Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy Petr Horáček1), Eduard Janeček2) [email protected], [email protected]

České vysoké učení v Praze, Fakulta elektrotechnická 2) Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta aplikovaných věd 1)

Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

1/41

Obsah prezentace • Jak pracuje naše elektrizační soustava v propojené evropské síti • Model chodu soustavy a její regulace • Charakter výroby elektřiny z větru a ze slunce • Regulační zálohy vynucené výrobou z OZE • Závěry Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

2/41

• jak pracuje ES • model ES • výroba z OZE

Zajištění spolehlivého provozu ES výroba

zajišťování rovnováhy mezi výrobou a spotřebou garantování nasmlouvaných přeshraničních výměn udržování systémové frekvence 50Hz

správce přenosové soustavy

MW

MW

výroba

spotřeba, export-import

spotřeba rozvodna VVN

distribuční soustava přenosová soustava transformační stanice koncový zákazník


3/41

Izolovaná soustava


výroba

frekvence

elektrizační soustava

průtok = činný výkon spotřeba Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

4/41


Propojené soustavy normální provoz výroba výroba

frekvence

přeshraniční výměna

domácí spotřeba

spotřeba v zahraničí princip solidarity a neintervence


5/41


Propojené soustavy normální provoz výroba výroba

frekvence


domácí spotřeba

spotřeba v zahraničí


6/41

Výpadek domácího zdroje


počáteční fáze 3)

krátkodobě zvýšená výroba 1)

výpadek výroby

2)

pokles frekvence

výpomoc


domácí spotřeba



7/41

Výpadek domácího zdroje


závěrečná fáze výroba

frekvence

vrácení výpomoci


domácí spotřeba



8/41

Obnovení stavu před výpadkem


výroba výroba

frekvence


domácí spotřeba



9/41


"Regulační" úloha provozovatele přenosové soustavy předepsaný solidární výkon PR odvozený od odchylky frekvence odchylka předávaných výkonů od plánované hodnoty



plán exportu



havarijní výpomoc, regulační energie ze zahraničí

fzad

hodiny

aktivace PpS

plánovaná přeshraniční výměna plán importu

rezervovaný regulační výkon v jednotlivých kategoriích

MW

primární regulace regulace primární frekvence frekvence setpointy:

+ _

+

+

ACE

automat SR

[MW]

(PI regulátor)



fskut

SR TR QS DZ, (SV)

dispečer (ZZ)

PR

regulační výkon výkon regulační skutečnávýroba výroba skutečná bez aktivací PpS,

bez aktivací PpS, včetněvyrovnávání vyrovnávání včetně vlastní odchylkyvýrobce výrobce vlastní odchylky (autoregulace) (autoregulace)





[MW]

+

výroba

_

HV, EregZ

okamžitá regulační odchylka výkonu pro danou oblast + -

neplánovaný import neplánovaný export

skutečná výměna

změnazatížení zatížení změna

-

skutečnézatížení zatížení skutečné



bezaktivací aktivacíPpS PpS bez

[MW]

spotřeba


10/41


Nekompenzovaná odchylka ACEov - realizace c.40 pro rok 2009 DK=0 a jednokolovy nakup 3000

2000

MW

vykon [MW]

1000

0

-1000

-2000

-3000

0

1000

2000

3000

4000

5000

hodina v roce

6000

7000

8000

cas [hodina]


11/41


Kompenzovaná odchylka běžné, akceptovatelné fluktuace ACE - realizace c.40 pro rok 2009 DK=0 a jednokolovy nakup 3000

2000

Neplánovaný import (nedostatek výkonu v ČR)

MW

vykon [MW]

1000

0

Neplánovaný export (přebytek výkonu v ČR)

-1000

-2000

-3000

0

1000

2000

3000

4000

5000

hodina v roce

6000

7000

8000

cas [hodina]


12/41


Kompenzace odchylky den D

1000 1000

den D+1

Aktivace regulacnich zaloh - SIMULACE realizace c.38

ACEov ACE SR TR QS DZ HV+EregZ

nekompenzovaná odchylka 800

800

600600

QS

TR RZN>30 výpomoc ze zahraničí

SR

400 vykon [MW]

MW

400

200200 00 -200 -200

kompenzovaná odchylka

-400 -400

-600 -600

3025

25

3030

30

3035

35

3040

40

3045

45

3050

cas [hodina]

50

3055

55

3060

60

3065

65

3070

70

hodina Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

13/41


Standardy spolehlivosti provozu ES požadavky kladené na regulační odchylku 1)

minutový 100MW Maximální počet případů (v roce), kdy průměr odchylky přesáhne 2) hodinový 20MW 3) Maximální počet odchylek přesahujících 100MW neodregulovaných do 15 minut (v roce)

Určuje se z provozu soustavy v minulých letech, kdy byl provoz považován za bezproblémový (případné stavy nouze vyloučeny z vyhodnocení) Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

14/41


Statistický model regulační odchylky nekompenzovaná odchylka

výpadky významných bloků pomalá složka odchylka nenarušeného provozu rychlá složka

předepsaný solidární výkon PR odvozený od odchylky frekvence plánovaná výměna

+ _

+

PR

+ [MW] okamžitá regulační odchylka výkonu neregulované soustavy

regulační výkon výkon regulační

skutečnávýroba výroba skutečná





[MW]

+ výroba

_

skutečná výměna neregulované soustavy skutečnézatížení zatížení skutečné



[MW]

spotřeba


15/41


Simulátor regulační oblasti

Modely (generátory)

Regulační zálohy: RZSR,RZTR+,RZTR-, RZQS, RZN30+

Dispečerská pravidla aktivující zálohy:

ACEOV

• • • • •

Rychle startující Terciární Dispečerské Havarijní výpomoc ze zahraničí Regulační energie ze zahraničí

QS

TRsp

TR

DZsp

DZ

HVsp

HV

EregZsp

EregZ

    

ACEO

V 

V0

QSsp



Dispečer

• nenarušeného provozu • výpadků • disponibilního výkonu pro autoregulaci

ACEO Neregulovaná odchylka bez výpadků

autoregulace výpadků výrobcem

RZv výkonová rezerva výrobců pro autoregulaci V0 Výpadky velkých zdrojů

ACEOV odchylka neregulovaná

 ACE odchylka regulovaná

Automat ACE

SRsp

Sekundární regulace

výkon aktivovaný dispečerem

provozovatel přenosové soustavy

SR dynamika služby



 regulační výkon v soustavě (okamžitý)

soustava

V… vypadlý výkon snížený autoregulačním zásahem výrobce ACEOV … okamžitá regulační odchylka výkonu bez aktivací PpS


16/41


Historie: regulační odchylka výkonu (ACE) regulační výkon (PpS) výpadky bloků s výkonem  200MW Model regulační odchylky výkonu neregulované soustavy včetně výpadků

Požadovaná (historicky přijatelná) spolehlivost: |minutový průměr ACE| > 100MW |hodinová energie ACE|  20MWh/h

ACEneregulované

Model nabídky PpS od poskytovatelů

Výpočet výše regulačních záloh (RZ) pro požadovanou úroveň spolehlivosti RZpožadované

PpSnabízené

Cenově optimální výběr z nabídky PpS zajišťující stanovené potřeby RZ

Model SESyS

Dynamická simulace regulované soustavy

PpSzajištěné

náklady

ACEregulované Vyhodnocení úplného souboru ukazatelů spolehlivosti

očekávaná spolehlivost regulované soustavy Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

17/41

Předpoklady pro výpočty


• výpočet se současnými standardy, chceme aby se chování odchylky oproti minulým letům nezhoršovalo • soudobost odchylek výroby od predikce nezávislá na lokalitě • jednotková fotovoltaická farma 1MW • predikce vyrobené elektrické energie z FV i VtE je celá prodána (odregulovává se tedy pouze odchylka výroby z OZE od predikce)


18/41

Model distribuované výroby ze slunce


1MW


19/41



1MW


20/41



1MW


21/41

Data použitá pro analýzy vlivu výroby z větru a slunce


• Historie chodu soustavy bez regulací do konce roku 2008 včetně již tehdy instalované výroby z OZE

– Regulační odchylka minutová – Regulační odchylka hodinová

• FV systémy – ČVUT Praha (minutová data) – Solartec, s.r.o. (10-ti minutová data celé ČR)

• Větrné farmy – minutové výkony (pro měsíce srpen a září) ČEZ a E.ON Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

22/41

Měření výroby elektřiny ze slunce


v jedné lokalitě Pro model výroby z jedné lokality: minutová data dodávaného výkonu z let 2006 až 2009 Zdroj dat: ČVUT FEL Praha

http://andrea.feld.cvut.cz/fvs/

Praha


23/41

Měření distribuované výroby elektřiny ze slunce


Pro plošné korelace (model vzájemné závislost výroby z různých lokalit) Zdroj dat:

http://www.solartec.cz/cs/projekty/vliv-znecisteni/on-line-data.html


24/41

Typický průběh výroby ze slunce

100


Fotovoltaika vykon energie

90 80

% instalovaneho v ykonu

70 60 50 40 30 20 10 0

cas [3 dny]


