Integracija varijabilnih obnovljivih izvora Iskustva u …nerda.ba/pdf/REF18_2_SESIJA_Integracija_varijabilnih...Integracija varijabilnih obnovljivih izvora Iskustva u regiji (balansiranje/prognoza

Integracija varijabilnih obnovljivih izvoraIskustva u regiji

(balansiranje/prognoza proizvodnje)

Prof. dr.sc. Ranko Goić, dipl.ing.el.Sveučilište u Splitu,

Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje

Andrija Šarac, mag.ing.el.Ante Tojčić, mag.ing.el.

Fractal d.o.o. Split

Tuzla, 22.11.2018

2R.Goić, A.Šarac, A.Tojčić: Integracija varijabilnih obnovljnivih izvoraiskustva u regiji

Energija uravnoteženja u Europi

Balansna odgovornost VE u EU (2015)


Energija uravnoteženja u Europi (samo vrlo kratko)

U većini država članica nabava energije uravnoteženja od strane TSO na tržišnim principima, izračun odgovarajućeg jediničnog troška i odgovarajuća raspodjela troškova na balansno odgovorne strane

Primjer Njemačka: prosječni troškovi balansiranja u Njemačkoj 2008-2015, na prvi pogled paradoks:

- udvostručena instalirana snaga OIE

- prepolovljeni troškovi balansiranja (samo balansna energija, ne uključuju troškove rezervacije kapaciteta sekundarne/tercijarne regulacije)

Kako rade TE u Njemačkoj (plin, ugljen)

Trošak za VE: cca. 1EUR/MWh

Stvaranje jedinstvenog tržišta uravnoteženja u EU

• Uredba o uspostavljanju smjernica za električnu energiju uravnoteženja (Regulationestablishing a giudeline on electricity balancing) na snazi od 23.11.2017;

• Implementacija jedinstvenog tržišta energije uravnoteženja kroz 5 koraka (procesa);

o FCR (Frequency Containment Reserves)- primarna regulacija;

o IN (Imbalance Netting)- Razmjena odstupanja u realnom vremenu;

o aFRR (Automatic Frequency Restoration Reserve)- sekundarna regulacija;

o mFRR (Manual Frequency Restoration Reserve)- tercijarna regulacija;

o RR (Replacement Reserve)- spora tercijarna regulacija.

Izvor: ENTSO-E


International Grid Control Cooperation (IGCC)

• Projekt jedinstvene europske platforme za razmjenu odstupanja u realnom vremenu;

• 20 TSO članova (11 aktivnih, HOPS i EMS nisu među njima) i 3 TSO promatrača.

Izvor: ENTSO-E

Osnovni cilj: Izbjegavanje istovremene aktivacije sekundarne regulacije u suprotnim smjerovima između regulacijskih područja

Veliki potencijal smanjenja volumena i troškova odstupanja prilikom značajnije integracije geografski disperziranih OIE.


International Grid Control Cooperation (IGCC) (2)

Volumen razmijenjenih odstupanja (kratkoročna + dugoročna) na mjesečnoj razini

U konstantnom porastu, ali najviše zbog pristupanja novih TSO-a, a ne povećanja odstupanja u pojedinim regulacijskim područjima

Izvor: ENTSO-E



Vrijednost razmijenjenih odstupanja (kratkoročna + dugoročna) na mjesečnoj razini

Nema povećanja ukupnih troškovaIzvor: ENTSO-E



Jedinična vrijednost razmijenjenih odstupanja (kratkoročna + dugoročna) na godišnjoj razini

Pad jediničnih troškova u posljednje tri godineIzvor: ENTSO-E



Pad jediničnih troškova uslijed povećanja ukupnog volumena

Izvor: ENTSO-E9R.Goić, A.Šarac, A.Tojčić: Integracija varijabilnih obnovljnivih izvoraiskustva u regiji

Odgovornost/troškovi uravnoteženja - regija

a sada malo regija…

(kaos)


Odgovornost/troškovi uravnoteženja - BiH (1)

Odgovornost za odstupanje varijabilnih OIE

• OIE su djelomično balansno odgovorni ali nejasno na koji način;

• Prema Pravilniku o raspodjeli troškova balansiranja za privilegirane i kvalificirane proizvođače (draft verzija):

o Postrojenja instalirane snage do 150 kW nisu balansno odgovorna i ne plaćaju troškove uravnoteženja (u slučaju veće integracije manjih solarnih elektrana također može doći do značajnog povećanja ukupnih troškova uravnoteženja, primjer Slovenije);

o Za postrojenja instalirane snage iznad 150 kW, proizvođač snosi dio vlastitih troškova uravnoteženja, a ostatak snosi Operator za OIEiUK (prema metodologiji definiranoj navedenim Pravilnikom).

