Marian Sobierajski

1. Marian Sobierajski Smart Power Grids – kierunki rozwoju w Polsce Studia Podyplomowe Smart Power Grids

2. WPROWADZENIE Komisja Europejska przewiduje się do 2020 r powszechny szerokopasmowy dostęp do internetu o przepustowości 30 Mb/s. Rozwijać się będą e-zakupy, e-administracja, e-banki oraz inteligentne systemy zarządzania. Z punktu widzenia systemów elektroenergetycznych będzie to dotyczyć wykorzystania technologii informacyjno-komunikacyjnych do obniżenia kosztów społecznych wytwarzania, przesyłania i użytkowania energii elektrycznej. Budowa nowych dużych elektrowni cieplnych oraz rozbudowa sieci elektroenergetycznych jest kosztowna i często kontestowana z powodu wymogów ochrony środowiska. Należy zatem sięgać po nowe możliwości techniczne oferowane przez informatykę i teleinformatykę. Rozwój w tej dziedzinie pozwala na tworzenie inteligentnych sieci elektroenergetycznych, znanych na świecie pod angielską nazwą smart power grids. W Unii Europejskiej priorytetowym celem jest osiągnięcie w 2020 r produkcji 20% energii z odnawialnych żródeł i 20% zmniejszenie emisji C02, tzw. cel 3 razy 20. Niestety, obecne sieci elektroenergetyczne nie są w stanie tego zapewnić. Spełnienie wymagań 3x20 możliwe jest tylko poprzez rozwój rozproszonej generacji odnawialnej oraz integrację sieci elektroenergetycznych z sieciami informatycznymi oraz internetem. 2

3. Nowoczesne systemy pomiarowe Wdrożenie nowoczesnych systemów pomiarowych, przesyłania, gromadzenia i przetwarzania informacji wymaga od operatorów sieciowych i firm energetycznych dużych nakładów inwestycyjnych. Oprócz instalowania inteligentnych urządzeń pomiarowych, należy przystosować do nowych warunków bazy danych, systemy billingowe, przepustowość sieci i obsługę klienta. Koszty te są jednak mniejsze od kosztów rozbudowy sieci przesyłowej i sieci dystrybucyjnych. Oczekuje się, że inteligentne liczniki energii elektrycznej pozwolą odbiorcom lepiej kontrolować i planować wykorzystanie energii w swoich domach. Dzięki nowym technikom informatycznym użytkownicy będą mieli dostęp do graficznej informacji w każdej chwili Na przykład, za pośrednictwem przeglądarki internetowej będą mogli - z dowolnego miejsca - sprawdzić aktualne i przyszłe taryfy oraz ilość zużytej energii i decydować o załączaniu/wyłączaniu domowych odbiorników.

4. Inteligentne sieci elektroenergetyczne - zakres Generalnie, inteligentne sieci elektroenergetyczne obejmują: • rynek energii wytwarzanej ( giełda energii, transakcje rynkowe, regulator rynku energii), • sieci przesyłowe i dystrybucyjne 110 kV, SN i niskiego napięcia, • opomiarowanie sieci (WAMS, pomiary energii, mocy, napięć, prądów, wskaźników jakości), • adaptacyjne systemy zabezpieczeń elementów sieci, automatyki systemowej oraz układy sterowania i regulacji mocy, napięcia i częstotliwości, • prognozowanie zapotrzebowania w skali kraju i jego obszarów oraz monitoring warunków pogodowych i dopuszczalnej obciążalności linii, • system optymalizacji wykorzystania źródeł odnawialnych. 4

5. Inteligentne sieci elektroenergetyczne – zakres – c.d. • Ponadto inteligentne dystrybucyjne sieci elektroenergetyczne obejmują: • systemy informatyczne wspierania decyzji operatorskich bazujące na opomiarowaniu i wielowariantowych symulacjach komputerowych na bieżąco, • autonomiczne systemy elektroenergetyczne i mikrosieci, • inteligentne budynki, • systemy opomiarowania odbiorców energii wymieniające informacje między dostawcą i odbiorcą energii elektrycznej, • internet i systemy informatyczne wspierające zdalne decyzje odbiorców o załączaniu lub wyłączaniu odbiorników.

