Integracja źródeł generacji wiatrowej i słonecznej z krajową siecią energetyczną w oparciu o elektrownie szczytowo-pompowe Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie AGH University of Science and Technology 5.7.217 Jakub Jurasz 1
The wind, as a direct motive power, is wholly inapplicable to a system of machine labour, for during a calm season the whole business of the country would be thrown out of gear. Before the era of steam engines, windmills were tried for draining mines; but though they were powerful machines, they were very irregular, so that in a long tract of calm weather the mines were drowned, and all the workmen thrown idle. William Stanley Jevons, 1865 2
AGENDA Integracja OZE do KSE Elektrownie szczytowo-pompowe Symulacja i optymalizacja Praca układu PV-TW-ESP Wnioski możliwe kierunki działań 3
Integracja do KSE rozbudowa sieci przesyłowych; zarządzanie stroną popytową; magazynowanie energii w miejscu jej wytworzenia; przewymiarowywanie mocy zainstalowanej; prognozowanie uzysku; V2G; układy hybrydowe. Delucchi, M. A., & Jacobson, M. Z. (211). Providing all global energy with wind, water, and solar power, Part II: Reliability, system and transmission costs, and policies. Energy policy, 39(3), 117-119. 4
OZE w Polsce 5URE
Sieci przesyłowe Brown, T., Schlachtberger, D., Kies, A., & Greiner, M. (217). Sector Coupling in a Highly Renewable European Energy System. In 15th Wind Integration Workshop. 6
Power/energy delivered [-] Komplementarność 1.25 1.75 1.5.25 Time I źródło II źródło Układ hybrydowy (I i II źródło).75.5.25 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Wind PV Load W ujęciu Godzinowym Dobowym Miesięcznym PV Obciążenie PV Obciążenie PV Obciążenie TW.975.1631 -.299.1319 -.6714.7264 PV X.1835 X -.4999 X -.921 Jurasz, J., Wdowikowski, M., Kazimierczak, B. & Dąbek, P. (217). Temporal and spatial complementarity of wind and solar resources in Lower Silesia (Poland). To be published in E3S Web of Conferences 7
Zapotrzebowanie na moc elektryczną [MW] Czerwiec 216 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 Czerwiec 216 (kolejne dni w ujęciu godzinowym) 8
Zapotrzebowanie na moc elektryczną [MW] Zapotrzebowanie na moc elektryczną [MW] Czerwiec 216 moc a temperatura 25 25 2 2 15 15 1 1 5 5 Od 6: do 18: 5 1 15 2 25 3 35 Temperatura [ C] Od 19: do 5: 5 1 15 2 25 3 35 Temperatura [ C] 9
Moc elektryczna [MW] Czerwiec 216 moc a generacja wiatrowa 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 Czerwiec 216 (kolejne dni w ujęciu godzinowym) Zapotrzebowanie na moc Generacja wiatrowa 1
Genracja wiatrowa [MW] Czerwiec 216 moc a generacja wiatrowa cd. 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 5 1 15 2 25 Zapotrzebowanie na moc elektryczną [MW] 11
Nasłonecznienie [kwh]/m 2 ] Nasłonecznienie [kwh/m2] Nasłonecznienie [kwh/m2] Czerwiec 216 symulacja: wiatr a PV 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 3 1 2 3 4 Temperatura [ C] Czerwiec 216 1.9.8.7.6.5.4.3.2.1 1 2 3 4 5 Generacja wiatrowa [MW] 12
Czerwiec 216 symulacja: wiatr + PV a moc 13
