Integratie van grootschalig windvermogen in het Nederlandse elektriciteitssysteem
Consequenties voor de balanshandhaving en oplossingsrichtingen Engbert Pelgrum, TenneT TSO B.V.
Symposium Cogen Nederland Zeist, 9 november 2007
Inhoud 1. Inpassingstudies grootschalig windvermogen 2. Simulatiemodel 3. Resultaten technische inpassingstudies balanshandhaving a. Technische grenzen b. Oplossingsrichtingen
2
Inpassingstudies Het belang van TenneT TSO Inpassing van grote hoeveelheden wind in Nederland en Europa heeft directe consequenties voor het elektriciteitssysteem en daarmee voor de taken van TenneT Leveringszekerheid Ontwikkeling hoogspanningsnet Balanshandhaving Ontwikkeling van de markt Eventuele rol bij de introductie van maatregelen
Daarom
3
Eigen onderzoeksprogramma om consequenties in kaart te brengen, veelal in samenwerking met universiteiten Nauwe betrokkenheid nationale en Europese inpassingstudies
Inpassingstudies Enkele relevante studies (1) EWIS, fase 2 Gezamenlijke studie van 15 Europese TSO’s Actieve participatie TenneT Studiejaar 2015 Scenario’s met gemiddelde en hoge windpenetratie Doel: in kaart brengen van optimale technische en operationele maatregelen voor risico vermindering en veilige bedrijfsvoering van het Europese elektriciteitsysteem bij grote windpenetraties Rapportage eind 2009 4
Inpassingstudies Enkele relevante studies (2) In house studies/analyses i.s.m. TU Delft (technische inpassing) Systeemintegratie windvermogen (simulatiestudie) Verkenning technische mogelijkheden NL productiepark bij windpenetraties tot 10 GW Resultaten gepubliceerd op website en in Capaciteitsplan 2006-2012
Wind en opslag (simulatiestudie) Verkenning van de waarde van grootschalige opslagtechnologieën (PAC, OPAC en CAES) bij de inpassing grootschalige productie uit windvermogen tot 10 GW Vergelijking met andere opties, waaronder flexibilisering WKK Momenteel wordt in opdracht van het Ministerie van EZ een update uitgevoerd i.s.m. initiatiefnemers
Marktconsultatie windenergie en balanshandhaving (2006) 5
Inventarisatie(samen met de markt) van maatregelen voor marktinpassing wind
Simulatie model (1) In house studies zijn uitgevoerd met het PowrSym3 elektriciteitsmarkt simulatie model met TenneT database
6
Lange geschiedenis in de NL elektriciteitswereld sinds 1985 (Sep) In gebruik bij TenneT sinds 1999 Volledig geschikt gemaakt voor eigenschappen van het NL systeem Probabilistische simulaties (Monte Carlo techniek) Chronologisch: tijdgerelateerde constraints kunnen worden meegenomen Integrale optimalisatie van inzet en bedrijfsvoering van eenheden op basis van kosten minimalisatie Afbeelding van het totale gekoppelde systeem met gedetailleerde technische modellen van de grootste Nederlandse eenheden, inclusief kostenaspecten Expliciete modellering van warmtekracht eenheden
Simulatie model (2) Geschikt voor modellering hydro, pumped hydro systemen en CAES In het verleden speciaal aangepast voor o.a.: modellering wind, modellering laag verval pomp opslag centrales waar capaciteit en rendement een functie zijn van reservoirinhoud.
