Wprowadzenie do niezawodności pracy odnawialnych źródeł energii w KSE

Warsztaty energetyki wiatrowej Bilansowanie KSE w kontekście zwiększonego udziału źródeł zmiennych, Warszawa, 15 października 2014 r. Wprowadzenie do niezawodności pracy odnawialnych źródeł energii w KSE Prof. dr hab. inż. Józef PASKA Politechnika Warszawska, Instytut Elektroenergetyki, Zakład Elektrowni i Gospodarki Elektroenergetycznej

Zagadnienia 1. Niezawodność systemu elektroenergetycznego 2. Bezpieczeństwo elektroenergetyczne i jakość zasilania 3. Podejścia metodyczne i narzędzia do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego 4. Specyfika OZE z punktu widzenia niezawodności, 5. Podsumowanie 6. Literatura uzupełniająca Warszawa, 15 października 2014 2

Niezawodność systemu elektroenergetycznego Według UCTE, CIGRE, NERC niezawodność systemu elektroenergetycznego (SEE) to pojęcie ogólne, obejmujące wszystkie miary zdolności systemu (określone jako wskaźniki liczbowe) do dostarczania, do wszystkich punktów zapotrzebowania, energii elektrycznej o parametrach w granicach przyjętych standardów oraz w żądanych ilościach. Jest to zatem poziom funkcjonowania systemu (i jego elementów), skutkujący dostarczaniem do odbiorców (klientów) energii elektrycznej w wymaganej ilości i o parametrach mieszczących się w granicach ustalonych standardów. Niezawodność może być mierzona przez częstość, czas trwania i poziom niekorzystnych zjawisk. Niezawodność systemu elektroenergetycznego powinna uwzględniać dwa podstawowe aspekty funkcjonalne systemu - wystarczalność (adequacy) i niezawodność operacyjną - bezpieczeństwo (operational reliability, security), przy czym przez: wystarczalność rozumie się zdolność systemu do pokrywania zagregowanego zapotrzebowania mocy i energii wszystkich odbiorców przez cały rozpatrywany okres, przy uwzględnieniu planowych i nieplanowych odstawień elementów systemu; niezawodność operacyjną - zdolność systemu do funkcjonowania (w tym zachowania integralności) i realizacji swych funkcji pomimo występowania nagłych zakłóceń, jak np. zwarcia lub nagłe, awaryjne odstawienia elementów systemu. Wystarczalność określa zatem zdolność systemu do pokrycia zapotrzebowania w stanach ustalonych, niezawodność operacyjna zaś do przetrzymania stanów przejściowych. Warszawa, 15 października 2014 3

Niezawodność systemu elektroenergetycznego Jakość zasilania zorientowana na odbiorcę Niezawodność systemu elektroenergetycznego może mieć znaczący wpływ na wyniki finansowe przedsiębiorstw elektroenergetycznych, oprócz dobrze znanych kosztów remontów, serwisu, kapitału, administracji i personelu. Jednakże dążenie do redukcji kosztów często objawia się w działaniach, które mają negatywny wpływ na niezawodność systemu elektroenergetycznego. Starzenie się urządzeń Ograniczanie remontów Redukcja personelu utrata know how Dyspozycyjność urządzeń Zwiększanie obciążenia urządzeń Uproszczona struktura sieci Czynniki mające wpływ na niezawodność SEE w zliberalizowanej elektroenergetyce Niezawodność systemu Warszawa, 15 października 2014 4

Bezpieczeństwo elektroenergetyczne i jakość zasilania Bezpieczeństwo energetyczne jest zdefiniowane w ustawie z dnia 10 kwietnia 1997 - Prawo energetyczne (Dz. U. Nr 54, poz. 348 z późniejszymi zmianami) jako stan gospodarki umożliwiający pokrycie bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na paliwa i energię w sposób technicznie i ekonomicznie uzasadniony, przy zachowaniu wymagań ochrony środowiska. Definicja ta została powtórzona w Polityce energetycznej Polski do 2030 roku. W takim ujęciu bezpieczeństwo energetyczne jest zatem kategorią społecznoekonomiczną, w której można wyróżnić bezpieczeństwa cząstkowe, określone w odniesieniu do poszczególnych form czy nośników energii, np.: bezpieczeństwo elektroenergetyczne, bezpieczeństwo zaopatrzenia w ciepło itp. W przypadku tzw. sieciowych nośników energii, jak energia elektryczna, gaz, ciepło sieciowe; o stanie bezpieczeństwa energetycznego w dużym stopniu decyduje też poziom funkcjonowania odpowiedniego systemu energetycznego, czyli jego niezawodność. Dla energii elektrycznej jest to niezawodność systemu elektroenergetycznego.. Warszawa, 15 października 2014 5

Bezpieczeństwo elektroenergetyczne i jakość zasilania Ustawa definiuje także: bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej zdolność systemu elektroenergetycznego do zapewnienia bezpieczeństwa pracy sieci elektroenergetycznej oraz równoważenia dostaw energii elektrycznej z zapotrzebowaniem na tę energię; bezpieczeństwo pracy sieci elektroenergetycznej nieprzerwaną pracę sieci elektroenergetycznej, a także spełnianie wymagań w zakresie parametrów jakościowych energii elektrycznej i standardów jakościowych obsługi odbiorców, w tym dopuszczalnych przerw w dostawach energii elektrycznej odbiorcom końcowym, w możliwych do przewidzenia warunkach pracy tej sieci; równoważenie dostaw energii elektrycznej z zapotrzebowaniem na tę energię zaspokojenie możliwego do przewidzenia, bieżącego i perspektywicznego zapotrzebowania odbiorców na energię elektryczną i moc, bez konieczności podejmowania działań mających na celu wprowadzenie ograniczeń w jej dostarczaniu i poborze; zagrożenie bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej stan systemu elektroenergetycznego lub jego części, uniemożliwiający zapewnienie bezpieczeństwa pracy sieci elektroenergetycznej lub równoważenie dostaw energii elektrycznej z zapotrzebowaniem na tę energię. Warszawa, 15 października 2014 6

Bezpieczeństwo elektroenergetyczne i jakość zasilania Wydaje się uzasadnione następujące stwierdzenie: "w obecnym, konkurencyjnym otoczeniu, niezawodna dostawa energii elektrycznej oznacza jej dostarczanie do punktów przyłączenia odbiorców (klientów) w postaci odpowiedniej do zasilania urządzeń elektrycznych odbiorców i realizacji u nich procesów technologicznych, zgodnie z wymaganiami eksploatacyjnymi". Właściwe jest zatem mówienie o jakości dostawy energii elektrycznej, jakości zasilania energią elektryczną, czy też o jakości zaopatrywania odbiorców w energię elektryczną. Problem jakości zasilania odbiorców w energię elektryczną można podzielić na trzy zagadnienia: Jakość dostarczanej energii elektrycznej (jakość napięcia). Niezawodność dostawy energii elektrycznej (niezawodność zasilania). Jakość obsługi odbiorcy (klienta). Warszawa, 15 października 2014 7

Relacje między niezawodnością dostawy i jakością dostarczanej energii elektrycznej Aspekty techniczne Jakość zasilania energią elektryczną Aspekty organizacyjne Niezawodność dostawy Jakość usług Włączanie niezawodności dostawy do cech jakościowych energii elektrycznej a zatem utożsamianie jakości energii z jakością zasilania jest błędne, ponieważ czym innym jest proces dostarczania "towaru" (energii elektrycznej), charakteryzowany przez jakość jego realizacji - niezawodność; a czym innym są istotne parametry tego towaru, określające przez swoje wartości jego jakość - jakość energii elektrycznej. Jakość energii elektrycznej (jakość napięcia) Ocena niezawodności i jakości energii Pomiary i bazy danych Monitorowanie i statystyka Symulacje i analizy Identyfikacja i kształtowanie Koszty niezawodności dostawy i jakości energii Analiza wykonalności poprawy niezawodności dostawy i jakości energii i... Regulacje prawne: - Prawo energetyczne wraz z rozporządzeniami - Normy - Zalecana praktyka Obsługa klientów O jakości dostarczanej energii elektrycznej oraz o niezawodności jej dostawy w dużej mierze decyduje niezawodność systemu elektroenergetycznego (SEE). Warszawa, 15 października 2014 8

Podejścia metodyczne i narzędzia do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego W systemie elektroenergetycznym są trzy strefy funkcjonalne: wytwarzania, przesyłu, dystrybucji; i można wyróżnić trzy poziomy hierarchiczne prowadzonych analiz: HL I, HL II i HL III. Bilanse energetyczne HL 0 PSW PSP Urz. i obiekty do wytwarzania SEE Urz. i i obiekty przesylowe przesyłowe HL I HL II OZE &GR Dekompozycja i poziomy hierarchiczne systemu elektroenergetycznego: SEE system elektroenergetyczny, PSW - system (podsystem) wytwórczy, PSP - system przesyłowy, PSD - system dystrybucyjny, OZE&GR odnawialne źródła energii i generacja rozproszona PSD Urz. Urz. i i obiekty dystrybucyjne HL III Warszawa, 15 października 2014 9

Podejścia metodyczne i narzędzia do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego Struktura ta ciągle dobrze oddaje istotę funkcjonowania systemu elektroenergetycznego, jednak obecnie należy mieć dodatkowo na uwadze następujące aspekty: Występuje często podział wytwarzania i dystrybucji pomiędzy pewną liczbę niezależnych przedsiębiorstw. Zwiększa się wykorzystanie odnawialnych zasobów energii (OZE) oraz źródeł wytwarzania o małej skali w ramach systemu rozdzielczego, tworzących generację rozproszoną (GR) (OZR&GR). Warszawa, 15 października 2014 10

Podejścia metodyczne i narzędzia do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego Analizy wykonywane na poziomie HL 0 pozwalają na ocenę, z reguły dla dłuższego horyzontu czasowego, możliwości zrównoważenia bilansu energetycznego. Uwzględnia się tutaj lokalne zasoby energetyczne i ograniczenia ich pozyskiwania (np. zasoby hydroenergetyczne i warunki hydrologiczne) oraz możliwości i uwarunkowania importu. Efektem analiz na tym poziomie jest ocena bezpieczeństwa energetycznego kraju lub obszaru. Warszawa, 15 października 2014 11

Podejścia metodyczne i narzędzia do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego Przeszłe zachowanie systemu Część obserwowalna Etapy analizy i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego Modele zakłóceń Obliczanie niezawodności Wskaźniki niezawodności Ocena/prognoza Część obserwowalna Dane niezaw. urządzeń Porównanie Przyszłe zachowanie systemu Używając odpowiednich statystyk awaryjności, tworzy się zestaw modeli awarii oraz odpowiadających im danych wejściowych. W części obliczeniowej, zależnie od użytej metody, wyznacza się wskaźniki niezawodności systemu. W większości przypadków są to wskaźniki dotyczące przerw i/lub ograniczeń w dostawie energii. Jakiekolwiek inne ograniczenie w realizacji świadczonych usług, np. brak dostatecznej zdolności przesyłowych, może być również wyrażone przez wskaźniki. Teoretycznie, wskaźniki te mogą być sprawdzane w relacji z aktualnym zachowaniem systemu, jeśli rozważany wariant rozwoju systemu jest realizowany i upłynął dostatecznie długi czas obserwacji. Warszawa, 15 października 2014 12

Podejścia metodyczne i narzędzia do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego a) b) Ocena kosztów kapitałowych Narzędzia Modele Identyfikacja alternatyw Ocena kosztów operacyjnych Koszt łączny Ranking alternatyw Dane Ocena Obliczenie wskaźników niezawodności Całkowite koszty przerw Koszty strat dostawcy Dane systemu, operacyjne i niezawodnościowe Koszty strat odbiorcy Metodyka oceny kosztów strat (np. badania ankietowe) Elementy analiz niezawodności SEE (a) i wykorzystanie wyników analiz (b) Warszawa, 15 października 2014 13

Podejścia metodyczne i narzędzia do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego Programy komputerowe do analiz i oceny niezawodności systemu elektroenergetycznego można podzielić na trzy grupy: systemy informatyczne do kompleksowej obsługi firm elektroenergetycznych w zakresie analiz systemowych, w których występuje moduł do obliczeń niezawodności. Do tej grupy można zaliczyć: PSS TPLAN, NEPLAN oraz Power Factory; programy specjalistyczne do obliczeń niezawodności, stanowiące samodzielne narzędzia. Zostały one stworzone z myślą o przedsiębiorstwach elektroenergetycznych. Do tej grupy należy zakwalifikować programy takie jak: TRELSS, PROCOSE, DISREL, SUBREL, TRANSREL, WindEx AWAR; programy mające swe zastosowanie w pracach badawczych z zakresu niezawodności systemu elektroenergetycznego. Są to programy takie jak: CREAM, COMPASS, ZuBer, NIEZ, ONW. Warszawa, 15 października 2014 14

Produkcja energii elektrycznej w elektrowniach wykorzystujących energię wiatru, Słońca czy wody jest ograniczona dostępnością energii pierwotnej. Niezawodność elektrowni wiatrowych lub słonecznych należy rozpatrywać w podziale na dwie kategorie, jako: niezawodność strukturalno-technologiczną wynikającą z konstrukcji, budowy i układu urządzeń składających się na elektrownię (wiatrową lub słoneczną) i jej połączenie z siecią; niezawodność produkcyjną wynikającą z losowej zmienności zdolności wytwórczej (wynikającej z prędkości wiatru czy natężenia promieniowania słonecznego). Warszawa, 15 października 2014 15

Dla elektrowni (turbozespołów) wiatrowych można wyróżnić następujące stany: stan niezdatności do produkcji energii elektrycznej z powodu awarii samego turbozespołu wiatrowego; stan niezdatności do produkcji energii z powodu prędkości wiatru wykraczającej poza wartości użyteczne; stan zmiennej mocy generowanej zdolności wytwórczej turbozespołu wiatrowego; jej obrazem jest proces losowy mocy generowanej w określonym przedziale czasu P gen (, t); stan planowego wyłączenia turbozespołu wiatrowego w celu dokonania profilaktyki, remontu lub/i innych czynności eksploatacyjnych; stan postoju w rezerwie (zwykle pomijany). Warszawa, 15 października 2014 16

20000 Dobowa średnia moc generowana, MW 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 1 sty 08 10 sty 08 19 sty 08 28 sty 08 06 lut 08 15 lut 08 24 lut 08 04 mar 08 13 mar 08 22 mar 08 31 mar 08 09 kwi 08 18 kwi 08 27 kwi 08 06 maj 08 15 maj 08 24 maj 08 02 cze 08 11 cze 08 20 cze 08 29 cze 08 08 lip 08 Data 17 lip 08 26 lip 08 04 sie 08 13 sie 08 22 sie 08 31 sie 08 09 wrz 08 18 wrz 08 27 wrz 08 06 paź 08 15 paź 08 24 paź 08 02 lis 08 11 lis 08 20 lis 08 29 lis 08 8 gru 08 17 gru 08 26 gru 08 Przykład zmienności mocy generowanej przez elektrownie wiatrowe średnia dobowa moc generowana przez niemieckie elektrownie wiatrowe w 2008 roku Warszawa, 15 października 2014 17

Przykład błędów prognozowania mocy generowanej przez elektrownie wiatrowe rzeczywista i prognozowana co 15 min moc generowana przez MFW Horns Rev 2 (Dania) w ekstremalnych warunkach wiatrowych (11 listopada 2010) Warszawa, 15 października 2014 18

Niezawodność strukturalno-technologiczna turbozespołów wiatrowych Cała jednostka 2% Układ naprawadzania 7% Hydraulika 13% Hamulce 1% Wieża 3% Piasta 1% Łopaty 13% Generator 5% pozostałe 40% hydraulika 6% wał i ułożyskowanie 2% hamulec 4% generator 7% łopaty 6% Przekładnia 10% Czujniki 14% Prowadnice 1% Układ kontroli 13% Układ elektryczny 17% Udział w liczbie uszkodzeń szwedzkich elektrowni wiatrowych ich komponentów w latach 1997-2005 sterowanie 18% układ ster.łopat 8% końcówki łopat 2% przekładnia 7% Udział w awariach poszczególnych elementów turbozespołu wiatrowego (Dania, lata 1998-2000) Warszawa, 15 października 2014 19

Ekrany programu NIEZAWODNOŚĆ ELEKTROWNI WIATROWYCH, wizualizujące przebieg i wyniki obliczeń: początkowy do wprowadzania danych jednostek wiatrowych oraz danych prędkości wiatru, prezentujący wyniki obliczeń dla modelu wielostanowego z podziałem zakresu mocy jednostki wiatrowej, dla modelu wielostanowego z podziałem zakresu prędkości wiatru. Warszawa, 15 października 2014 20

a) b) Vestas V80 2 MW Vestas V80 0,3 2000 0,45 prawdopodobieństwo 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 125 375 625 875 1125 1375 1625 1875 2000 0 Moc osiągalna, kw 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 1 2 3 4 Stany mocy generowanej 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 prawdopodobieństwo Moc osiągalna, kw Moc osiągalna, kw prawdopodobieństwo Przykłady wielostanowych modeli niezawodności wiatrowej jednostki wytwórczej (turbozespół wiatrowy Vestas V80): a) model 10-stanowy, b) model 4-stanowy dla 6 przedziałów prędkości wiatru Warszawa, 15 października 2014 21

MODELOWANIE NIEZAWODNOŚCI ELEKTROWNI WIATROWYCH Z WYKORZYSTANIEM PRĘDKOŚCI WIATRU DLA TYPOWEGO ROKU METEOROLOGICZNEGO =0 m/s =1 m/s =2 m/s =3 m/s... =20 m/s...... Schemat łańcucha Markowa do modelowania prędkości wiatru Wyniki analizy dla rozpatrywanej przykładowej lokalizacji (Łeba) Ze stanu n Do stanu m Intensywności przejść pomiędzy stanami λ n,m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 0 0,801 0,195 0,003 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0,091 0,695 0,208 0,006 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0,124 0,685 0,183 0,009 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0,002 0,170 0,633 0,185 0,009 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0,007 0,195 0,593 0,196 0,007 0,003 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0,005 0,213 0,582 0,188 0,010 0,001 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0,010 0,220 0,568 0,190 0,012 0,001 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0,027 0,238 0,526 0,185 0,020 0,003 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0,002 0,031 0,247 0,540 0,163 0,017 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0,039 0,241 0,503 0,187 0,024 0,006 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0,008 0,049 0,227 0,542 0,144 0,023 0,004 0,004 0 0 0 0 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0,006 0,037 0,258 0,472 0,190 0,031 0,006 0 0 0 0 0 0 12 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,009 0,052 0,293 0,431 0,172 0,034 0,009 0 0 0 0 0 13 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,051 0,291 0,468 0,139 0,038 0,013 0 0 0 0 14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,031 0,094 0,344 0,250 0,281 0 0 0 0 0 15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,028 0,028 0,111 0,139 0,417 0,194 0,083 0 0 0 16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,037 0,074 0,222 0,407 0,185 0,037 0,037 0 17 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,143 0,500 0,071 0,214 0,071 0 18 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,091 0,455 0,273 0,091 0,091 19 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,571 0,286 0,143 20 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 dow. 0,033 0,073 0,126 0,137 0,135 0,127 0,106 0,080 0,059 0,038 0,030 0,019 0,013 0,009 0,004 0,004 0,003 0,002 0,001 0,001 0,000 Warszawa, 15 października 2014 22

MODELOWANIE NIEZAWODNOŚCI ELEKTROWNI WIATROWYCH Z WYKORZYSTANIEM PRĘDKOŚCI WIATRU DLA TYPOWEGO ROKU METEOROLOGICZNEGO 8 turbozespołów o łącznej mocy zainstalowanej 12 MW. 5 z nich stanowią turbozespoły typu Leitwind LTW77, a pozostałe 3 to turbozespoły Leitwind LTW80 Uporządkowany wykres mocy generowanej farmy wiatrowej uzyskany metodą symulacyjną oraz wyznaczona zdolność wytwórcza dla modelu niezawodnościowego dwu, trój- i czterostanowego Warszawa, 15 października 2014 23

CC ZWz ZW P EW bez CC wyrażona w jednostkach względnych zdolność elektrowni wiatrowych (OZE) do pokrywania obciążenia; ZW z całkowita zdolność SEE do pokrywania obciążenia, obliczona z uwzględnieniem mocy zainstalowanej w jednostkach wiatrowych [MW]; ZW bez całkowita zdolność SEE do pokrywania obciążenia, obliczona bez uwzględnienia mocy zainstalowanej w jednostkach wiatrowych [MW]; P EW moc zainstalowana jednostek wiatrowych [MW]. Wyznaczone zdolności elektrowni wiatrowych do pokrywania obciążenia (Capacity Credit) dla systemu RTS (moc zainstalowana 3405 MW, 32 jednostki wytwórcze) Udział EW w mocy, % P EW, MW 0,00 0 ZW bez (P S ), MW ZW z (P SEW ), MW Capacity Credit (CC) - - 1,96 68 2575 0,235 5,02 180 2599 0,222 8,00 296 2623 0,216 11,99 464 2559 2655 0,207 14,98 600 2683 0,207 20,01 852 2731 0,202 24,98 1134 2787 0,201 30,01 1460 2851 0,200 Warszawa, 15 października 2014 24

Fragmenty dystrybuant mocy dyspozycyjnej systemu RTS-79 wyznaczonych dla różnych przypadków rozbudowy systemu o jednostki wiatrowe Warszawa, 15 października 2014 25

Zdolność energetyki wiatrowej do pokrywania zapotrzebowania na moc systemu wg różnych opracowań Warszawa, 15 października 2014 26

Elektrownie słoneczne Dostępność energii pierwotnej (promieniowania słonecznego) ma charakter częściowo stochastyczny, lecz istnieje wyraźna powtarzalność dobowa i roczna. Aby modelować funkcjonowanie elektrowni słonecznych trzeba oddzielić składnika deterministyczny od składnika losowego Warszawa, 15 października 2014 27

Dane wejściowe: stała słoneczna G SC numer dnia w roku n czynniki deterministyczne G SC n t stref. M L st. lokalny czas strefowy t stref długość geograficzna M równania (1) - (9) długość geograficzna, wg której wyznaczany jest czas strefowy L st szerokość geograficzna φ kąt nachylenia płaszczyzny względem powierzchni Ziemi - β czynnik losowy k b G z natężenie promieniowania słonecznego docierającego do panelu (energia pierwotna) Wielkości wyznaczane analitycznie: deklinacja słoneczna δ, kąt godzinowy Słońca ω, kąt zenitalny θ Z, gęstość strumienia promieniowania docierającego do górnych warstw atmosfery w płaszczyźnie równoległej do powierzchni Ziemi - G P Warszawa, 15 października 2014 28

Wskaźnik bezchmurności - stosunek gęstości strumienia promieniowania, który dociera do powierzchni Ziemi G z do gęstości strumienia promieniowania docierającego do górnych warstw atmosfery w płaszczyźnie równoległej do powierzchni Ziemi G p k b G G z p Histogram wskaźnika bezchmurności na podstawie danych zebranych na stacji meteo Warszawa-Ursus Warszawa, 15 października 2014 29

Zmienność mocy generowanej przez elektrownię słoneczną wywołana zachmurzeniem Warszawa, 15 października 2014 30

... Wykorzystanie łańcuchów Markowa do modelowania niezawodności elektrowni słonecznych k b <0,1 0,1<k b <0,2 0,2<k b <0,3 0,3<k b <0,4... k b >0,9 Ze stanu n Do stanu m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0,809 0,186 0,004 0 0 0 0 0 0 0 1 0,087 0,746 0,147 0,013 0,004 0,002 0 0 0 0... 2 0,004 0,159 0,612 0,170 0,030 0,013 0,006 0,004 0 0 3 0,001 0,017 0,208 0,503 0,170 0,064 0,025 0,010 0,001 0 4 0 0,009 0,057 0,187 0,422 0,203 0,085 0,030 0,005 0,001 5 0 0,003 0,021 0,058 0,133 0,551 0,182 0,046 0,006 0 6 0 0,002 0,007 0,017 0,044 0,116 0,725 0,083 0,005 0,001 7 0 0 0,005 0,022 0,037 0,072 0,176 0,649 0,037 0,002 8 0 0 0,009 0,026 0,039 0,039 0,094 0,202 0,515 0,077 9 0 0 0 0 0,025 0,025 0,125 0,075 0,275 0,475 Warszawa, 15 października 2014 31 dowoln. 0,901 1,123 1,071 0,997 0,905 1,085 1,419 1,100 0,845 0,555

Modelowanie niezawodności elektrowni fotowoltaicznych wymaga specyficznego podejścia. Niezawodność takiej elektrowni nie może być przedstawiona w postaci modelu dwustanowego lub wielostanowego. Odpowiednim podejściem wydaje się modelowanie pracy elektrowni oddzielnie dla każdego dnia i godziny. Można np. utworzyć modele trójstanowe, gdzie moc generowana i prawdopodobieństwa będą wynikać z założonych trzech prawdopodobnych poziomów wskaźnika bezchmurności k b. Warszawa, 15 października 2014 32

Podsumowanie Z punktu widzenia niezawodności systemów elektroenergetycznych pojawienie się dodatkowych jednostek wytwórczych w pobliżu odbiorców jest korzystne. Te dodatkowe źródła mogą stanowić źródło zasilania w przypadku wystąpienia deficytów mocy lub w przypadku awarii lokalnych sieci elektroenergetycznych. Do wad tej dziedziny energetyki, z punktu widzenia niezawodności, należy wykorzystywanie najczęściej niestabilnych źródeł energii pierwotnej, w których moc generowana charakteryzuje się dużą losowością. Modelowanie niezawodności źródeł odnawialnych i generacji rozproszonej jest bardziej skomplikowane, niż modelowanie klasycznych jednostek wytwórczych. Również liczba analizowanych źródeł w SEE wzrasta. Obecnie szczegółowe analizy niezawodności SEE wymagają przetwarzania dużej liczby danych. Koniecznością wydaje się umiejętne upraszczanie modeli, aby dostosować stopień szczegółowości do potrzeb. Jest to pewne wyzwanie, któremu powinny sprostać wiedza, doświadczenie i intuicja prowadzących analizy i obliczenia niezawodności systemów elektroenergetycznych XXI wieku. Warszawa, 22 marca 2013 33

Literatura uzupełniająca 1. Paska J.: Niezawodność systemów elektroenergetycznych. Oficyna Wydawnicza PW. Warszawa 2005. 2. Paska J., Marchel P.: Modelowanie niezawodności elektrowni wiatrowych z wykorzystaniem prędkości wiatru dla typowego roku meteorologicznego. Rynek Energii. Nr 1, 2011. 3. Paska J., Surma T.: Modele niezawodnościowe elektrowni wiatrowych. Elektroenergetyka Współczesność i Rozwój. Nr 4, 2011. 4. Paska J., Surma T.: Niezawodność podzespołów elektrowni wiatrowych. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). Nr 4a, 2012. 5. Paska J., Marchel P.: Wpływ modeli niezawodności wiatrowych jednostek wytwórczych na niezawodność wytwarzania energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review). Nr 10, 2013. 6. Design and operation of power systems with large amounts of wind power. Final summary report, IEA WIND Task 25, Phase two 2009 2011. VTT 2013. 7. Paska J., Marchel P.: Modelowanie niezawodności elektrowni fotowoltaicznych. Rynek Energii. Nr 2 (111), 2014. Warszawa, 22 marca 2013 34

Dziękuję za uwagę Jozef.Paska@ien.pw.edu.pl Warszawa, 22 marca 2013 35