TRANSFORMACJA SIECIOWA (od modelu egzogenicznego do endogenicznego)

Transkrypt

1 Politechnika Śląska PPTE2050 Konwersatorium Inteligentna Energetyka Temat przewodni Konsolidacja nowego modelu biznesowego sieci elektroenergetycznych TRANSFORMACJA SIECIOWA (od modelu egzogenicznego do endogenicznego) monizm elektryczny OZE i rynek usług energetycznych w modelu prosumenckim (EP), niezależnych inwestorów NI oraz produktów i usług MMSP, wspomaganym w ramach zasady ustrojowej subsydiaryzmu przez samorządy vs energetyka WEK (polityka energetyczna i energetyczny keynesizm) J. Popczyk, K. Bodzek Gliwice, 18 grudnia 2018

2 GENEZA ZADANIA (tematu) WYPŁYWAJĄCA ZE ŚRODOWISKA PPTE2050 Zadanie zostało zaadresowane do Konwersatorium IE przez Sekcję Nowych Koncepcji i Technologii Energetycznych SEP Oddział Gliwicki, jako jedno z zadań sformułowanych w ramach wstępnej debaty programowej na 2019 r. przeprowadzonej na Kolegium Sekcji w dniu 10 grudnia 2018 r. 2

3 SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY KSE (Polska) od PSE (RWPG), poprzez reformę ustrojową do UCPTE (Europa Zachodnia), a następnie poprzez recentralizację do kryzysu i polityki PEP2040 3

4 POŁĄCZONY SYSTEM ENERGETYCZNY RWPG (lata 1980.) Kustanaj Jekybastuz 1150 kv praca 500 kv 1150 kv planowana 4

5 POŁĄCZONY SYSTEM ENERGETYCZNY ROSJI CENTREL W SYSTEMIE POKÓJ (CZDPSE Praga; regulacja pierwotna i wtórna DM Kijów) 5

6 Przykłady prognoz energetycznych dla Polski opracowanych na początku lat 70. i 90. minionego wieku (PAN) porównanie prognoz z rzeczywistością, Lp. Prognozy 2000 [1] Rzeczywistość Elektryczna moc zapotrzebowana, GW Wydobycie węgla kamiennego, mln ton Zużycie węgla kamiennego, mln ton Wydobycie/zużycie węgla brunatnego, mln ton Import ropy naftowej, mln ton Zużycie gazu ziemnego, mld m 3 Prognoza PAN nie zawierała prognoz dla gazu ziemnego. Według prognoz rządowych z 1990 r. zapotrzebowanie miało wynosić w 2000 r. około 27 mld m 3, a w 2010 r. około 40 mld m 3 (wariant wysoki rozwoju gospodarki. Rzeczywistość 2017, to około 15 mld m 3. 6

7 KRAJOWY SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY (KSE PSE, URE) 7

8 EUROPEJSKI SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY (UCPTE, ACER) Napięcia 750 kv 500 kv kv kv kv kv Linia DC 8

9 (2006) lepsze od bloków Ostrołęka i Turów (w budowie), od elektrowni wodnej w Siarzewie (w planach) i od energetyki jądrowej (w propagandzie) są: istniejące UPS-y oraz dostępne na rynku akumulatory i wielka rodzina technologiczna źródeł silnikowych korzystających z transferów paliwowych (paliwa gazowe i płynne transportowe) (2009) 2020, 2025, 2035,??? 1000 TWh 30 mld PLN E 160 mld PLN węgiel brunatny? (4 bloki węglowe +1, klasy 1000 MW każdy) E ch + E j = 3000 TWh (energetyka jądrowa) 1100 TWh 2100? 2100? 2080? 600 TWh E ch paradygmatyczny triplet, monizm elektryczny OZE E k 200 TWh 200 TWh E elnoze

10 ODWRÓT KU PRZYSZŁOŚCI 10

11 TRANSFORMACJA BILANSU ENERGII OD PALIW KOPALNYCH DO MONO RYNKU ENERGII ELEKTRYCZNEJ OZE 2050 ENERGIA PIERWOTNA energia chemiczna w węglu kamiennym i brunatnym, ropie naftowej i gazie ziemnym powiększona o energię jądrową w paliwach jądrowych załadowanych do reaktorów w elektrowniach jądrowych (dwie elektrownie jądrowe, 2x1600 MW każda) /3000 (P) ENERGIA KOŃCOWA energia elektryczna, ciepło, paliwa transportowe, pozyskiwane z paliw kopalnych (H) ENERGIA NAPĘDOWA na mono rynku energii elektrycznej OZE (H) 200 (A) 11

12 Tab. 1. NOWA STRUKTURA BEZPIECZEŃSTWA ELEKTROENERGETYCZNEGO I ENERGETYCZNEGO W CAŁOŚCI (W MODELU MONIZMU ELEKTRYCZNEGO) Podział administracyjny, segmentacja prosumencka Podstawa i gwarant bezpieczeństwa lub współodpowiedzialny za środowisko, w którym to bezpieczeństwo się realizuje PODZIAŁ ADMINISTRACYJNY PRZESTRZENNE ZAGOSPODAROWANIE KRAJU Kraj Województwo Wielka struktura osadnicza (metropolia, aglomeracja, miasto powyżej 500 tys. mieszkańców) Powiat Gmina wiejska, wiejsko-miejska Mikro struktura osadnicza (wieś, kolonia) Ludność MMSP dom jednorodzinny budynek wielorodzinny Samorząd zadania własne Wielki przemysł Krajowa infrastruktura magistrale PKP autostrady KSE w systemie UCTE (UCPTE) rząd (URE), PSE OK4 w KSE samorząd (urząd marszałkowski) w środowisku rynków RS i RW1, ewentualnie RW2 OK4 W KSE samorząd (zarząd metropolii, prezydent miasta) w środowisku rynków RS i RW1, ewentualnie RW2 OK4 klaster energii w środowisku rynków RS i RW1 OK4 samorząd (wójt, burmistrz) w środowisku rynków RS i RW1 OK2 spółdzielnia energetyczna w środowisku rynków RS i RW1 PROSUMENCI OK1 właściciel domu w środowisku rynków RS i RW1 OK1, OK2 właściciel mieszkania, spółdzielnia/wspólnota mieszkaniowa, deweloper w środowisku rynków RS i RW1 OK1, OK2 przedsiębiorcy w środowisku rynków RS i RW1 OK1, OK2 samorządy w środowisku rynków RS i RW1 Hybrydowe układy dosyłowe AC-DC zarządy w środowisku rynków RS i RW2 Hybrydowe układy dosyłowe AC-DC PKP Energetyka, zarządcy autostrad w środowisku rynków RS i RW2 RS, RW1, RW2 rynki energii elektrycznej: schodzący i wschodzące 1 oraz 2, odpowiednio.

13 JEDNOLITY RYNEK EUROPEJSKI KSE 400/220 kv TRANSFORAMACJA NOWE UKŁADANIE POLSKIEJ ELEKTROENERGETYKI ENERGETYKI PUNKT WYJŚCIA OK5 SIEĆ PRZESYŁOWA Obszar rewitalizacji bloków 200 MW 86 Sekcja 110 kv C-GEN (50 MW) SIECI 110 kv GPZ 110 kv/sn 1400 OK4 + OK3 KLASTRY ENERGETYCZNE SPÓŁDZIELNIE ENERGETYCZNE (obszary wiejskie 30% rynku) C-GEN (5 MW) SN/nN 160 tys. OK2 OK % 25% 75% :00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 04:00 08:00 12:00 16:00 20:00 00:00 120, ,000 80,000 60,000 40,000 20,000 0, :00 08:00 12:00 16:00 20:00 00: regulacja sekundowa (pierwotna), minutowa (wtórna), godzinowa (trójna) Rynek WEK regulacja minutowa, sekundowa, milisekundowa Rynek NI/EP ENTSO-E (UCTE) OSP (PSE) OSD OHT PME Cena CK w grupie obecnych taryf G, PLN/MWh trajektoria WEK : = 1000 trajektoria NI/EP : = 600 Opracowanie: J. Popczyk Opracowanie graficzne: M.Fice Powiaty (na obszarach wiejskich, poza grodzkimi): 314 Spółdzielnie mieszkaniowe (miasta): 4000

14 SIECI NA OBSZARACH WIEJSKICH I UKŁADY DOSYŁOWE W KORYTARZU INFRASTRUKTURALNO- URBANISTYCZNYM Obszary wiejskie rynek wschodzący 1 Korytarz kotwica rynek wschodzący 2 14

15 sieci elektroenergetyczne w modelu prosumenckim oraz MMSP 15

16 ANTYCYPOWANE BILANSE ENERGII ELEKTRYCZNEJ (TWh) W WOJEWÓDZTWACH, 2050 Raport 4 cykl BZEP 16

17 PRZYKŁAD 1: DOLNOŚLĄSKI SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY 17

18 PRZYKŁAD 2: KLASTER ZIELONA ENERGIA DLA POŁUDNIOWO-ZACHODNIEJ WIELKOPOLSKI Raport 11 cykl BPEP w przygotowaniu 18

19 PRZYKŁAD 3: PRZYŁĄCZE (110 kv) FRAGMENTU FARMY WIATROWEJ (grupa 21 elektrowni EW, każda o mocy 3 MW, przyłączona do GPZ 110/15 kv GEOPORTAL Raport 11 (w przygotowaniu) cyklu BPEP Przyłącze Elektrowni Wiatrowych EW 3 MW EW 3 MW EW 3 MW EW 3 MW EW 3 MW 19

20 PRZYKŁAD 4: SUPERJEDNOSTKA (CENTRUM KATOWIC) Raport 9 cykl BPEP Wybrana infrastruktura sieciowa WEK w otoczeniu superjednostki 20

21 PRZYKŁAD 5: SPÓŁDZIELNIA MIESZKANIOWA STARE GLIWICE Raport 9 cykl BPEP Infrastruktura sieciowa WEK i spółdzielcza, do której przyłączone są budynki spółdzielni mieszkaniowej Stare Gliwice 21

22 PRZYKŁAD 6: WSPÓLNOTA MIESZKANIOWA Raport 9 cykl BPEP Infrastruktura sieciowa WEK, do której przyłączony jest budynek wspólnoty mieszkaniowej 22

23 PRZYKŁAD 7: WSPÓLNOTA MIESZKANIOWA OBJĘTA OCHRONĄ KONSERWATORSKĄ Budynek wspólnoty mieszkaniowej 2 w mini-otoczeniu urbanistycznym, z infrastrukturą sieciową energetyki WEK (sieci: elektroenergetyczna i gazowa) Raport 9 cykl BPEP 23

24 PRZYKŁAD 8: OSIEDLE DEWELOPERSKIE OGRODY KRÓLOWEJ BONY Osiedle deweloperskie Ogrody Królowej Bony wraz z integralnym obszarem inwestycyjnym dewelopera oraz infrastrukturą sieciową WEK i deweloperską Raport 9 cykl BPEP 24

25 PRZYKŁAD 9: SIEĆ MIKROSTRUKTURY OSADNICZEJ (LINIE NN ZASILANE ZE STACJI SN/nN) Raport 10 cykl BPEP 25

26 otoczenia sieciowe osłon kontrolnych 26

27 POGLĄDOWY SCHEMAT OBSZARÓW UŻYTKOWANIA SIECI W SYSTEMIE WME Raport 7 cykl BPEP 27

28 PULSUJĄCE OTOCZENIE SIECIOWE OSŁONY OK1 Raport 7 cykl BPEP Pulsujące otoczenie sieciowe OK1 1 KSE EW OK1 i=3..n OK1 1 OK1 2 PV i=3..n PV 2 PV 1 EW PV PV PV OK1 i=3..n OK1 1 OK1 2 28

29 PULSUJĄCE OTOCZENIE SIECIOWE OSŁONY OK2 Raport 7 cykl BPEP Pulsujące otoczenie sieciowe OK2 1 OK2 1 OK1 1 OK1 i=2..n OK2 i=3..m OK2 2 PV 1 PV i=2..n KSE EW meb OK2 i=3..m OK2 2 OK2 1 EW meb PV PV OK1 1 OK1 i=2..n 29

30 PULSUJĄCE OTOCZENIE SIECIOWE OSŁONY OK3 Raport 7 cykl BPEP Pulsujące otoczenie sieciowe OK3 1 OK3 1 OK1 i=1..n OK2 i=1..m OK3 i=3..k OK3 2 KSE EW meb PV i=1..n OK4 - OK4 + OK3 1 OK2 i=1..m EW meb PV EW EW OK1 i=1..n OK3 i=3..k OK3 2 30

31 /kwh ENERGIEWENDE: OD PARYTETU SIECIOWEGO ŹRÓDEŁ PV (2011) DO PARYTETU AKUMULATORÓW (2018) prognoza Cena energii dla gospodarstw domowych Cena energii ze źródeł PV Cena energii ze źródeł PV z akumulatorami 31

32 STRATEGIE STEROWANIA PRACĄ AKUMULATORA Maksymalizacja wykorzystania produkcji źródła PV bilans OK1 SOC=100 % Produkcja tylko na potrzeby własne brak zwrotu energii do sieci nn (Współczynnik netmeteringu = 0) bilans OK1 SOC=100 % SOC=100 % Zwrot do sieci z mocą mniejszą od 0,5 PV bilans OK1 PV= 0,5 PV n 32

33 STRATEGIE STEROWANIA PRACĄ AKUMULATORA Sterowana produkcja w źródłach PV przez OSD, OHT lub sterownik OK2 bilans OK1 maksymalna moc zwracana do KSE przez OK2 (transformator SN/nN) maksymalna moc pobierana do KSE przez OK2 (transformator SN/nN) 33

34 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh PORÓWNANIE WYKORZYSTANIA SIECI DLA RÓŻNYCH STRATEGII PRACY AKUMULATORA zapotrzebowanie 36 MWh, produkcja PV: 36 MWh Maksymalizacja wykorzystania produkcji źródła PV Saldo, MWh/rok -2,7-2,0-1,5-1,1-0,9-0,7-0,6 Nadwyżka, MWh/rok 20,9 17,8 15,2 13,3 12,0 11,3 10,8 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, % Produkcja tylko na potrzeby własne brak zwrotu energii do sieci nn Saldo, MWh/rok -23,6-19,9-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Nadwyżka, MWh/rok 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,9-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, % Zwrot do sieci z mocą mniejszą od 0,5 PV Saldo, MWh/rok -3,5-2,8-2,3-1,9-1,6-1,4-1,3 Nadwyżka, MWh/rok 20,1 17,0 14,4 12,5 11,3 10,6 10,2 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, % Sterowana produkcja w źródłach PV przez OSD, OHT lub sterownik OK2 Saldo, MWh/rok -3,5-2,9-2,4-1,9-1,6-1,4-1,2 Nadwyżka, MWh/rok 20,0 16,9 14,4 12,5 11,3 10,6 10,2 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 34 Współczynnik generacji, %

35 POGLĄDOWA STRUKTURA SYSTEMU WME NA RYNKU WSCHODZĄCYM (1) 35

36 Moc, MW Moc, MW Moc, MW DOBOWE PROFILE MOCY WME, slajd 35 (dzień: 07.03) 25,0 22,5 20,0 17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 2,5 0,0 Tak wygląda WME z punktu widzenia KDM Punkt wyjścia Elektrownie biogazowe z zasobnikiem Elektrownie wiatowe Agregaty kogeneracyjne Deficyt Zapotrzebowanie Mikro elektrownie biogazowe z zasobnikiem Źródła PV UPS Nadwyżka Saldo w tendencji Nadwyżka Deficyt 36

37 ZADANIE DEDYKOWANE DO OTOCZENIA NA PLATFORMIE PPTE Pilnym zadaniem jest stworzenie wyjściowego (ekspercko-analitycznego) albumu parytetów sieciowych (w praktyce współczynników net meteringu, WNM) na osłonach OK1 do OK4 (odpowiednio do strukturalizacji zadania przedstawionej w tab. 1) dla (obecnego) cenotwórstwa taryfowego i dla (przyszłych) taryf dynamicznych, dla technologii wytwórczych: PV (bez akumulatora, z akumulatorem), μeb, EB, EW(L), EW(M). Następnie, stworzenie wyjściowego albumu referencyjnych miksów energetycznych, sprzężonego z wyjściowym albumem parytetów sieciowych. Uwzględniając dotychczasowe wyniki badań w bazowym środowisku platformy PPTE (biblioteka BŹEP, Raporty dwóch Cykli: BŹEP, BPEP) formułuje się hipotezę dla kraju odnośnie wyjściowych opłat sieciowych i miksu technologicznego. Mianowicie, 1 - opłaty sieciowe uśrednione w kraju wynoszą: nn 100 PLN/MWh, SN 60 PLN/MWh, kv 40 PLN/MWh 2 krajowy miks energetyczny 2050 będzie miał postać: μeb 5%, EB (10-15)%, EW(L) (20-25)%, PV 30%, EW(M) 30% Oczywiście, jest potrzeba weryfikacji danych w bardzo różnych kontekstach. Z drugiej strony są one użytecznym odniesieniem do prac nad albumami parytetów sieciowych oraz miksów energetycznych właściwych dla strukturalizacji zadania przedstawionej w tab