Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroenergetiky Prezentácia na konfere

1. Technická univerzita v Košiciach Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra elektroenergetiky Prezentácia na konferenciu „Veterná energia – nová výzva pre Slovensko“ Vplyv prevádzky veterných elektrární na elektrizačnú sústavu Jozef Rusnák Bratislava, máj 2006

2. Obsah prezentácie • História veterných mlynov a elektrární • Problémy prevádzky veterných elektrární (VTE) 3. Vplyv VTE na DS, určovanie spätných vplyvov, požiadavky na VTE 4. Vplyv VTE na PS, požiadavky na VTE 5. Prehľad legislatívy na podporu OZE v SR a VTE v SR 6. Záver

3. História veterných elektrární • - Prvé veterné mlyny – viac ako 700 rokov pred n.l. na území dnešného Afganistanu - na • mletie múky a na zavlažovanie polí • Prvý mlyn prevádzkujúci organ(hudobný nástroj)– prvé storočie n.l. v Alexandrii (Egypt) • - Prvý európský veterný mlyn– r. 833 v Anglicku • - Prvý veterný mlyn v Čechách – r. 1277 v záhrade Strahovského kláštora v Prahe • Prvé elektrické generátory poháňané vetrom – 1888 - Charles F. Brush, Ohio • 1891 - Poul la Cour, Dánsko - Rok 1926 – v Československu bolo 90 veterných mlynov - V Čechách a na Slovensku historicky vždy oveľa menej mlynov ako v Holandsku, Dánsku… - Po 2. sv. vojne - trvalé pokusy o využitie vetra pre výrobu elektriny – individuálne, amatérske - 90. roky min. st. - rozvoj nových technológií a rozvoj priemyselne založenej veternej energetiky - Prelom storočia - masový rozvoj veternej energetiky v záp. Európe v nadväznosti na politickú podporu OZE - Súčasnosť - rozšírovanie VTE vo svete, v EÚ do strednej a východnej Európy

4. rok 1891 Prvá Dánska veterná turbína na výrobu el. en. 1. storočie n.l. Vetrom poháňaný organ Alexandria, Egypt rok 1888 The Giant Brush Windmill in Cleveland, Ohio (12 kW, 16 m) Enercon E-112 (6 MW, 114 m) Repower 5M (5 MW, 126 m) Prierez veterným agregátom VESTAS V47-660 (0,66 MW, 47 m)

5. Vývoj veterných turbín v Nemecku Počet vet. turbín k 30.6.2006: 185 054, s inštalovaným výkonom 19 300 MW.

6. Problémy prevádzky VTE Slabé stránky Silné stránky Nízke využitie inštalovaného výkonu Nízka stabilita výkonu, predikcia výroby Problémy s námrazou Náročnosť na výber lokality Vizuálna zmena prostredia Dostatočný technický potenciál Nízke prevádzkové náklady Minimálne dopady na ŽP Ohrozenia Príležitosti Znižovanie cien veterných turbín Rýchla inštalácia VTE Vznik pracovných príležitostí počas výstavby Fluktuácie v ES Nedostatok prenosových kapacít vedení

7. Problémy prevádzky VTE Nízke využitie inštalovaného výkonu Smerová a rýchlostná variabilitaprúdenia vetra – relatívne nízke ročné využitie inštalovaného výkonu. Priemerné mesačné využitie inštalovaného výkonu VTE v Nemecku určené inštitútom ISET (Institut für Solare Energieversorgungstechnik e.V.) v rámci programu WMEP Scientific Measurement and Evaluation Programme

8. Problémy prevádzky VTE Problémy s predikciou výroby elektriny z VTE Kľúčový faktorv presnosti predikcie - presnosť meteorologických predpovedí. The Wind Power Management System (WPMS) – predikčný model aplikovanýv Nemecku poskytuje krátkodobú predikciu od 1 hod. do 72 hodín pre VTE, regióny, regulačné oblasti. Čoskoro bude používaný vo všetkých 4 regulačných oblastiach v Nemecku (E.ON-Netz, RWETransportnetz-Strom, Vattenfall-Europe-Transmission, EnBW-Transportnetze-AG). Model sa neustále vylepšuje. Chyba predikcie pre regulačné oblasti (zdroj ISET): 4 hodiny vopred: 5% z vyrábaného výkonu 14-18 hodín vopred: 6% z vyrábaného výkonu Zdroj: Wind Report 2005, E-ON Netz

