ZANESLJIVOST PROIZVODNJE ELEKTRIČNE ENERGIJE Z UPOŠTEVANJEM ODPOVEDI S SKUPNIM VZROKOMBRICMAN REJC, ŽIVA (Avtor) Čepin, Marko (Mentor) dodatna rezerva močimetoda grških črkobnovljivi viri električne energijeodpovedi s skupnim vzrokompričakovano tveganje izpada napajanjazanesljivostLiberalizacija in deregulacija trga z električno energijo sta povzročili spremembo v elektrogospodarstvu, pri čemer je prišlo do ločitve monopolnega sektorja elektroenergetike na tržne in na državno regulirane dele. Liberalna in deregulirana ureditev elektrogospodarstva tako narekuje obstoj različnih podjetij za proizvodnjo, prenos in distribucijo električne energije končnim porabnikom. Tržni del sektorja zajema proizvodnjo, trženje in prodajo električne energije, državno regulirani del sektorja pa skrbi za vodenje elektroenergetskega sistema, za kar skrbijo sistemski operaterji. Ker trgi z električno energijo ne pokrivajo vseh funkcij, potrebnih za ustrezno delovanje elektroenergetskega sistema, je prišlo do uvedbe novih sistemskih storitev, kot so regulacija frekvence in napetosti v sistemu, izravnava odstopanj moči, razbremenjevanje omrežja, pokrivanje tehničnih izgub v omrežju. Za ustrezno izvajanje ter koordinacijo sistemskih storitev skrbi sistemski operater prenosnega omrežja. Cilj sistemskega operaterja prenosnega omrežja je čim večja zanesljivost elektroenergetskega sistema kot tudi čim večja zanesljivost proizvodnje električne energije. S stališča porabnikov električne energije to pomeni, da bo oskrba odjemalcev z električno energijo stalno zagotovljena s konstantno frekvenco in z določenim napetostnim profilom v omrežju, katerega velikost, odstopanja, upadi in hitre spremembe morajo biti znotraj predpisanih mej. Motnje in izpadi elementov v elektroenergetskem sistemu so lahko prehodne narave, lahko pa povzročijo razpad dela ali celotnega sistema in s tem izpad napajanja odjemalcev. Verjetnost izpada napajanja odjemalcev je mogoče zmanjšati z ustreznimi nadgradnjami in širitvami sistema, z zamenjavo ali nadgradnjo obstoječe opreme z bolj zanesljivo, s priključitvijo redundantnih elementov, z zagotavljanjem ustrezne raznolikosti elementov, z zagotavljanjem ustreznih prenosnih zmogljivosti omrežja, vendar pa izpadov ni mogoče popolnoma preprečiti. Razlogi za to so predvsem naključni značaji sistemskih napak, nepričakovane in časovno naključno razporejene visoke obremenitve v sistemu, spreminjajoča in negotova proizvodnja električne energije iz obnovljivih virov energije, zamude pri dobavi, vgradnji, zamenjavi in vzdrževanju opreme ter nepredvidljive vremenske razmere. Ena izmed karakteristik elektroenergetskega sistema je njegova nezmožnost ekonomsko učinkovitega shranjevanja električne energije. Zato morata biti za zagotavljanje zanesljive oskrbe odjemalcev v elektroenergetskem sistemu poraba in proizvodnja električne energije v vsakem trenutku uravnoteženi. Za zagotavljanje zanesljive oskrbe odjemalcev mora prav tako biti glede na napovedi porabe ter proizvodnje v vsakem trenutku na voljo zadostna rezerva moči za primarno, sekundarno in terciarno regulacijo frekvence. Ker se v sodobnih elektroenergetskih sistemih vsako leto priključuje vedno več obnovljivih virov električne energije, katerih proizvodnja je variabilna in negotova, prav tako lahko proizvodne enote, ki skrbijo za ustrezno regulacijo frekvence, izpadejo, je za zanesljivo