Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Wydział Elektryczny Instytut Elektrotechniki i Informatyki Konwersatorium Inteligentna Energetyka Transformacja energetyki: nowy rynek energii, klastry energii Trajektoria przebudowy polskiego miksu energetycznego 2050 dr inż. Krzysztof Bodzek Gliwice, 28 lutego 2017
Struktura produkcji energii w Polsce w 2015 2
Profile produkcji i zapotrzebowania Polskie Sieci Elektroenergetyczne http://www.pse.pl/ 27.02.2017 Krajowe zapotrzebowanie na moc oraz moc dostępna Styczeń 2017 Minimalne krajowe zapotrzebowanie na moc w 2015 26.12.2015 3
Profile produkcji Europejskiej Sieci Operatorów Elektroenergetycznych Systemów Przesyłowych (ENTSO-E) https://www.entsoe.eu 03.02.2017 4
Odnawialne źródła energii Mapa odnawialnych źródeł energii (koncesjonowanych) https://www.ure.gov.pl/uremapoze/mapa.html Gliwice i powiat gliwicki 5
Struktura źródeł OZE w Polsce (dane z dnia 30.09.2016) Typ elektrowni OZE Liczba instalacji Moc [MW] elektrownie biogazowe 302 233,28 wytwarzające z biogazu z oczyszczalni ścieków 106 65,31 wytwarzające z biogazu rolniczego 93 102,28 wytwarzające z biogazu składowiskowego 100 63,38 wytwarzające z biogazu mieszanego 3 2,30 elektrownie wodne 755 989,97 elektrownia wodna przepływowa do 0,3 MW 579 44,81 elektrownia wodna przepływowa do 1 MW 98 61,28 elektrownia wodna przepływowa do 5 MW 63 151,77 elektrownia wodna przepływowa powyżej 10 MW 7 310,96 elektrownia wodna przepływowa do 10 MW 5 38,47 elektrownia wodna szczytowo-pompowych lub przepływowych z członem pompowym 3 382,68 wytwarzające z promieniowania słonecznego 453* 96,85* wytwarzające z promieniowania słonecznego 453* 96,85* elektrownie wiatrowe 1188 5782,74 elektrownia wiatrowa na lądzie 1188 5782,74 elektrownie realizujące technologię współspalania 38 0,00 realizujące technologię współspalania (paliwa kopalne i biomasa) 36 0,00 realizujące technologię współspalania (paliwa kopalne i biogaz) 2 0,00 elektrownie biomasowe 38 1273,12 wytwarzające z biomasy mieszanej 19 1113,30 wytwarzające z biomasy z odpadów leśnych, rolniczych, ogrodowych 15 23,72 wytwarzające z biomasy z odpadów przemysłowych drewnopochodnych i celulozowo-papiern. 4 136,10 RAZEM 2774 8375,95 *wszystkie źródła PV 11500 o mocy 154,35 MW 6
Zapotrzebowanie KSE 162 TWh/rok 49 TWh/rok 18.01.2015 28.01.2015 Rok 2015 73 TWh/rok Uporządkowany wykres zapotrzebowania 41TWh/rok 7
Modele komputerowe technologii wytwórczych Metoda nowej energetyki 2015 Źródła o stałej/zadanej mocy elektrownie przemysłowe elektrownie wodne Źródła z profilem mocy elektrownie wiatrowe źródła PV Biogazownie z i bez zasobnika rolnicze z oczyszczalni ścieków i wysypisk Transfer paliwowy bloki Combi 2050 Źródła o stałej/zadanej mocy mikro elektrownie wodne z oczyszczalni ścieków i wysypisk Źródła z profilem mocy elektrownie i mikro elektrownie wiatrowe źródła PV, elektrownie wiatrowe morskie Biogazownie z zasobnikiem rolnicze z oczyszczalni ścieków i wysypisk Transfer paliwowy silniki diesla bloki Combi Elektrownie grafikowane elektrownie węglowe współspalanie Magazyny energii elektrownie szczytowo-pompowe - Magazyny energii elektrownie szczytowo-pompowe akumulatory bilansowanie regulacja trójna 8
Struktura mocy osiągalnej w roku 2015 Technologia Moc MW Elektrownie zawodowe wodne 2330 elektrownie wodne 560 elektrownie szczytowo-pompowe 1770 Elektrownie zawodowe cieplne 29739 węgiel kamienny 19443 węgiel brunatny 9322 gazowe 973 Elektrownie odnawialne 5258 wiatrowe 4978 biogazowe 203 PV 77 Elektrownie przemysłowe 2451 Suma 39777 9
Porównanie rzeczywistych przebiegów zapotrzebowania KSE z symulowanymi Maksymalne zapotrzebowanie 7 stycznia 2015r 10
Porównanie rzeczywistych przebiegów zapotrzebowania KSE z symulowanymi Minimalne zapotrzebowanie 26 grudnia 2015r 11
Potencjał produkcji źródeł OZE 12
Potencjał produkcji Ograniczenia symulacji 13
Potencjał techniczny produkcji źródeł odnawialnych i wykorzystujących dwa transfery paliwowe w Polsce Technologia Moc Produkcja Wykorzystanie GW TWh/rok h/rok Elektrownie wiatrowe lądowe 60 (5,0 1 ) 120 2000 Elektrownie wiatrowe morskie 5,5 (0 1 ) 20 3600 Źródła PV 25 (0,077 1 ) 25 1000 Biogazownie rolnicze 3,5 (0,2 1 ) 28 8000 Inne OZE 3 (1,2 1 ) 24 8000 Bloki combi 6-12 (0,97 1 ) 2 39-75 2 6000 Silniki Diesla 12-43 (0 1 ) 2 35-130 2 3000 SUMA 115-152 3 291-397 3 1 moc zainstalowana w 2015 roku 2 ograniczenie dolne dla 5% produkcji CO 2 w porównaniu do roku 1990, górne ze względu na zużycie w roku 2015 3 wartości liczbowe uwzględniają sumę mocy i produkcji w blokach combi oraz silnikach diesla. Ze względu na dopuszczalną emisję technologie te nie mogą pracować jednocześnie z maksymalną mocą 14
Metoda nowej energetyki 15
Metoda nowej energetyki Podstawowy algorytm pracy źródeł wytwórczych Algorytm pracy źródeł wytwórczych P o, P G, P w, P s P G =å (P w + P s ) Nie P B =P G -P o P G =P G +P B P C =P G -P o P G =P G +P C P D =P G -P o P G =P G +P D P M =P G -P o P G =P G +P M Koniec symulacji? Tak P o zapotrzebowanie P G produkcja P w moc źródeł z produkcją wymuszoną P s źródła ze stałą mocą P B moc elektrowni biogazowych P C moc bloków combi P D moc silników diesla P M moc magazynów energii Realizacja w programie LabVIEW STOP 16
Bilans energii rok 2050 Deficyt 18.01.2015 28.01.2015 Wieś 65 TWh Nadwyżka Deficyt Wieś Miasta 103 TWh Nadwyżka Deficyt Miasta Przemysł 32 TWh Nadwyżka Przemysł Deficyt
Proponowana struktura źródeł wytwórczych w 2050 roku Technologia Moc Produkcja Wykorzystanie GW TWh/rok h/rok Źródła PV 24,5 22,7 926 Elektrownie wiatrowe lądowe 27,0 53,0 1963 Elektrownie wiatrowe morskie 4,0 14,5 3628 Inne źródła OZE 2,7 21,9 8000 Transfer z innego segmentu - - - Magazyny energii 12 GWh* - - Elektrownie biogazowe z zasobnikiem 3,3 26,3 8000 Bloki combi 6,0 33,4 5574 Silniki diesla 6,5 24,8 3821 SUMA 74 196,2 18
Roczna produkcja w roku 2050 z podziałem na segmenty Technologia Wieś Miasto Przemysł Moc GW Źródła PV 12,0 8,5 4,0 Elektrownie wiatrowe lądowe 16,0 10,0 1,0 Elektrownie wiatrowe morskie 0,0 3,5 0,5 Inne źródła OZE 0,5 1,6 0,5 Transfer z innego segmentu - - - Magazyny energii 5,8 GWh* 4,2 GWh* 2,0 GWh* Elektrownie biogazowe z zasobnikiem 3,1 0,2 0,0 Bloki combi 0,0 2,7 3,8 Silniki diesla 0,5 6,0 0,0 Suma 31,8 34,3 9,8 19
Roczna produkcja w roku 2050 z podziałem na segmenty Technologia Wieś Miasto Przemysł Produkcja TWh/rok Źródła PV 11,1 7,9 3,7 Elektrownie wiatrowe lądowe 31,4 19,6 2,0 Elektrownie wiatrowe morskie 0,0 12,7 1,8 Inne źródła OZE 4,4 13,1 4,4 Transfer z innego segmentu 0,0 14,9 8,9 Magazyny energii - - - Elektrownie biogazowe z zasobnikiem 24,5 1,8 0,0 Bloki combi 0,0 15,8 17,7 Silniki diesla 1,7 23,1 0,0 Bilans TWh/rok Produkcja 73 109 38 Zapotrzebowanie 65 103 32 Nadwyżka 14,9 8,9 6,8 Deficyt -7,1-3,0-0,4 20
Uporządkowany bilans energii 2050 rok 21