Implementering av variable, fornybare energikilder i øst-afrikanske kraftsystem

Transkript

1 Implementering av variable, fornybare energikilder i øst-afrikanske kraftsystem Opprettholdelse av sikker drift Norfund frokostmøte, Mari Westeng, Statnett

2 Agenda Rapportens formål og avgrensning Systemdrift generelt Hva er sikker drift? Viktige forutsetninger for sikker drift Energikilders evne til å bidra til sikker drift Øst-Afrikanske kraftsystem Karakteristiske trekk ved denne type kraftsystem Hva er utfordringene i systemdriften i dag? Integrering av variable fornybare energikilder Hva er gevinstene? Hva er utfordringene? Anbefalinger

3 Formål og avgrensning Rapporten sammenfatter Statnetts anbefaling vedrørende implementering av fornybare energikilder i den type kraftsystem som vi er kjent med fra Øst-Afrika og Mosambik Anbefalingene er gjort ut i fra et systemdriftsperspektiv, hvor opprettholdelse av sikker drift er vårt viktigste mål Bakgrunn for våre betraktninger er kapsitetbyggingsprogrammene med TSO'ene i Uganda, Tanzania og Mosambik ( )

4 Kraftsystemet og systemdrift

5 Forsyningssikkerhet? Fleksibilitet og mulighet til å håndtere planlagt utkoblinger og uforutsette utfall Tilstrekkelig produksjonskapasitet - i hver time (MW) og gjennom hele året (MWh) Masket nett med redundante overføringslinjer - ledig kapasitet i overføringsnettet

6 Kvalitet på forsyningen? Strømforsyningen skal ligge innenfor et spenningsintervall - avvik kan ødelegge elektrisk utstyr Frekvensavvik kan også gi skader på motorer og maskiner.

7 Forutsetninger for en sikker systemdrift Systemdriften er avhengig av at tekniske installasjoner i kraftsystemet har nødvendig funksjonalitet som understøtter sikker drift både i normaldrift og under driftsforstyrrelser. Vi snakker om funksjonalitet knyttet til: Frekvensregulering / balansering av kraftsystemet Spenningsregulering / reaktive reserver Egenskaper som gir et robust og fleksibelt kraftsystem Produksjonsaggregatenes bidrag er viktig for driftssikkerheten i kraftsystemet!

8 Frekvensregulering er balansering..og produksjonsapparatets evne til å bidra varierer! Forbruk Husholdning og tjenestenæring Eksport Produksjon Vind Småkraft Import Storskala vannkraft Fleksibilitet Fleksibilitet Industri

9 Tradisjonell vannkraft Stor roterende masse motvirker frekvensendringer momentant Lett å endre pådraget kan reguleres hurtig

10 Gasskraft / varmekraft Gasskraft Hurtig regulering, men mer kostbart Varmekraft (dampturbiner) Tregere regulering

11 Regulere pådraget her..?

12 Frekvensregulering og funksjonskrav Frekvens en global parameter for kraftsystemet Måler aktiv effekt Skiller mellom automatiske reserver og manuell regulering. Automatisk frekvensregulering krever: At aggregatet er på drift og har ledig kapasitet At en turbinregulator er installert Manuell frekvensregulering aktiveres for å frigjøre de automatiske reservene ved langvarig ubalanse.

13 Spenningsregulering og funksjonskrav Spenning er en lokal parameter Måler reaktiv effekt Underskudd av reaktiv kan føre til spenningskollaps Overskudd av reaktiv effekt kan føre til høye spenninger Overføring av reaktiv effekt opptar kapasitet i kraftnettet og øker overføringstapet Må kompenseres der ubalansen har oppstått Spenning reguleres gjennom: bidrag fra produksjonsenheter (forutsetter spenningsregulator på generatoren) egne reaktive kompenseringsenheter

14 Andre egenskaper som sikrer robust og fleksibel drift Produksjonsapparatets evne til å forbli innkoblet under feil (FRT egenskaper) Overgang til og drift i separatområde Oppstart fra svart stasjon Fleksibilitet i koblingsanlegg

15 Fornybare energikilder utfordrer systemdriften Produksjonen varierer med vær- og vindforhold Kan ikke bidra med samme reguleringsressurser Medfører behov for lagringsfasiliteter, dersom ikke annen produksjon kan erstatte manglende tilgjengelighet Oppførsel ved feil i nettet