obratovanje sistema potrebna dodatna rezerva moči ali višek razpoložljive moči v sistemu. Dodatna rezerva moči je lahko zagotovljena s turboagregati (npr. s plinskimi agregati ali s hidroagregati), ki niso namenjeni pokrivanju porabe v sistemu temveč služijo zgolj za rezervo, z zaviranimi vetrnimi elektrarnami, z baterijami in s shranjevalniki energije, s črpalnimi hidro elektrarnami, lahko pa jo uvozimo iz tujine. Nekateri sistemski operaterji predlagajo, da je za vsak MW proizvedene moči iz obnovljivih virov v sistemu razpoložljiv MW rezervne moči. Dimenzioniranje takšnih elektroenergetskih sistemov je lahko stroškovno potratno, saj lahko stroški zagotavljanja visokega nivoja zanesljivosti hitro presežejo stroške pokrivanja razpadov elektroenergetskih sistemov. Kot kriterij za določanje dodatne rezerve moči v elektroenergetskem sistemu pa lahko uporabimo tudi rezultate analiz zanesljivosti. V doktorski disertaciji smo se osredotočili na razvoj metode za določanje dodatne rezerve moči, ki je namenjena zagotavljanju zanesljive proizvodnje električne energije. Metoda temelji na rezultatih analiz zanesljivosti, pri čemer je upoštevana spremenljiva ter negotova proizvodnja iz obnovljivih virov električne energije. Metoda prav tako upošteva hkratne odpovedi proizvodnih enot zaradi skupnih vzrokov, kot so npr. ekstremne vremenske razmere. V prvem delu doktorske disertacije smo podali pregled ožjega znanstvenega področja disertacije: teorija verjetnosti in zanesljivosti, analize zanesljivosti proizvodnje električne energije, kratkoročne napovedi porabe in proizvodnje obnovljivih virov električne energije, zagotavljanje ustrezne rezerve moči v elektroenergetskem sistemu ter verjetnostne varnostne analize, v sklopu katerih so predstavljene odpovedi s skupnim vzrokom. Opisana znanstvena področja so podlaga za delo na področju zanesljivosti proizvodnje električne energije. V drugem delu disertacije smo predstavili novo metodo za zagotavljanje zanesljive proizvodnje električne energije. Nova metoda temelji na že uveljavljeni metodi za ocenjevanje zanesljivosti proizvodnje električne energije, to je pričakovano tveganje izpada napajanja (LOLE-Loss of Load Expectation). Najprej so v definicijo indeksa LOLE vpeljane odpovedi s skupnim vzrokom agregatov z uporabo metode beta faktorja, z uporabo metode grških črk ter z uporabo nadgrajene metode grških črk. Predstavljena je tudi nadgrajena metoda grških črk, s katero lahko natančneje definiramo izpade agregatov, saj lahko pri enem agregatu upoštevamo več izvornih vzrokov in povezovalnih mehanizmov, zaradi katerih lahko odpove skupaj z drugimi agregati, kar do sedaj ni bilo mogoče. Nato je definicija indeksa LOLE nadgrajena z vpeljavo obnovljivih virov električne energije, kjer je upoštevana tako spremenljiva in negotova proizvodnja iz obnovljivih virov, kot tudi njihove naključne odpovedi zaradi mehanskih napak in okvar opreme. Nadgrajen indeks LOLE je nato uporabljen za ovrednotenje zanesljivosti proizvodnje v vsaki uri prihodnjega dne, saj so kratkoročne napovedi proizvodnje iz obnovljivih virov najbolj natančne le za nekaj ur ali dan vnaprej. Dobljene urne vrednosti indeksa LOLE se nato uporabijo za določanje nivoja dodatne rezerve moči v sistemu tako, da se zadosti kriterijem zanesljivosti glede na predvideno negotovo proizvodnjo iz obnovljivih virov ter glede na predvideno porabo