25/41

Typický průběh výroby z větru 100


Vetrna farma vykon energie

90 80

% instalov aneho v ykonu

70 60 50 40 30 20 10 0

cas [3 dny]


26/41


Histogram výroby ze slunce Letní období 2006, 2007, 2008 a 2009, jedna lokalita 100

1400

90

120

1500

1000

1000

100

pocet vysk ytu

pocet v yskytu

1200

80

80 70 60 60

40

800

500

600

0

20

50

0

40

0:00

0:00

30

400

8:00 20

8:00 200 16:00

24:00

0

20

100 kalendarni den [hod]

0

24:00

0

20

40

60

80 90

100

100

10

90

0

% instalovaneho vykonu 80

80

% instalovaneho vykonu 70

70 % instalov aneho v ykonu

kalendarni den [hod]

40

60

80

100

16:00

60 60 50 50 40 40 30 30

20

20

10 0 0:00

8:00

16:00

24:00

10



27/41


Histogramy výroby z větru a slunce 200

250

pocet vyskytu

200 150

150

100

Srovnání obou typů zdrojů

50 100 0 0:00

8:00

50

16:00

0

20

40

100

0

% instalovaneho vykonu

Fotovoltaický systém

Větrná farma

100

220

100

100

90

200

90

90

80

180

80

70

160

70

60

140

50

120

40

100

30

80

30

20

60

20

10

40

10

80

70 % instalovaneho vykonu

24:00

80



60

60 60 50 50 40 40

0 0:00

8:00

16:00

24:00

20

0 0:00

30

20

8:00

Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy kalendarni den [hod]

16:00 kalendarni den [hod]

24:00

10

28/41

Čtvrtletní diagram očekávané výroby


ze slunce Modus - hodnota s nejvyšší četností výskytu 10.02 - 05.05

100

16

90

14 80

jaro

50 cetnosti typicky prubeh

90

léto

45

80

40

12

70


70

60

10

50 8

40 30

35 60 30 50 25 40 20

6

30

20

15

20 4

10

100 16:00

8:00

24:00

06.08 - 05.11 2


kalendarni den [hod] 90

0 0:00

06.11 - 09.12 5 24:00

100 8:00

16:00


kalendarni den [hod] 90

7 80

podzim

80 20

70

6

70

60 50

15

40 30


0 0:00

10

10



06.05 - 05.08

100

cetnosti typicky prubeh

60

zima

5

50 4

40 30

3

10 20

20

10

10

2

0 0:00

8:00

16:00 kalendarni den [hod]

24:00

5

0 0:00

8:00

16:00

24:00

1



29/41


Predikce výroby ze slunce na další den

Predikovanou výrobu prodáme, případnou odchylku necháme na ČEPS

Předpoklady:

dlouhodobá statistika pro dané období predikce (prodaná výroba z FV) skutečnost

• počasí zítra bude v podstatě stejné jako dnes

Data (14.04. 2006 - 21.04. 2006) 100 hodinova energie ctvrtletni predikce predikce D-1

90

• jako predikci na zítra použijeme čtvrtletní predikci, kterou upravíme dle skutečných naměřených hodnot dnes • v případě, že nejsou k dispozici naměřená data, bude použita přímo čtvrtletní predikce


80 70

odchylka k odregulování

60 50 40 30 20 10 0 0:00

24:00

24:00 24:00 kalendarni cas [hod]


24:00

24:00

30/41


Kolik potřebuje mít ČEPS smluveného výkonu, aby odchylku snížil na únosnou míru?


