Upload
hanga
View
232
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
MIPRO 2012 - jubilarni 35. međunarodni skup
IRP - Izazovi u implementaciji regulatorne politike Opatija 21.5.12.
TEHNIČKE I EKONOMSKE PRETPOSTAVKE ZA VISOKU RAZINU INTEGRACIJE VE U EES HRVATSKE
dr.sc. Ranko Goić, izv.prof.
D.Jakus, J.Krstulović, I. Penović, J.VasiljFESB Split, Zavod za elektroenergetiku
1Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
UVOD
• U proteklih 15-tak godina veliki rast OIE u ukupnoj proizvodnji električneenergije rezultat je:
– otvaranja tržišta električne energije + slobodan pristup električnoj mreži,
– poticajnih otkupnih cijena elek. energije koje se odgovarajućomzakonskom regulativom redovito propisuju za OIE i kogeneracijskuproizvodnju,
– razvoja efikasnijih i jeftinijih tehnologija/elektrana…
Udio pojedinih izvora energije u svjetskoj proizvodnji električne energije 2008. g.
2Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
UVOD
Energetska politika- Kyoto protokol -
EU direktiva 2009/28/EC
Troškovni kriterij Ekološki kriterij Sigurnosni kriterij
Liberalizacije tržišta električnom energijom:
•smanjenje cijene
•poboljšanje usluge
•ukidanje monopola . . .
•smanjenje emisije stakleničkih plinova
•poticanje “čistih” oblika energije
•osiguranje dovoljnih količina energije
•korištenje vlastitih resursa
•energetska samodostatnost
Intenzivna izgradnja:Vjetroelektrana od cca. 2000.g.
Fotonaponskih elektrana od cca. 2006.g.
3Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
UVOD
10163
4600
6630
2406
573 581 442 439 338 120 54,5 3,9 0,4 0
-115
0
-404
-3200
-472 -39 -24
-1393
-166
0
-0,6 -0,5
0 0
-8000
-3000
2000
7000
12000
17000
22000
Wind PV Natural Gas Coal Fuel oil Biomass Waste Nuclear Large Hydro CSP Small Hydro Geothermal Ocean PEAT
New capacity De-commissioned capacity
Izgradnja novih i dekomisija postojećih proiz. objekata u EU – 2009.g.
4Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
UVOD
9295
12000
4056
0573
149 145 208 40525 25 0 200
-107
0 0
-1550
-245 -45
0
-535 -26
0 0 0 0 0
-8000
-3000
2000
7000
12000
17000
22000
Wind PV Natural Gas Coal Fuel oil Biomass Waste Nuclear Large Hydro CSP Small Hydro Geothermal Ocean PEAT
New capacity De-commissioned capacity
Izgradnja novih i dekomisija postojećih proiz. objekata u EU – 2010.g.
5Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
UVOD
9616
21000
9718
2147
700234 69 331 606 472
9 32 5 0
-216
0
-934 -840-1147
-60
0
-6253
-22
0 0 0 0 0
-8000
-3000
2000
7000
12000
17000
22000
Wind PV Natural Gas Coal Fuel oil Biomass Waste Nuclear Large Hydro CSP Small Hydro Geothermal Ocean PEAT
New capacity De-commissioned capacity
Izgradnja novih i dekomisija postojećih proiz. objekata u EU – 2011.g.
6Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
UVOD
• Po uzoru na zemlje članice EU, i Hrvatska je uvidjela mogućnost zadovoljenja dijelasvojih energetskih potreba kroz korištenje OIE.
• Hrvatska
– dobar vjetropotencijal, pogotovo na jadranskom području i njegovom zaleđu,
– veliki interes za izgradnju vjetroelektrana (u Registru prijavljeno više 6000 MWinstalirane snage u mogućim VE, iako je upitna realnost velikog broja projekata),
– slaba realizacija u odnosu na interes i planove (trenutno u pogonu 8 VE = 131MW),
• pravni okvir nije u cijelosti definiran (iako na prvi pogled izgleda da jest),
• definirana kvota od cca. 400 MW koju HEP OPS smatra da je trenutnomoguće priključiti na mrežu, i problematičan (realno težak) način njeneraspodjele na brojne projekte,
• rezerviranost od strane HEP OPS-a po pitanju vođenja sustava s visokimudjelom VE, osiguranje pomoćnih usluga i energije uravnoteženja, pitanjeregulacijske rezerve i ostali operativni aspekti
• tržište električne energije ne funkcionira (tj. nema ga)
• problem sa uvjetima priključka (načinom priključka) na mrežu uvjetovanvelikim brojem zahtjeva i neizvjesnošću realizacije pojedinog projekta…
8Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Najčešći tipovi i karakteristike vjetroagregata (1)
• Svjetski trendovi u proizvodnji komercijalnih vjetroagregata= povećanje promjerarotora i visine vjetroturbine => povećanje nazivne snage
• Nazivne snage VT u većim VE danas se kreću u rasponu od 1 do 5 MW - dominirajusnage u rasponu 2-3MW
• Trend razvoja VT ide prema razvoju što „upravljivijih” vjetroagregata i vjetroelektrana ucjelini, tj. pokušaj da VE budu što sličnije klasičnim elektranama.
• U današnjim izvedbama gotovo isključivo se koristi izvedba s promjenjivom brzinomvrtnje, sa dvostrano napajanim asinkronim generatorom ili sinkronim generatorima.
9Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Najčešći tipovi i karakteristike vjetroagregata (2)
Dvostrano napajani asinkroni generator (double-fed)
TURBINA
MULTIPLIKATOR
DVOSTRANO NAPAJANI ASINKRONI GENERATOR
BLOK TRANSFORMATOR
MREŽA 10-35 kV
Radna snaga (P) ����
n1 n2P ����
Jalova snaga (Q)
dio snage ide preko statora (cca. 2/3)
PRETVARAČAC/DC/AC
0.4(0.69)/SN kV
Q ����po potrebi
I~, fvarijabilno � I= � I~, ffiksno 50Hz
Asinkroni generator direktno priključen na mrežu (starije izvedbe, danas se ne koriste)
TURBINA
MULTIPLIKATOR
ASINKRONI GENERATOR(eventualno s
promjenljivim brojem pari polova)
BLOK TRANSFORMATOR
MREŽA 10-35 kV
Radna snaga (P) ����
Jalova snaga (Q)
n1 n2=konst
KONDENZATOR
Q P ����
0.4(0.69)/SN kV
Q(ako nema
kondenzatora)
Soft start
10Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Najčešći tipovi i karakteristike vjetroagregata (3)
Sinkroni generator priključen na mrežu preko pretvarača- najčešća je izvedba bez multiplikatora, tzv. “direct-drive”- „klasična” varijanta sa uzbudom ili varijanta s permanentnim magnetima
I~, fvarijabilno � I= � I~, ffiksno 50Hz
TURBINA
SINKRONI GENERATOR
BLOK TRANSFORMATOR
MREŽA 10-35 kV
0.4(0.69)/SN kV
Radna snaga (P) ����
Jalova snaga (Q) ����
P ����
Q ����po potrebi
MULTIPLIKATOR(opcija)
n1 n2
PRETVARAČAC/DC/AC
Asinkroni generator priključen na mrežu preko punog pretvarača
TURBINA
MULTIPLIKATOR(opcija)
ASINKRONI GENERATOR
BLOK TRANSFORMATOR
MREŽA 10-35 kV
Radna snaga (P) ����
Jalova snaga (Q)
n1 n2P ����
PRETVARAČAC/DC/AC
I~, fvarijabilno � I= � I~, ffiksno 50Hz
0.4(0.69)/SN kV
Q ����po potrebi
11Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Varijabilnost rada VE
• Varijabilnost proizvodnje na svim vremenskim razinama te ograničenamogućnost predviđanja takvih promjena utječe na:
– plan proizvodnje ostalih elektrana,
– potrebnu energiju uravnoteženja,
– rezervu regulacijske snage u sustavu
• mogućnost predviđanja proizvodnje i varijacija proizvodnje ključno je zaintegriranje i optimalno iskorištavanje VE u EES-u
• najveće promjene u proizvodnji VE javljaju se prilikom prolaska olujnih fronti=>visoke brzine=>zaustavljanje VE
• Efekt geografske disperzije - kratkoročne i lokalne varijacije brzine vjetraobično nisu povezane =>ujednačavanju ukupne proizvodnje VE
• Veća penetracija VE u EES olakšana je u sustavima s visokim stupnjemfleksibilnosti u kojima postoje:
12Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Kratkoročne varijacije proizvodnje vjetroelektrana (1)
Primjer (VE ZD2+VE ZD3, 36 MW): - usporedba varijacija
proizvodnje u odnosu na varijacije vjetra
- snaga i brzina vjetra na jednoj VT 2.3MW, ukupno 10min, rezolucija 0.1s
0
2
4
5
7
9
11
13
14
16
18
-600
-300
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
2400
12:0
0:01
12:0
0:31
12:0
1:01
12:0
1:31
12:0
2:01
12:0
2:31
12:0
3:01
12:0
3:31
12:0
4:01
12:0
4:31
12:0
5:01
12:0
5:31
12:0
6:01
12:0
6:31
12:0
7:01
12:0
7:31
12:0
8:01
12:0
8:31
12:0
9:01
12:0
9:31
v (m
/s)
P (k
W),
Q (
kVA
r)
VT7 - 8.12.2011.g.
P Q v
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
14:4
0
15:1
0
15:4
0
16:1
0
16:4
0
17:1
0
17:4
0
18:1
0
18:4
0
19:1
0
19:4
0
20:1
0
20:4
0
21:1
0
21:4
0
22:1
0
22:4
0
23:1
0
23:4
0
0:1
0
0:4
0
1:1
0
1:4
0
2:1
0
2:4
0
3:1
0
3:4
0
4:1
0
4:4
0
5:1
0
5:4
0
6:1
0
6:4
0
7:1
0
7:4
0
8:1
0
8:4
0
9:1
0
9:4
0
v (m
/s),
P(M
W)
14. i 15.12. 2011.g.
v - VT1 v - VT2v - VT3 v - VT4v - VT5 v - VT6v - VT7 v - VT8P
Primjer (VE ZD2, 18 MW):- različite brzine vjetra na
pojedinim VT iste VE,- brzine vjetra na svim VZ,
ukupna proizvodnja VE ZD2, ukupno 19h, rezolucija 10min
13Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Kratkoročne varijacije proizvodnje vjetroelektrana (2)
Primjer (VE ZD2+VE ZD3, 36 MW): - varijacije proizvodnje VE u razdoblju visokih brzina vjetra: česta isključenja i uključenja
pojedinih VT- ukupna proizvodnja VE (rezolucija 30s i 10min) i brzina vjetra na jednoj VT (rezolucija10min)
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10
:30
10
:40
10
:50
11
:00
11
:10
11
:20
11
:30
11
:40
11
:50
12
:00
12
:10
12
:20
12
:30
P (
MW
); v
(m/s
)
25.1.2012.g.
