Marzec 2011 MEMORANDUM w sprawie możliwości przyjęcia tematyki inteligentnych sieci elektroenergetycznych (smart power grids ) jako jednego z wiodących tematów polskiej prezydencji w Unii Europejskiej Streszczenie Unia Europejska oraz Stany Zjednoczone, jak też inne kraje rozwinięte i rozwijające się postrzegają technologię inteligentnych sieci elektroenergetycznych jako najskuteczniejszą drogę do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej, do zapewnienia bezpiecznego przesyłu tej energii oraz do zintegrowania źródeł odnawialnych. Nabiera to szczególnego znaczenia w związku z niedostatkami infrastruktury sieciowej, koniecznością zmniejszenia zużycia energii oraz coraz ostrzejszymi wymogami środowiskowymi. Ponadto anomalie klimatyczne stają się coraz częstszą przyczyną wyłączeń odbiorców niekiedy w ogromnej skali, co może być skutecznie ograniczone dzięki inteligentnym sieciom. Polska jest szczególnie zagrożona w zakresie generacji i transmisji energii elektrycznej, a posiadając doskonałą kadrą techniczną zarówno naukową jak i gospodarczą może stać się liderem w zakresie zastosowania technologii smart grid. Definicja Smart power grid to system elektroenergetyczny integrujący w sposób inteligentny działania wszystkich uczestników procesów generacji, przesyłu, dystrybucji i użytkowania, w celu dostarczania energii elektrycznej w sposób niezawodny, bezpieczny i ekonomiczny, z uwzględnieniem wymogów ochrony środowiska. Strona 1
A. Społeczne, gospodarcze i polityczne uzasadnienie wyboru tematyki inteligentnych sieci elektroenergetycznych 1. Polska, jak i cała Europa oraz reszta świata staje się coraz bardziej uzależniona od energii elektrycznej, co idzie w parze z koniecznością zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego i zrównoważonego rozwoju gospodarczego. 2. Polska elektroenergetyka i społeczeństwo musza zapłacić najwyższą w gronie państw członkowskich UE - cenę za ambitną politykę UE w zakresie ograniczania środowiskowych i klimatycznych skutków emisji gazów cieplarnianych i innych gazów przemysłowych wynikającą ze spalania paliw kopalnych. W negocjacjach z UE rząd RP musi przyjąć twarde stanowisko w kwestii ulg i derogacji dla Polski w tym zakresie. Dlatego równoczesne podniesienie przez Polskę w ramach prezydencji priorytetu dla technologii smart grid pokaże naszą otwartość na zmiany oraz na innowacje i technologie przyszłości.. 3. Niedostatki infrastruktury sieciowej występują z coraz większą ostrością zarówno w Polsce jak i we wszystkich państwach UE. Według raportów unijnych w okresie najbliższych 20 lat co najmniej 50 tys. kilometrów linii elektroenergetycznych powinno być wybudowanych lub co najmniej zmodernizowanych. Ze względów środowiskowych nie będzie to możliwe do zrealizowania. Alternatywą staje się uzupełnienie inwestycji infrastrukturalnych technologią inteligentnych sieci. 4. Wyzwania jakie czekają systemy elektroenergetyczne związane ze wzrostem zapotrzebowania na energie elektryczną, problemami z generacją rozproszoną ze źródeł odnawialnych oraz nowymi potrzebami odbiorców (m.in. samochody elektryczne) są wspólne dla Polski i dla całej Europy. 5. Tematyka określana jako smart grid jest na świecie postrzegana jako droga do rozwiązania dużej części problemów związanych z generacją, przesyłem i rozdziałem energii elektrycznej w perspektywie 10 20 lat 6. Technologie smart grid mają być silnym wsparciem polityki energetycznej UE ( EPE ) zawartej w Pakiecie klimatyczno-energetycznym oraz polityki zawartej w III Pakiecie liberalizacyjnym. 7. Polska posiada liczne kadry świetnie wykształconych inżynierów elektroenergetyków oraz specjalistów od telekomunikacji i informatyki, a te dziedziny są filarami technologii inteligentnych sieci. B. Aktualna sytuacja w świetle strategii europejskiej EUROPA 2020 1. Zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta o ok. 2% rocznie co powoduje, że w ciągu 20 lat zapotrzebowanie to wzrośnie o około 50%. Wzrost ten może być jeszcze Strona 2
znacznie większy, jeśli uwzględnić potrzeby związane z masowym zastosowaniem pojazdów z napędem elektrycznym. 2. Infrastruktura sieciowa jest obecnie przestarzała, bowiem w większości powstała 30 50 lat temu, a przyrost infrastruktury jest o połowę wolniejszy niż wzrost zapotrzebowania na energię. 3. Generacja oraz przesył energii muszą uwzględniać wymogi środowiskowe, przez co budowa nowych linii (prawo drogi) staje się utrudniona, a potrzeby oszczędności zużycia energii stają się palące. 4. Szybki wzrost udziału energii odnawialnej ( 20% energii odnawialnej w bilansie energii i 20% redukcja emisji gazów cieplarnianych do 2020 r w UE) stwarza trudności związane z integracją odnawialnych źródeł energii elektrycznej (w tym farm wiatrowych) z systemem elektroenergetycznym. 5. Straty energii w sieciach przesyłowych i rozdzielczych sięgają 6 9% energii wyprodukowanej. Jeśli uwzględnić potrzeby własne elektrowni i stacji sięgające 10% produkcji to okaże się, że system elektroenergetyczny jest największym odbiorcą wyprodukowanej energii, zużywając blisko 1/5 całej energii wygenerowanej. 6. Potrzeby odbiorców związane z kosztami energii, jakością energii, niezawodnością zasilania i prawem do wyboru dostarczyciela muszą być uwzględnione. 7. Według wymogów unijnych wzrost efektywności w wykorzystywaniu energii w ciągu najbliższych 10 lat powinien wynieść 20%. 8. Coraz poważniejsze są konsekwencje zakłóceń w pracy systemów elektroenergetycznych co jest związane głównie z rosnącymi przeciążeniami elementów sieciowych. 9. Wzrasta zagrożenie awariami systemów elektroenergetycznych (blackout ami) co spowodowane jest m.in. przez coraz częstsze klęski żywiołowe (globalne ocieplenia), terroryzm i niedostateczną koordynacją w zakresie sterowania i zabezpieczeń. C. Możliwości tkwiące w technologii smart grid 1. Inteligentne pomiary rozliczeniowe, dzięki zaopatrzeniu odbiorców w inteligentne liczniki umożliwiające dwustronne komunikowanie się przyniosą następujące korzyści: Dzięki świadomym decyzjom informowanych na bieżąco odbiorców tak przemysłowych jak i komunalnych (zarządzanie popytem), nastąpi wyrównanie dobowe obciążeń oraz zmniejszenie całkowitego poboru energii. Wyrównanie obciążeń przyczyni się do zmniejszenia strat przesyłowych oraz zmniejszenia poboru mocy na potrzeby własne w elektrowniach. Ponadto proces ten zmniejszy szczytowe obciążenia elementów systemu elektroenergetycznego, przez co podniesie poziom bezpieczeństwa przesyłu energii. Możliwe stanie się automatyczne bilingowanie faktycznie zużywanej energii elektrycznej oraz automatyczne fakturowanie. Strona 3