Internationale verbindingen met prijsgebieden Duitsland, België, Noorwegen en Verenigd Koninkrijk Systeembelasting en lokale warmte/stoombehoefte op basis van voorspellingen en ervaring binnen TenneT Geaggregeerd model voor gedistribueerde opwekking
7
Modellering windvermogen door TU Delft i.s.m. ECN 10 min. windsnelheden van 16 weerstations, 1 jaar Geïnterpoleerd naar 25 offshore en 14 on-shore locaties voor (toekomstig) windvermogen 15 min. windvermogenswaarde via power-curve
)
*
Inpassingstudies - Technische grenzen (1)
! " # " $ " # " %& ' & '" &
8
(
)
*
Inpassingstudies - Technische grenzen (2)
! " # " $ " # " %& ' & '" &
9
(
Inpassingstudies - Technische grenzen (3)
10
Inpassingstudies - Technische grenzen (4) Onderzochte windpenetraties: 0 GW – 10 GW 0 GW – 2 GW: Geen problemen 2 GW – 4 GW: Kleine hoeveelheden wind kunnen niet worden ingepast. Oplossingen mogelijk met operationele maatregelen > 4GW: Grote toename van niet inpasbare wind; aanvullende maatregelen zijn noodzakelijk
Problemen treden met name op gedurende perioden met lage belasting en veel productie uit windvermogen (minimum load problemen) Regelproblemen zijn nauwelijks aanwezig: conventionele eenheden zijn in staat om windvermogen variaties op te vangen Resultaten gevoelig voor aannames voor internationale uitwisseling en flexibiliteit WKK-vermogen 11
Verder onderzoek noodzakelijk naar mogelijkheden die inpassingsruimte windvermogen vergroten
Inpassingstudies - Oplossingen Geïdentificeerde voorbeelden van oplossingsrichtingen Verbeteringen marktmechanismen Load shifting Technische maatregelen Vergroting flexibiliteit van WKK eenheden (HWC, Opslag) Vergroting inter-connectie capaciteit Energieopslag Grootschalig (PAC, OPAC, CAES) Decentrale opties met centrale aansturing (plug in hybride auto’s)
Studies oplossingsrichtingen Eind 2006: Verkennende studie TenneT/TU Delft naar technische maatregelen
12
Opslagopties op basis actualisering vroegere overheidsstudies (midden tachtiger jaren); vergelijking met o.a. flexibilisering WKK Thans: update van deze studie op basis laatste informatie initiatiefnemers
Inpassingstudies - Oplossingen
Verkennende Opslag Studie TenneT-TU Delft (1) Onderzochte alternatieven STEG (Base Case) PAC OPAC CAES STEG waarbij WKK met extra hulpwarmteketels
Gevoeligheden Wel geen flexibele uitwisseling Hoge/lage gasprijzen Hoge lage CO2 prijzen
13
Inpassingstudies - Oplossingen
Verkennende Opslag Studie TenneT-TU Delft (2) Modellen opslagsystemen op basis COE-studie 1984-1988 1400 MW (PAC 1925 MW max.), 20 GWh Destijds ontworpen voor inpassing van meer basislast (nucleair, kolen) Vergelijking met optie flexibilisering WKK Rendementen, dimensionering vermogen/reservoir, investeringskosten, aannames, …
14
Inpassingstudies - Oplossingen
Verkennende Opslag Studie TenneT-TU Delft (3) Korte termijn marginale kosten
15
Inpassingstudies - Oplossingen
Verkennende Opslag Studie TenneT-TU Delft (4) Niet-inpasbare Productie uit Windvermogen +
*(
(' ) &'( &'(
0
!2
4 "
+
16
6 #
8 $
10 %
*+
Inpassingstudies - Oplossingen
Verkennende Opslag Studie TenneT-TU Delft (5)
Relatieve COCO t.o.v. STEG Relateive 2-uitstoot 2 Uitstoot (Mtonjaar)
Extra CO2 uitstoot PAC OPAC CAES Warmte-Boilers Warmte-Boilers
0
17
00
22
6 44 6 Geinstalleerd Windvermogen (GW) Ge+nstalleerd Windvermogen (GW)
8 8
10 10
Inpassingstudies - Oplossingen
Verkennende Opslag Studie TenneT-TU Delft (6) Besparing operationele kosten
18
Inpassingstudies - Oplossingen
Verkennende Opslag Studie TenneT-TU Delft (8)
Balance (MEUR/year)
Totale jaarlijkse kostenbesparing (vast + variabel)
19
Heat Boilers CAES PAC OPAC
0
2
4 6 Installed Wind Power Capacity (GW)
8
10
Inpassingstudies - Opslag
Verkennende Studie TenneT-TU Delft (7)
Energieopslag heeft omzettingsverliezen Vervanging van pieklast (gas) door basislast (kolen) Afname van CO2-uitstoot door systeem als geheel pas van toepassing bij zeer grote windpenetraties, daarvoor sprake van toename Opbrengsten van energieopslag hangen nauw samen met het omringende systeem en gekozen aannames
20
Inpassingstudies - Opslag Vervolgstappen Begin oktober is een nieuwe quick scan studie opgestart gerelateerd aan optimale maatregelen voor een integratie van grote hoeveelheden productie uit windvermogen Studie kijkt met name naar grootschalige opslag (Valmeer, OPAC, CAES), flexibele WKK en vergroting interconnectiecapaciteit Betrokkenheid alle stakeholders Resultaten worden in december 2007 bekend
21
Indien nodig wordt een verdiepingsstudie uitgevoerd (gereed zomer 2008)
Einde
Wij danken u voor uw aandacht.
