Strona główna » Bez kategorii » OZE a niezawodność sieci

OZE a niezawodność sieci

Archiwum

Jedną z podstawowych, powszechnie znanych prawd o energetyce wiatrowej i słonecznej jest przekonanie o ich zawodności. To znaczy, że kiedy nie wieje wiatr i nie ma słońca to nie będzie prądu. Jako oczywista konsekwencja tych prostych obserwacji jest przedstawiane energetyki opartej na wietrze i energii Słońca jako zawodnej i dostarczającej prąd nieregularnie. Logiczne, prawda?

Otóż, zupełnie nie. Jest to kompletna, całkowita i dokładna bzdura. W rzeczywistości przecież nikt nie buduje sieci energetycznej opartej wyłącznie na fotowoltaice czy wietrze. Takie rzeczy istnieją wyłącznie w propagandówkach sponsorowanych przez koncerny energetyczne. Każda sieć energetyczna, jeśli korzysta ze źródeł odnawialnych, ma i musi mieć jakiś backup lub możliwość składowania energii. Jeśli tego nie ma, to w istocie nie działa bez słońca i/lub wiatru. To się może zdarzyć. W małej sieci, która jest zrobiona jak najmniejszym kosztem. To oznacza trochę paneli fotowoltaicznych i sieć na małą wieś w centralnej Afryce lub wyspach Pacyfiku, czasem jedynie prądu stałego. Nie porównujemy i nie możemy tego porównywać do standardów i oczekiwań europejskich. Tam skokiem technologicznym i luksusem jest w ogóle dostępność prądu, i to przez cały dzień. Luksus niedostępny i nierealny przy użyciu generatorów.  W warunkach nieco większej i bogatszej sieci, nawet odizolowanej, można użyć pewnych możliwości składowania energii lub generatora dla zapewnienia prądu w czasie mniejszej produkcji ze Słońca. Oczywiście niezawodność takiej sieci jest wyższa, bo w razie awarii jednego ze źródeł, drugie nadal jest dostępne, a sam generator zużywa się znacznie mniej i zużywa mniej paliwa, wobec czego problemy techniczne i finansowe z tego wynikające są zwyczajnie mniejsze.

Ale jeśli mówimy o sieciach w skali europejskiego kraju, to żadna opcja zasilania tylko jednym rodzajem energii całej sieci w ogóle nie istnieje. Praktycznie żaden rodzaj elektrowni się do tego nie nadaje (chyba, że wystarcza potencjału hydro na wszystko). Zawsze jest planowany backup, przeważnie również jakieś możliwości składowania, a prawie zawsze jak najlepsze możliwości przesyłowe. Ten backup to relatywnie najprostsza sprawa, bo po prostu pozostają dzisiejsze elektrownie. W miarę wzrostu produkcji prądu z innych źródeł, starych elektrowni używa się coraz mniej, ale one istnieją i są gotowe do produkcji. Jedne od razu, inne po kilkudniowym przygotowaniu, jeszcze inne są przygotowywane do użycia jedynie sezonowo, w zgodzie z symulacjami zarządcy sieci.

W takim razie od czego zależy jakość prądu i niezawodność jego dostaw?

Kapitan Oczywisty melduje, że od tego, czy w każdej sekundzie popyt na prąd równa się z podażą i całość potrzebnego prądu można przesłać w potrzebne miejsce.

W takim razie gdzie jest ryzyko? W każdym z tych trzech elementów — może być za mała lub za duża produkcja, konsumpcja lub braki w możliwościach przesyłowych.  Popyt się w każdej sekundzie zmienia, podaż i przesył powinny za nim podążać. Te zmiany zwykle są łagodne i powolne, do takich jest przystosowana sieć.  Gorzej jeśli nastąpi nagła zmiana popytu lub podaży. W takim przypadku przez siec nagle przepływa znacznie mniej lub znacznie więcej prądu niż pół sekundy wcześniej i zaczynają działać zabezpieczenia. Zazwyczaj działają, prawda? To oznacza awaryjne wyłączenia. Zarówno odbiorców, jak też nadmiaru produkcji. To samo ma miejsce w sytuacji przekroczenia możliwości przesyłu przez daną linię przesyłowa. Zabezpieczenia ją wyłączają, jeśli jest inna droga dla prądu, to on sobie tam płynie. Jak kolejna linia zostanie wskutek tego przeciążona, to mamy awarię na dużym obszarze.

Jak widać z powyższego opisu tak naprawdę największym problemem są nagłe i duże zmiany ilości prądu w sieci. Przy powolnych zmianach zawsze jest jakiś czas na reakcję, czyli na przykład odłączenie części odbiorców. Zaczynając od żądania wyłączenia energochłonnych procesów przemysłowych u odbiorców, których umowy to przewidują. To jeszcze nie jest żadna awaria, nawet nie awaryjne wyłączenie.

Ale w sytuacji, kiedy wszystko dzieje się w ciągu sekund, bez całkowicie elektronicznej kontroli i automatycznego działania nic się nie da zrobić. Z — często też nie.

Czyli to nie stopniowe słabnięcie wiatru, a nagła i duża zmiana przepływu prądu jest najczęstszą przyczyną awarii. Czas zadać pytanie, co zwiększa prawdopodobieństwo takiego nagłego skoku?   Na razie pomińmy fizyczne uszkodzenie linii przez warunki atmosferyczne.