16 Vind- og solkrafts egenskaper i nettet Vindkraft Produksjon avhenger av vindforhold Har roterende masse med tilhørende dynamiske egenskaper Kan gi kortvarig frekvensstøtte Egenskaper avhenger av valgt teknologi; Kan både avgi og forbruke reaktiv effekt fra nettet En "park controller" kan utjevne interne ubalanser i produksjonen fra vindparken "Fault Ride Through" egenskaper Solenergi (solceller) Produksjon avhenger av solforhold Uniform teknologi, enklere installasjoner Ingen roterende masse, ingen dynamiske egenskaper Solkraft kan ikke selv levere reaktiv effekt til nettet Må evt installere egne kompenseringsenheter

17 Utfordringer i Afrikanske energisektorer The power system - exhausted capacities in the grid - insufficient production capacity - worn down assets Poor performance, low stakeholder confidence Political influence - High electrification rate - Not cost reflective tariffs - Load shedding of customers nonacceptable Not able to maintain or improve the situation TSO company - low maintenance budgets - small qualified work force - weak authority and economy Political intervention, low investment rates

18 Utfordringer i dagens systemdrift (1) Små kraftsystem (~1000 MW) Store geografiske avstander mellom produksjon og forbruk krever lange overføringslinjer Begrenset med reaktive komponenter Høyt belastet overføringsnett og lite redundans Sårbart ved utfall Vanskelige spenningsforhold Tanzania: km2-900 MW km høyspent ledninger

19 Utfordringer i dagens systemdrift (2) Begrenset produksjonskapasitet Kontinuerlig økning i forbruk Begrenset med produksjonsreserver, delvis rasjonering Investeringer i dyr reservekraft Kraftavtaler som fritar produsentene fra å levere nødvendige systemtjenester Et mer ustabilt system, avhengig av vannkraften Stort press om å opprettholde forsyning til alle kunder Ingen politisk aksept for å benytter rasjonering for å sikre strømforsyningen Økt produksjon av dyr reservekraft Hele eller delvise kollapser av kraftnettet

20 Utfordringer i dagens systemdrift (3) Mangelfullt vedlikehold over mange år Utslitte komponenter Høy feil- og havarirate Systemdriften er lite involvert i planlegging/utviklingen av kraftsystemet store mellomlandsforbindelser tar fokuset De riktige prosjektene for å sikre forsyningssikkerheten blir ikke prioritert

21 Implementering av fornybar energi Ny fornybar kraftproduksjon utgjør en god mix med vannkraft og termisk kraftproduksjon Gir mulighet for å spare vann og brensel når vind/sol er tilgjengelig Øker tilgjengeligheten av vannkraften Redusere behov for dyr reservekraft til topplasttimer Betydelig miljøbesparelser HMS gevinster Gunstig plassering i nettet kan gi reduserte overføringstap og bedret spenningsforhold

22 Ny kraftproduksjon kan avlaste nettet TANZANIA: Avhengig av produksjon i Mwanza og Arusha. Flyt nordover, med kapasitetsbegrensninger Ny produksjon i nord vil og redusere spenningsproblemer. overføringstap. Vannkraft Termisk produksjon

23 Utfordringer Kost/nytte vurderinger ved valg av teknologi Fleksibilitet og funksjonalitet koster Dels behov for betydelig infrastrukturutbygging, særlig ved konstruksjon av store vindparker Vedlikehold Kapasitetsbygging hos TSO Undertrykt forbruk og elektrifisering kan komme til å "spise opp" kapasitetsøkningen Fortsatt behov for å beholde reservekraft

24 Konklusjon og anbefalinger (1) Forbruksutviklingen må kontrolleres Ny fornybar kraftproduksjon er et positivt bidrag i en anstrengt driftsituasjon Det trengs tydelige insentiver for at den fornybare kraftproduksjonen holdes høy På samme måte trengs tydelige insentiver for gode produksjonsestimater Plassering av kraftproduksjonen er essensiell Prosjekter kan avlaste kraftnettet og systemet om de lokaliseres hensiktsmessig Motsatt kan de utfordre systemet ytterligere Solpaneler er mindre og enklere installasjoner, mer egnet for distribuert kraftproduksjon og med mindre behov for vedlikehold Det må stilles krav til produsentene i form av bidrag til frekvens- og spenningsregulering innenfor hva som er teknisk mulig Klare retningslinjer og avtaler for kompensering av ubalanser må på plass

25 Konklusjon og anbefaling (2) Implementeringen av variabel kraftproduksjon bør i første omgang ikke overstige 10% Forbruksutviklingen må kontrolleres Generelt vedlikehold og reinvestering i eksisterende nett må heves betraktelig Nettutvikling må dreies mot å løse dagens driftsutfordringer Forbruksutviklingen må kontrolleres..

26 Takk for meg! M D