• Pravilnik još nije stupio na snagu


Odgovornost/troškovi uravnoteženja - BiH (2)

Metodologija izračuna troška uravnoteženja pojedinog proizvođača prema nacrtu Pravilnika

• Relativno jednostavna metodologija koja je u potpunosti navedena u nastavku...

Ti =k * ∆𝑷𝒊 * CDBPPri čemu je:

Ti - trošak uravnoteženja pojedinog proizvođača;

k - koeficijent utvrđen Pravilnikom a koji iznosi k=0,25;∆Pi - odstupanje pojedinog proizvođača unutar jednog perioda poravnanja;CDBProiz – cijena odstupanja proizvođača koja se računa prema:

𝑪𝑫𝑩𝑷𝒓𝒐𝒊𝒛 = ൞

𝑪𝑫𝑩𝒏𝒆𝒈 − 𝑪𝒓𝒆𝒇, ∆𝑷𝒊 < 𝟎.

𝑪𝒓𝒆𝒇 − 𝑪𝑫𝑩𝒑𝒐𝒛,, ∆𝑷𝒊 > 𝟎

Prema nacrtu Pravilnika, proizvođač snosi 25% troškova, a ostatak snosi Operator OIEiUK.

Pri čemu je:

∆𝑷𝒊 - odstupanje pojedinog proizvođača;

𝑪𝑫𝑩𝒏𝒆𝒈, 𝑪𝑫𝑩𝒑𝒐𝒛, - cijena negativnog/pozitivnog odstupanja za period poravnanja (utvrđuje NOS BiH)

𝑪𝒓𝒆𝒇 - referentna cijena utvrđena kao umnožak ponderirane ostvarene cijene trgovine ee u FBiH u

razdoblju od 12mj Prema Odluci FERK-a (u primjeni od 03.07.2017) referentna

cijena iznosi 0.105858 KM/kWh (cca. 54 EUR/MWh)12R.Goić, A.Šarac, A.Tojčić: Integracija varijabilnih obnovljnivih izvoraiskustva u regiji

Odgovornost/troškovi uravnoteženja – Srbija (1)

Odgovornost za odstupanje varijabilnih OIE

• Odgovornost za odstupanje propisana Pravilima o radu tržišta električne energije (na snazi od 13.12.2016);

• Sudionici tržišta električne energije su obvezni raspoloživi kapacitet bilančne grupe, nakon prihvaćenih dnevnih planova rada, staviti na raspolaganje TSO-u;

• Na tržištu energije uravnoteženje mogu sudjelovati:

o Susjedni TSO-i na osnovi bilateralnih ugovora između JP EMS i susjednog TSO-a;

o Opskrbljivači električne energije- na osnovi ugovora o sistemskim uslugama između JP EMS i opskrbljivača;

• OIE trenutno ne snose nikakvu odgovornost niti troškove uravnoteženja, odgovornost se u cijelosti prenosi na opskrbljivača koji preuzima proizvedenu el.en. od povlaštenih proizvođača.


Odgovornost/troškovi uravnoteženja - Srbija(2)

Metodologija izračuna troška uravnoteženja prema Mrežnim pravilima

Nešto kompliciranija metodologija u odnosu na BiH, prikazan samo jedan dio….

• Pozitivno odstupanje:

Ti =

൝∆𝑷𝒊 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 ≤ ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐∆𝑷𝒊 ∗ CP + (∆𝑷𝒊 − ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐) ∗ 𝑲𝟏 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 > ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐

Pri čemu je:

∆𝑷𝒊 - odstupanje bilančne grupe u pojedinom obračunskom intervalu;

∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐- dozvoljeno odstupanje definirano za pojedinu vrstu odgovorne strane;

CP – jedinična cijena odstupanja

𝑲𝟏 = 0.5 ; 𝑲𝟐 = 1.3

• Negativno odstupanje:

Ti = ൝∆𝑷𝒊 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 ≤ ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐

∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐 ∗ CP + ( ∆𝑷𝒊 − ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐) ∗ 𝑲𝟐 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 > ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐

Potencijalno „bespotrebno kompliciranje” uvođenjem ovakve vrste granice


Odgovornost/troškovi uravnoteženja – Hrvatska (1)

