konwersatorium...dziernik listopad grudzie zapotrzebowanie w kse [mw] ń miesi ące 10 000 12 000 14...
TRANSCRIPT
-
Elektroenergetyka polska – wybrane zagadnienia
Maksymilian Przygrodzki
Katowice, 18.03.2015 r
Polskie Towarzystwo Fizyczne
Oddział Katowicki
Konwersatorium
-
• System elektroenergetyczny
• Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną
• Potencjał wytwórczy
• Odnawialne Źródła Energii
• Uwarunkowania pracy
• Zbilansowanie KSE
• Prognozy rozwojowe
• Wybrane kraje europejskie
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
2
Zakres tematyczny
-
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
3
System elektroenergetyczny (1)
System elektroenergetyczny (SEE) to zbiór wzajemnie powiązanych elementów realizujących funkcje:
• wytwarzania,
• przesyłania,
• rozdziału,
• użytkowania energii elektrycznej,
a także elementów niezbędnych do sterowania jego pracą, połączonych ze sobą w celu realizacji ciągłej dostawy energii elektrycznej odbiorcom.
Ze względu na niewielkie możliwości magazynowania energii elektrycznej, cała bieżąca produkcja energii jest natychmiast konsumowana. Ma to fundamentalne znaczenie dla procesu sterowania
pracą SEE.
-
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
4
System elektroenergetyczny (2)
Droga energii elektrycznej od
miejsc wytworzenia (elektrowni) do
miejsc konsumpcji (odbiorców)
-
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
5
System elektroenergetyczny (3)
65 %
400 i 220 kV5 %
25 %
30 %
40 %
2 %
3 %
30 %
110 kV
SN
0,4 kV
WYTWÓRCY RGETYCZNAELEKTROENE
SIEĆ
ODBIORCY
Źródło: ARE SA
-
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
6
System elektroenergetyczny (4)
Źródło: PSE SA
-
7
Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną (1)
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
8
Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną (2)
19 000
20 000
21 000
22 000
23 000
24 000
25 000
po
nie
dzia
łek
wto
rek
śro
da
czw
art
ek
pią
tek
sob
ota
nie
dzie
laZa
po
trzeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Tydzień
19 000
20 000
21 000
22 000
23 000
24 000
25 000st
yczeń
luty
ma
rzec
kw
iecień
ma
j
czerw
iec
lip
iec
sierp
ień
wrz
esi
eń
paźd
zie
rnik
list
op
ad
gru
dzieńZ
ap
otr
zeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Miesiące
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
20 000
22 000
24 000
26 000
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00
Za
po
trzeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Doba robocza letnia
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
20 000
22 000
24 000
26 000
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00
Za
po
trzeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Doba świąteczna letnia
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
20 000
22 000
24 000
26 000
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00
Za
po
trzeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Doba robocza zimowa
Maksymalne miesięczne zapotrzebowanie na moc Maksymalne tygodniowe zapotrzebowanie na moc (październik)
Doba Robocza Letnia (czerwiec) Doba Świąteczna Letnia (czerwiec) Doba Robocza Zimowa (grudzień)
Źródło: PSE SA
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
9
Zapotrzebowanie na moc i energię elektryczną (3)
Źródło: PSE SA
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
10
Potencjał wytwórczy (1)
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Podsystem wytwórczy – tworzą go wszystkie elektrownie krajowe, które ogólnie dzielą się na:
• elektrownie cieplne na węgiel kamienny i inne paliwa, np. gaz ziemny,
• elektrownie cieplne na węgiel brunatny,
• elektrownie wodne (w tym szczytowo-pompowe),
• elektrownie przemysłowe,
• źródła odnawialne.
Źródło: PSE SA
-
11
Potencjał wytwórczy (2)
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Źródło: PSE SAPrzebieg zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło maksymalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia
-
12
Potencjał wytwórczy (3)
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Źródło: PSE SAPrzebieg zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło minimalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia
-
13
Bilans mocy w KSE
Pmintech
PFW
Pozeinne
PPV
Zapotrzebowanie na
moc w KSE
Produkcja mocy
w KSE
Produkcja w źródłach PV
Produkcja w źródłach
odnawialnych innych niż
FW oraz PV
Produkcja w farmach
wiatrowych
Minimalne techniczne
obciążenia źródeł innych
niż OZE
Pobc
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
14
Odnawialne Źródła Energii
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Źródło: URE
Odnawialne źródło energii – odnawialne, niekopalne
źródła energii obejmujące energię wiatru, energię promieniowania
słonecznego, energię aerotermalną, energię geotermalną, energię hydrotermalną, hydroenergię, energię fal, prądów i pływów morskich, energię otrzymywaną z biomasy, biogazu, biogazu rolniczego
oraz z biopłynów
-
15
Warunki wietrzne
4
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
6,2 29,3 59,3 60 64,9123,5 173,1
306,3451,1
724,7
1180,3
1616,4
2496,7
3390
3833,8
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Mo
c z
ain
sta
low
an
a [
MW
]
Rok
Moc zainstalowana w FW
Średniomiesięczne prędkości wiatru w Polsce
Źródło: IMGW
-
16
Generacja FW (1)
4
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Średnie wykorzystanie mocy w FW w Polsce
Wybrane przebiegi wykorzystania mocy w FW
-
17
Generacja FW (2)
4
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,0 - 0,1 0,1 - 0,2 0,2 - 0,3 0,3 - 0,4 0,4 - 0,5 0,5 - 0,6 0,6 - 0,7 0,7 - 0,8 0,8 - 0,9 0,9 - 1,0
Czę
sto
ść [
-]
Generacja FW [p.u.]