31/41

Požadovaná záloha sekundární regulace


denní profil v jednotlivých měsících t e c h n ic k a p o t re b a re g u la c n i z a lo h y s e k u n d a rn i re g u la c e fo t o 1 0 0 - 3 0 0 0 M W , va ria n t a A

celkove PpS [MW]

900 800

pouze s FV (100 – 3000 MW)

700

bez větru

600

500

plánované rezervy pro podmínky roku 2009 s FV existující do roku 2008

400

300

200

0

le d e n u n o r b re z e nd u b e n k ve t e nc e rve n c e rve n e cs rp e n c as [hod]

1

2

3

4

5

6

7

měsíc

8

z a ri

9

rije n lis t o p apdro s in e c

10

11

12


32/41

Požadovaná záloha terciární regulace (+)


denní profil v jednotlivých měsících technicka potreba kladne tercialni regulace foto 100 - 3000 MW , varianta A

celkove PpS [MW]

900 800

pouze s FV (100 – 3000 MW)

700

bez větru

600 500 400

plánované rezervy

300

pro podmínky roku 2009 s FV existující do roku 2008

200 100 0

leden unor brezendubenkvetencerven c ervenecs rpen zari cas [hod]

1

2

3

4

5

6

7

měsíc

8

9

rijen listopad prosinec

10

11

12


33/41

Požadovaná záloha terciární regulace (-)


denní profil v jednotlivých měsících technicka potreba zaporne tercialni regulace foto 100 - 3000 MW , varianta A 1000

celkove PpS [MW]

900 800

pouze s FV (100 – 3000 MW)

700

bez větru

600 500 400

plánované rezervy

300

pro podmínky roku 2009 s FV existující do roku 2008

200 100 0

leden unor brezendubenkvetencerven cervenecsrpen zari rijen listopad prosinec cas [hod]

1

2

3

4

5

6

7

měsíc

8

9

10

11

12


34/41

Souvislost rezerv regulačního výkonu SR s velikostí instalovaného výkonu v OZE


technicka potreba regulacni zalohy sekundarni regulace FV (100:100:1900, 2000:200:6000 MW), VtE (400 MW)

1200

1000

[MW]

800

Záloha automatická sekundární regulace v poledne

limit zima 600

limit léto

400

srpen 200

0

0

1000

2000 3000 4000 5000 nove instalovany vykon v OZE (FV + VtE) [MW]

6000

Od hranice 1400 MW  1000 MW  FV   400 MW VtE  instalovaného výkonu v OZE roste potřeba regulačního výkonu o cca 17MW na 100MW nově instalovaného výkonu Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

35/41

Souvislost rezerv regulačního výkonu TR+ s velikostí instalovaného výkonu v OZE


technicka potreba kladne terciarni regulace FV (100:100:1900, 2000:200:6000 MW), VtE (400 MW)

1200

1000

[MW]

800

Záloha terciární regulace kladné v poledne

limit zima 600

limit léto

400

srpen 200

0

0

1000


6000

Od hranice 700 MW  300 MW  FV   400 MW VtE  instalovaného výkonu v OZE roste potřeba regulačního výkonu o 17MW na 100MW nově instalovaného výkonu Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

36/41

Souvislost rezerv regulačního výkonu TRs velikostí instalovaného výkonu v OZE


technicka potreba zaporne terciarni regulace FV (100:100:1900, 2000:200:6000 MW), VtE (400 MW)

1200

1000

[MW]

800

Záloha terciární regulace záporné v poledne

600

400

limit zima limit léto

srpen

200

0

0

1000


6000

Od hranice 700 MW  300 MW  FV   400 MW VtE  instalovaného výkonu v OZE roste potřeba regulačního výkonu o 16MW na 100MW nově instalovaného výkonu Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

37/41

Závěr • Zvyšování potřeb regulačních záloh povede k nárustu jejich ceny, protože poptávka poroste rychleji než nabídka • Instalace FV zdrojů o celkovém výkonu větším než cca 1200 MW (při současném provozu VtE 400MW) povede za současných podmínek provozování těchto zdrojů k vyčerpání stávajících regulačních záloh potřebných k udržení chodu soustavy na který jsme zvyklí • Nebude garantováno plnění podmínek provozu pro propojenou evropskou síť • Podmínky provozování FV dnes = nedomyšlený způsob užití perspektivního zdroje Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

40/41

Možné cesty omezení rizik • Zvýšení regulačních rozsahů stávajících regulovatelných zdrojů a jejich větší zatěžování • Postavení nového regulovatelného zdroje • Využití možnosti ovládání spotřeby • Ovládání výroby z OZE • Preferovat FV zdroje malého výkonu a nekoncentrovat je v jednom místě • Instalace "akumulátorů", např. nové vodní přečerpávací elektrárny (ideální řešení) • Nepřipojovat FV, resp. neřiditelné zdroje do elektrizační soustavy (extrémní řešení) • Kombinace uvedených možností Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

41/41

Vliv výroby z obnovitelných zdrojů na stabilitu elektrizační soustavy

Recommend Documents