6. Energia z OZE – plany do 2030 r Tab.1. Polityka Energetyczna do 2030 r- produkcja i zapotrzebowanie energii finalnej brutto OZE. • 2010 r 2015 r 2020 r 2025 r 2030 r • Energia elektr. z OZE [GWh] 8 314 17 632 31 246 37 872 39 499 • Ciepło OZE [GWh] 52 122 58 688 72 756 81 976 88 602 • Biopaliwa z OZE [GWh] 6 385 10 282 6 256 7 049 7 618 • Razem OZE [GWh] 66 821 86 603 120 797 138 835 149 987 • En. brutto w kraju [GWh] 713 105 744 076 804 831 877 832 936 808 • Udział OZE [ %] 9,4 11,6 15,0 15,8 16,0 • Udział en. elektr. w OZE [ %]1,2 2,4 3,9 4,3 4,2 • Udział ciepła w OZE [%] 7,3 7,9 9,0 9,3 9,5 • Udział biopaliw w OZE [%] 0,9 1,4 0,8 0,8 0,8 6

7. Energia elektryczna z OZE – plany do 2030 r Tab. 2. Polityka Energetyczna do 2030 r- produkcja energii elektrycznej w OZE.  Energia elektr. z OZE2010 r 2015 r 2020 r 2025 r 2030 r Biomasa [GWh] 3 472 5 852 10 377 11 083 11 571 Biogaz [GWh] 365 1 636 4 006 6 462 6 892 Wiatr [GWh] 2 024 7 349 13 705 17 096 17 794 Woda [GWh] 2 454 2 795 3 156 3 218 3 218 Fotowoltaika [GWh] 0,0 0,0 1,2 12,8 24,4 Razem en.el. OZE [GWh] 8 314 17 632 31 246 37 872 39 499

8. Generacja wiatrowa – plany rozwoju do 2030 r Tab. 3. Polityka Energetyczna do 2030 r - planowana moc elektrowni wiatrowych. 2010 r 2015 r 2020 r 2025 r 2030 r • Planowana produkcja energii elektrycznej w elektrowniach wiatrowych brutto [GWh] • 2 024 7 349 13 705 17 096 17 794 • Planowana moc elektrowni wiatrowych [MW] • 976 3396 6089 7564 7867 • Planowana moc zainstalowana elektrowni w Polsce [MW] • 36 280 40 007 44 464 47 763 51 412 • Udział elektrowni wiatrowych w mocy zainstalowanej [%] • 2,7 8,5 13,7 15,8 15,3 • Zapotrzebowanie energii elektrycznej brutto w Polsce [GWh] • 141 100 152 800 169 300 194 600 217 400 • Udział elektrowni wiatrowych w produkcji energii elektr. w Polsce [%] • 1,4 4,8 8,1 8,8 8,2

9. Dopuszczalna generacja wiatrowa • FW ok. 100 MW cechuje zmienność mocy wyjściowej wskutek zmian prędkości wiatru: • zmienność sekundowa 4-7% mocy zainstalowanej • zmienność minutowa 10-14% mocy zainstalowanej • zmienność godzinowa 50-60% mocy zainstalowanej • Zwiększanie wartości generacji wiatrowej przez wyłączanie elektrowni cieplnych nie wchodzi w rachubę, ponieważ ponowny rozruch bloków cieplnych trwa ok. (6 - 8 ) godzin. O wartości minimum technicznego bloków cieplnych decydują ograniczenia technologiczne oraz wymagania związane z regulacją częstotliwości. • W KSE musi być zapewniona dla każdej godziny doby minimalna rezerwa operacyjna w postaci: • rezerwy dodatniej równej 9% planowanego zapotrzebowania mocy, • rezerwy ujemnej równej 500 MW (jako nadwyżka zapotrzebowania nad sumą minimów technicznych pracujących jednostek wytwórczych). • Generacja wiatrowa może być wprowadzana do systemu tylko wtedy, kiedy zapotrzebowanie mocy jest większe od minimum technicznego konwencjonalnych jednostek wytwórczych. • Dopuszczalna generacja wiatrowa = Zapotrzebowanie KSE - Minimum techniczne KSE

10. Dopuszczalna generacja wiatrowa 10

11. 11 Powiązania między siecią przesyłową i sieciami dystrybucyjnymi

12. Wykorzystanie informacji w inteligentnej sieci elektroenergettycznej

13. Wykorzystanie pomiarów w inteligentnej sieci elektroenergetycznej

14. Przepustowość sieci przesyłowej

15. Monitorowanie obciążalności linii 110 kV

16. Generacja wiatrowa – Przepustowość korytarza przesyłowego

17. Automatyzacja odbudowy napięcia w sieci

18. Sterowanie zapotrzebowaniem w systemie

19. Inteligentny odbiór w sieci przesyłowej

20. Generacja rozproszona w systemie

21. Inteligentny odbiór SN

22. Inteligentny autonomiczny system elektroenergetyczny

23. Nowy odbiorca - Prosument W publikacjach dotyczących smart power grids pojawia się pojęcie prosumenta (pro-ducer + con-sument). Jest to odbiorca, który dysponuje własnym źródłem energii, przeznaczonym na własne potrzeby, ale także sprzedającego nadwyżkę energii do sieci dystrybucyjnej (z własnej woli lub na polecenie dystrybutora). Prosumentem są autonomiczne systemy elektroenergetyczne, mikrosieci, ale mogą nim być pojedyncze odbiory z zainstalowanymi za licznikiem ogniwami, mikroturbinami i fotowoltaiką.

24. Prosument

25. Inteligentny budynek

26. Inteligentne liczniki energii elektrycznej • W inteligentnej sieci elektroenergetycznej powinny być zainstalowane liczniki mierzące nie tylko energię, ale także prąd, napięcia oraz moc czynną i bierną, gdyż wartości tych zmiennych będą wykorzystywane do prowadzenia ruchu oraz optymalizacji sieci dystrybucyjnej. • Dystrybutor będzie mógł: • śledzić pobory mocy na różnych poziomach napięciach swojej sieci, • wysyłać informacje oraz sygnały sterujące do sieci SN w stacjach 110kV/SN oraz do poszczególnych liczników. • W inteligentnej sieci elektroenergetycznej zapotrzebowanie będzie zarządzane w bardziej aktywny sposób, umożliwiając centrom dyspozytorskim aktywne równoważenie zapotrzebowania z dostawą energii elektrycznej.

27. Techniki przesyłu informacji • Odbiorcy końcowi energii elektrycznej muszą mieć dostęp do funkcji monitorujących i kontrolujących, które dostarczają odbiorcom indywidualnym szczegółowych informacji na temat tego, w jaki sposób i kiedy wykorzystują energię elektryczną oraz tego, w jaki sposób mogą aktywnie przyczynić się do ograniczenia zapotrzebowania szczytowego. • W zintegrowanych systemach informatycznych obejmujących inteligentne liczniki wykorzystywane będą różne techniki przesyłu informacji. • PLC - przesył danych po przewodach niskiego napięcia , do których przyłączany jest licznik. • Łączność na częstotliwościach radiowych. • Telefonia komórkowa. • Internet. • Komunikacja w czasie rzeczywistym między dostawcami i odbiorcami energii elektrycznej umożliwi użytkownikom bezpośrednią reakcję na zmieniające się warunki i ceny. • W umowach odbiorca za oferowany upust przez dostawcę energii elektrycznej może zgodzić się na ograniczenie dostawy, aż do całkowitego odłączenia.

28. Wprowadzanie inteligentnych liczników • W grupie odbiorców taryfowych C1, C2, G przewiduje się ok. 16 mln liczników inteligentnych do 2020 r. • Jest to ogromne przedsięwzięcie techniczne i ekonomiczne. Koszt inteligentnego licznika wynosi ok. 160 zł. • Do kosztów należy doliczyć koszt koncentratora, instalacji oraz zarządzania systemem informatycznym. W konsekwencji łączny koszt przedsięwzięcia w przeliczeniu na licznik może wynosić ok. (300-500) zł. • Czas życia obecnie produkowanych inteligentnych liczników wynosi ok. 15 lat, o ile wcześniej ten licznik nie zestarzeje się z powodu rozwoju technik teleinformatycznych. • Z punktu widzenia odbiorcy istotne jest to, że to on poniesie koszty inteligentnego opomiarowania. Ważne zatem jest, jakich korzyści finansowe może oczekiwać w przyszłości.

29. Funkcje licznika energii • Przy ustalaniu parametrów technicznych liczników należy brać pod uwagę standardy wynikające z dyrektyw Unii Europejskiej 2006/32/WE oraz 2009/72/WE. • Standardy te zdefiniowane są następująco: • dwustronna, zdalna transmisja danych, • komunikacja między odbiorcą i sprzedawcą w czasie rzeczywistym, • przesył danych z licznika do sprzedawcy, • transmisja informacji od sprzedawcy do licznika.