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0,0 - 0,1 0,1 - 0,2 0,2 - 0,3 0,3 - 0,4 0,4 - 0,5 0,5 - 0,6 0,6 - 0,7 0,7 - 0,8 0,8 - 0,9 0,9 - 1,0
Czę
sto
ść [
-]
Generacja FW [p.u.]
Częstość występowania stopnia wyzyskania mocy zainstalowanej w farmach wiatrowych dla okresu wiosenno-letniego (kFW = 0,4)
Częstość występowania stopnia wyzyskania mocy zainstalowanej w farmach wiatrowych dla okresu jesienno-zimowego (kFW = 0,7)
-
18
Warunki nasłonecznienia
0
100
200
300
400
500
600
po
nie
dzia
łek
wto
rek
śro
da
czw
art
ek
pią
tek
sob
ota
nie
dzie
la
Na
tężen
ie p
ro
m.
sło
neczn
eg
o[W
/m2]
Tydzień
Doba Robocza Letnia (czerwiec) Doba Świąteczna Letnia (czerwiec) Doba Robocza Zimowa (grudzień)
0
100
200
300
400
500
600
sty
czeń
luty
ma
rzec
kw
iecień
ma
j
czerw
iec
lip
iec
sierp
ień
wrz
esi
eń
paźd
zie
rnik
list
op
ad
gru
dzień
Na
tężen
ie p
ro
m.
sło
neczn
eg
o[W
/m2]
Miesiące
0
100
200
300
400
500
600
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00N
atężen
ie p
ro
m.
sło
neczn
eg
o [W
/m2]
Doba robocza letnia
0
100
200
300
400
500
6000
:00
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00N
atężen
ie p
ro
m.
sło
neczn
eg
o [W
/m2]
Doba świąteczna letnia
0
100
200
300
400
500
600
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00N
atężen
ie p
ro
m.
sło
neczn
eg
o [W
/m2]
Doba robocza zimowa
Miesięczne wielkości nasłonecznienia Tygodniowe wielkości nasłonecznienia (październik)
4
Źródło: www.mir.gov.pl
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
19
Analiza warunków nasłonecznienia (1)
19 000
20 000
21 000
22 000
23 000
24 000
25 000
sty
czeń
luty
ma
rzec
kw
iecień
ma
j
czerw
iec
lip
iec
sierp
ień
wrz
esi
eń
paźd
zie
rnik
list
op
ad
gru
dzieńZ
ap
otr
zeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]Miesiące
0
100
200
300
400
500
600
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
20 000
22 000
24 000
26 000
0:0
01
:00
2:0
03
:00
4:0
05
:00
6:0
07
:00
8:0
09
:00
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00 N
atężen
ie p
ro
m.
sło
neczn
eg
o [W
/m2]
Za
po
trzeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Doba robocza letnia
0
100
200
300
400
500
600
10 000
12 000
14 000
16 000
18 000
20 000
22 000
24 000
26 000
0:0
01
:00
2:0
03
:00
4:0
05
:00
6:0
07
:00
8:0
09
:00
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00 N
atężen
ie p
ro
m.
sło
neczn
eg
o [W
/m2]
Za
po
trzeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Doba robocza zimowa
Zapotrzebowanie maksymalne na moc w KSE a średnie nasłonecznienie
Zapotrzebowanie dobowe na moc w KSE a średnie nasłonecznienie
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
20
Analiza warunków nasłonecznienia (2)
Pasmo efektywnej generacji (>70% Fmaxi)
Zapotrzebowanie dobowe na moc w KSE a średnie nasłonecznienie (lato / zima)
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
21
Analiza pracy źródeł konwencjonalnych
Minimalny poziom generacji w źródłach konwencjonalnych uwzględnia:• jednostki wytwórcze pracujące w układzie kogeneracji
(elektrociepłownie),• jednostki wytwórcze ESP,• jednostki wytwórcze w elektrowniach kondensacyjnych, których praca
jest wymuszona przyczynami leżącymi po stronie wytwórców ,• jednostki wytwórcze w elektrowniach kondensacyjnych, których praca
jest wymuszona ze względu na bezpieczeństwo pracy sieci,• jednostki wytwórcze, których praca jest niezbędna dla utrzymania
procesów technologicznych dużych odbiorców (elektrownie przemysłowe).
