Simulační model (1. díl) – modelování současné elektrizační soustavy ČR

Autor: Mojmír Štěrba <(at)>, Téma: Energetika, Vydáno dne: 12. 08. 2006

Aktualizováno
V úvodním dílu SIMULAČNÍ MODEL byl v ES elektřiny přebytek i pro obchodní vývoz.
V tomto dílu se podíváme do současnosti.
Těžební limity nebudou prolomeny produkce uhlí je snížena tak, že tuzemská spotřeba elektřiny
bude zabezpečena. Přitom JE jedou na na plný výkon, export a import může proběhnout pouze
v rozsahu nasmlouvaných hodnot vzájemné kooperace, nikoliv vzájemný obchod.

Úvodní poznámka Pokud někdo nemá rád čísla a výpočetní postupy (spíše filozofové
nebo politici), může odstavce 1 až 4 přeskočit a jít přímo na Závěrečné hodnocení. Kdo
chce sledovat genezi výpočtu a údaje z energetického procesu, může projít všechny body
od začátku.

Struktura dokumentu prezentujícího průběh simulace
Nejdříve upřesníme strukturu dokumentu, definujeme něktré objekty, odsimulujeme
současnou ES bez importu/exportu a vytvoříme tím referenční model, ze kterého se odvíjí
modelování dalších variant.

Struktura dokumentu
1. Zadání a popis problému.
2. Specifikace vstupních parametrů.
3. Simulace a výstup v podobě grafů a tabulek.
4. Komentář k tabulkám a grafům, upřesňující některé výpočty a algoritmy.
5. Závěrečné hodnocení.
6. Předpokládaný obsah příštího dílu.

Jednotlivé dokumenty budou pokud možno stručné, aby zájemce příliš nevyčerpávaly.
Vynasnažím se , aby v nich byly podstatné údaje. Pokud by měl někdo zájem o podrobnější
popis algoritmů a výpočtů, na vyžádání je mohu předložit. Ve všech dalších dílech
se budou používat zkratky uvedené v úvodním dílu SIMULAČNÍ MODEL a položky
nadefinované v následující tabulce.
Tolik úvodem a nyní k vlastnímu řešení.

Položka

Jednotka

Popis

Instalovaný výkon

MW

Jmenovitý výkon generátoru. Rozhodující je jeho využití.

Skutečný výkon

MW

Skutečný čistý využitelný výkon na svorkách generátorů

Špičkový výkon

Wp

U fotovoltaiky výkon při standardním osvětlení 1000 W/m2. V současnnosti je špičkový výkon 115-120 Wp/m2 tento výkon dodává slunce v poledních hodinách.

% vlastní spotřeby

GWh

Spotřeba energie v energetickém zařízení na produkci energie v % brutto produkce, stanovena byla dle roční zprávy ERÚ za r. 2005.

Roční využití

%

Procento využití časového fondu zdroje k produkci. U Biomasy a Bioplynu jsou hodnoty blízké 100% z toho důvodu, že tyto zdroje nemají dosud samostatné zařízení, ale jsou spalovány v rámci provozu PE a PPE a jejich vyrobená energie je přepočítána na příslušný výkon na celý rok.

Produkce brutto

GWh

Produkce energie na svorkách generátorů

Dodávka netto = spotřeba netto

GWh

Čistá energie pro spotřebu = produkce brutto – vlastní spotřeba – ztráty v sítích (lokálních nebo veřejných) a ostatní spotřeba v energ. sektoru.

Záloha (+) - kladná

MW

Nasmlouvaný výkon za účelem regulace nedostatku – kladná regulace

Záloha (-) - záporná

MW

Nasmlouvaný výkon za účelem regulace přebytku – záporná regulace

Dodávka PVE

GWh

Energie dodaná z přečerpávací vodních elektráren (PVE)

Spotřeba PVE

GWh

Energie spotřebovaná na přečerpávání k obnově energetického potenciálu

Výkupní cena

Kč/MWh

Cena za kterou výrobce prodává svému odběrateli. Pro zdroje 2 – 5 tabulky 1platí cena tržní. Pro zdroje 5 – 11 platí stanovená cena pro OZE uvedená pro každý zdroj platná od 1.1.2006 dle ERÚ.

V dalších díle nebudou již tyto údaje opakovány

1. Zadání a popis systému

-- Odsimulování současného stavu ES ČR se stanovením podílu jednotlivých
zdrojů
-- požadavky na regulační kapacity, brutto a netto produkci
-- Zjištění vlivu OZE na ES a cenové relace
-- Nároky na regulaci stability sítě
Model předpokládá energetické zásobení tuzemských potřeb, export
a import předpokládá pouze za účelem regulačních potřeb v rámci
nasmlouvaných kapacit, nikoliv za účelem obchodním.
Instalovaný výkon je oproti současnému 17 412 snížen na 12 264 MW.
Model pracuje s mírným přebytkem pro zajištění mimořádných událostí
a k zajištění mezinárodní spolupráce. Model i nadále předpokládá,
že nebudou zrušeny těžební limity uhlí, tím se prodlouží doba využívání
uhelných zdrojů do zajištění náhradních zdrojů.
Pokud někdo neřekne co bude po úplném vytěžení, tak je neodpovědné uhlí
dotěžit. Budeme tedy v modelu minimalizovat těžbu uhlí, abychom získali čas
k řešení zajištění zdrojů. Energetika se neplánuje na rok, ale desítky let.

