Energiapiacok 2. Energiarendszerek működése, a források és kínálat egyensúlyának biztosítása, együttműködő rendszerek, megfelelősség, ellátásbiztonság. A rendszerek tervezésére, ellátásbiztonság garantálására vonatkozó előírások, tartalékok, operatív rendszerszabályozás. Átviteli hálózatok, határkeresztező összeköttetések.
Az UCTE az ellátásbiztonságról Rendszer megfelelőségi előrejelzés:
Megbízhatóság (reliability): általános fogalom, amely magába foglalja a rendszer minden felhasználási pontra elfogadható jellemzőkkel és kívánt mennyiségbeli – általában számszerű indexekkel megadott – szállítási képességének minden jellemzőjét. Leírható: megfelelőséggel és biztonsággal. Megfelelőség (adequacy): a rendszer összesített fogyasztói teljesítmény és energiaigény terhelhetőségi és feszültséghatárokon belüli, a rendszerelemek tervezett és kényszerkiesését figyelembevevő, - szolgáltatási képességének mértéke. (Minden állandó állapotban, amelyben a rendszer létezhet.) Biztonság (security): a rendszer váratlanul jelentkező zavarok – rövidzárlat, előrejelezhetetlen elemveszteség üzemviteli korlátokkal – elleni ellenálló képességének mértéke. Biztonság körébe tartozik a rendszer integritása (együttműködés megőrzése, ellenőrzésnélküli szétválás megelőzése) – az együttműködő üzem fenntartásának képessége is.
UCTE rendszer együttműködés
Az UCTE filozófia
a kereslet (igény) és kínálat (források) egyensúlyának mindenkori biztosítása, a biztonságos tranzitálás elősegítése, a rendszer rendelkezésre állásának és stabilitásának elősegítése, feszültség stabilizálása, beépített források kihasználásának optimalizálása, kiesések költségkihatásainak minimalizálása, tartalék kapacitások gazdaságilag hatékony közös használata, így az összes tartalékigény csökkentése, kölcsönös segítségnyújtás szükséghelyzetben.
Központosított, pluralista, hierarchikus
Centralizált, pluralista, hierarchikus Szekunder szabályozás: •Centralised: SECONDARY CONTROL for the CONTROL BLOCK is performed centrally by a single controller (only one CONTROL AREA located inside of the CONTROL BLOCK); the operator of the CONTROL BLOCK has the same responsibilities as the operator of a CONTROL AREA. •Pluralistic: SECONDARY CONTROL is performed in a decentralised way with more than one CONTROL AREA; a single TSO (the BLOCK COORDINATOR) regulates the whole block towards its neighbouring CONTROL BLOCKS with its own SECONDARY CONTROLLER and regulating capacity, while all the other TSOs of the CONTROL BLOCK regulate their own CONTROL AREAS in a decentralised way on their own. •Hierarchical: SECONDARY CONTROL is performed in a decentralised way with more than one CONTROL AREA; a single TSO (the BLOCK COORDINATOR), operates the superposed block controller which directly influences the subordinate SECONDARY CONTROLLERS of all CONTROL AREAS of the CONTROL BLOCK; the BLOCK CO-ORDINATOR may or may not have regulating capacity on its own.
UCTE szabályozási szinkroncsoportok, zónák
Hálózatok
Forrás: Villamosművek Tanszék, Villamos energetika I. rész
Regionális hálózat – hurkolt hálózat
CENTREL (1992-2004?)
Átviteli hálózat
Ukrajna: Ausztria: Szerbia:
~ 3000 MW ~ 1000 MW ~ 500 MW
Szlovákia: ~ 1200 MW Horváto.: ~ 1000 MW Románia: ~ 500 MW!