P - 10min
v - 10min
P - 30sec
ZD2
VT1
(v=
21
.4m
/s)
ZD2
VT1
(v=
19
.1m
/s)
ZD2
VT8
(v=
19
.3m
/s)
ZD3
VT5
(v=
19
.4m
/s)
ZD2
VT2
(v=
21
.3m
/s)
ZD2
VT2
(v=
18
.5m
/s)
ZD3
VT2
(v=
21
.3m
/s)
ZD2VT3 (v=20.5m/s)ZD2VT4 (v=21.3m/s)ZD2VT7 (v=22.7m/s)ZD2VT8 (v=20.6m/s)
ZD2VT3 (v=16.5m/s)ZD2VT7 (v=20.5m/s)
ZD2
VT4
(v=
18
.4m
/s)
ZD3
VT2
(v=
18
.2m
/s)
ZD3
VT5
(v=
22
.9m
/s)
ZD3
VT5
(v=
19
.9m
/s)
ZD3
VT5
(v=
21
.8m
/s)
14Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Kratkoročne varijacije proizvodnje vjetroelektrana (3)Primjer: Krivulje trajanja 10-minutnih i satnih varijacija radne snage (razdoblje 1.12.2006.g. do 31.3.2007.g.):- simulirano na osnovu mjerenja brzine vjetra na 3 udaljene lokacije u RH- izmjerena proizvodnja VE Trtar-Krtolin
-50,0%
-45,0%
-40,0%
-35,0%
-30,0%
-25,0%
-20,0%
-15,0%
-10,0%
-5,0%
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
40,0%
45,0%
50,0%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
t [%]
10
-min
utn
e v
ari
jac
ije p
roiz
vod
nje
el.e
n (
%P
n)
Lokacija 1 Lokacija 2 Lokacija 3 Ukupno L1+L2+L3
10-minutne varijacije
-50,0%
-45,0%
-40,0%
-35,0%
-30,0%
-25,0%
-20,0%
-15,0%
-10,0%
-5,0%
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
30,0%
35,0%
40,0%
45,0%
50,0%
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
t [%]
Sa
tne
va
rija
cije
pro
izvo
dn
je e
l.e
n (
%P
n)
Lokacija 1 Lokacija 2 Lokacija 3
Ukupno L1+L2+L3 VE Trtar-Krtolin
Satne varijacije
15Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Kratkoročne varijacije proizvodnje vjetroelektrana (4)Primjer: Učestalost 10-minutnih i satnih varijacija radne snage (razdoblje 1.12.2006.g. do 31.3.2007.g.):- simulirano na osnovu mjerenja brzine vjetra na 3 udaljene lokacije u RH- izmjerena proizvodnja VE Trtar-Krtolin
10-minutne varijacije
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
-40% -35% -30% -25% -20% -15% -10% -5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
% Pn
učesta
lost 10-m
inutn
ih v
arija
cija [%
]
Lokacija 1
Lokacija 2
Lokacija 3
Ukupno L1+L2+L3
Satne varijacije
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
-40% -35% -30% -25% -20% -15% -10% -5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%
% Pn
Uče
sta
lost sa
tnih
vari
jacija [%
]
Lokacija 1
Lokacija 2
Lokacija 3
Ukupno L1+L2+L3
VE Trtar-Krtolin
16Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Efekt geografske disperzije (1)
Primjer: Krivulja trajanja proizvodnje jedne VE i svih VE u Njemčkoj 2003.g.
Primjer: Učestalost satnih varijacija proizvodnje iz jedne VE i svih VE u Njemčkoj 2003.g.
o Kod dobre geografske disperzije vjetroelektrana ukupne kratkoročne varijacije proizvodnje se smanjuju u relativnom iznosu
o Efekt “izglađivanja”: s većom razinom penetracije VE u EES smanjuje se učestalost kratkoročnih varijacija proizvodnje
17Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Efekt geografske disperzije (2)
Podaci -> Australija
Podaci -> V. Britanija
18Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Utjecaj varijacija proizvodnje VE na potrebnu rezervu i P/f regulaciju (1)
o Varijacije proizvodnje u sekundnom području (primarna P/f regulacija): zanemarive zbog uprosječenjasnage vjetra na rotoru turbine i inercije rotora
o Varijacije proizvodnje u intervalima do nekoliko desetaka sekundi: zanemarive zbog uprosječenja snage po pojedinim vjetroagregatima
o Varijacije proizvodnje do nekoliko minuta: zanemarive u slučaju dobre goegrafske disperzije većeg broja vjetroelektrana
o Varijacije proizvodnje unutar jednog sata: mogu biti značajne bez obzira na geografsku disperziju (20-30% ukupne instalirane snage, a povremeno i više)
o Najveće varijacije za vrijeme zaustavljanja uslijed jakog vjetra: međutim, zaustavljanje proizvodnje cijele vjetroelektrane može potrajati i nekoliko sati zbog nejednolike raspodjele brzina vjetra na lokaciji
o Varijacije proizvodnje u višesatnim intervalima: ključni “problem” zbog potrebe prilagodbe rada (proizvodnje) ostalih elektrana
19Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Utjecaj varijacija proizvodnje VE na potrebnu rezervu i P/f regulaciju (2)
Frontier Economics Ltd. London,
studija „Blowing in the wind – measuring and managing the costs of renewable
generation in Europe“:
„Regarding the question of whether secondary or tertiary reserve is
needed to balance intermittency from renewable and, in particular, wind
energy generation, different investigations have shown that time periods
during which generation from portfolios of wind farms significantly change
are sufficiently long to activate tertiary reserve and do not require
activation of secondary reserve.“
20Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Dugoročne varijacije proizvodnje vjetroelektrana
o Višednevne varijacije: vrlo često u čitavom rasponu snage (0-max)o Mjesečne/sezonske varijacije: dobro predvidive na razini ukupne mjesečne proizvodnje, s mogućnošću
odstupanja cca. 30-40% (značajno manje od nesigurnosti proizvodnje HE na mjesečnom nivou)o Godišnje varijacije: niske varijacije ukupne godišnje proizvodnje, cca. +/-15% (za razliku od HE)o Doprinos instalirane snage vjetroelektrana sigurnosti rada EES-a po pitanju rezerve snage:
• efektivna očekivana snaga (“capacity credit”), temeljem proračuna LOLP faktora• “optimistički” pristup: na razini prosječnog faktora angažiranja, tj. 20-30%Pmax• “konzervativni” pristup: cca. 10-15%• smanjuje se s povećanjem razine penetracije VE u EES
Primjer: „Capacity credit” vjetroelektrana –rezultati raznih studija (izvor: Enetgynautics)
21Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Predviđanje proizvodnje VE (1)
• Prognoziranja proizvodnje VE svodi se na prognoziranje vremenskog slijedaatmosferskih varijabli (brzine i smjera vjetar, gustoće zraka itd…) s dovoljno malimkorakom za djelove atmosfere (lokacije VE) i različite periode predviđanja.
• Kod složenih terena (slučaj Hrvatske) bitan faktor je rezolucija numeričkihprognostičkih alata
• Prosječne prognostičke pogreške za pojedine VE danas se kreću do 20% instaliranesnage za razdoblje od 1-2 dana. Za veći broj VE pogreška pada ispod 10%.
Prognoza proizvodnje vjetroelektrana s intervalima pouzdanosti
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
22Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Predviđanje proizvodnje VE (2)
23Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Zahtjevi za P/f regulaciju VE
• Prije => trenutno isključivanje VE pri frekvenciji van određenih relativno uskih granica;
• Danas => znatno šire granice frekvencije unutar kojih vjetroelektrana može/mora“ostati” na mreži
24Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Upravljanje izlaznom snage vjetroelektrane (1)
snaga
snagasnaga
snaga
c)
a) b)
d)
vrijeme vrijeme
vrijemevrijeme
Maksimalna trenutna snaga VE
Regulirana izlazna snaga VE
Upravljanje brzinom porasta/smanjenja snage
Upravljanje s fiksnim smanjenjem radne snage
Regulacija proizvodnje za potrebe energije uravnoteženja
Upravljanje maksimalno dozvoljenom radnom snagom
25Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Upravljanje izlaznom snage vjetroelektrane (2)
Primjer (VE ZD2+VE ZD3, 36 MW): - automatsko ograničenje radne snage (nalog se automatski prosljeđuje iz CDU HEP OPS-a) i- regulacija brzine promjene radne snage 2MW/min
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
12
:00
12
:05
12
:10
12
:15
12
:20
12
:25
12
:30
12
:35
12
:40
12
:45
12
:50
12
:55
13
:00
13
:05
13
:10
13
:15
13
:20
13
:25
13
:30
13
:35
13
:40
13
:45
13
:50
13
:55
14
:00
14
:05
14
:10
14
:15
14
:20
14
:25
14
:30
14
:35
14
:40
14
:45
14
:50
14
:55
P (
MW
)
25.1.2012.g.
