© IEn Gdańsk 2011 Wpływ dużej generacji wiatrowej w Niemczech na pracę PSE Zachód Robert Jankowski Andrzej Kąkol Bogdan Sobczak Instytut Energetyki Oddział Gdańsk Gdańsk

/0 © IEN Gdańsk Plan prezentacji  Praca równoległa systemów elektroenergetycznych, rynek energii elektrycznej, przepływy kołowe  Generacja wiatrowa w Niemczech.  Wpływ generacji wiatrowej w Niemczech na pracę KSE  Wpływ generacji wiatrowej w Niemczech na pracę El. Dolna Odra. (praca wykonana w IEn w 2010)  Wyniki analiz systemowych wykonanych przy wykorzystaniu programu PSLF  Wyniki analiz szybkich zjawisk wykonanych przy wykorzystaniu programu PSCAD

/0 © IEN Gdańsk Praca równoległa systemów, rynek energii elektrycznej, przepływy kołowe (1) Synchroniczne systemy w Europie

/0 © IEN Gdańsk Równoległa praca systemów, rynek energii elektrycznej, przepływy kołowe (2) Generacja + Import = Odbiór + Eksport + Straty  Równoległe pracujące systemy poszczególnych krajów są połączone liniami AC – tzw. liniami wymiany  Bilans mocy systemu  Z bilansów mocy poszczególnych systemów krajowych wynikają planowane przepływy w liniach wymiany  Rzeczywiste (fizyczne) przepływy różnią się od przepływów planowanych – naturalna cecha sieci elektrycznej i koszt pracy synchronicznej  Różnice rosną gdy zwiększa się wymiana między poszczególnymi systemami krajowymi (rozwój rynku energii)

/0 © IEN Gdańsk Równoległa praca systemów, rynek energii elektrycznej, przepływy kołowe (2a) System A MW System B 0 MW System C MW Przepływ 800 MW Przepływ 200 MW

/0 © IEN Gdańsk Równoległa praca systemów, rynek energii elektrycznej, przepływy kołowe (3)  Przepływy kołowe to przepływy mocy przez systemy krajów nie biorących udziału w planowanej wymianie mocy. Wyniki analizy rozpływowej z projektu EWIS dla roku 2015

/0 © IEN Gdańsk Równoległa praca systemów, rynek energii elektrycznej, przepływy kołowe (4)  Rozwój generacji wiatrowej powoduje generalnie wzrost przepływów kołowych.Przyczyny to: lokalizacja generacji wiatrowej względem odbiorów oraz duża moc zainstalowana i sporadyczne stany dużej produkcji.  Przepływy kołowe powodują następujące dobrze znane problemy:  Wzrost strat przesyłowych  Ograniczenie zdolności przesyłowych w szczególności na liniach wymiany ze względu wstępne znaczne obciążenie linii  Zwiększona możliwość wystąpienia przeciążeń sieci  Wzrost zapotrzebowania na moc bierną

/0 © IEN Gdańsk Generacja wiatrowa w Niemczech obecnie < 30,000 MW

/0 © IEN Gdańsk Generacja wiatrowa w Niemczech wymusza przepływy przez KSE (1) Do KSE, do stacji Krajnik i Mikułowa, przy dużej generacji wiatrowej w Niemczech dopływać może > 1500 MW

/0 © IEN Gdańsk Generacja wiatrowa w Niemczech wymusza przepływy przez KSE (2)  Ekspertyzy przyłączeniowe dla farm wiatrowych w Zachodniopomorskim i studia rozwoju energetyki wiatrowej pokazały zagrożenia wynikające z wymuszonego przepływu Vierraden-Krajnik  Środki dla „obrony” mało skuteczne i kosztowne (np. zwiększenie generacji w EDO) lub ryzykowne (wyłączenia linii).  Pewne efekty daje obecnie wykorzystywane wymuszenie przepływu kołowego z wykorzystaniem łącza prądu stałego SwePol co powoduje odciążenie linii Krajnik-Vierraden (wspólpraca 4-ch operatorów)  Wzrost generacji wiatrowej w Niemczech (offshore na Bałtyku!) spowoduje wzrost zagrożeń  W linii Krajnik – Vierraden będą instalowane przesuwniki fazowe