Természetes áramlás Tulajdonos jogai: Rendelkezési jog Birtoklási jog Használat joga
57 30 13 21
12 39
10 4
19 33 5
15
14 13
14 21
35
7
5 28
13
23
Szerződéses út Fizikai út Áramlási mátrix (PTDF)
Hévíz-Tumbri vezeték hatása
50/90
~ 1500
1200/1250 1570/1440
~ -480 330/395
~ 1350 380/570 ~80605/595 180 311/519 190/240 64/12
572/304
280/266
336/14 1 0/465
223/448 483/12
1999. november 26. ~10:30-11:00/~11:15 (MW/MW)
~ 134
~ -480
163/163
83/20 203/266
~ -20
Terhelhetőség A talaj, növényzet, tereptárgyak megközelíthetőségétől függ
Magasság talajtól (m)
25 20 15 10
960 A 1000 A 1200 A 1500 A
5 0 0
100
200 Vízszinte s táv olság (m)
300
400
Belógás változása: nyáron 1,4, télen 1,6 m Németh Bálint, Elektrotechnika, 2004/7-8, p 207-209
Háromfázisú ellátás Frekvenciatartás, feszültségtartás, zavartatás mentesség f , P termelt
P termelt
~
f , P fogyasztott
P fogyasztott
f frekvencia nő, vagy csökken ? Beáll! P termelt = P fogyasztott
V feszültség
Háromfázisú generátorok együttműködése
R, S, T fázisok
Azonos forgásszög szinkron aszinkron üzem
P
50 Hz
f
Szabályozás alapjai Hálózati frekvencia tényező: (frekvencia karakterisztika, viszonylagos frekvenciatényező, λh*f0/ P0), (MW/Hz)
egész Ci * h
Meghatározás:
Arányossági tényezők hatása
Üzemi események
Üzemi hiba (nem tervezett üzemi esemény
Tervezett üzemi esemény
Tartalékban állás Próbaüzem Tervszerű kikapcsolás
Egyedi, különleges, átmeneti állapot beállítása vagy létrejötte
Üzemzavar Fogyasztói kikapcsolódás Rövid idejű hálózati zavar Egyéb üzemi hiba Tüzelőanyag készlet csökkenés
Korlátozás Különleges üzemállapot Próba, mérés Zárlatkorlátozás miatti üzemállapot
Rendkívüli üzemi esemény
Munkabaleset (közzétett, hivatalos minősítés alapján) Tűz Környezetszennyezés Erőszakos cselekmény (közzétett, hivatalos minősítés alapján) Károkozás/rongálás (elismert) Időjárás okozta esemény (közzétett, hivatalos minősítés alapján) Természeti csapás (közzétett, hivatalos minősítés alapján)
UCTE szabályozási filozófia
primer (gépenkénti) beavatkozás – kölcsönös kisegítés az üzemzavar hatásának azonnali megszüntetésére,
szekunder (szabályozó körzetenkénti, országonkénti) beavatkozás - a szabályozó körzeten, országon belüli igény-forrás egyensúly gyors helyreállítására, újabban más zónából is!
tercier (kereskedelmi jellegű) beavatkozás az optimális üzemállapot beállítására.
A szinkronzóna-szabályozás
Tartalék típusok
Frekvencia megtartó tartalék (FCR)
Primer szabályozás
Másodperces tartalék
Frekvencia helyreállító tartalék (FRR)
Szekunder (frekvencia és csereteljesítmény) szabályozás
Perces tartalék
Helyettesítő tartalék (RR)
Tercier szabályozás
Perces, órás tartalék
FCR: Frequency Containment Reserves FRR: Frequency Restoration Reserves RR: Replacement Reserves DG for Energy (ENER/B2), Study on Synergies between Electricity and Gas Balancing Markets October 2012
Üzemzavar hatása, primer szabályozás
Dinamikus eltérés Maradó eltérés
Különféle üzemzavarok hatása
Frekvencia helyreállítása
Szekunder szabályozó beállítása • Frekvencia-csereteljesítmény szabályozás: ΔG = ΔPi + Ki Δf • Frekvencia szabályozás: ΔG = λ.Δf (ΔPi =0) • Csereteljesítmény szabályozás: ΔG = ΔPi (Ki =0)
1 ΔPk βi * G * G * dt i Tin ,i i
(Arányos, integráló szabályozó, β=0-50 % között, T= 50200 sec között, Értéküket úgy kell megválasztani, hogy a szabályozás 30 mp-en belül elkezdődjön és 15 percen belül befejeződjön.)
Tartalék típusok A szabályozás módja
Tercier szabályozás
Kézi indítással
Üzemállapot optimalizáció
Automatikus indítással Szekunder szabályozás Primer szabályozás
A primer szabályozás még aktív
30 másodperc Az üzemzavartól eltelt idő
15 perc
Tartalék fogalmak (1)
• Előre jelzési tartalék: •
A villamosenergia-igény előre jelzésének pontatlansága miatt többlet tartalék teljesítmény igény, amely az időjárás, a gazdasági környezetváltozás, tervezettől eltérő alakulásának, eseményeknek a villamosenergia-igényre gyakorolt hatásából adódik.