2. Specifikace vstupních parametrů

** Jako výchozí stav pro další simulace předpokládáme, že těžební
limity uhlí nebudou prolomeny (zbývající zásoby uhlí budou ponechány
dalším generacím jako záloha pro řešení nedostatku zdrojů).
Tím se instalovaný výkon uhelných elektráren sníží
ze 17 412 MWe na 12 264 MWe, t, j.o 5148 MW.
** Skutečný výkon na svorkách generátorů bude 7 158 MW.
** Pro regulaci výkyvů spotřeby a dodávky byl nasmlouván výkon 1 000
MW (dle směrnice UCTE výkon největšího bloku) v rozsahu ročního
využití 6000 GWh. Je to výkon pro regulaci, nikoliv pro trvalou produkci.
** Pro stanovení hodnoty výkupních cen potažmo hodnoty produkce OZE
byly použity ceny ERÚ platné pro zařízení od 1.1.2006.
** Pro špičkovou krátkodobou regulaci do 6 hodin provozu je zařazen
výkon 1145 MW PVE a možných 742 MW Vltavské kaskády, kterou je možné
využít v rozsahu energetické dispozice.
** Pro zařazení OZE byly použity hodnoty vykázané k 31.12.2005 ERÚ, ČSÚ.
** Zvláštní pozornost si zasluhuje biomasa. V r. 2005 se vyrobilo
spalováním v PE 552 GWh a v samostatných zařízeních na kogeneraci
(tzv. KVET-kombinovaná výroba elektřina a tepla) 44 GWh, dohromady
596 GWh. Biomasu budeme vyhodnocovat samostatně, proto byla produkce
z PE přenesena do KVET a samostatně vyhodnocována. V dalším vývoji
se předpokládá, že veškerá biomasa pro výrobu elektřiny bude
zpracovávána v kogenerátorech, které mají vysokou účinnost-až 90 %
(podle typu technologie), účinnost pro elektřinu (35%) a teplo (55 %),
takže i v budoucnosti budeme s touto účinností počítat.
** Tržní výkupní ceny, které se mohou v reálu pohybovat, bereme
1000 Kč jako referenční pro výpočet výsledné prodejní ceny za 1 MWh
a procentuálnímu zvýšení v důsledku výkupních cen OZE a eventuálnímu
importu za vyšší ceny při nedostatku.

3. Výstupní tabulky a grafy

Tabulka 1 - Zdroje energie - popis položek
-- (1) 12 264 MW instalovaného výkonu
-- (2).Výkon na svorkách generátorů
-- (3) Procentuální podíl vlastní spotřeby na výrobě energie
-- (4) Brutto produkce včetně vlasní spotřeby
-- (5) Vlastní spotřeba pro jednotlivé zdroje
-- (6) Produkce elektřiny netto
-- (7) Procentní podíl jedntlivých zdrojů na výrobě netto se proti
současnosti zvýšil, protože se snížil výkon z uhlí
-- (8) Výkupní cena za MWh. Řádky 1 – 5 je pohyblivá tržní cena,
jako referenční jsme uvedli 1000 Kč/MWh. Řádky 6 – 11 jsou
minimální výkupní ceny OZE stanovené ERÚ.
-- (9) Hodnota vykoupené produkce v mil. Kč.

Tabulka 2 - Stabilita sítě-systémopvé služby
-- (1) Brutto produkce včetně vlastní spotřeby.
-- (2) Netto produkce
-- (3) Ztráty v sítích a ostatní spotřeba energetického sektoru.
-- (4) Kladná záloha použitá pro krytí okamžitých nedostatků.
-- (5) Záporná záloha pro krytí okamžitých přebytků.
-- (6) Import v rámci nasmlouvaných hodnot pro vzájemnou kooperci.
-- (7) Export v rámci nasmlouvaných hodnot pro vzájemnou kooperaci.
V modelu neuvažujeme obchodní výměnu, pouze pro zajištění energetické bezpečnosti.
-- (8) Dodávka PVE při krytí špičkových výkyvů spotřeby.
-- (9) Přečerpávání PVE pro doplnění akumulační energie.
-- (10) Tuzemská spotřeba netto = Netto produkce+záloha(+) +záloha(-)+import-export.
-- (11) Tuzemská spotřeba brutto = Netto+vlastní spotřeba+ztráty v síti a ostatní spotřeba
energetického sektoru.

Tabulka 1


5. Komentář k Tabulce 2

-- Brutto produkce ze stálých zdrojů pokryje při uvedených parametrech celou spotřebu.
-- Regulační zálohy SyS jsou vyrovnané, využitá kladná záloha (+) = 967 GWh,
využitá záporná záloha = -884 nasmlouvaná a nakoupená záloha v rozsahu 6000 GWh.
Při nákupu regulačních výkonů je hrazena celá nakoupená částka, nikoliv jen využitá
a je zakalkulována do ceny energie. Tedy čím větší je potřeba regulace, tím jsou
větší náklady na produkci. Průměrný regulační výkon 342 MW, nakoupený
výkon 1000 MW, tzn. využito34 %.
-- Import a Export pro regulaci je nulový což svědčí o schopnosti udržet při daných
parametrech stabilitu ES z vlastních zdrojů. Pro případ havárie je nasmlouvaný nouzový
výkon 600 MW ze zahraničí.
-- PVE se podílely na špičkové regulaci, jejich hodnota je přiměřená rovnovážnému procesu
ES, v tomto dílu nebyly řešeny mimořádné situace, při kterých využití PVE narůstá.
Spotřeba na přečerpávání v PVE je v průměru 1,35 krát větší než produkce kvůli ztrátám.
-- Uvedená simulace nám vytváří obraz výchozího současného provozu ES s instalovaným
výkonem 12 264 MW, který odpovídá rovnovážnému stavu ES. Provoz je rovnovážný při
rozsahu instalovaných výkonů 11 660 až 12 864 MW. Mimo tento imterval soustava není v
rovnováze a může dojít k přetěžování sítě, poškozování technických zařízení, vyčerpání
záloh, k neplánovaným havarijním a tudíž drahým importům.
-- Obchodní import a export zde neřešíme, zabýváme se bezpečným zajištěním tuzemské spotřeby
energie. Obchodní vztahy bychom řešili v jiné úloze. Pro nás je však v budoucnu fatální
vlastní energetická bezpečnost.

6. Závěrečné hodnocení

-- V tomto dílu jsme nadefinovali základní model se sníženým instalovaným
výkonem uhelných zdrojů s ohledem na neprolomení těžebních limitů tak,
abychom obchodně nevyváželi a nedováželi elektřinu ze zahraničí a abychom
ES udrželi v rovnováze, pokud by nenastala havarijní situace.
-- Uvedený model bude referenčním východiskem pro hodnocení dalších
simulací.
-- Výkony spotřeby i výroby byly nasmlouvány (kromě OZE), odchylky byly
vyrovnávány záložními zdroji nasmlouvanými s certifikovanými dodavateli
v celkové hodnotě 1000 MW.
-- Využití kladných a záporných regulačních záloh je vyrovnané s přiměřenou
rezervou pro řešení kritických stavů.
-- Veškeré odchylky byly řešeny regulační zálohou a PVE, nebylo třeba
využít regulačního importu.
-- Během ročního provozu došlo k jednorázovému čerpání maximálních výkonů
pro regulaci v zimních měsících 895 MW s průměrným výkonem 341 MW což bylo
kryto nasmlouvaných zdrojů.
-- Saldo Import-Export je nulové, regulace byla zajištěna z vlastních zdrojů,
obchodní výměna nebyla prováděna.
-- Cenová hladina elektrické energie se s ohledem na malý podíl OZE mírně
zvýšila na 104% zejména vlivem MVE a biomasy, ostatní OZE neměly měřitelný
vliv.
-- Vzhledem k nízkému podílu OZE na výrobě energie nebyly vlivy na stabilitu
ES měřitelné. Tento problém budeme řešit až při simulování vyšších podílů
v příštích dílech.
-- V průběhu simulace nebyly modelovány žádné mimořádné havarijní stavy,
budeme je modelovat v dalších dílech.
-- Využití PVE bylo v rozsahu potřebné špičkové regulace na základě průběžných
stavů ES bez ručních zásahů.
-- Pro simulaci ročního průběhu byly využity údaje z databáze hodinových zatížení
ES ČEPS.

7. Co budenme simulovat v následujícím dílu?

-- Podíváme do r. 2010 jak bude ES fungovat s předpokládaným zajištěním
zdrojů.
-- Těžební limity nebudou prolomeny, (ponechány příštím generacím), produkce
energie z uhlí zůstává na úrovni ze SIMULACE1, doslouží některé uhelné elektrárny,
produkce OZE se zvýší, bude zrušena JE Temelín. Znamená to 13 000 GWh elektrické
energie JETE nahradit obnovitelnými zdroji.
-- Prozkoumáme, jaký budou mít vliv OZE na stabilitu ES, případně nároky
na mimořádný import.
-- Budeme hledat optimální poměr mixu různých zdrojů energie dosažitelných
v ČR s ohledem na zajištění funkčnosti, krytí spotřeby, stabilitu, zatěžování
sítí a cenové limity. Smozřejmě toto bude úkolem i v dalších dílech.
-- V příštím dílu se pokusíme uvést ES do podobného rovnovážného stavu s
novými parametry, resp. zjistit, za jakých podmínek je to možné a za jakých nikoliv.
Omlouvám se, dnešní díl byl ještě trochu nudný, bylo třeba nadefinovat potřebné
údaje, ale příště již půjde do tuhého.
Jak to dopadne se dovíte příště.
Ing.Mojmír Štěrba