2. Inteligentne pomiary operacyjne zapewnią pełną obserwowalność stanów systemów przesyłowych i rozdzielczych przez co umożliwią: Stosowanie dynamicznego obciążania linii elektroenergetycznych dopasowując je do istniejących warunków klimatycznych. Działania prewencyjne w sytuacjach, gdy margines stabilności systemu staje się zbyt mały. Świadome reagowanie dyspozytorów nie dopuszczające do rozszerzania się powstałych zakłóceń w pracy systemu. Symulacyjne bieżące przewidywanie reagowania systemu na powstałe sytuacje (przeciążenia, zwarcia, wyłączenia linii itp.). Optymalne zintegrowanie źródeł generacji rozproszonej szczególnie wiatrowej z systemem elektroenergetycznym. 3. Inteligentne sterowanie i zabezpieczenia w systemach elektroenergetycznych przyniosą następujące korzyści: Eliminowanie uszkodzonych elementów systemu w sposób szybki, pewny i selektywny dzięki inteligentnym algorytmom zabezpieczeniowym. Sterowanie generacją mocy czynnej i biernej dopasowane do aktualnego stanu zapotrzebowania oraz istniejącej sytuacji zarówno w stanach normalnych jak i awaryjnych. Optymalizację zdolności przesyłowych poprzez inteligentne sterowanie układami FACTS, poprzeczną regulację napięcia transformatorów oraz adaptacyjną kompensację mocy biernej. Zwiększenie bezpieczeństwa przesyłu i rozdziału energii elektrycznej ograniczając konsekwencje rozwijających się awarii i eliminując katastrofalne blackout y. 4. Inteligentne algorytmy restytucji poawaryjnej zapewniające dokładną i szybką lokalizację miejsc uszkodzeń, oraz wybór najlepszej strategii restytucyjnej. 5. Inteligentne tworzenie autonomicznych systemów elektroenergetycznych spowoduje wydzielenie podsystemów zbilansowanych lokalnie i zdolnych do samodzielnej wyspowej pracy co zwiększy bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej w sytuacjach blakout u. D. Stosowanie technologii smart grid w Polsce 1. Sieci elektroenergetyczne wymagają gigantycznych inwestycji, zaimplementowanie technologii smart grids pozwoli na optymalne wykorzystanie możliwości sieci dystrybucyjnych i przesyłowych. Strona 4
2. Polska ma niepowtarzalna okazję uniknąć błędów innych krajów i wdrożyć rozwiązania inteligentnych sieci przed masowym przyłączeniem rozproszonych źródeł energii do systemu energetycznego kraju. 3. Konieczne jest opracowanie koncepcji rozwoju i standaryzacji inteligentnych sieci elektroenergetycznych, stworzenie narzędzi optymalizacji sterowania sieciami elektroenergetycznymi oraz wypracowanie i przyjęcie standardów bezpieczeństwa danych gromadzonych przez inteligentne sieci. 4. Operatorzy Systemów Dystrybucyjnych wprowadzają pilotażowo liczniki inteligentne w skali kilkudziesięciu tysięcy odbiorców, przy czym skala potrzeb krajowych to kilkanaście milionów inteligentnych liczników. Działania te są niewłaściwie utożsamiane z wdrażaniem technologii smart Grids, co nie jest w pełni prawdziwe. Niezbędne jest podjęcie szeroko zakrojonych działań edukacyjno-informacyjnych skierowanych do polityków, działaczy gospodarczych i samorządowych oraz do konsumentów energii. Przykładem takich działań jest uruchomianie na Politechnice Wrocławskiej studiów podyplomowych w zakresie smart grids. 5. Producenci inteligentnych liczników posiadają techniczne możliwości uruchomienia masowej produkcji urządzeń i oprogramowania dla smart grids. Ponadto w krajowych zakładach przemysłowych produkuje się nowoczesna aparaturę zabezpieczeniową i sterującą. 6. W Polsce powstało wiele inicjatyw związanych z inteligentnymi sieciami. Należy tu wymienić: Konsorcjum Smart Power Grids Polska, którego liderem jest Politechnika Wrocławska), Krajową Platformę Energetyczną Energetyki, wydziały elektryczne Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie, Politechniki Opolskiej, Politechniki Warszawskiej, Politechniki Łódzkiej i szereg innych. 7. Silną stroną polskiej gospodarki jest innowacyjność polskich ośrodków badawczych (wyższe uczelnie, instytuty naukowe i producenci aparatury) w zakresie nowych, potwierdzonych patentami rozwiązań telekomunikacyjnych oraz układów zabezpieczeń i sterowania. Strona 5