Jako, że przy wielkich odbiorcach zawsze planuje się procedury ich awaryjnego wyłączania w celu utrzymania stabilności sieci, to zostają realnie dwie przyczyny dużych awarii:

  1. Awaria linii przesyłowych. Zdarza się. Znacznie częściej w przypadku nadziemnych niż podziemnych, a te drugie są oczywiście droższe… Choć im mniejsza cześć przepustowości jest wykorzystana, tym więcej można awaryjnie przesłać. Ale to dla odmiany wymaga budowania linii, które są tylko awaryjnie wykorzystywane- ekonomicznie bez sensu. To jest zawsze jakiś kompromis między niezawodnością a kosztem.
  2. Nagłe wyłączenie bloku energetycznego. Im większy w stosunku do całości zużycia, tym większy problem. W skrajnym przypadku sieć traci częstotliwość i napięcie w niej po prostu znika.

Pierwszy problem to po prostu koszt budowy sieci. Ale znacząco go zmniejsza produkcja prądu z mniejszych jednostek, bliższych konsumentom. Jeszcze bardziej — jeśli blisko odbiorców prąd jest wytwarzany w sieci niskiego napięcia. W takiej sytuacji dopóki jest częstotliwość, awaria jest prawie niemożliwa, a co najmniej jej prawdopodobieństwo ekstremalnie niewielkie.

Drugi problem to zwyczajna zależność: im dana elektrownia lub jej blok stanowi większą część podaży prądu, tym potencjalny problem jest większy, bo znacznie rośnie prawdopodobieństwo rozszerzenia się awarii nawet na całą sieć. W zupełnie logiczny sposób- im w sieci mamy więcej wielkich urządzeń, których nagłe i nieplanowane włączenie lub wyłączenie może spowodować nagłe skoki napięcia i częstotliwości, tym bardziej prawdopodobne, że zaburzenie jednego elementu spowoduje rozchwianie całej sieci. Większe jednostki obsługują także większy obszar i podają prąd do sieci o wyższym napięciu. A im większe odległości od wytwórców do odbiorców, tym bardziej prawdopodobne, że nastąpi problem z przesyłem po drodze. I nie chodzi tu tyle o samą odległość, co o liczbę zmian napięcia, etc.

To nas zupełnie nie prowadzi do odpowiedzi czy lepsze i bardziej niezawodne są OZE czy paliwa kopalne. Ale prowadzi nas do wniosku, że prawdopodobnie sieć oparta na małych elektrowniach będzie znacznie bardziej niezawodna niż taka, w której istnieje wielka scentralizowana wytwórczość elektryczności.

W takim razie mamy bardzo ładny obrazek:

za energytransition.de

za energytransition.de

Sieć od dawna oparta na bardzo małych źródłach elektryczności, czyli duńska, jest również od lat w absolutnej czołówce niezawodności. Następnie Niemcy, gdzie wraz z rozbudową energetyki odnawialnej, wielkość przeciętnego dostawcy prądu drastycznie spada i tak samo rośnie niezawodność. Francja z gigantyczną flotą elektrowni atomowych ma z tym znacznie większy problem, choć te elektrownie są w miarę niewielkie (jak na atomowe) i równomiernie rozłożone w kraju.  W Hiszpanii za to widać jak na dłoni rozwój OZE i równoległe zmniejszanie się średniej wielkości elektrowni.

Istnieje jeszcze całkiem duży europejski kraj z dość rozproszoną strukturą zaludnienia i energetyką scentralizowaną do tego stopnia, że w zależności od popytu jedna elektrownia pokrywa od 20 do 40% zapotrzebowania. Jak można powyższych wywodów sie domyślić, niezawodność sieci w tym przypadku nawet się nie zmieści na wykresie, ponieważ w ostatnich latach spadła z około 200 do około 500 min rocznie na odbiorcę. Zasadniczo trudno uwierzyć, ze to jeszcze Europa, ale cóż, brutalna rzeczywistość. I tak, to Polska.

A wracając do OZE. Duńska sieć została w ramach programu zwiększania wydajności energetycznej przestawiona w dużej części na elektrociepłownie. W większości maleńkie, dostarczające ciepło do zwykłej duńskiej wioski, a prąd do sieci. Są to zwyczajne silniki tłokowe zasilane gazem. I jest ich taka ilość, w końcu co wioskę, że nie ma jak zrobić awarii. Do tego mnóstwo relatywnie małych jednostek wytwórczych, którymi są wiatraki. Problematyczne pod tym względem są jedynie morskie farmy wiatrowe, które są niczym innym jak właśnie dużymi elektrowniami.

W Niemczech do niedawna w generacji absolutnie dominowały wielkie elektrownie: atomowe, na węgiel brunatny i kamienny oraz pewna ilość gazowych dla pokrycia szczytów zapotrzebowania. Dziś około 35% procent popytu jest zaspokajanych przez OZE, czyli w olbrzymiej części małe farmy wiatrowe i jeszcze mniejsze elektrownie słoneczne i biogazownie.

Można jeszcze długo, ale jako podstawowe informacje to chyba starczy?

P.S.

Pierwszym zasadniczym celem niemieckiej rewolucji energetycznej, jako opisanej w książce, która stała się techniczną podstawą Energiewende, wcale nie była żadna rozbudowa energetyki odnawialnej, ani ochrona klimatu. Celem było odebranie wytwarzania energii z rąk skorumpowanych i powiązanych z politykami wielkich koncernów i rozpoczęcie tej działalności przez obywateli. Czyli m.in. wprowadzenie gwarantowanych taryf i rynku energii. Ale zasadniczym środkiem technicznym miała być właśnie mała generacja gazowa, to co zostało tak bardzo rozwinięte w Danii, za to w Niemczech praktycznie nie istnieje.

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s

Follow rewolucja energetyczna on WordPress.com
%d blogerów lubi to: