Elektroenergetyka polska wybrane zagadnienia

Transkrypt

1 Polskie Towarzystwo Fizyczne Oddział Katowicki Konwersatorium Elektroenergetyka polska wybrane zagadnienia Maksymilian Przygrodzki Katowice, r

2 Zakres tematyczny System elektroenergetyczny Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną Potencjał wytwórczy Odnawialne Źródła Energii Uwarunkowania pracy Zbilansowanie KSE Prognozy rozwojowe Wybrane kraje europejskie 2

3 System elektroenergetyczny (1) System elektroenergetyczny (SEE) to zbiór wzajemnie powiązanych elementów realizujących funkcje: wytwarzania, przesyłania, rozdziału, użytkowania energii elektrycznej, a także elementów niezbędnych do sterowania jego pracą, połączonych ze sobą w celu realizacji ciągłej dostawy energii elektrycznej odbiorcom. Ze względu na niewielkie możliwości magazynowania energii elektrycznej, cała bieżąca produkcja energii jest natychmiast konsumowana. Ma to fundamentalne znaczenie dla procesu sterowania pracą SEE. 3

4 System elektroenergetyczny (2) Droga energii elektrycznej od miejsc wytworzenia (elektrowni) do miejsc konsumpcji (odbiorców) 4

5 System elektroenergetyczny (3) WYTWÓRCY 65 % SIEĆ ELEKTROENERGETYCZNA ODBIORCY 400 i 220 kv 5 % 30 % 110 kv 25 % 3 % 2 % SN 30 % 0,4 kv 40 % Źródło: ARE SA 5

6 System elektroenergetyczny (4) Źródło: PSE SA 6

7 Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną (1) 7

8 Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną (2) styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październik listopad grudzień Zapotrzebowanie w KSE [MW] poniedziałek wtorek środa czwartek piątek sobota niedziela Miesiące Tydzień Maksymalne miesięczne zapotrzebowanie na moc Maksymalne tygodniowe zapotrzebowanie na moc (październik) Zapotrzebowanie w KSE [MW] Zapotrzebowanie w KSE [MW] 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Zapotrzebowanie w KSE [MW] Zapotrzebowanie w KSE [MW] Doba robocza letnia Doba świąteczna letnia Doba robocza zimowa Doba Robocza Letnia (czerwiec) Doba Świąteczna Letnia (czerwiec) Doba Robocza Zimowa (grudzień) Źródło: PSE SA

9 Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną (3) Źródło: PSE SA 9

10 Potencjał wytwórczy (1) Podsystem wytwórczy tworzą go wszystkie elektrownie krajowe, które ogólnie dzielą się na: elektrownie cieplne na węgiel kamienny i inne paliwa, np. gaz ziemny, elektrownie cieplne na węgiel brunatny, elektrownie wodne (w tym szczytowo-pompowe), elektrownie przemysłowe, źródła odnawialne. Źródło: PSE SA 10

11 Potencjał wytwórczy (2) Przebieg zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło maksymalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia Źródło: PSE SA 11

12 Potencjał wytwórczy (3) Przebieg zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło minimalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia Źródło: PSE SA 12

13 Bilans mocy w KSE Zapotrzebowanie na moc w KSE Produkcja mocy w KSE P PV Produkcja w źródłach PV P ozeinne P FW Produkcja w źródłach odnawialnych innych niż FW oraz PV Produkcja w farmach wiatrowych P obc P mintech Minimalne techniczne obciążenia źródeł innych niż OZE 13

14 Odnawialne Źródła Energii Odnawialne źródło energii odnawialne, niekopalne źródła energii obejmujące energię wiatru, energię promieniowania słonecznego, energię aerotermalną, energię geotermalną, energię hydrotermalną, hydroenergię, energię fal, prądów i pływów morskich, energię otrzymywaną z biomasy, biogazu, biogazu rolniczego oraz z biopłynów Źródło: URE 14

15 Warunki wietrzne 4 Średniomiesięczne prędkości wiatru w Polsce 4500 Moc zainstalowana [MW] , ,7 1616,4 1180,3 724,7 451,1 306,3 6,2 29,3 59, ,9 123,5 173, Źródło: IMGW Rok Moc zainstalowana w FW 15

16 Generacja FW (1) 4 Średnie wykorzystanie mocy w FW w Polsce Wybrane przebiegi wykorzystania mocy w FW 16

17 Generacja FW (2) 4 Częstość [-] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9-1,0 Generacja FW [p.u.] Częstość występowania stopnia wyzyskania mocy zainstalowanej w farmach wiatrowych dla okresu wiosenno-letniego (k FW = 0,4) Częstość [-] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,0-0,1 0,1-0,2 0,2-0,3 0,3-0,4 0,4-0,5 0,5-0,6 0,6-0,7 0,7-0,8 0,8-0,9 0,9-1,0 Generacja FW [p.u.] Częstość występowania stopnia wyzyskania mocy zainstalowanej w farmach wiatrowych dla okresu jesienno-zimowego (k FW = 0,7) 17

18 Warunki nasłonecznienia styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październik listopad grudzień Natężenie prom. słonecznego [W/m 2 ] poniedziałek wtorek środa czwartek piątek sobota niedziela Miesiące Tydzień Miesięczne wielkości nasłonecznienia Tygodniowe wielkości nasłonecznienia (październik) Doba Robocza Letnia (czerwiec) Doba Świąteczna Letnia (czerwiec) Doba Robocza Zimowa (grudzień) 18 Natężenie prom. słonecznego [W/m 2 ] Natężenie prom. słonecznego [W/m 2 ] 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Natężenie prom. słonecznego [W/m 2 ] Natężenie prom. słonecznego [W/m 2 ] Doba robocza letnia Doba świąteczna letnia Doba robocza zimowa Źródło:

19 Analiza warunków nasłonecznienia (1) styczeń luty marzec kwiecień maj czerwiec lipiec sierpień wrzesień październik listopad grudzień Zapotrzebowanie w KSE [MW] Miesiące :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Zapotrzebowanie w KSE [MW] Natężenie prom. słonecznego [W/m 2 ] Doba robocza letnia :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Zapotrzebowanie w KSE [MW] Natężenie prom. słonecznego [W/m 2 ] Zapotrzebowanie maksymalne na moc w KSE a średnie nasłonecznienie Doba robocza zimowa Zapotrzebowanie dobowe na moc w KSE a średnie nasłonecznienie

20 Analiza warunków nasłonecznienia (2) Pasmo efektywnej generacji (>70% F maxi ) Zapotrzebowanie dobowe na moc w KSE a średnie nasłonecznienie (lato / zima) 20

21 Analiza pracy źródeł konwencjonalnych Minimalny poziom generacji w źródłach konwencjonalnych uwzględnia: jednostki wytwórcze pracujące w układzie kogeneracji (elektrociepłownie), jednostki wytwórcze ESP, jednostki wytwórcze w elektrowniach kondensacyjnych, których praca jest wymuszona przyczynami leżącymi po stronie wytwórców, jednostki wytwórcze w elektrowniach kondensacyjnych, których praca jest wymuszona ze względu na bezpieczeństwo pracy sieci, jednostki wytwórcze, których praca jest niezbędna dla utrzymania procesów technologicznych dużych odbiorców (elektrownie przemysłowe). Analizowany stan Dni robocze w okresie wiosenno-letnim (szczyt poranny) Dni wolne od pracy (weekend) w okresie wiosennoletnim (szczyt poranny) Dni robocze w okresie jesienno-zimowym (szczyt poranny) Dni wolne od pracy (weekend) w okresie jesiennozimowym (szczyt poranny) P mintech [MW] , , , , , , , , , , , ,3 W okresie Świąt Wielkiej Nocy (dolina poranna) 9 495, , ,6 21

22 Analiza (współ)pracy źródeł odnawialnych 22

23 Ocena generacji w źródłach PV P dopoze = P obc min P min tech P PV = P dopoze P FW P OZEinne P FW = k FW P zfw 23

24 Weryfikacja wyznaczonego bilansu (1) Przebiegi zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło maksymalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia na tle krzywej natężenia promieniowania słonecznego 24

25 Weryfikacja wyznaczonego bilansu (2) Przebiegi zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło minimalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia na tle krzywej natężenia promieniowania słonecznego 25

26 Wnioski Ocena dopuszczalnych wielkości produkcji OZE powinna być wielostronna, obejmując zarówno stronę popytową jak i podażową. Warto zauważyć, że mogą również występować takie dni, dla których w godzinach południowych będą zachodziły jednocześnie dobre warunki wietrzności oraz dogodne warunki nasłonecznienia, szczególnie w okresie wiosenno-letnim. Godziny południowe będą w tym kontekście wnosiły znaczącą niepewność (ryzyko) co do poziomu mocy generowanej w źródłach fotowoltaicznych i tym samym do sumy mocy generowanych w KSE. Znaczący udział źródeł PV będzie powodował zjawisko wypierania produkcji mocy w źródłach konwencjonalnych, zwiększając tym samym nawet dwukrotnie zmienność obciążeń tych elektrowni w ciągu doby, zmuszając do korygowania zakresu utrzymania rezerwy wtórnej i trójnej. Zapotrzebowanie w KSE [MW] :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Doba robocza letnia Zapotrzebowanie w KSE [MW] :00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 Doba świąteczna letnia bez PV z PV bez PV z PV 26

27 Prognoza rozwoju źródeł w KSE Źródło: PSE SA 27

28 Wybrane kraje europejskie (1) Sumaryczna moc zainstalowana w źródłach fotowoltaicznych na świecie, w MW Sumaryczna moc zainstalowana w źródłach fotowoltaicznych w krajach europejskich, w MW Źródło: EPIA 28

29 Wybrane kraje europejskie (2) Prognoza sumarycznej mocy zainstalowanej w źródłach fotowoltaicznych w Europie, w MW Źródło: EPIA 29

30 Wybrane kraje europejskie (3) Źródło: Fraunhofer Institute Procentowy udział źródeł odnawialnych w zużyciu energii elektrycznej przez odbiorców w Niemczech 30

31 Wybrane kraje europejskie (4) Moc zainstalowana w Niemczech do lipca 2014 roku, w MW 31

32 Wybrane kraje europejskie (5) Źródło: Institute of Electrical Power Systems Moc zainstalowana w Niemczech w źródłach PV 32

33 Wybrane kraje europejskie (6) Źródło: Institute of Electrical Power Systems Prognoza rozwoju mocy zainstalowanej w Niemczech w źródłach wiatrowych 33

34 Wybrane kraje europejskie (7) Źródło: Fraunhofer Institute / BDEW Procentowy udział źródeł odnawialnych w zużyciu energii elektrycznej brutto w Niemczech założenia celowe 34

35 DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ! 35