9. Problémy prevádzky VTE Problémy s námrazou v zimnom období Od roku 1990 sa v Nemecku v rámci programu WMEP analyzovalo cca 61 000 správ o údržbe a opravách VTE. Z analýzy vyplýva, že námrazu ako príčinu odstavenia VTE udáva cca 1,6 %správ (960), čo predstavovalo v celkovejdobe odstavenia VTE následkom údržby alebo poruchy cca 3,3 % podiel. Väčšina (86%) správ o odstavení následkom námrazy sa týkalo VTE inštalovaných v horách. Vo väčšine prípadov (89%) námraza viedla k odstaveniu VTE. Zdroj: A Statistical evaluation of icing failures in Germanys "250 MW WIND“ wind programme, 2005 • Možné riešenia: • - Meranie teploty a automatické vypnutie pri poklese pod stanovenú teplotu. • Použitie špeciálnych náterov. • Použitie vyhrievacieho zariadenia.

10. Vplyv VTE na DS, požiadavky na VTE, určovanie spätných vplyvov • Spätné vplyvy výrobní elektrickej energie na napájaciu sieť: • vzájomné ovplyvňovanie prevádzkových prostriedkov cez sieť, • ovplyvňovanie samotnej siete od týchto prevádzkových prostriedkov. • Možné prejavy spätných vplyvov: • preťažovanie vedení v dôsledku zmeny tokov energie, • ovplyvňovanie strát v sieťach, • - zmena napätia v sieti, • kolísanie svetelného toku svetelných spotrebičov (žiaroviek), • ovplyvnenie zariadení diaľkovej signalizácie a ovládania (nesprávna činnosť • prijímačov HDO), ochranných a meracích zariadení, • - prídavné oteplenie kondenzátorov, motorov, transformátorov Posúdenie vplyvov je predmetom pri posudzovaní pripojiteľnosti VTE k distribučnej sústave. Výnos Úradu pre reguláciu sieťových odvetví z 21. júna 2006 č.2/2006, Príloha č. 2 Elektroenergetické zariadenie účastníka trhu s elektrinou je možné pripojiť do distribučnej sústavy po splnení technických podmienok prevádzkovateľa distribučnej sústavy tak, aby bola zachovaná bezpečnosť, spoľahlivosť a stabilita prevádzky distribučnej sústavy.

11. Vplyv VTE na DS, požiadavky na VTE, určovanie spätných vplyvov Posudzovanie pripojiteľnosti elektrární do sústavy Posúdenie žiadosti o pripojenie prevádzkovateľom sústavy z pohľadu najmenej priaznivého prevádzkového stavu s dôrazom na zabezpečenie spoľahlivosti dodávky elektriny a kvality elektriny. • Pred pripojením VTE do DS vn sa posudzuje (podľa kódexu DS ČR): • Zvýšenie napätia vyvolané prevádzkou VTE • Zmena napätia v prípojnom uzle vyvolaná manipuláciami (spínaním generátorov) • Flicker (jav spôsobený kolísaním napätia – zrakové pozorovanie zmeny svet. toku žiaroviek) • Prúdy vyšších harmonických • Spätné vplyvy na signál hromadného diaľkového ovládania (HDO)

12. Vplyv VTE na PS, požiadavky na VTE Vplyv VTE na PS sa vyskytuje v prípade väčšej koncentrácie VTE v sústave. V ES SR sa od slovenských VTE v súčasnostineprejavuje. • Vplyv na reguláciu činného výkonu v ES • Dodávka z VTE je nestabilná a závislá na poveternostných podmienkach. • Dodávaný výkon je úmerný 3. mocnine rýchlosti vetra. • Zvyšovanie požiadaviek na veľkosť regulačného výkonu potrebného na vyrovnávanie zmien výkonov VTE. • Vplyv na prenosy elektriny • V prípade rovnomerného silného prúdenia vetra v danej oblasti dochádza k zvýšeniu prenosov výkonov, čo • vedie k zväčšeniu kruhových tokov v UCTE a môže viesť k preťažovaniu vedení. • Požiadavky na posilňovanie prenosových vedení v priamej väzbe na výrobu z VTE. • Použitie špecializovaných regulačných prostriedkov –PST, HVDC, FACTS.

