PAWEŁ PIJARSKI KATEDRA SIECI ELEKTRYCZNYCH I ZABEZPIECZEŃ WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI

Transkrypt

1 OCENA MOŻLIWOŚCI PRZYŁĄCZENIOWYCH KRAJOWEJ SIECI PRZESYŁOWEJ PLANOWANEJ NA LATA W KONTEKŚCIE PRAWDOPODOBNYCH SCENARIUSZY BUDOWY NOWYCH JEDNOSTEK WYTWÓRCZYCH PIOTR KACEJKO PAWEŁ PIJARSKI KATEDRA SIECI ELEKTRYCZNYCH I ZABEZPIECZEŃ WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI POLITECHNIKA LUBELSKA

2 Plan rozwoju sieci przesyłowej

3 Zapotrzebowanie mocy w KSE Dla potrzeb analizy w kolejnych latach wartości mocy z 2013 roku przeskalowano tak, że w roku 2025 wielkość zapotrzebowania mocy wyniosła: dla szczytu rannego letniego oraz alternatywnie MW MW

4 Rozwój sektora wytwórczego do 2025 roku Lp. Nazwa elektrowni Moc całkowita, MW Elektrownie konwencjonalne 1 Jaworzno II Łęczna Rybnik Nowa Skawina Stalowa Wola Kozienice Opole 2x900 8 Turów Puławy EC Wrocław Ostrołęka Elektrownia Północ 2x1000

5 Rozwój sektora wytwórczego do 2025 roku Lp. Nazwa Moc całkowita, elektrowni MW Farmy wiatrowe 1 Legnica Sulików 50 3 Mikułowa Paczków Lubrza Mikułowa Bogatynia Ostrów Nysa Bąków Udanin Margonin Chwiram Dunowo Krajnik 500 Lp. Nazwa elektrowni Moc całkowita, MW Farmy wiatrowe 1 Biały Bór Potęgowo Malechowo Banie Osieki 90 6 Drzeżewo IV Darłowo Jasna Choczewo Zwartowo Pelplin Worławki/ Jesionowo Słupsk Kleszczowo Trzciniec 120

6 Zestawienie wycofań bloków do 2025 roku Lp. Elektrownia Moc całkowita, MW 1 Jeden blok w elektrowni Bełchatów Pięć bloków w elektrowni Połaniec Trzy bloki w elektrowni Łaziska Pięć bloków w elektrowni Łagisza Trzy bloki w elektrowni Siersza Pięć bloków w elektrowni Adamów Cztery bloki w elektrowni Dolna Odra Trzy bloki w elektrowni Turów Cztery bloki w elektrowni Pątnów 800

7 Lista węzłów do których planowane jest przyłączenie nowych źródeł wraz z wartościami planowanych mocy Lp. Nazwa Moc całkowita, elektrowni MW 1 Byczyna Dobrzeń Grudziądz Kozienice Krajnik Lublin Mikułowa Ostrołęka Pasikurowice Płock Pelplin Puławy Słupsk Stalowa Wola Wielopole Żarnowiec 4491 Podsumowanie MW energetyka konwencjonalna razem elektrownia jądrowa 3200 farmy wiatrowe razem 5700 Razem wytwarzanie 20000

8 Metoda badawcza Możliwości przyłączeniowe systemu elektroenergetycznego rozpatrywane jako zadanie optymalizacyjne wyrok wydany przez matematykę zamiast eksperckiego gdybania

9 Metoda badawcza W systemie elektroenergetycznym określanych jest sześć grup wielkości, opisanych za pomocą trzech wektorów wektora stanu (moduły napięć węzłowych i ich argumenty) U x δ wektor wymuszeń (moce odbierane w węzłach) P w Q wektor sterowań (moce generowane w węzłach) równania sieci mają następującą postać ogólną L P s Q L G G s - w -f(x) = 0

10 Zadanie optymalizujące rozpływ (OPF Optimal Power Flow) Funkcja celu poszukiwany jest wektor sterowań zapewniający jej minimum; minimalizowane mogą być koszty definiowane w różny sposób, mogą być to także inne wielkości w szczególności straty mocy, oryginalna propozycja przedstawiona w artykule to zaminusowana wartość sumarycznej mocy możliwej do przyłączenia w rozpatrywanej grupie węzłów F C x,w,s min F C s N P z j1 Gj

11 Ograniczenia równościowe Wektor ograniczeń równościowych zapewniający spełnienie bilansu mocy dla wszystkich węzłów sieci oraz utrzymanie na określonym poziomie bilansu wymiany mocy z zagranicą (warunek bilansu mocy z zagranicą sformułowany w postaci równościowej może być bardzo trudny do spełnienia, dlatego też rozpatrywany jest często jako warunek nierównościowy) w P - P -U U Y cos 0 Gi Li i j ij i j ij j1 w gx,w,s 0 Q -Q -U U Y cos 0 Gi Li i j ij i j ij j1