Prema Zakonu o OIE i visokoučinkovitoj kogeneraciji, koji je na snazi (ali ne i u kompletnoj primjeni zbog nedonesenih podzakonskih akata) od 1.1.2016.g. :

• Proizvođači ee koji imaju pravo na poticajnu cijenu (feed-in) su članovi EKO bilančne grupe čiji je voditelj operator tržišta ee (HROTE);

• Participacija troškova uravnoteženja od strane OIE u feed-in definirana je na bazi fiksne naknade po proizvedenom kWh za članove EKO bilančne grupe čija je priključna snaga veća od 20 kW

• Prema zadnjem Pravilniku koji je bio na javnoj raspravi sredinom 2016.g.: za VE cca. 2 EUR/MWh, za SE cca. 1.3EUR/MWh

• EKO bilančna grupa još nije počela sa (aktivnim) radom

Ukratko, OIE još nisu odgovorni za odstupanje, a postojeći OIE u feed-in poticaju će plaćati paušal koji trenutno nije poznat...trenutno zapravo nije odgovoran nitko…

Novi OIE koji budu u feed-in premium sustavu (ako isti uopće zaživi), te OIE koji budu izgrađeni bez poticaja, biti će potpuno balansno odgovorni

Balansna odgovornost prema trenutnoj Metodologiji za plaćanje energije uravnoteženja, dana je na sljedećim slajdovima…



Metodologija za određivanje cijena za obračun električne energije uravnoteženja

• Ovo ostavljamo da proučite sami...

Izvor: HERA, vlastita obrada



Metodologija za određivanje cijena za obračun električne energije uravnoteženja

• Ili možda bolje nemojte...

Izvor: HERA, vlastita obrada


Odgovornost/troškovi uravnoteženja - Crna Gora (1)

Izračun troškova uravnoteženja prema važećoj metodologiji

• Vrlo slično mehanizmu primijenjenom u Srbiji...

• Pozitivno odstupanje:

Ti =

൝∆𝑷𝒊 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 ≤ ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐∆𝑷𝒊 ∗ CP + (∆𝑷𝒊 − ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐) ∗ 𝑲𝟏 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 > ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐

Pri čemu je:

∆𝑷𝒊 - odstupanje bilančne grupe/subjekta u pojedinom obračunskom intervalu;

∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐- zona tolerancije odstupanja;

CP – jedinična cijena odstupanja

𝑲𝟏 = 0.5 ; 𝑲𝟐 = 1.5

• Negativno odstupanje:

Ti = ൝∆𝑷𝒊 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 ≤ ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐

∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐 ∗ CP + ( ∆𝑷𝒊 − ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐) ∗ 𝑲𝟐 ∗ CP, ∆𝑷𝒊 > ∆𝑷𝒊𝒅𝒐𝒛𝒗𝒐𝒍𝒋𝒆𝒏𝒐

Isti princip kao i u Srbiji, sa nešto drugačijim načinom definiranja zone tolerancije.


Odgovornost/troškovi uravnoteženja – usporedba regija (1)

• Analiza i procjena troškova energije uravnoteženja prema opisanim metodologijama, uz pretpostavku da bi OIE (konkretno vjetroelektrane) bile odgovorne za odstupanje prema trenutno važećim uvjetima.

• Analiza je napravljena na godišnjim generiranim vremenskim serijama prognoze i realizacije vjetroelektrane instalirane snage 50 MW uz RMSE 10%, 15% i 20%.

• Procjena troškova je napravljena za razdoblje od 01.10.2017. do 30.09.2018. (osim za Hrvatsku)

RMSE

10% 15% 20%

Bosnai Hercegovina

k = 0.25 1.08 €/MWh 1.32 €/MWh 1.52 €/MWh

k = 1 4.31 €/MWh 5.28 €/MWh 6.09 €/MWh

Srbija 2.29 €/MWh 2.97 €/MWh 3.55 €/MWh

Crna gora nismo računali…

Hrvatska Na idućim slajdovima...



• Prije otprilike godinu dana napravili smo detaljnu analizu metodologije te potencijalni utjecaj pojedinih konstanti, ograničenja i parametara definiranih unutar metodologije na troškove uravnoteženja;

• Analiza je bila rađena na temelju cijena električne energije u 2015. godini (objavljenih na stranici HROTE-a);

• Iako smo za ostale zemlje procjenu radili na podacima u zadnjih godinu dana, za HR metodologiju su prikazani rezultati iz „stare” analize;

• S obzirom da su u međuvremenu cijene električne energije značajno narasle, potencijalni troškovi uravnoteženja su još viši (kada bi OIE snosili troškove prema važećoj metodologiji)...

• U nastavku su prikazani neki od rezultata analize...



Jedinične cijene energije uravnoteženja za različita ostvarenja i relativno odstupanje u rasponu od -100% do 100% ostvarene vrijednosti


Ostvarenje


Satni troškovi energije uravnoteženja s obzirom na odstupanja u rasponu od -50 MWh do 50 MWh.Za cijenu ee korišteno 300 kn/MWh (cca 41 EUR/MWh, trenutno puno više...)

Preko 3300 EUR !!!


Tržišna pozicija


Simulacija troškova odstupanja jedne VE (45 MW) za godinu dana kada bi VE bila balansno odgovorna strana (100%) prema obračunu troškova prema važećom Metodologijom za određivanje cijena za obračun električne energije uravnoteženja

Δ – „korekcijski faktor snage razmjene

Uz trenutne cijene na europskim tržištima još i više...


Prognoza proizvodnje vjetroelektrana (1)

• Jedan od najvećih izazova vezano uz uspješnu integraciju vjetroelektrana i smanjenje troškova balansiranja

Prognoza vjetra (numerički i statički modeli)

Eksploatacija na pozicije pojedinih turbina

Proizvodnja električne energije

Korekcija dodatnih uvjeta, vjerojatnost proizvodnje

Aplikacije

Planiranje proizvodnjeProdaja na tržištu

Balansiranje

PORAST NESIGURNOSTI/GREŠKE

Numerički modeli strujanja vjetra na većim visinama ne mogu dovoljno

precizno prognozirati vjetar na manjim visinama (utjecaj orografije terena)

„Vremenske greške”- podaci početka puhanja vjetra

Greške u ekstrapolaciji brzine vjetra pojedine lokacije

Konverzija V -> P,Utjecaj terena i zaklanjanja

Vjerojatnost raspone greške,Eksterni faktori;Integracija s ostalim elektranama



Sustav za prognozu proizvodnje VE (Crna Gora - VE Krnovo 72 MW, Hrvatska – VE Lukovac 49 MW, BiH – VE Mesihovina 52 MW)


Mjerni stup

Meteorološka prognoza 1

Meteorološka prognoza 2

FractalIntegrirani model prognoze

Server

Raspoloživost VA

Prognoza proizvodnjeCFD modelkorelacija

transformacija v->P smoothing

neuralna mreža

SCADA VE

TSO

Balansno ofogovrna

strana

Vjetar


Greška prognoze, naravno ovisi o vremenu u kojem se radi prognoza unaprijed

Osnovni statistički pokazatelji/mjere prognostičke pogreške:

Normalizirana prosječna apsolutna pogreškaNormalizirani korijen srednje kvadratne pogreške

Uobičajeni raspon vrijednosti (prognoza 24h unaprijed):

14-20% za 1 VE / 5-10% za veći broj VE



0

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

80,000

31/1

2 0

0:0

0

31/1

2 0

2:0

0

31/1

2 0

4:0

0

31/1

2 0

6:0

0

31/1

2 0

8:0

0

31/1

2 1

0:0

0

31/1

2 1

2:0

0

31/1

2 1

4:0

0

31/1

2 1

6:0

0

31/1

2 1

8:0

0

31/1

2 2

0:0

0

31/1

2 2

2:0

0

1/1

00:

00

1/1

02:

00

1/1

04:

00

1/1

06:

00

1/1

08:

00

1/1

10:

00

1/1

12:

00

1/1

14:

00

1/1

16:

00

1/1

18:

00

1/1

20:

00

1/1

22:

00

2/1

00:

00

2/1

02:

00

2/1

04:

00

2/1

06:

00

2/1

08:

00

2/1

10:

00

2/1

12:

00

2/1

14:

00

2/1

16:

00

2/1

18:

00

2/1

20:

00

2/1

22:

00

3/1

00:

00

3/1

02:

00

3/1

04:

00

3/1

06:

00

3/1

08:

00

3/1

10:

00

3/1

12:

00

3/1

14:

00

3/1

16:

00

3/1

18:

00

3/1

20:

00

3/1

22:

00

4/1

00:

00

4/1

02:

00

4/1

04:

00

4/1

06:

00

4/1

08:

00

4/1

10:

00

4/1

12:

00

4/1

14:

00

4/1

16:

00

4/1

18:

00

4/1

20:

00

4/1

22:

00

5/1

00:

00

kW

Fractal_initial

Realizacija CFD

Meteologica

E&M

Kriva procjena brzine vjetra

Vremenski pomak očekivane promjene brzine vjetra

Dolazi do velikih pogrešaka…učenje…



VE Krnovo- karakteristični primjeri (promatrani period- tjedan dana)

Pad snage također predviđen nekoliko sati kasnije, uz blago

precijenjenu brzinu vjetra

Porast snage predviđen nekoliko

sati kasnije

Ispad mreže

Izvor: Vlastita obrada



Pravovremeno predviđen pad snage (određena pogreška kao

posljedica smoothing-a)

Porast snage predviđen nekoliko sati ranije

Nepredviđen cut-out





Pravovremeno predviđen pad

snage

Predviđeni cut-outkoji se nije dogodio

Pravovremeno predviđen pad/porast snage

Blago precijenjena brzina vjetra dovodi do značajne pogreške





Vrlo dobro predviđen nagli rast snage

Cut-out predviđen nekoliko sati kasnije

Podcijenjena brzina vjetra

Porast snage predviđen nekoliko sati kasnije



VE Mesihovina- karakteristični primjeri (promatrani period- tjedan dana)


Podcijenjena brzina vjetra

Kombinacija podcijenjene brzine vjetra i kasnije

predviđenog rasta snage



VE Mesihovina- karakteristični primjeri iz iskustva (promatrani period- tjedan dana)



VE Krnovo- Krivulja trajanja i frekvencija odstupanja za razdoblje od 6 mjeseci

+/-50%Pn

+/-15%Pn



VE Mesihovina+VE Krnovo: Analiza/simulacija pogreške prognoze u slučaju „udruživanja”

RealizacijaUkupno pozitivno

odstupanje[apsolutno i relativno]

Ukupno negativno odstupanje

[apsolutno i relativno]RMSE

Mesihovina 9,354 MWh3,113 MWh -539 MWh

17.13%33.28% -5.77%

Krnovo 13,402 MWh4,013 MWh -1,892 MWh

18.62%29.94% -14.12%

Krnovo + Mesihovina 22,756 MWh6,460 MWh -1,766 MWh

14.68%28.39% -7.76%

Smanjenje odstupanja u pojedinim smjerovima i značajno smanjenje pogreške prognoze

Iako je analiza napravljena na primjeru samo dvije VE, vidljivo je kako udruživanje u bilančne skupine i geografska disperzija mogu značajno smanjiti pogrešku prognoze proizvodnje VE i negativne posljedice koje iz nje proizlaze

Analiza napravljena na temelju satnih vrijednosti prognoze i realizacije VE Mesihovina i VE Krnovo za razdoblje 01.09.2018.-30.09.2018 (1 mjesec)



Skupa…

Smanjena pogreška prognoze utjecajem geografske disperzije

Razdoblje od 13 sati tijekom koje na VE Mesihovinadolazi do podcijenjenja, a na VE Krnovo do

precijenjenja brzine vjetra.

VE Mesihovina+VE Krnovo: Primjer pozitivnog utjecaja geografske disperzije i „grupiranja”


Primjer iz Njemačke:Povećanje volumena na kratkoročnim tržištima (Intraday) kako bi se uspješnije uravnotežila pogreška prognoze varijabilnih OIE


Izvor: 50hertz

Zašto sam baš ovo pričao?

Uspostava likvidne regionalne burze ili međusobno kompletno povezanih nacionalnih burzi, te transparentnog i stabilnog regulatornog okvira u svim segmentima, ključne su pretpostavke za sljedeći korak u energetskoj tranziciji –financiranje/izgradnja OIE bez poticaja.

U regulatornom dijelu, ključna stavka je problem balansiranja: - jasna pravila igre- ujednačiti troškove balansiranja (ili ih barem približiti) onima iz srednje/zapadne

Europe,- u cijelosti implementirati Uredbu o uspostavljanju smjernica za električnu

energiju uravnoteženja, uključujući Implementacija jedinstvenog tržišta energije uravnoteženja na regionalnom nivou (i šire).


Jedan dodatni slajd


Prognoza kretanja cijena fotonaponskih modula iz 2014.g. za period do 2030.g.

Danas (11/2018) smo ovdje (za velike količine)…

Documents

Integracija varijabilnih obnovljivih izvora Iskustva u …nerda.ba/pdf/REF18_2_SESIJA_Integracija_varijabilnih...Integracija varijabilnih obnovljivih izvora Iskustva u regiji (balansiranje/prognoza