Σχεδιασμός και λειτουργία συστημάτων για μεγάλη διείσδυση ΑΠΕ: Το παράδειγμα του Ελληνικού Διασυνδεδεμένου Συστήματος Κ. Βουρνάς Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ. & Μηχ. Υπολογιστών Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Σύνοψη Μελέτες Ορίων Αιολικής Διείσδυσης (2007) Εργαστήριο ΣΗΕ ΕΜΠ: Ε. Διαλυνάς, Ν.Χατζηαργυρίου, Σ. Παπαθανασίου, Κ. Βουρνάς Προσομοίωση λειτουργίας ημερήσιου προγραμματισμού Μεταβατική Συμπεριφορά σε β/κ Απώλεια Α/Π – Επιπτώσεις Αδιάλειπτη Λειτουργία υπό Χαμηλή Τάση Ανάλυση Ευστάθειας Ταλαντώσεων Συμπεράσματα – Προοπτικές

Είδη Ανεμογεννητριών Γεννήτριες Επαγωγής Κλωβού (τύπου Α) «Σταθερών» στροφών Χωρίς έλεγχο πτερυγίων Με μεταβλητή αντίσταση (τύπου Β) Ασύγχρονες Γεννήτριες Διπλής Τροφοδότησης (τύπου Γ) Μεταβλητών στροφών Έλεγχος τάσεως/αέργων, ενεργού ισχύος, γωνίας πτερυγίων Ανεμογεννήτριες πλήρους μετατροπέα (τύπου Δ) Μεταβλητών στροφών χωρίς κιβώτιο μετάδοσης Σύγχρονες γεννήτριες τυλιγμένου δρομέα ή μόνιμου μαγνήτη

Προβλήματα που θέτουν όρια στην αιολική διείσδυση Ημερήσια λειτουργία και λειτουργία αγοράς Τεχνικά Ελάχιστα θερμικών μονάδων Δυνατότητα εντολής περιορισμού αιολικής παραγωγής Αλλαγή συνθηκών για επενδύσεις σε συμβατικές μονάδες Ευστάθεια Τάσεως Γεννήτριες Επαγωγής χωρίς γρήγορη αντιστάθμιση Ευστάθεια Συχνότητας Απώλεια Αιολικής Παραγωγής από κοινή αιτία (β/κ) Ανάγκη Αδιάλειπτης Λειτουργίας υπό χαμηλή τάση (ΑΛΧΤ) Ευστάθεια ταλαντώσεων Χρήση σταθεροποιητών ταλαντώσεων ισχύος

Επιπτώσεις στην ημερήσια λειτουργία Προσομοίωση σεναρίων 3000-5500 MW (εγκατ.) Παραδοχές 5 μονάδων ΣΚ (2012) Εγκατάσταση μονάδων (αεριοστροβίλων) 750 MW για την κάλυψη φορτίου Μέσος αριθμός σβέσεων ανά μονάδα ΣΚ: 32 έως 36 ανά έτος (Άνιση κατανομή) Ισοδύναμη διάρκεια λειτουργίας μονάδων ΣΚ μειώνεται μέχρι τις 4642 ώρες/έτος Βιωσιμότητα επενδύσεων (;)

Σημεία λειτουργίας που εξετάστηκαν ως προς την ευστάθεια Εγκατεστημένα περίπου 3000 MW από ΑΠΕ Παραγωγή από ΑΠΕ: 2708 MW Αιολικά: 2545 MW Άλλες ΑΠΕ: 163 MW Μέγιστο φορτίο 2012 (12.600 ΜW) Διείσδυση ΑΠΕ ~21% Σενάριο χαμηλού φορτίου (~5.500 MW) Παραγωγή ΑΠΕ  Συμβατικών Διείσδυση 49%

Συμπεριφορά σε β/κ Εξετάστηκαν 11 σοβαρές διαταραχές β/κ με εκκαθάριση (άνοιγμα γραμμής) σε 120 ms Συνήθη σφάλματα (δεν μπορούν να αποκλειστούν) Χωρίς υποχρέωση αδιάλειπτης παροχής: Απώλεια μέχρι 1500 MW (μέγιστο φορτίο) Απώλεια μέχρι 2300 MW (χαμηλό φορτίο) Συνέπειες: άνοιγμα διασυνδέσεων αποκοπές φορτίου λόγω υποσυχνότητας πιθανό μπλακάουτ Αδιάλειπτη παροχή υπό χαμηλή τάση απαραίτητη