13. Vplyv VTE na PS, požiadavky na VTE Prevádzka VTE pri blízkych skratoch v PS Pokles napätia v prípojnom uzle =>nebezpečie plošných výpadkov VTE pripojených do PS => vplyv na odchýľku regulačnej oblasti => Základné požiadavky na prevádzku VTE pri poruchách (skratoch) v sústave vychádzajú z koncepcie: - čo najmenší počet odstavených VTE v dôsledku porúch v ES, - čo najrýchlejšia obnova dodávky z VTE po skratoch v ES, -obmedzenie spotreby jalového výkonu pri a po poruche z dôvodu podpory obnovy napätia. Dopad na stabilitu ES Veľké veterné parky veľkosti stoviek MW môžu mať vplyv na stabilitu chodu ES v prípade porúch a nárazových vetrov (oscilácie činného výkonu).

14. Vplyv VTE na PS, požiadavky na VTE Ďalšie hlavné požiadavky na prevádzku VTE pripojených do PS: -Požiadavky na prevádzku VTE z hľadiska zmeny frekvencie v sústave Pri kolísaní frekvencie je dôležité, aby v stanovenom rozsahu frekvencie zostali VTE v prevádzke a pomáhali vyrovnávať bilanciu výkonov. - Požiadavky na reguláciu dodávaného výkonu z VTE Obmedzenie maximálneho nárastu dodávaného činného výkonu veterného parku (strmosť dP/dt) – obvykle 2MW/min. Dispečing prenosovej sústavy má právo obmedziť aktuálny dodávaný výkon VTE. • - Požiadavky na prevádzku VTE z hľadiska napätia v prípojnom mieste • Možnosť prevádzky v prebudenom aj v podbudenom stave • Možnosť diaľkovo ovládať VTE z hľadiska U/Q v prípojnom mieste

15. Prehľad legislatívy na podporu OZE v SR a VTE v SR Národná stratégia trvalo udržateľného rozvoja (prijatá vládou SR dňa 10. 10. 2001) Jeden zo strategických cieľov TUR SR: „Zníženie podielu využívania neobnoviteľných prírodných zdrojov pri racionálnom využívaní obnoviteľných zdrojov.” Zákon č. 656/2004 Z.z. o energetike a o zmene niektorých zákonov • Povolenie na podnikanie v energetike sa nevyžaduje na výrobu elektriny vyrobenej z obnoviteľných zdrojov • výrobným zariadením s celkovým inštalovaným výkonom do 5 MW. • Ministerstvo môže vo všeobecnom hospodárskom záujme uložiť povinnosť • - výrobcovi elektriny, • - prevádzkovateľovi sústavy a siete, • - dodávateľovi elektriny a plynu a prevádzkovateľovi zásobníka • zabezpečiť prednostný prístup, pripojenie, prenos, distribúciu a dodávku elektriny • vyrobenej z OZE. Nariadenie vlády Slovenskej republikyz 30. marca 2005, ktorým sa ustanovujú pravidlá pre fungovanie trhu s elektrinou Prevádzkovatelia sústav na pokrytie strát pri prenose elektriny a distribúcii elektriny nakupujú prednostne elektrinu vyrobenú z obnoviteľných zdrojov energie, z výrobných zariadení kombinovanej výroby, z domáceho uhlia. Úrad pre reguláciu sieťových odvetví (ÚRSO) – Výnos č. 2/2006 – príloha č. 1 výkupné ceny elektrickej energie z OZE Cena elektriny z OZE na rok 2007 sa určuje ako pevná cena s predpokladanou dobou návratnosti investície 12 rokov.

16. Návrh energetickej politiky SR (schválený uznesením Vlády SR č. 29/2007 z 11.1.2007) Jednou zo základných priorít je zvyšovanie podieluOZE na výrobe elektriny a tepla s cieľom vytvoriť primerané doplnkové zdroje potrebné na krytie domáceho dopytu. OZE: Predpoklad postupného zvyšovania podielu. Ropa: 2% domáca ťažba JE: Viac ako 50% podiel na výrobe elektriny Zemný plyn: 3% domáca ťažba Predpoklad: mierny nárast spotreby Uhlie: 79% spotreby hnedého uhlia tvorí domáce uhlie Predpoklad: postupný pokles ťažby Uznesenie vlády SR č. 29/2006 k návrhu Energetickej politiky SR ukladá za povinnosť vypracovať Stratégiu vyššieho využitia OZE v SR.