/0 © IEN Gdańsk Wyniki z projektu EWIS dla Ponad 40,000 MW generacji wiatrowej w Niemczech 2000 MW 1500 MW 1200 MW >120 % >100 % >95 % ref. to 10°C 1500 MW 600 MW

/0 © IEN Gdańsk Inne problemy powodowane przez przepływy wymuszone generacją wiatrową w Niemczech  Praca wykonana dla PSE-Operator w 2010 – analiza wpływu dużych przepływów na dynamikę Elektrowni Dolna Odra  Analizy z wykorzystaniem programów do analiz systemowych i programu PSCAD 200MW G Krajnik 220kV Vierraden 220kV G 1100 MW

/0 © IEN Gdańsk Analiza systemowa  Dla celów pracy konieczne było opracowanie modeli rozpływowych i dynamiczne KSE oraz systemów sąsiadujących, które umożliwiają analizę takich zjawisk w KSE, dla których znaczenie ma dynamika systemów ościennych.  Zidentyfikowano większość generacji zagranicznych w systemach Niemiec, Czech, Słowacji, Węgier i Austrii z dokładnością do pojedynczych bloków.  Dla zidentyfikowanych bloków opracowano modele dynamiczne PSLF odpowiadające modelom źródłowym uzyskanym przez PSE Operator w trakcie projektów UPS/IPS oraz EWIS.  Model dynamiczny KSE opracowany w ramach pracy wykorzystuje w znacznym stopniu dane dostarczone przez elektrownie w tzw. formularzach inwentaryzacyjnych. Oznacza to znaczącą poprawę dokładności modelowania KSE

/0 © IEN Gdańsk Wyniki analiz systemowych  Symulacje programem PSLF pokazały, że przy dużym przesyle z Niemiec wyłączenie obydwu torów linii Krajnik – Vierraden stanowi poważne zakłócenie dla KSE i SEE Niemiec.  W węźle 220 kV Krajnik następuje znaczny wzrost napięcia i dochodzi do dużych oscylacji (powyżej 100 MW) mocy generatorów EDO pracujących na rozdzielnię 220kV. linii Krajnik – Vierraden.  Jednocześnie stwierdzono, że sama wartość przesyłu nie ma znaczącego wpływu na stabilność EDO (krytyczny czas zwarcia, tłumienie oscylacji pozakłoceniowych).

/0 © IEN Gdańsk Analiza systemowa – symulacje sekwencji przełączeniowej dla przesyłu 300 MW Moc czynna generatorów EDO

/0 © IEN Gdańsk Analiza systemowa – symulacje sekwencji przełączeniowej dla przesyłu 1100 MW Moc czynna generatorów EDO

/0 © IEN Gdańsk Analiza systemowa – symulacje sekwencji przełączeniowej dla przesyłu 1100 MW Napięcia w Krajniku i Vierraden

/0 © IEN Gdańsk Analiza systemowa – symulacje sekwencji przełączeniowej dla przesyłu 1100 MW Moce bierne generatorów w El. Turów

/0 © IEN Gdańsk Wnioski  Stwierdzone zagrożenia dla EDO oraz węzła Krajnik, jak również możliwość poważnych zagrożeń dla systemu 50 Hertz po wyłączeniu drugiego toru linii Krajnik- Vierraden pokazują, że przepływ linią Vierraden-Krajnik powinien być w zasadzie ograniczony do wartości, która w razie utraty jednego toru nie spowoduje konieczności wyłączenia drugiego toru.  Większe przesyły mogą mieć miejsce tylko wówczas, gdy będzie istniała możliwość odpowiednio szybkiego zmniejszenia przepływu z Niemiec co można uzyskać tylko po stronie systemu 50 Hertz.