OCENA MOŻLIWOŚCI PRZYŁĄCZENIOWYCH KRAJOWEJ SIECI PRZESYŁOWEJ PLANOWANEJ NA LATA 2020-2025 W KONTEKŚCIE PRAWDOPODOBNYCH SCENARIUSZY BUDOWY NOWYCH JEDNOSTEK WYTWÓRCZYCH PIOTR KACEJKO PAWEŁ PIJARSKI KATEDRA SIECI ELEKTRYCZNYCH I ZABEZPIECZEŃ WYDZIAŁ ELEKTROTECHNIKI I INFORMATYKI POLITECHNIKA LUBELSKA
Plan rozwoju sieci przesyłowej
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 28455 MW 24000 MW
Rozwój sektora wytwórczego do 2025 roku Lp. Nazwa elektrowni Moc całkowita, MW Elektrownie konwencjonalne 1 Jaworzno II 910 2 Łęczna 766 3 Rybnik 910 4 Nowa Skawina 430 5 Stalowa Wola 460 6 Kozienice 1000 7 Opole 2x900 8 Turów 480 9 Puławy 839 10 EC Wrocław 425 11 Ostrołęka 1000 12 Elektrownia Północ 2x1000
Rozwój sektora wytwórczego do 2025 roku Lp. Nazwa Moc całkowita, elektrowni MW Farmy wiatrowe 1 Legnica 330 2 Sulików 50 3 Mikułowa 300 4 Paczków 160 5 Lubrza 250 6 Mikułowa 150 7 Bogatynia 330 8 Ostrów 250 9 Nysa 150 10 Bąków 150 11 Udanin 100 12 Margonin 175 13 Chwiram 120 14 Dunowo 250 15 Krajnik 500 Lp. Nazwa elektrowni Moc całkowita, MW Farmy wiatrowe 1 Biały Bór 166 2 Potęgowo 320 3 Malechowo 160 4 Banie 260 5 Osieki 90 6 Drzeżewo IV 100 7 Darłowo 250 8 Jasna 132 9 Choczewo 111 10 Zwartowo 45 11 Pelplin 2 80 12 Worławki/ Jesionowo 100 13 Słupsk 240 14 Kleszczowo 250 15 Trzciniec 120
Zestawienie wycofań bloków do 2025 roku Lp. Elektrownia Moc całkowita, MW 1 Jeden blok w elektrowni Bełchatów 370 2 Pięć bloków w elektrowni Połaniec 1125 3 Trzy bloki w elektrowni Łaziska 675 4 Pięć bloków w elektrowni Łagisza 600 5 Trzy bloki w elektrowni Siersza 371 6 Pięć bloków w elektrowni Adamów 600 7 Cztery bloki w elektrowni Dolna Odra 864 8 Trzy bloki w elektrowni Turów 618 9 Cztery bloki w elektrowni Pątnów 800
Lista węzłów do których planowane jest przyłączenie nowych źródeł wraz z wartościami planowanych mocy Lp. Nazwa Moc całkowita, elektrowni MW 1 Byczyna 910 2 Dobrzeń 1950 3 Grudziądz 874 4 Kozienice 1000 5 Krajnik 1624 6 Lublin 400 766 7 Mikułowa 1310 8 Ostrołęka 1000 9 Pasikurowice 425 10 Płock 1512 11 Pelplin 2107 12 Puławy 830 13 Słupsk 1860 14 Stalowa Wola 422 15 Wielopole 910 16 Żarnowiec 4491 Podsumowanie MW energetyka konwencjonalna razem 11100 elektrownia jądrowa 3200 farmy wiatrowe razem 5700 Razem wytwarzanie 20000
Metoda badawcza Możliwości przyłączeniowe systemu elektroenergetycznego rozpatrywane jako zadanie optymalizacyjne wyrok wydany przez matematykę zamiast eksperckiego gdybania
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
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
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
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
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.
Lp. P minkse = 12500 MW Analizowane zapotrzebowanie mocy w KSE, 28455 MW 24000 MW P minkse = 9500 MW P minkse = 12500 MW P minkse = 9500 MW Nazwa węzła Pgnew, MW (moc maksymalna z nowych źródeł) 1 671 586 1573 1544 Byczyna 2 83 43 265 131 Dobrzeń 3 153 132 451 186 Grudziądz 4 779 785 1250 1368 Kozienice 5 721 733 835 1300 Krajnik 6 120 162 806 791 Lublin 400 7 1293 1285 558 771 Mikułowa 8 465 445 849 1168 Ostrołęka 9 766 718 813 915 Pasikurowice 10 1277 1251 756 898 Płock 11 789 882 845 606 Pelplin 12 1235 1282 213 493 Puławy 13 131 112 404 1186 Słupsk 14 32 43 191 231 Stalowa Wola 15 695 625 320 342 Wielopole 16 274 233 878 554 Żarnowiec Suma (nowe) 9484 9317 11007 12484 Źródła stare 18971 19138 12993 11516 P KSE 28455 28455 24000 24000
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).
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.
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.
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.