Vliv výroby z fotovoltaických elektráren na chod elektrizační soustavy ČR

Transkript

1 Vliv výroby z fotovoltaických elektráren na chod elektrizační soustavy ČR Petr Horáček 1), Eduard Janeček 2) horacek@fel.cvut.cz, janecek@kky.zcu.cz 1) České vysoké učení v Praze, Fakulta elektrotechnická 2) Západočeská univerzita v Plzni, Fakulta aplikovaných věd 1/32

2 Obsah prezentace Jak pracuje naše elektrizační soustava v propojené evropské síti Model chodu soustavy a její regulace Charakter výroby elektřiny z FVE Regulační zálohy vynucené výrobou FVE Závěry 2/32

3 Zajištění spolehlivého provozu ES výroba zajišťování rovnováhy mezi výrobou a spotřebou garantování nasmlouvaných přeshraničních výměn udržování systémové frekvence správce přenosové soustavy 5Hz MW MW výroba spotřeba, export-import spotřeba rozvodna VVN přenosová soustava transformační stanice distribuční soustava koncový zákazník 3/32

4 Izolovaná soustava výroba frekvence elektrizační soustava průtok = činný výkon spotřeba 4/32

5 Propojené soustavy normální provoz výroba výroba frekvence přeshraniční výměna domácí spotřeba spotřeba v zahraničí princip solidarity a neintervence 5/32

6 "Regulační" úloha provozovatele přenosové soustavy předepsaný solidární výkon PR odvozený od odchylky frekvence MW rezervovaný regulační výkon v jednotlivých kategoriích odchylka předávaných výkonů od plánované hodnoty plánovaná přeshraniční výměna plán importu plán exportu havarijní výpomoc, regulační energie ze zahraničí hodiny ACE automat SR _ [MW] (PI regulátor) dispečer aktivace PpS setpointy: SR TR QS DZ, (SV) (ZZ) f zad primární regulace frekvence PR regulační výkon skutečná výroba bez bez aktivací aktivací PpS, PpS, včetně včetně vyrovnávání vyrovnávání vlastní vlastní odchylky odchylky výrobce výrobce (autoregulace) (autoregulace) výroba f skut [MW] _ HV, EregZ kamžitá regulační odchylka výkonu ro danou oblast neplánovaný import - neplánovaný export skutečná výměna změna zatížení změna zatížení skutečné zatížení bez bez aktivací aktivací PpS PpS spotřeba - [MW] 6/32

7 Nekompenzovaná odchylka 3 ACEov - realizace c.4 pro rok 29 DK= a jednokolovy nakup 2 1 vykon [MW] MW cas [hodina] hodina v roce 7/32

8 3 Kompenzovaná odchylka běžné, akceptovatelné fluktuace ACE - realizace c.4 pro rok 29 DK= a jednokolovy nakup 2 1 Neplánovaný import (nedostatek výkonu v ČR) vykon [MW] MW -1 Neplánovaný export (přebytek výkonu v ČR) cas [hodina] hodina v roce 8/32

9 Kompenzace odchylky den D Aktivace regulacnich zaloh - SIMULACE realizace c.38 den D1 nekompenzovaná odchylka ACEov ACE SR TR QS DZ HVEregZ QS SR TR RZN >3 výpomoc ze zahraničí MW vykon [MW] kompenzovaná odchylka cas [hodina] hodina 9/32

10 Standardy spolehlivosti provozu ES požadavky kladené na regulační odchylku 1) minutový 1MW Maximální počet případů (v roce), kdy průměr odchylky přesáhne 2) hodinový 2MW 3) Maximální počet odchylek přesahujících 1MW 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) 1/32

11 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 _ [MW] PR regulační výkon okamžitá regulační odchylka výkonu neregulované soustavy skutečná výroba [MW] výroba _ skutečná výměna neregulované soustavy skutečné zatížení skutečné zatížení [MW] spotřeba 11/32