30. Inteligentne liczniki - wymagania Inteligentne liczniki powinny pokazywać graficznie przetworzone aktualne i przewidywane ceny energii w poszczególnych porach doby, symulowane koszt zużycia energii. Liczniki zintegrowane poprzez TV oraz internet z portalami wytwórców i dystrybutorów, powinny pozwalać wybierać oferty sprzedaży energii w różnych przedziałach czasu. Liczniki powinny wykonać polecenie użytkownika i dostawcy o odłączeniu zasilania. Liczniki energii elektrycznej razem z licznikami ciepła, wody i gazu powinny tworzyć zintegrowany system opomiarowania mediów w lokalu odbiorcy. Wszystkie liczniki powinny wykonać pomagać odbiorcy optymalizować koszty zużywanej energii elektrycznej i cieplnej oraz wody i gazu. W sytuacjach awaryjnych zintegrowany system opomiarowania powinien przekazywać podstawowe informacje o przyczynach awarii i spodziewanym czasie braku zasilania lub dostaw.

31. Grupy interesu

32. Korzyści Regulatora • Korzyści Regulatora • Poprawa efektywności mechanizmów konkurencyjnych na rynku energii. • Zwiększenie bezpieczeństwa energetycznego. • Możliwość oceny efektywności inwestycyjnych i eksploatacyjnych działań OSP oraz OSD. • Weryfikacja jakości energii dostarczanej odbiorcom końcowym. • Zwiększenie udziału generacji odnawialnej w produkcji energii.

33. Korzyści Operatora Systemu Przesyłowego Korzyści Operatora Systemu Przesyłowego Aktywne wpływ na wyrównanie dobowej zmienności zapotrzebowania energii. Zmniejszenie rezerwy regulacyjnej. Zwiększenie wartości wprowadzanej do sieci generacji odnawialnej. Obniżenie kosztów bilansowania poprzez zdalną redukcję zużycia energii . Zwiększenie obserwowalności sieci dzięki WAMS. Zwiększenie przepustowości sieci dzięki śledzeniu on-line zapasów obciążalności termicznej, stabilności kątowej i napięciowej. Ograniczenie ryzyka blackoutu dzięki wprowadzaniu adaptacyjnej automatyki systemowej i przeciwawaryjnej. Skrócenie czasu trwania awarii i szybsza restytucja systemu dzięki adaptacyjnej automatyce oraz zdalnemu sterowaniu zal/wyl odbiorów. Regulacja wymiany zagranicznej dzięki urządzeniom FACTS Optymalizacja rozpływów mocy czynnej i biernej dzięki pełnemu opomiarowaniu stacji GPZ110kV/SN. Zmniejszenie strat przesyłowych dzięki regulacji baterii kondensatorów oraz tyrystorowych urządzeń SVC, STATCOM, UPFC. Obniżenie ryzyka roszczeń odszkodowawczych.

34. Korzyści Operatora Systemu Dystrybucyjnego Korzyści Operatora Systemu Dystrybucyjnego Kontrola rozpływu mocy czynnej i biernej w sieci 110 kV oraz SN. Kontrola napięć dzięki regulowanym bateriom oraz tyrystorowym urządzeniom DSTATCOM. Zmniejszenie strat mocy czynnej w sieci dystrybucyjnej dzięki regulacji rozpływów mocy biernej. Lokalne bilansowanie dostaw i odbioru energii dzięki autonomicznym systemom elektroenergetycznym oraz mikrosieciom oraz regulacji elektrowni wirtualnych. Zarządzanie jakością energii w miejscach dostarczania. Szybsze wykrywanie i lokalizacja zwarć i uszkodzeń elementów dzięki pełnemu opomiarowaniu.

35. Korzyści handlowej obsługi odbiorców Korzyści handlowej obsługi odbiorców Oszczędności na dokonywaniu odczytów. Skrócenie czasu od odczytu do wystawienia faktury. Ograniczenie kosztów niezbilansowania poprzez dopasowanie się do rzeczywistego zużycia energii przez klientów. Redukcja reklamacji. Ograniczenie nielegalnego poboru energii.

36. Podsumowanie Rozwój technologii informatyczno - komunikacyjnych oraz szerokopasmowy powszechnie dostępny internet stwarzają szansę na zbudowanie w Polsce inteligentnych sieci elektroenergetycznych. Pozwoli to na obniżenie kosztów społecznych wytwarzania, przesyłania i dystrybucji energii elektrycznej oraz optymalne wykorzystanie odnawialnych źródeł energii elektrycznej. Tradycyjny pasywny odbiorca energii zostanie zastąpiony aktywnym odbiorcą zwanym prosumentem. Zastąpienie tradycyjnego odbiorcy prosumentem umożliwi zwiększenie poboru mocy w dolinie nocnej i zmniejszenie zapotrzebowania w szczycie rannym i wieczornym. Tworzenie inteligentnych sieci elektroenergetycznym jest wieloletnim procesem silnie uzależnionym od rozwoju sieci informatycznych.

37. DZIĘKUJĘ ZA UWAGĘ