17. Stratégia vyššieho využitia obnoviteľných zdrojov energie v SR Využiteľný potenciál výroby elektriny z OZE bez VVE (Návrh energetickej politiky SR): 5 TWh Výroba elektriny z OZE v roku 2005: 0,267 TWh Ciele pre elektrickú energiu (bez veľkých vodných elektrární): Cieľ do roku 2010 – strednodobý cieľ 4% z celkovej spotreby elektriny v roku 2010 (31 TWh):1,24 TWh Cieľ do roku 2015– strategický cieľ 7% z celkovej spotreby elektriny v roku 2015 (32, 9 TWh):2,3 TWh

18. Využiteľný potenciál pre výrobu elektriny (Návrh energetickej politiky SR) Výroba 2010 Výroba 2015 Výroba 2005 potenciál veternej energie bol určený v roku 2002

19. Prehľad legislatívy na podporu OZE v SR a VTE v SR Rozloženie veternej energie (priemerný merný výkon) na území Slovenska (z meraní v rokoch 1961 – 1980 na 51 pozorovacích staniciach v SR) Publikované v: Hofierka, J., Cebecauer, T. (2007): Spatially distributed assessment of solar resources for energy applications in Slovakia. Acta Facultatis Studiorum Humanitatis et Naturae Universitatis Prešoviensis. Prírodné vedy, Folia Geographica 11.

20. Prehľad legislatívy na podporu OZE v SR a VTE v SR Veterný park Cerová (4x660 kW): Prvý veterný park na Slovensku, v prevádzke od októbra 2003 4 veterné turbíny s jednotkovým inštalovaným výkonom 660 kW Typy veterných turbín: VESTAS V47-660 kW Pokrytie spotreby el. energie: cca 1 500 priemerných domácností (predpoklad 16,4 % využiteľnosť teoret. maxima, doteraz max. využiteľnosť 18%) Veterný park Myjava, lokalita Ostrý vrch (1x500 kW): Jedna z najveternejších lokalít na Slovensku,v prevádzke od júla 2004 1 veterná turbína s inštalovaným výkonom 500 kW Typ veternej turbíny: VESTAS V39-500 kW Veterný park Skalité, lokalita Poľana (4x500 kW): 1. etapa uvedená do prevádzky v septembri 2005 4 veterné turbíny s jednotkovým inštalovaným výkonom 500 kW Typy veterných turbín: VESTAS V39-500 kW Plán inštalovať ešte ďalších 6 turbín, celkový inštalovaný výkon po realizácii oboch etáp: 5 MW

21. Záver • Riešenie vplyvov VTE na ES závisí od veľkosti inštalovaného výkonu VTE, od použitých technológií VTE a od elektrických pomerovv mieste pripojenia • Rastie podpora OZE v SR. • Súčasnosť: 3 veterné parky s inštalovaným výkonom: 5,14 MW • Očakávaný rozvoj VTE na Slovensku: • Využiteľný potenciál (stanovený v roku 2002): 600 GWh • Do roku 2015 predpoklad výroby vo VTE (Stratégia vyššieho využitia OZE v SR): 750 GWh • t. zn. ročná prevádzka s dodávkou výkonu: 85,62 MW • Pri ročnej využiteľnosti VTE 20% to zn. inštalovaný výkon: 428 MW • Záujem investorov o výstavbu VTE v SR v objeme:viac ako 4 500 MW • => Potreba určenia približného maximálne možného inštalovaného výkonu VTE v ES SR. • =>Potreba riešenia pripájania VTE a vplyvu VTE na ES globálne na úrovni celej ES SR • v spolupráci prevádzkovateľov distribučných sústav, prenosovej sústavy, domácich a • zahraničných inštitúcií. • Potreba komplexného riešenia inštalovania nových zdrojov do ES v súvislosti s ich vplyvom na ES, riadením a spoluprácou.

22. ĎAKUJEM VÁM ZA POZORNOSŤAdresa autora:Jozef RusnákKatedra elektroenergetiky, FEI TU v Košiciach,Mäasiarska 74, 041 20 KOŠICE, Slovenská republikaE-mail: jozef.rusnak@tuke.sk TEL: +421 55/602 3555, FAX: 055/602 3552