Tartalék fogalmak (2) • Primer tartalék: •
A villamosenergia-rendszer közös frekvenciájának az előírt értéktől történő nagyobb eltéréseit mérséklő kollektív, rendszernagyság arányos gyors és automatikus termelői teljesítmény változtatás forrása.
•
A forgó tartalék primerszabályozást biztosító része, melynek fele 5 másodpercen belül, egésze 30 másodpercen belül igénybe vehető.
•
A villamosenergia-termelés és fogyasztás egyensúlyának – a zavar fellépését követő maximum 30 másodpercen belüli – helyre állítására automatikusan működésbe lépő, – a turbina beállított arányosságának megfelelő – fordulatszám szabályozás.
Tartalék fogalmak (3) • Szekunder tartalék: •
Összekapcsolt villamosenergia-rendszerben a frekvencia arányos nemzetközi kooperációs szaldó menetrendtartáshoz szükséges, igénybe vehető teljesítmény forrása.
•
A szekunder szabályozást biztosító forgó, vagy gyorsan indítható hideg tartalék, lekapcsolható nagyfogyasztó, más villamosenergia-rendszerből igénybe vehető teljesítmény, amelyekkel a hálózati frekvencia névleges értéke és a csereteljesítmény szaldója 15 percen belül helyre állítható.
•
A villamosenergia-termelés és fogyasztás egyensúlyának – a zavar fellépését követő néhány percen belüli - helyre állítására automatikusan működésbe lépő frekvenciaszabályozó berendezés.
Tartalék fogalmak (4) • Tercier (perces, órás) tartalék: •
A villamosenergia-rendszerben bekövetkező, a termelés és fogyasztás egyensúlyát megbontó, váratlan termelő berendezés kiesés pótlásához szükséges, legfeljebb 15 perc alatt igénybe vehető teljesítményforrás.
•
A villamosenergia-rendszerben a termelés és fogyasztás egyensúlyát megbontó váratlan termelő berendezés kiesés pótlásához szükséges, legfeljebb 15 perc alatt igénybe vehető teljesítmény.
•
A szekunder szabályozó teljesítmény biztosításában résztvevő gépek munkapontjának automatikus vagy kézi eltolása annak érdekében, hogy a szekunder szabályozó teljesítmény mind mennyiségileg, mind időben garantáltan rendelkezésre álljon, továbbá, hogy a szekunder szabályozó teljesítmény elosztása az egyes gépeke optimálisan történjen.
Tartalék fogalmak (5) • Kiegyenlítő szabályozás: •
A villamosenergia-fogyasztás és termelés egyensúlyának biztosítására irányuló műszaki tevékenység.
•
Azok a harmadik fél (rendszerint rendszerirányító) által teljesített szállítások, vagy átvételek, amelyek a szerződéssel megállapodott mennyiségekhez képesti erőművi többletértékesítéseket, vagy fogyasztási hiányokat, illetve a fogyasztási többleteket, vagy erőművi értékesítési elmaradásokat kiegyenlítik.
Tartalék fogalmak (hozzáférési idő alapján) •
Másodperces tartalék, néhány másodpercen belül teljes mértékben, de ugyanakkor csak korlátozott ideig áll rendelkezésre.
•
Perces tartalék, néhány percen belül rendelkezésre áll, de működtetése rendkívül drága, ezért rövid időn belül célszerű kiváltani.
•
Órás tartalék, hidegen álló, de üzemkész berendezések indításával biztosítható és a belépő egység kiválasztása a rendszerszintű optimalizáció figyelembevételével történhet.
•
Napos tartalék, hidegen álló nem üzemkész berendezések indításával biztosítható, a belépő egység kiválasztása a rendszerszintű optimalizáció figyelembevételével történhet.
•
Hetes tartalék, karbantartáson álló nem üzemkész berendezések karbantartásának lerövidítésével, felfüggesztésével import, export szállítások módosításával biztosítható és a belépő forrás kiválasztása a rendszerszintű optimalizáció figyelembevételével történhet).
Tartalékok igénybevétele
A hálózatszabályozás követelményei P/PN, %
Primer szabályozás
Szekunder szabályozás
Perces tartalék
.
PG > 2%/min
0
30 s
Forrás: VGB PowerTech, 89. k. 7. sz. 2009. p. 46.
5 min
15 min
idő
UCTE, Alapértékek (változnak!!!)
Szabályozás minősége
Szokásos zavarásokra:
1 n ( fi f0 ) n 1 i 1
n=15 perces mérési időintervallumok száma, a Δf > 50mHz, eltérések számát, arányát is meg kell határozni. Nagy zavarásokra:
H f0 A * e
t T
Trombita görbe; A=1,2*Δf (zavarás hatására bekövetkező frekvenciaváltozás), T=(15*60)/ln(A/d), d= 20mHz
Frekvencia eltérés nagy zavarásokra
UCTE - ellátásbiztonság UCPTE-előírás
Massnahmenkatalog
A primer szabályozási tartalék nagysága
A teljes rendszerben 3000 MW.
A mindenkori termelőkapacitás 2,5 %-a, jelenleg 40 MW.
Szétosztása az erőművek között
Nincs előírás
Lehetőleg egyenletesen
A primer szabályozás holtsávja
Az érzéketlenségi tartomány 10 mHz alatt legyen
A műszakilag elérhető legkisebb
A primer szabályozás sebessége
Legalább 30 s alatt lineárisan be kell vetni a szükséges tartalékot
30 s alatt be kell vetni a szükséges tartalékot (10 s)
Primer szabályozási tartomány
Nincs előírás
A névleges telj. legalább
Erőművek statizmusa
Nincs direkt módon előírva
2-6%
A szekunder szabályozás sebessége
Legkésőbb 30 s-mal kezdődik, és 15 perc alatt befejeződik
A lehető legrövidebb idő alatt
A szekunder szabályozási tartalék nagysága
A legnagyobb erőművi blokk v. szállítás (kézi indítású is lehet)
A legnagyobb erőművi blokk v. szállítás
A foly. vált.-ható telj. nagysága
Nincs előírás
Az üzemelő blokkok telj. 10 %-a
Inform. átadás nemz. forg.-ról
Nincs előírás
Valós időben, külső szab. közp.
M. cseretelj. elt. zavartalan üz.
Nincs előírás
100 MW (/3 perc)
M. energiacs. elt. zavartalan üz.
Nincs előírás
20 MWh
5 %-a
Szabályozási és tartalék teljesítmény igény Psz 10 * Pcs 150 2 150
Forgó tartalék
Frekvencia eltérések
Zónán kívüli primer tartalék
Rendszerirányítók együttműködésével Szabályozó gép bevonásával
Zónán kívüli szekunder tartalék
Szabályozó gép bevonásával
Rendszerirányítók együttműködésével
Zónán kívüli tercier tartalék 1.
Zónán kívüli tercier tartalék 2.
MAVIR felügyelet
Rendszerszintű szolgáltatások Rendszerszintű szolgáltatás
Magyarázat
Rendszertervezés, -irányítás
Folyamatos szakszolgálat
Feszültségszabályozás
Hálózati átadás-átvételi pontokon
Üzembiztonsági szolgáltatások • Black start • Rendszer helyreállítás
Berendezések telepítése, üzemfolytonossági, helyreállítási terv
Kiegyenlítő szabályozás • Primer • Szekunder • Tercier • Perces • Órás
Rendszerirányító által lekötött erőműi, fogyasztói forrás, helyi, központi szabályozás, fogyasztói korlátozás, de üzleti alapon is működtethető lenne
Kiegyenlítő szabályozási energia
Rendszerhasználó költségére
Szűk keresztmetszetek kezelése
Aukciós eljárás, korlátozás
Meddőnyelés/szállítás
Fogyasztó költségére
Rendszerszintű szolgáltatások
Rendszerszintű szolgáltatások díjával fedezett rész: állandó költségek Üzembiztonsági (primer, szekunder, tercier – az előrejelzési tartalékot is beleértve ) tartalékok Rendszer újraindításhoz (black start) szükséges tartalékok Feszültség- és meddőenergia szabályozás Rendszerszintű szolgáltatások díjával nem fedezett rész: változó költségek, a menetrendtől való eltérések (kiegyenlítő energia) következtében Frekvencia és csereteljesítmény szabályozás Erőmű üzemzavarok, üzemi hibák következményei Többlet, vagy alulfogyasztás
Nagy rendszerek előnye
Primer tartalék Szekunder tartalék
Tercier tartalék
Magyarország
Franciaország
50 MW (< 30 s)
750 MW (< 15 s)
460 MW (< 15 min)
750 MW (< 30 s)
540 MW (perces, ill. órás aktiválási idejű forrásokból)
1500 MW (15 min < ill. > aktiválási idejű forrásokból)
Rendszerirányítási tartalékok TSO MAVIR’05 magyar
MAVIR’08
Primer pozitív 40
negatív -40
Szekunder pozitív 270
negatív -150
MAVIR’25 MAVIR’25
Perces pozitív 470 500
negatív -250
500 50
-50
400
-200
MAVIR’25
900
-400
1400
német
RWE’2005
285
-285
1230
-1230
RWE’2007
284
-284
1230
-830
E.ON’2005
164
-164
800
-400
E.ON’2007
170
-170
500
-500
Vattenfall
137
-137
580
EnBW
71
-71
720
Max. blokk bruttó
nettó
470
440
500
470
600
550
1000
940
1600
1500
1030
-760
1440
1370
1100
-400
1475
1400
-580
730
-530
920
840
-390
510
-330
Dr. Stróbl Alajos: Gondolatok a hazai villamosenergia-rendszer szabályozásáról, a tartalékairól és az üzemviteléről a húszas évek várható hazai alaperőműveivel kapcsolatosan , 2008. január 15.
Ellátásbiztonság kockázati alapon
Javító intézkedések
Átmeneti események hatása
Biztonsági szintek, beavatkozások
Jelentős zavar 138. § (1) A villamosenergia-rendszer jelentős zavarának minősül a 139. §-ban meghatározott villamosenergia-ellátási válsághelyzetet el nem érő mértékű üzemi hiba, amelynek során a villamosenergia-rendszer erőműveiben vagy közcélú hálózatain olyan, a villamosenergia-ellátási szabályzatokban meghatározott esemény következik be, amely a villamos energia termelését, termelési készségét, átvitelét, elosztását, szolgáltatását vagy felhasználását jelentősen korlátozza vagy megszünteti, illetőleg a villamosenergia-rendszer üzembiztonságát, szabályozhatóságát vagy együttműködő képességét súlyosan veszélyezteti. (2) A rendszerhasználók az általuk megkötött szerződésekben foglalt jogoktól és kötelezettségektől függetlenül a villamosenergia-rendszer jelentős zavara esetén kötelesek az átviteli rendszerirányító, és az elosztó hálózati engedélyes utasításait végrehajtani és az ebből fakadó terheket a külön jogszabályban meghatározott módon viselni.
Válsághelyzet 1. 139. § (1) Villamosenergia-ellátási válsághelyzetnek (a továbbiakban: válsághelyzet) minősül a külön törvényben meghatározott szükséghelyzetet, illetve veszélyhelyzetet el nem érő mértékű, a személyeket, vagyontárgyaikat, a természetet, a környezetet, illetőleg a felhasználók jelentős részének ellátását közvetlenül veszélyeztető villamosenergia-ellátási zavar. Válsághelyzetet különösen a következő események válthatnak ki: a) tartós erőművi, illetőleg a határon keresztül beszállított villamos energia hiánya, b) tartós elsődleges energiaforrás hiány, c) az ország vagy országrész villamosenergia-ellátásában több napon át hiányt okozó környezetszennyezés, illetőleg vezetékek üzemszünete, d) a felhasználók ellátásának zavara.
Válsághelyzet 2. 139. § (2) Válsághelyzet esetén, annak fennállásáig a Kormány rendeletben szabályozza a) a felhasználók ellátására kötött szerződések teljesítése felfüggesztésének rendjét, b) a felhasználók villamosenergia-ellátásának korlátozását, c) az engedélyesek kötelezettségeit és jogait, d) a villamosenergia-ellátáshoz kapcsolódó, a hatósági és nem hatósági árak körébe tartozó valamennyi termék és szolgáltatás legmagasabb árát. (3) A (2) bekezdés szerinti intézkedésekből származó károkért az engedélyeseket - a tőlük elvárható magatartás tanúsítása esetén - kártalanítási kötelezettség nem terheli. (4) A (2) bekezdés szerinti intézkedéseket a piac működésének lehető legkisebb mértékű zavarásával, a lehető legrövidebb időtartam alatt kell megvalósítani.
Kormányzati beavatkozási lehetőségek
170.
. 23. a villamosenergia-ellátási válsághelyzet és a villamosenergia-rendszer jelentős zavarának részletes szabályait, a válsághelyzet és a jelentős zavar esetén alkalmazandó korlátozások szabályait, elveit, valamint a rendszerhasználók jogait és kötelezettségeit, a teherviselés részletes szabályait, a felhasználók ellátására kötött szerződések teljesítése felfüggesztésének rendjét, a villamosenergia-ellátáshoz kapcsolódó, a hatósági és nem hatósági árak körébe tartozó valamennyi termék és szolgáltatás legmagasabb árát,