Συμβολή στην ευστάθεια τάσεως Γεννήτριες Επαγωγής κλωβού εμφανίζουν ασταθή συμπεριφορά σε μεγάλα β/κ Απώλεια σημείου ισορροπίας και υπερεπιτάχυνση Μπορούν να οδηγήσουν σε διαδοχική απώλεια γειτονικών μονάδων Αποκόπτονται λόγω υπερτάχυνσης ή χαμηλής τάσεως Η παραμονή σε λειτουργία υπό χαμηλή τάση δεν είναι απαραίτητη Λόγω μικρής συμμετοχής στη διείσδυση (κυρίως παλιότερες μονάδες) Μέγιστη αποκοπή 200 ΜW από κοινή αιτία

Συμβολή στην ευστάθεια ταλαντώσεων ισχύος Γενικά θετική συμβολή στην απόσβεση Ασαφής η συμπεριφορά ΑΓΔΤ όταν γίνεται ρύθμιση τάσεως Πρέπει να εξετάζεται η δυναμική συμπεριφορά σε συνεννόηση με κατασκευαστές και παραγωγούς Σχετικά μεγάλη ευαισθησία της συχνότητας ταλαντώσεων Κυρίως στους διασυνοριακούς ρυθμούς (0.2 με 0.6 Hz) Σκόπιμη η εγκατάσταση σταθεροποιητών σε συμβατικές μονάδες

Προϋποθέσεις για μεγάλη διείσδυση Για να μπορεί να απορροφηθεί ασφαλώς ταυτόχρονη παραγωγή 3.000 MW από ΑΠΕ απαιτείται: Αδιάλειπτη λειτουργία υπό χαμηλή τάση (LVRT) Δυνατότητα περιορισμού της παραγωγής Α/Π για την αντιμετώπιση ημερήσιας λειτουργίας (dispatchability) από το ΚΕΕ του ΔΕΣΜΗΕ Ν-1 ασφάλεια παροχής για Α/Π πάνω από 90-100 MW Εγκατάσταση μονάδων (αεριοστροβίλων) 750 MW για την κάλυψη αιχμών φορτίου

Αδιάλειπτη λειτουργία υπό ΧΤ Τουλάχιστον 150 ms για τάση πάνω από 15% Τεχνολογία ώριμη και γενικά διαθέσιμη Α/Γ τύπων Γ και Δ

Ανάγκη Περιορισμού Αιολικής Παραγωγής Θέσπιση ανώτατου ορίου παραγωγής (setpoint) με εντολή ΚΕΕ Λόγω ανελαστικών περιορισμών (τεχνικών ελαχίστων) των συμβατικών σταθμών που απαιτούνται για την αντιμετώπιση αιχμής Μικρή επίπτωση στη μη απορροφούμενη ενέργεια από Α/Π (για το Ελληνικό Σύστημα) κάτω από 4,5% μέχρι 5500 MW εγκατεστημένα ΑΠΕ Ανάγκη δημιουργίας υποδομής Βραχυπρόθεσμη πρόβλεψη αιολικής παραγωγής ιδιαίτερα χρήσιμη

Όρια αιολικής διείσδυσης Ταυτόχρονη παραγωγή πάνω από 2460 ΜW από Α/Π πιθανότητα αρκετά μικρή κάτω από 0.4% μέχρι εγκατεστημένη ισχύ 5000 MW δεσμευμένη πιθανότητα στο ελάχιστο φορτίο μικρότερη από 0,012% μέχρι διείσδυση 5500 MW Λόγω περιορισμών απορρόφησης Τα παραπάνω συμπεράσματα ισχύουν καταρχήν για εγκατάσταση Α/Π μέχρι 5500 MW Μπορεί να εξαρτώνται από γεωγραφική κατανομή Πάντα υπό τις αναφερθείσες προϋποθέσεις!

Συμπέρασμα Οι άδειες ΑΠΕ (μέχρι 2007) μπορούν να υλοποιηθούν στο Ελληνικό Σύστημα Υπό τις παραπάνω προϋποθέσεις! Δεν υπάρχουν επαρκή δεδομένα για να οριστεί ένα απόλυτο όριο διείσδυσης στην παρούσα φάση (π.χ. 6000 ή 8000 MW) Επικαιροποίηση με νέα στοιχεία Σταδιακή αύξηση των επιπέδων διείσδυσης και αναθεώρηση μελετών σε ετήσια βάση ή κάθε 1000 ΜW εγκατεστημένων ΑΠΕ

Προοπτικές Στα τεχνικά προβλήματα υπάρχουν λύσεις Τα όρια διείσδυσης εξαρτώνται κυρίως από: λειτουργία ημερήσιου προγραμματισμού βιωσιμότητα επενδύσεων Εναλλακτική επιλογή χωρίς συμβατικές μονάδες Αποθήκευση, διακοπτόμενα φορτία, άλλες λύσεις; Πρόβλεψη αιολικής παραγωγής μπορεί να συμβάλει στην αύξηση ορίων Ανάγκη για βελτίωση υποδομής και απόκτηση εμπειρίας με μεγάλη διείσδυση