Analizowany stanPmintech [MW]
2015 2020 2025
Dni robocze w okresie wiosenno-letnim (szczyt
poranny)9 099,1 10 691,0 10 839,9
Dni wolne od pracy (weekend) w okresie wiosenno-
letnim (szczyt poranny)8 468,8 9 928,1 10 080,6
Dni robocze w okresie jesienno-zimowym (szczyt
poranny)12 266,7 15 168,1 14 798,4
Dni wolne od pracy (weekend) w okresie jesienno-
zimowym (szczyt poranny)11 744,2 14 519,0 14 152,3
W okresie Świąt Wielkiej Nocy (dolina poranna) 9 495,7 11 592,8 11 740,6
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
22
Analiza (współ)pracy źródeł odnawialnych
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
Ocena generacji w źródłach PV
techobcdopOZE PPP minmin −=
OZEinneFWdopOZEPV PPPP −−=
zFWFWFW PkP ⋅=
23Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
Weryfikacja wyznaczonego bilansu (1)
24Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Przebiegi zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło maksymalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia na tle krzywej natężenia promieniowania słonecznego
-
Weryfikacja wyznaczonego bilansu (2)
25Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Przebiegi zapotrzebowania na moc w KSE w dniu, w którym wystąpiło minimalne krajowe zapotrzebowanie na moc i sposób jego pokrycia na tle krzywej natężenia promieniowania słonecznego
-
26
Wnioski
● Ocena dopuszczalnych wielkości produkcji OZE powinna być wielostronna, obejmując zarówno stronępopytową jak i podażową. Warto zauważyć, że mogą również występować takie dni, dla których wgodzinach południowych będą zachodziły jednocześnie dobre warunki wietrzności oraz dogodne warunkinasłonecznienia, szczególnie w okresie wiosenno-letnim. Godziny południowe będą w tym kontekściewnosiły znaczącą niepewność (ryzyko) co do poziomu mocy generowanej w źródłach fotowoltaicznych itym samym do sumy mocy generowanych w KSE.
● Znaczący udział źródeł PV będzie powodował zjawisko „wypierania” produkcji mocy w źródłachkonwencjonalnych, zwiększając tym samym nawet dwukrotnie zmienność obciążeń tych elektrowni wciągu doby, zmuszając do korygowania zakresu utrzymania rezerwy wtórnej i trójnej.
12 000
13 000
14 000
15 000
16 000
17 000
18 000
19 000
20 000
21 000
22 000
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00Z
ap
otr
zeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Doba robocza letnia
bez PV z PV
12 000
13 000
14 000
15 000
16 000
17 000
18 000
19 000
20 000
21 000
22 000
0:0
0
1:0
0
2:0
0
3:0
0
4:0
0
5:0
0
6:0
0
7:0
0
8:0
0
9:0
0
10
:00
11
:00
12
:00
13
:00
14
:00
15
:00
16
:00
17
:00
18
:00
19
:00
20
:00
21
:00
22
:00
23
:00Z
ap
otr
zeb
ow
an
ie w
KS
E[M
W]
Doba świąteczna letnia
bez PV z PV
Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
-
Prognoza rozwoju źródeł w KSE
27Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Źródło: PSE SA
-
Wybrane kraje europejskie (1)
28Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Sumaryczna moc zainstalowana w źródłach fotowoltaicznych na świecie, w MW
Sumaryczna moc zainstalowana w źródłach fotowoltaicznych w krajach europejskich, w MW
Źródło: EPIA
-
Wybrane kraje europejskie (2)
29Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Prognoza sumarycznej mocy zainstalowanej w źródłach fotowoltaicznych w Europie, w MW
Źródło: EPIA
-
Wybrane kraje europejskie (3)
30Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Procentowy udział źródeł odnawialnych w zużyciu energii elektrycznej przez odbiorców w Niemczech
Źródło: Fraunhofer Institute
-
Wybrane kraje europejskie (4)
31Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Moc zainstalowana w Niemczech do lipca 2014 roku, w MW
-
Wybrane kraje europejskie (5)
32Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Moc zainstalowana w Niemczech w źródłach PV
Źródło: Institute of Electrical Power Systems
-
Wybrane kraje europejskie (6)
33Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Prognoza rozwoju mocy zainstalowanej w Niemczech w źródłach wiatrowych
Źródło: Institute of Electrical Power Systems
-
Wybrane kraje europejskie (7)
34Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
Procentowy udział źródeł odnawialnych w zużyciu energii elektrycznej brutto w Niemczech – założenia celowe
Źródło: Fraunhofer Institute / BDEW
-
35Instytut Elektroenergetyki i Sterowania Układów
DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ!