergie. Een moeilijker punt is de waardering van de in de toekomst te besparen brandstof. Om een indruk te krijgen van de gevoeligheid zijn daartoe twee scenario’s uitgewerkt, te weten geen retie brandstofprijsstijging gedurende de economische levensduur van bet project en een retie prijsstijging van 4% per jaar. U±tgaande van een zekere afhankelijkheid tussen rentevoet en inflatieverwachting is het f±nancieel-rekenkundig verantwoord toekomstige geldbedragen in guldens van 1977, contant te maken naar dit jaar met de zogenaamde retie rentevoet, die gesteld kan worden op circa 4% per jaar. Op deze wijze zijn de contante waarden van de te verwachten brandstofbesparingen berekend voor twee geval!en: - economische levensduur 20 jaar, bedrijfstijd van het maximum 1500 h/a; _~- ~~. - economische levensduur I0 jaar, bedr±jfstijd van het maximum i000 h!a; beide gevallen voorts voor de twee genoemde brandstofprijsscenario’s, zodat in totaal vier uitkomsten worden verkregen. Deze bedragen scheppen nu de financi~le ruimte voor de kapitaalsfasten en onderhoudskosten van een windkracht-installatie. De constante waarde van de brandstofbesparing verminderd met het investeringsbedrag (= cont. waarde van de kapitaalslasten) geven dan de contante waarde van de maximale onderhoudskosten gedurende de economische levensduur.
-35-
De verzamelingen van punten waarbij de contante waarde van de brandstofbesparing juist gelijk is aan de contante waarde van een bepaalde combinatie van investeringsuitgaven en onderhoudskosten zijn weergegeven in grafiek fig. II. Uit deze grafiek blijkt dat met name bij de veronderstelling met hoge levensduur en bedrijfstijd een retie brandstofprijsstijging in het voordeel van windenergie werkt.
6.3 ~_IHemee~
De met betrekking tot de kosten, het te verwachten vermogen en de opvangmogelijkheden in het koppelnet gemaakte opmerkingen kunnen in dit stadium nog n±et veel meer zijn dan een eerste, zeer globale kwant±tatieve benader±ngo In de 2e fase van het onderzoekprogramma zullen een aantal verfijningen zeker kunnen worden aangebracht, opdat zo vroeg mogelijk een zo du±del±jk mogelijk beeld ontstaato Echter een zaak die zeer zeker reeds nu de aandacht vraagt is een schatting van de tijdsduur welke gemoeid zal zijn met de constructie en bouw van de genoemde grote aantallen windturbines. Zelfs indien deze ge[nstalleerd en in bedrijf zullen worden genomen in een hoog tempo van enige eenheden per week, daarin begrepen de voorzieningen welke nodig zijn om de opgewekte elektrische energie af te voeren, komt men spoedig tot periodes van enige tientallen jaren, benodigd voor vele duizenden windturbines. Deze omstandigheid impliceert, dat men er rekening mee dient te houden dat de invloed van fluctuerend aanbod van windvermogen op het dagelijks bedrijfsgebeuren voor lange tijd betrekkelijk gering zal zijn en slechts zeer langzaam zal toenemen. De stijging van het tenminste vereiste elektrische produktievermogen nodig om de verwachte behoefte te dekken bij een jaarlijkse stijging van omstreeks 5%, bedraagt volgens het Elektriciteitsplan 1982/83 ongeveer 750 MW/jaar. Ook al zou men aannemen dat over de langere periode bezien deze jaarlijkse stijging sterk zal afnemen, zal men niettemin ook moeten rekenen met bet nieuw te bouwen vermogen op grond van vervanging van oude eenheden. Daarmee rekening houdend lijkt het niet onredelijk dat men, globaal gesproken, uit moet gaan van een nieuw te installeren "gewoon" vermogen van gemiddeld 500 ~ i000 MW/jaar. Dit is een vermogensaccres dat vooralsnog aanmerkelijk hoger lijkt te liggen dan de toeneming van het ge[nstalleerde windturbinevermogen, blijkens het fe±t dat het in bedrijf nemen van twee windturbines per week op jaarbasis een toename betekent van slechts 100 MW.