v sistemu v vsaki uri. V tretjem delu doktorske disertacije smo podali rezultate uporabe nove metode. Metoda je preizkušena na standardnem elektroenergetskem sistemu, t.j. poenostavljenem 39 zbiralčnem sistemu Nove Anglije, ter na realnem elektroenergetskem sistemu, t.j. sistemu Republike Slovenije. Rezultati analiz kažejo, da večja kot je vrednost predvidene porabe zmanjšane glede na predvideno proizvodnjo iz obnovljivih virov električne energije, manj zanesljiva je proizvodnja električne energije. Tako je zanesljivost proizvodnje v vsaki uri odvisna od predvidene porabe znotraj ure ter od predvidene injicirane moči iz obnovljivih virov. Velik vpliv na zanesljivost proizvodnje ima tudi negotovost proizvodnje iz obnovljivih virov. Večja kot je lahko napaka napovedi proizvodnje iz obnovljivih virov, višji je indeks LOLE, ter večji delež instalirane moči v sistemu kot predstavljajo obnovljivi viri, večji vpliv ima negotovost njihove proizvodnje na zanesljivost. Vpliv negotovosti proizvodnje obnovljivih virov kaže na problem vključevanja obnovljivih virov v elektroenergetski sistem z vidika zanesljivosti proizvodnje. Zaradi negotove proizvodnje obnovljivih virov je težko natančno določiti zanesljivost proizvodnje opazovanega sistema, kar ima lahko posledično velik vpliv na določanje ustreznega nivoja dodatne rezerve moči v sistemu za zagotavljanje zanesljivega obratovanja sistema. Rezultati analiz prav tako potrjujejo, da imajo odpovedi s skupnim vzrokom agregatov velik prispevek k tveganju izpada napajanja. Če predpostavimo, da lahko dva ali več agregatov odpove hkrati zaradi skupnega vzroka, se ocenjena zanesljivost proizvodnje zmanjša in posledično je potrebne več dodatne rezerve moči za doseganje želenega nivoja zanesljivosti. Več kot je agregatov, ki lahko odpovejo zaradi skupnega vzroka, večja kot je njihova instalirana moč, višja kot je njihova nerazpoložljivost ter večji delež vseh odpovedi agregatov kot predstavljajo odpovedi s skupnim vzrokom, nižja je zanesljivost proizvodnje. Posledično je predlagane več rezervne moči v sistemu za doseganje želenega nivoja zanesljivosti. Iz tega je razvidno, da ima upoštevanje odpovedi s skupnim vzrokom velik vpliv na zanesljivost ter na nivo dodatne rezerve moči v sistemu. Če so odpovedi s skupnim vzrokom upoštevane z novo metodo grških črk, se lahko izpadi agregatov še natančneje definirajo in s tem se omogoči podrobnejši vpogled v analize zanesljivosti proizvodnje električne energije. Z uporabo predstavljene metode se lahko zagotovi kratkoročno zanesljivo oskrbo odjemalcev električne energije v sodobnih elektroenergetskih sistemih, kjer se priključuje vedno več obnovljivih virov električne energije. Prav tako se v analizah upošteva vpliv hkratnih odpovedi agregatov zaradi skupnih vzrokov, kot je npr. udar strele, pri čemer se lahko identificira ter odpravi morebitne kritične odpovedi agregatov, s čimer se zagotovi še višjo zanesljivost proizvodnje. Nova metoda predstavlja izvirni prispevek doktorske disertacije, saj združuje vpliv spremenljive in negotove proizvodnje iz obnovljivih virov električne energije ter vpliv odpovedi s skupnim vzrokom proizvodnih enot na nivo dodatne rezerve moči v sistemu, ki je potreben za doseganje želene zanesljivosti proizvodnje, kar do sedaj še ni bilo narejeno.20152015-11-02 13:18:08Doktorsko delo/naloga73272VisID: 31501COBISS_ID: 11080532sl