12 Ograniczenia nierównościowe Wektor ograniczeń nierównościowych zapewniający utrzymanie wartości elementów wektora stanu oraz wektora sterowań w zakresie określonym przez wymagania techniczne (napięcia węzłowe generacja wymuszona), jak też wielkości będących funkcją elementów wektora stanu (prądów płynących poprzez gałęzie sieci) na poziomach mniejszych od obciążalności dopuszczalnej I hx,w,s 0 kl max Ikl 0 I kl U U 2U U cos 2 2 k l k l k l Z kl

13 Analiza uzyskanych wyników Wyniki uzyskiwane z procesu optymalizacji (maksymalizacji) mocy możliwej do przyłączenia w wybranych węzłach, należy traktować ze zrozumieniem wynikającym z istoty matematycznych metod optymalizacyjnych. Metody te (bez uwzględniania inżynierskiej natury problemu) podają warunki uzyskania maksymalnej wartości mocy sumarycznej. Z matematycznego punktu widzenia wynik A+0,1 MW jest lepszy od wyniku A MW, choć dla tego drugiego rozkład mocy na poszczególne węzły wydaje się nam o wiele bardziej rozsądny. Metoda matematyczna jako lepszy podaje jednak wynik o mocy większej. Dlatego też wynik optymalizacji należy traktować jako odniesienie, że więcej mocy bez złamania ograniczeń przyłączyć się nie da.

14 Lp. P minkse = MW Analizowane zapotrzebowanie mocy w KSE, MW MW P minkse = 9500 MW P minkse = MW P minkse = 9500 MW Nazwa węzła Pgnew, MW (moc maksymalna z nowych źródeł) Byczyna Dobrzeń Grudziądz Kozienice Krajnik Lublin Mikułowa Ostrołęka Pasikurowice Płock Pelplin Puławy Słupsk Stalowa Wola Wielopole Żarnowiec Suma (nowe) Źródła stare P KSE

15 Co ogranicza możliwości przyłączeniowe? - transformatory 400/110 i 400/220 (w obliczeniach zwiększono obciążalność transformatorów o 25 %), - wybrane linie 220 kv (Abramowice Stalowa Wola - Chmielów, Kozienice Lublin, Kozienice - Ostrowiec, Byczyna - Siersza).

16 Podsumowanie Przedstawiony referat potwierdza zasadność rozbudowy sieci przesyłowej w KSE, określonej w oparciu o ekspertyzy przyłączeniowe opracowane w ramach procedur ubiegania się o określenie warunków przyłączenia farm wiatrowych oraz jednostek konwencjonalnych. Na podstawie zastosowanej metody weryfikującej określono dla 2025 r. maksymalne możliwości przyłączeniowe wybranych węzłów sieci przesyłowej, zmodernizowanej i rozbudowanej według planów OSP.

17 Podsumowanie Należy także mieć na uwadze fakt, że o wystarczalności obciążeniowej sieci przesyłowej dla nowych przyłączeń oprócz dużych inwestycji, szczególne w zakresie linii 400 kv i nowych stacji o napięciu górnym 400 kv decyduje także obciążalność transformatorów systemowych oraz istniejących linii 220 kv. W tym zakresie istotne wydaje się prowadzenie dla tych obiektów zabiegów o mniejszej skali wymiana jednostek transformatorowych na nowe, podnoszenie temperatury pracy linii poprzez regulacje zwisów oraz wymianę przewodów na HTLS, jak też poprzez wprowadzanie monitoringu i operowanie obciążalnością dynamiczną. Dokładne wytypowanie tego typu prac wymaga dokładniejszych studiów. W przedstawionym artykule nie koncentrowano się na analizie zakłóceń jakości energii związanych z pracą planowanych farm wiatrowych. Ich moc, w stosunku do mocy zwarciowej węzłów w rozpatrywanym obszarze jest mała, więc tego typu skutki przyłączeniowe nie będą uciążliwe dla systemu przesyłowego.

18 Pytania od recenzenta 1. Autorzy piszą, że maksymalne zdolności przyłączeniowe osiąga się dla rozkładu mocy w węzłach, który istotnie różni się od geograficznego usytuowania nowych elektrowni. Czy zdaniem Autorów oznacza to, że należy ponownie przyjrzeć się ich usytuowaniu? 2. Czy na przedstawione i założone usytuowanie nowych elektrowni konwencjonalnych istotny wpływ będzie miał gwałtowny rozwój energetyki źródeł odnawialnych? Na jakim poziomie nastąpi ograniczenie możliwości przyłączeniowych w takim przypadku? 3. Czy i w jakim zakresie o wystarczalności obciążeniowej sieci przesyłowej będzie decydować jakość podejmowania decyzji przez automatykę zabezpieczeniową? Dla niektórych proponowanych rozwiązań (przewody HTLS i obciążalność dynamiczna) mogą wystąpić istotne problemy z doborem i parametryzacją automatyki zabezpieczeniowej, co będzie skutkowało albo ograniczeniem możliwości przesyłowych tych elementów albo ograniczeniem poziomu ich ochrony od skutków zakłóceń, które mogą na nich wystąpić.