nalog za smanjenje na 75%Pn
nalog za smanjenje na 50%Pn
nalog za smanjenje na 25%Pn
nalog za povećanje na 100%Pnisključenje 2VA zbog prevelike
brzine vjetra
pogon VE ZD2 i VE ZD sa 75%Pn
pogon VE ZD2 i VE ZD sa 50%Pn
pogon VE ZD2 i VE ZD sa 25%Pn
27MW (75%Pn)
18MW (50%Pn)
9MW (25%Pn)
postepeno vraćanje VA sukladno uvjetima visoke brezine vjetra na lokaciji
nalog za smanjenje na 0%Pn
26Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Zahtjev za prolaz VE kroz stanje kvara (1)
• Prije=>trenutno isključivanje VE u slučaju kvara - može rezultirati daljnjim širenjemporemećaja i raspadom sustava u slučaju ispada većeg broja bliskih VE
• Danas=>definiraju se granice sposobnosti prolaska VE kroz stanje kvara u smislu min.vremena u kojem bi trebala ostati priključena na mrežu ovisno o naponu na mrežnojstrani
• Na taj način se osigurava stabilnost rada sustava sprečavanjem trenutnog ispada velikogiznosa angažirane radne snage VE
27Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Zahtjev za prolaz VE kroz stanje kvara (2)
Primjer (VE ZD2+VE ZD3, 36 MW): - pokus prolaza kroz stanje kvara (dubokog
propada napona i dugog trajanja uslijed kratkog spoja u mreži - K3, K1)
-100000
-80000
-60000
-40000
-20000
0
20000
40000
60000
80000
100000
0
0,0
5
0,1
0,1
5
0,2
0,2
5
0,3
0,3
5
0,4
0,4
5
0,5
0,5
5
0,6
0,6
5
0,7
0,7
5
0,8
0,8
5
0,9
0,9
5 1
1,0
5
Nap
on
[V
]
Vrijeme [s]
U1
U2
U3
+90°
-90°
±180° 0°
12,0 kV
U3 C
U2 B
U1 A
+90°
-90°
±180° 0°
12,0 kV
U3 C
U2 B
U1 A
U1 A U2 B U3 C
-600
-400
-200
0
200
400
600
0
0,0
5
0,1
0,1
5
0,2
0,2
5
0,3
0,3
5
0,4
0,4
5
0,5
0,5
5
0,6
0,6
5
0,7
0,7
5
0,8
0,8
5
0,9
0,9
5 1
1,0
5
Stru
ja [
A]
Vrijeme [s]
I1
I2
I3
28Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Zahtjev za prolaz VE kroz stanje kvara (3)
Primjer (VE ZD2+VE ZD3, 36 MW):- nastavak…- karakteristični odzivi pojedinih VT (K3)- Ispad: 5 VT (napomena: ispadi zbog
neudešenog yaw control sustava), vraćanje na mrežu nakon 15min
- prolaz kroz stanje kvara: 11 VT- Isporuka jalove snage u mrežu i od strane
VT koje su privremeno prekinule proizvodnju radne snage
Radna snaga VT0
500
1000
1500
2000
2500
3000
13
:13
:19
13
:13
:19
13
:13
:19
13
:13
:20
13
:13
:20
13
:13
:20
13
:13
:21
13
:13
:21
13
:13
:21
13
:13
:22
13
:13
:22
13
:13
:22
13
:13
:23
13
:13
:23
13
:13
:23
13
:13
:24
13
:13
:24
13
:13
:25
13
:13
:25
13
:13
:25
13
:13
:26
13
:13
:26
13
:13
:26
13
:13
:27
13
:13
:27
13
:13
:27
13
:13
:28
13
:13
:28
13
:13
:29
13
:13
:29
13
:13
:29
13
:13
:29
13
:13
:30
13
:13
:30
13
:13
:31
13
:13
:31
13
:13
:31
13
:13
:31
13
:13
:32
13
:13
:32
13
:13
:33
13
:13
:33
13
:13
:33
13
:13
:33
13
:13
:34
13
:13
:34
13
:13
:35
13
:13
:35
13
:13
:35
13
:13
:35
13
:13
:36
13
:13
:36
13
:13
:37
13
:13
:37
13
:13
:37
13
:13
:38
13
:13
:38
13
:13
:38
13
:13
:39
13
:13
:39
13
:13
:40
13
:13
:40
13
:13
:40
13
:13
:40
13
:13
:41
13
:13
:41
13
:13
:42
13
:13
:42
13
:13
:42
13
:13
:42
13
:13
:43
13
:13
:43
13
:13
:44
Ra
dn
a s
na
ga
[k
W]
ZD2-2
ZD2-6
ZD3-4
Propad napona
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
13:1
3:1
9
13:1
3:1
9
13:1
3:1
9
13:1
3:2
0
13:1
3:2
0
13:1
3:2
0
13:1
3:2
1
13:1
3:2
1
13:1
3:2
1
13:1
3:2
2
13:1
3:2
2
13:1
3:2
2
13:1
3:2
3
13:1
3:2
3
13:1
3:2
3
13:1
3:2
4
13:1
3:2
4
13:1
3:2
5
13:1
3:2
5
13:1
3:2
5
13:1
3:2
6
13:1
3:2
6
13:1
3:2
6
13:1
3:2
7
13:1
3:2
7
13:1
3:2
7
13:1
3:2
8
13:1
3:2
8
13:1
3:2
9
13:1
3:2
9
13:1
3:2
9
13:1
3:2
9
13:1
3:3
0
13:1
3:3
0
13:1
3:3
1
13:1
3:3
1
13:1
3:3
1
13:1
3:3
1
13:1
3:3
2
13:1
3:3
2
13:1
3:3
3
13:1
3:3
3
13:1
3:3
3
13:1
3:3
3
13:1
3:3
4
13:1
3:3
4
13:1
3:3
5
13:1
3:3
5
13:1
3:3
5
13:1
3:3
5
13:1
3:3
6
13:1
3:3
6
13:1
3:3
7
13:1
3:3
7
13:1
3:3
7
13:1
3:3
8
13:1
3:3
8
13:1
3:3
8
13:1
3:3
9
13:1
3:3
9
13:1
3:4
0
13:1
3:4
0
13:1
3:4
0
13:1
3:4
0
13:1
3:4
1
13:1
3:4
1
13:1
3:4
2
13:1
3:4
2
13:1
3:4
2
13:1
3:4
2
13:1
3:4
3
13:1
3:4
3
13:1
3:4
4
Jalo
va s
naga
[kV
Ar]
ZD2-2
ZD2-6
ZD3-4
Propad napona
Jalova snaga VT
29Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES – izazovi i rješenja
Potpora konvencionalnihelektrana
Funkcionalno tržište el.en.Tržište uravnoteženja
Tržište pomoćnih usluga
Varijabilnost proizvodnje, višak/brze promjene snage
Nepredvidivost proizvodnjevjetroelektrana
Predviđanje proizvodnje VEPravila i zahtjevi
Upravljanje proizvodnjom i potrošnjom , Implementacija prognos. alata
Razvoj prijenosne mrežeRealno sagledavanje izvedivosti
projekta VE
Dinamika razvoja projekata VETransparentno formiranje rang
liste za priključak na mrežu
Raspodijela troškova
Potrošači: Naknada za prijenos i pomoćne usluge
Vlasnici vjetroelektranaTroškovi izrade prognoze i upravljanja proizvodnjom
Izazovi Rješenja
(izvor: AESO)
30Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (1)
• Značajna penetracija VE olakšana je u sustavima s visokim stupnjem fleksibilnosti ukojima postoje:
– fleksibilne proizvodne jedinice sposobne za brzi ulazak u pogon i mijenjanje snage,
– dobra povezanost sa susjednim EES-ima,
– prilagođeno tržište električne energije (uključujući tržište energijo uravnoteženja ipomoćnim uslugama)
– mogućnost upravljanja potrošnjom, tehnologije skladištenja energije itd.
• Gore navedeni faktori zajedno s veličinom područja na kojem se nalaze VE te njihovimudjelom u EES definiraju zahtjeve po pitanju P/f regulacije
Tip regulacije Vrijeme djelovanja σukupna(MW)
Primarna 5 - 15 sek. 6,0
Sekundarna 15 - 90 sek. 14,8
Tercijarna 1 90 sek. - 5 min. 27,0
Tercijarna 1 5 - 20 min. 54,0
Satna 20 min. - 1 sata 93,4
Ukupna prognostička greška (potrošnja+1500 MW vjetar)
– slučaj Irske
31Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (2)
• Primarna P/f regulacija: zanemariv utjecaj VE, osim kod ispada uslijed kvara umreži (propada napona) - znatno reducirano zbog tehničkih zahtjev za prolazakkroz stanje kvara
• Sekundarna P/f regulacija: relevantne su 10/15-minutne varijacije proizvodnje VEkoje se redovito kreću 10- 20% uz vrlo rijetka prekoračenja � uz osiguranutercijarnu rezervu, zahtjevi za dodatnom rezervom snage sekundarne regulacije suminimalni (zanemarivi)
• Tercijarna P/f regulacija i energija uravnoteženja:– veći zahtjevi za rezervom u odnosu na sekundarnu regulaciju (rezolucija 15-
60min)– osnovni problem visokog stupnja integracije VE u sustav s obzirom na znatne
varijacije proizvodnje na višesatnom/dnevnom nivou, što zahtjeva promjenu udosadašnjem načinu angažiranja ostalih elektrana i uvoza/izvoza el.en.
– povećava potrebu rezerve regulacijske snage u sustavu u smislu zahtjeva zafleksibilnim pogonom ostalih elektrana (primarno hidroelektrane, plinske TE)
– dobra prognoza brzine vjetra/proizvodnje VE može reducirati potrebnurezervu tercijarne regulacije na ispod 20% instalirane snage VE
• Redovito najveći problem: visoka proizvodnja VE za vrijeme niskih opterećenja(regulacija „na dolje”)
32Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (3)
• Troškovi regulacije rada vjetroelektrana ovise o brojnim faktorima:– udjelu proizvodnje vjetroelektrana u ukupnoj potrošnji u sustavu kao i o
ovisnosti varijacija i dnevnog dijagrama opterećenja s varijacijama proizvodnjevjetroelektrana,
– efektu veličine, odnosno veličini regulacijskog područja i prostornojrasprostranjenosti vjetroelektrana duž spomenutog područja (efekt geografskedisperzije). Grupiranjem regulacijskih područja na razini regija smanjuju sevarijacije proizvodnje vjetroelektrana čime se ujedno i reducira prognostičkapogreška, dok se istovremeno omogućava učinkovitije i ekonomičnije upravljanjesa raspoloživim regulacijskim resursima.
– grupiranje regulacijskih područja na razini regija moguće je samo u slučaju dobrorazvijenih prijenosnih mreža sa dovoljnim prijenosnim kapacitetima izmeđuregulacijskih područja.
– strukturi i pripadajućim troškovima regulacijskih resursa,– troškovima i karakteristikama alternativnih načina regulacije u sustavu,– načinu vođenja i upravljanja elektroenergetskog sustava odnosno tržišta
električnom energijom, odnosno učestalosti ažuriranja prognoze opterećenja iproizvodnje vjetroelektrana kao i o preciznosti prognostičkih alata.
– uvođenjem unutar-dnevnih tržišta električne energije smanjuju se troškoviintegracije vjetroelektrana, ali se istovremeno povećavaju troškovi vođenja tržišta,tako da se ova opcija razmatra samo u sustavima s visokim udjelomvjetroelektrana.
33Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (4)
Potrebna dodatna snaga (regulacijska rezerva) za energiju uravnoteženja ovisno o udjelu VE u sustavu – nordijski primjer
34Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (5)
* 3-year average; total is non-market cost** highest integration cost of 3 years; 30.7% capacity penetration corresponding to 25% energy penetration; 24.7% capacity penetration at 20% energy penetration*** found $4.37/MWh reduction in UC cost when wind forecasting is used in UC decision
Rezultati provedenih studija u SAD-u
Date Study Wind Capacity Penetra-tion (%)
Regula-tion Cost ($/MWh)
Load Following Cost ($/MWh)
Unit Commit-ment Cost ($/MWh)
GasSupplyCost($/MWh)
Tot Oper. Cost Impact($/MWh)
May ‘03 Xcel-UWIG 3.5 0 0.41 1.44 na 1.85
Sep ‘04 Xcel-MNDOC 15 0.23 na 4.37 na 4.60
June ‘06 CA RPS 4 0.45* trace na na 0.45
Feb ‘07 GE/Pier/CAIAP 20 0-0.69 trace na*** na 0-0.69***
June ‘03 We Energies 4 1.12 0.09 0.69 na 1.90
June ‘03 We Energies 29 1.02 0.15 1.75 na 2.92
2005 PacifiCorp 20 0 1.6 3.0 na 4.60
April ‘06 Xcel-PSCo 10 0.20 na 2.26 1.26 3.72
April ‘06 Xcel-PSCo 15 0.20 na 3.32 1.45 4.97
Dec ‘06 MN 20% 31** 4.41**
Jul ‘07 APS 14.8 0.37 2.65 1.06 na 4.08
Razina integracije (% od vršnog opterećenja)
6
4
2
0
0 5 10 15 20 25 30
(izvor: NREL)
35Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (6)
36Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (7)
37Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Planiranje rada i vođenje EES: P/f regulacija i energija uravnoteženja (8)
Visoki troškovi
Niski troškovi
Niska razina penetracije VE Visoka razina penetracije VE
Mehanizmi za smanjenje utjecaja varijacija proizvodnje VE na ograničenja po pitanju rezervi i koordinacije rada sa ostalim elektranama (izvor: UWIG)
38Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
„Uklapanje” u dnevne dijagrame proizvodnje (1)
o Ključni izazov za visoku razinu integracije VE u EESo Značajan utjecaj na proizvodnju ostalih elektranao Ključni problem: noćna visoka proizvodnja VE:
• potrebno reduciranje snage ostalih – „JEFTINIH” elektrana
• posebno je problem u slučaju dominantnog pokrivanja noćne potrošnje temeljnim elektranama i uvoznom energijom (bez mogućnosti promjene)
o Dnevni problem - manjak proizvodnje VE (u odnosu na planiranu):
• potrebna rezervacija kapaciteta tercijarne regulacije, i angažiranje „SKUPIH” elektrana ukoliko VE rade ispod plana
• u načelu manji problem u slučaju da se VE promatraju kao čisti aditivni izvori
• bez VE, problem je u principu još većio Značajno poboljšanje i praktički rješenje navedenog
problema može se tražiti u:• značajnoj redukciji uvoza noćne energije,• angažiranjem RHE u crpnom radu,• fleksibilnom razmjenom,• ograničenjem proizvodnje VE,
o Sve opcije povlače i dodatne troškove…„Prostor” za ostale elektrane
Mali udio VE
Veliki udio VE
39Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
„Uklapanje” u dnevne dijagrame proizvodnje (2)
Primjer, Republika Irska (praktički „otočni” sustav!):- dan sa visokim udjelom noćne proizvodnje VE (42% !)- promjena udjela pokrivanja dijagrama opterećenje od strane VE sa 2% na 42% u 18 sati
40Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Utjecaj proizvodnje VE na tržište električnom energijom (1)
• Visoka proizvodnja električne energije iz vjetroelektrana utječe na razne vrste“deformacija” tržišta električne energije uslijed obaveze garantiranog otkupa(neovisno o ponudi/potražnji na tržištu)
• Smanjenje utjecaja VE na tržište električne energije ostvaruje se poboljšanjemprognoze proizvodnje VE i to na razini većih grupacija te kroz uvođenje unutardnevnogtrgovanja.
• Sekundarni pozitivni efekti: povećanje vrijednosti električne energije iz VE krozsmanjenje naknada za uravnoteženje, smanjenje regulacijskih zahtjeva i efikasniji radostalih elektrana (jasno, ne uvijek…).
• VE u pravilu mogu sudjelovati i na tržištu pomoćnih usluga: regulacija frekvencije teregulacije napona i jalove snage, ali u vrlo ograničenom opsegu (sposobnost pružanjapojedine usluge ovisna je o trenutnoj proizvodnji - brzini vjetra), što je najčešćeekonomski nepovoljno.
41Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Utjecaj proizvodnje VE na tržište električnom energijom (2)
• Nivo utjecaja VE na cijene na tržištu ovisi o nizu faktora: trenutni udio VE u sustavu,cjenovna elastičnost potrošnje, nivo trenutne potrošnje i koincidencija iste sproizvodnjom VE...
• VE utječu na tržište elek.energije kroz veće fluktuacije otkupnih cijena elek.energije
• U sustavima sa značajnim udjelom VE => u određenim trenucima višak proizvodnje =>niska cijena otkupa energije => otvaranje prostor za različite tehnologije skladištenja=> stabilizacija cijena
• Stabilizacija cijena moguća putem stvaranja regionalnih tržišta
• VE utječu i na povećanje otkupne cijene elek.energije:
– Klasične jedinice raditi će kroz manje vrijeme sa češćim zaustavljanjima istartanjima pa će ova komponenta proizvodnog troška jedinice znatno porasti
– Kako bi se kompenzirala proizvodnja VE potrebno je održavati u pogonuproizvodne jedinice s mogućnošću regulacije najčešće sa visokim marginalnimtroškovima
42Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Utjecaj proizvodnje VE na tržište električnom energijom (3)
Utjecaj VE na cijenu na spot tržištu
Utjecaj VE na cijenu električne energije na spot tržištu 2009.god
43Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Prijenosna mreža – troškovi priključenja i tehničkih uvjeta u mreži (1)
• temeljni problem u postupku priključka VE na mrežu i utvrđivanja pripadajućihnaknada, predstavlja dogradnja i pojačanje dijelova mreže koji nisu direktno vezani zapriključak pojedinačne VE, tj. raspodjela pripadnih troškova između investitora ioperatora mreže
• U pravilu se razlikuju tri osnovna pristupa:
– Model plitkog pristupa (shallow):• proizvođač plaća samo troškove do mjesta priključka na postojeću mrežu
• (+) niski iznosi naknada za priključak u momentu priključenja, poticajan za VE, transparentan,ne obuhvaća ukupne troškove - lokacijski efekt
• (-) osiguranje sredstava za financiranje dogradnje mreže, kašnjenje sa izgradnjom
– Model dubokog pristupa (deep):• osim troškova plitkog modela, dodatno obuhvaća nužne troškove dogradnje i pojačanja
postojećih dijelova mreže,
• (+) direktno alociranje troškova dogradnje mreže, „preventivna” dogradnja mreže
• (-) u načelu veći troškovi i moguća preizgrađenost mreže, složen postupak utvrđivanjatroškova, manja transparentnost, veliki problem u slučaju neizvjesnosti realizacije pojedinogprojekta, blokada investicija zbog visokih troškova
– Mješoviti ili hibridni model (shallowish/mixed):• Osim troškova plitkog modela, proizvođač plaća udio u troškovima dogradnje i pojačanja
mreže
• Problem s alociranjem troškova na više proizvođača, pogotovo u slučaju neizvjesnostirealizacije projekta
HR
44Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Prijenosna mreža – troškovi priključenja i tehničkih uvjeta u mreži (2)
EU15
EU10+
Bugarska: + naknadaza korištenje mreže
45Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Prijenosna mreža – troškovi priključenja i tehničkih uvjeta u mreži (3)
• Pitanje vezano za regije s visokom gustoćom vjetropotencijala: ekonomskaopravdanost ulaganja u dogradnju mreže i nove evakuacijske pravce s obzirom namogućnost privremenog reduciranja proizvodnje VE (engl. „curtailment”).
• Danas je to vrlo česta praksa u većini sustava (osim zbog zagušenja u mreži, nekada izbog potreba regulacije – viška snage u sustavu)
• S većim porastom penetracije VE dolazi do zagušenja u mreži što tada zahtjevadodatna kapitalna ulaganja, znatno povećavajući troškove priključka VE.
• Dostatni kapaciteti prijenosne mreže nužan su preduvjet za realizaciju projekata VE. Unedostatku istih potrebno je od strane :
• OPS: utvrditi prioritetnu listu dijelova mreže u kojima se izgradnjom novih i rekonstrukcijupostojećih objekta mogu osigurati uvjete za priključak planiranih VE
• Regulatornih tijela: priznati opravdanost takvih kapitalnih ulaganja za perspektivne projekteOIE uz prikladan povrat investicije
• Ostalih relevantnih tijela: olakšati i pojednostaviti postupak ishođenja potrebnih dozvolakako bi se dostigle ambiciozno postavljene strateške smjernice
46Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
Prijenosna mreža – troškovi priključenja i tehničkih uvjeta u mreži (4)
Troškovi nadogradnje mreže-Europska iskustva-
47Tehničke i ekonomske pretpostavke za visoku razinu integracije VE u EES Hrvatske
ZAKLJUČNO
• Realizacija projekata za izgradnju OIE u Hrvatskoj daleko je od definiranihciljeva važećih podzakonskih akata i ciljeva energetske strategije.
• Nužna su povećana ulaganja u razvoj EES-a (prijenosne i distribucijskemreže) u svrhu ostvarivanja potrebnih tehničkih i ekonomskih uvjeta.
• OIE, a posebno VE na prijenosnoj mreži uvjetuju značajne promjene unačinu funkcioniranja EES-a na svim razinama.
• To se primarno odnosi na potrebu za promjenom režima rada ostalih(upravljivih) elektrana, te donekle osiguranjem dodatnih regulacijskihrezervi (tercijarne rezerve), energiju uravnoteženja itd.
• Suvremenim metodama planiranja proizvodnje VE, odgovarajući troškovi semogu svesti na vrlo prihvatljive iznose (cca. 5 €/MWh u slučaju razineintegracije VE od 20%).
• Utjecaj na tržište (cijene električne energije) može se dvojako promatrati, auvelike ovisi o cijenama iz drugih izvora.
• Kako bi se ispunili predviđeni planovi, u kratkim rokovima je potrebnoizvršiti temeljite prilagodbe klasičnih metoda i pristupa planiranju, razvoju ipogonu EES-a, ali i utvrditi stvarne troškove integracije OIE (primarno VE) uEES, te osigurati način za financiranje istih.