Generacja PV [MW] Moc elektryczna [MW] Moc elektryczna [MW] Rynek bilansujacy [PLN/MWh] Czerwiec 216 wyniki 4 35 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 21 22 23 24 Kolejne godziny doby 4 35 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1111213141516171819221222324 Kolejne godziny doby 5 45 4 35 3 25 2 15 1 5 Redukcja zapotrzebowania Cena energii na RB 3 25 2 15 1 5 1 2 3 4 5 Cena energii na RB [PLN/MWh] 14
Elektrownie szczytowo-pompowe 15
ESP w Polsce Porąbka - Żar 16
Żarnowiec http://www.finweb.pl 17
Żydowo ENERGA 18 Hydro
Solina 19
Dychów Niedzica http://www.niedzica.pl 2
Charakterystyka ESP 21
Potencjał ESP w Polsce ESP Sobel 1 MW; ESP Rożnów II 7 MW ESP Niewiastka 1 MW ESP Pilchowice III 612 MW ESP Kadyny 14 MW ESP Młoty 75 MW ESP Smolniki 2 MW ESP Żabnica? MW ESP Bełchatów(?)? MW 22JRC
ESP: moc a spad 23
ESP: pojemność energetyczna a spad 24
Koncepcja układu hybrydowego Moc [GW] 1:45 3:15 4:45 6:15 7:45 9:15 1:45 12:15 13:45 15:15 16:45 18:15 19:45 21:15 22:45 Strona popytowa Strona podażowa 6j LP Podaż Popyt Bilans PV TW 1 5 6-1 2 2 2 3 3 3 1 5 4 5 4 5 4 5 2 6 3 5 6 1 2 5-2 7 5 5 8 2 8 2 1 6-3 9 1 2 7-4 1 3 6-3 11 5 6-1 12 3 5-2 6j 1 5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11112 6 4 2 1 3 5 7 9 11 6 4 2-2 24 22 2 18-4 16 6 4 2-6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 14 12 1 1 3 5 7 9 11 25 Przepływ energii
Koncepcja układu hybrydowego Strona podażowa FUNKCJA CELU: Strona popytowa Nadwyżka energii Deficyt energii E N E TW E D E Z PO: E PV E G E P E TW + E PV > E Z E TW + E PV < E Z 26
Współpraca z KSE 27
Scenariusz A 28
29
3
31
32
Dane wejściowe Capacity Factor Uzysk energii [GWh/MW] Generacja wiatrowa PV 2% 3% 4% 1.8% 1,75 2,63 2,5,95 Pojemność zbiornik górnego Moc pompowa/generatorowa,67 [GWh] 167 [MW] Sprawność cyklu 8 [%] Zapotrzebowanie Planowo pokrywane z KSE Całkowite A B C D 6 [GWh] 429 [GWh] 316,5 [GWh] 139 [GWh] 284,5 [GWh] 33
Energia [GWh] Energia [GWh] Energia [GWh] Wyniki 8 7 18 16 6 5 4 3 2 1 LOLP=% LOLP 5% Wymiana z siecią Deficyt Generacja ESP Pokrycie TW Pokrycie PV Pobór planowany Bilans energetyczny. Scenariusz A_RWE_CF2%. Dla LOLP = %: PPV = 11 MW, PTW = 26 MW; dla: LOLP 5%: PPV = 13 MW, PTW = 1 MW, źródło: opracowanie własne 14 12 1 8 6 4 2 LOLP=% LOLP 5% Wymiana z siecią Deficty Generacja ESP Pokrycie TW Pokrycie PV Pobór planowany Bilans energetyczny. Scenariusz C_RWE_CF2%. Dla LOLP = %: PPV = 65 MW, PTW = 12 MW; dla: LOLP 5%: PPV = 32 MW, PTW = 4 MW, źródło: opracowanie własne 12 1 8 Wymiana z siecią 6 Deficty Generacja ESP Bilans energetyczny. Scenariusz E_RWE_CF2%. Dla LOLP = %: PPV =?? MW, PTW =?? MW niespełnione ograniczenie min LOLP dla: LOLP 5%: PPV = 41 MW, PTW =76 MW, źródło: opracowanie własne 4 2 Pokrycie TW Pokrycie PV LOLP=% LOLP 5% 34
Scenariusz: A_RWE_2%_LOLP=%_Styczeń 35
Scenariusz: A_RWE_2%_LOLP<5%_Styczeń 36
4,2 GWh Scenariusz: A_RWE_2%_LOLP=%_Lipiec 37
43,2 Scenariusz: A_RWE_2%_LOLP<5%_Lipiec 38
Wnioski» zrównoważony rozwój generacji słonecznej i wiatrowej;» spojrzenie systemowe niekoniecznie wyłącznie parametry ekonomiczne;» Lokalne obszary bilansowania w oparciu o PV-TW-ESP. 39