12 Simulátor regulační oblasti Regulační zálohy: RZSR,RZTR,RZTR -, RZQS, RZN3 Modely (generátory) nenarušeného provozu výpadků disponibilního výkonu pro autoregulaci V ACE OV Dispečer Dispečerská pravidla aktivující zálohy: Rychle startující Terciární Dispečerské Havarijní výpomoc ze zahraničí Regulační energie ze zahraničí QS sp TR sp DZ sp HV sp EregZ sp QS TR DZ HV EregZ ACE O V ACE O Neregulovaná odchylka bez výpadků autoregulace výpadků výrobcem RZ v výkonová rezerva výrobců pro autoregulaci V ACE OV odchylka neregulovaná Výpadky velkých zdrojů ACE odchylka regulovaná ACE Automat Sekundární regulace SR sp výkon aktivovaný dispečerem dynamika služby SR regulační výkon v soustavě (okamžitý) soustava provozovatel přenosové soustavy V vypadlý výkon snížený autoregulačním zásahem výrobce ACE OV okamžitá regulační odchylka výkonu bez aktivací PpS 12/32

13 Modelování spolehlivosti a ekonomie systémových služeb Historie: regulační odchylka výkonu (ACE) regulační výkon (PpS) výpadky bloků s výkonem 2MW Požadovaná (historicky přijatelná) spolehlivost: minutový průměr ACE > 1MW hodinová energie ACE 2MWh/h Model regulační odchylky výkonu neregulované soustavy včetně výpadků ACE neregulované Výpočet výše regulačních záloh (RZ) pro požadovanou úroveň spolehlivosti Model nabídky PpS od poskytovatelů RZ požadované PpS nabízené Cenově optimální výběr z nabídky PpS zajišťující stanovené potřeby RZ Dynamická simulace regulované soustavy PpS zajištěné náklady ACE regulované Vyhodnocení úplného souboru ukazatelů spolehlivosti očekávaná spolehlivost regulované soustavy 13/32

14 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 FVE i VtE je celá prodána (odregulovává se tedy pouze odchylka výroby z OZE od predikce) 14/32

15 Model distribuované výroby ze slunce výroba z OZE 1MW 15/32

16 Model distribuované výroby ze slunce výroba z OZE 1MW 16/32

17 Model distribuované výroby ze slunce 1MW 17/32

18 Data použitá pro analýzy vlivu výroby z větru a slunce Historie chodu soustavy bez regulací do konce roku 28 včetně již tehdy instalované výroby z OZE Regulační odchylka minutová Regulační odchylka hodinová FV systémy ČVUT Praha (minutová data) Solartec, s.r.o. (1-ti minutová data celé ČR) Větrné farmy minutové výkony (pro měsíce srpen a září) ČEZ a E.ON 18/32

19 Měření výroby elektřiny ze slunce v jedné lokalitě Pro model výroby z jedné lokality: minutová data dodávaného výkonu z let 26 až 29 Zdroj dat: ČVUT FEL Praha Praha 19/32

20 Měření distribuované výroby elektřiny ze slunce Pro plošné korelace (model vzájemné závislost výroby z různých lokalit) Zdroj dat: 2/32

21 Typický průběh výroby ze slunce 1 9 Fotovoltaika vykon energie 8 7 % instalov aneho v ykonu cas [3 dny] 21/32

22 Histogram výroby ze slunce Letní období 26, 27, 28 a 29, jedna lokalita pocet vyskytu pocet vyskytu : 6 : 4 3 8: 4 8: 2 16: kalendarni den [hod] 24: % instalovaneho vykonu : kalendarni den [hod] 24: % instalovaneho vykonu % instalov aneho v ykonu : 8: 16: 24: kalendarni den [hod] 1 22/32

23 Čtvrtletní diagram očekávané výroby ze slunce Modus - hodnota s nejvyšší četností výskytu % instalovaneho vykonu cetnosti typicky prubeh jaro % instalovaneho vykonu cetnosti typicky prubeh léto : 8: 1 16: 24: kalendarni den [hod] 9 podzim % instalovaneho vykonu cetnosti typicky prubeh : 8: 16: 24: kalendarni den [hod] % instalovaneho vykonu cetnosti typicky prubeh zima : 8: 16: 24: kalendarni den [hod] 5 : 8: 16: 24: kalendarni den [hod] 1 23/32

24 Kolik potřebuje mít ČEPS smluveného výkonu, aby odchylku snížil na únosnou míru? 24/32

25 Požadovaná záloha sekundární regulace denní profil v jednotlivých měsících 9 technicka potreba regulacni zalohy sekundarni regulace foto 1-3 MW, varianta A celkove PpS [MW] pouze s FVE (1 3 MW) bez větru plánované rezervy pro podmínky roku 29 s FV existující do roku 28 2 leden unor brezendubenkvetencervencervenecsrpen zari rijen listopad prosinec cas [hod] měsíc 25/32

26 Požadovaná záloha terciární regulace () denní profil v jednotlivých měsících 9 technicka potreba kladne tercialni regulace foto 1-3 MW, varianta A 8 7 pouze s FVE (1 3 MW) bez větru celkove PpS [MW] plánované rezervy pro podmínky roku 29 s FVE existující do roku leden unor brezendubenkvetencervencervenecsrpen zari rijen listopad prosinec cas [hod] měsíc 26/32

27 1 Požadovaná záloha terciární regulace (-) denní profil v jednotlivých měsících technicka potreba zaporne tercialni regulace foto 1-3 MW, varianta A 9 celkove PpS [MW] pouze s FVE (1 3 MW) bez větru plánované rezervy pro podmínky roku 29 s FVE existující do roku leden unor brezendubenkvetencervencervenecsrpen zari cas [hod] rijen listopad prosinec měsíc 27/32

28 Souvislost rezerv regulačního výkonu SR s velikostí instalovaného výkonu v OZE 12 technicka potreba regulacni zalohy sekundarni regulace FV (1:1:19, 2:2:6 MW), VtE (4 MW) 1 8 [MW] 6 limit zima limit léto Záloha automatická sekundární regulace v poledne 4 2 srpen Pozn.: limity vychází ze stavu před instalací nových FVE a VtE nove instalovany vykon v OZE (FV VtE) [MW] Od hranice 14MW = 1MW(FVE) 4MW(VtE) instalovaného výkonu v OZE roste potřeba regulačního výkonu o cca 17MW na 1MW nově instalovaného výkonu 28/32

29 Souvislost rezerv regulačního výkonu TR s velikostí instalovaného výkonu v OZE 12 technicka potreba kladne terciarni regulace FV (1:1:19, 2:2:6 MW), VtE (4 MW) 1 8 [MW] 6 limit zima limit léto Záloha terciární regulace kladné v poledne 4 2 srpen Pozn.: limity vychází ze stavu před instalací nových FVE a VtE nove instalovany vykon v OZE (FV VtE) [MW] Od hranice 7MW = 3MW(FVE) 4MW(VtE) instalovaného výkonu v OZE roste potřeba regulačního výkonu o 17MW na 1MW nově instalovaného výkonu 29/32

30 Souvislost rezerv regulačního výkonu TR - s velikostí instalovaného výkonu v OZE 12 technicka potreba zaporne terciarni regulace FV (1:1:19, 2:2:6 MW), VtE (4 MW) 1 8 [MW] 6 Záloha terciární regulace záporné v poledne 4 limit zima limit léto 2 srpen Pozn.: limity vychází ze stavu před instalací nových FVE a VtE nove instalovany vykon v OZE (FV VtE) [MW] Od hranice 7MW = 3MW(FVE) 4MW(VtE) instalovaného výkonu v OZE roste potřeba regulačního výkonu o 16MW na 1MW nově instalovaného výkonu 3/32

31 Závěr Instalace zdrojů provozovaných v režimu negarantovaných dodávek nutně vede ke zvyšování objemů regulačních záloh Poptávka po regulačních zálohách poroste rychleji než jejich nabídka a s tím poroste i cena za rezervaci 1MW Kapacita regulačních záloh v ČR je omezená, při jejím překročení nebude garantován chod soustavy na který jsme zvyklí nebude garantováno plnění podmínek provozu pro propojenou evropskou síť Podmínky provozování FVE dnes = nedomyšlený způsob užití perspektivního zdroje 31/32

32 Možné cesty omezení rizik Zvýšení regulačních rozsahů stávajících regulovatelných zdrojů a jejich větší zatěžování Postavení nového regulovatelného zdroje s rychlou dynamikou Využití možnosti ovládání spotřeby Ovládání výroby z OZE Preferovat FVE malého výkonu a nekoncentrovat je v jednom místě Instalace "akumulátorů", např. nové vodní přečerpávací elektrárny (ideální řešení) Nepřipojovat FVE, resp. neřiditelné zdroje do elektrizační soustavy (extrémní řešení) Kombinace uvedených možností 32/32