Το Ελληνικό Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας σε Συνθήκες Μεγάλης Διείσδυσης Ανανεώσιμων Πηγών Α. Κορωνίδης a.koronidis@admie.gr Ημερίδα Συλλόγου Μηχανικών ΔΕΗ Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδας 8 Νοεμβρίου 2013 1
Σημερινή Κατάσταση ΑΠΕ στο ΕΣΜΗΕ 109 49 53+98= 151 11 41+311=352 105 17+254=271 32 242+208=450 35 30-8-2013 Α/Π & Φ/Β ΣΕ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ 1520+2023: 3543 ΜW + 342 ΜW Φ/Β σε στέγες 84+27 =111 ΕΓΚΑΤΕΣΤΗΜΕΝΗ ΙΣΧΥΣ ΑΠΕ στο ΕΣΜΗΕ (MW) σήμερα Περί τα 4400MW 61+110 =172 16 Επιπλέον 6000MW με δεσμευτικές προσφορές σύνδεσης 337+284=621 34 464+439=903 30 3+168=171 93 216+12=228 2+2=4 30-8-2013 ΛΟΙΠΕΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ (Υ,Β,Σ) ΣΕ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ: 405 ΜW
Ισοζύγια Ενέργειας - Εξέλιξη Φυσικό Αέριο 15,46% 2004 Υδροηλεκτρικ ά 9,48% ΑΠΕ 1,98% Διασυνδέσεις 5,43% TWh 60 50 Εξέλιξη Πετρέλαιο 5,17% Φυσικό Αέριο 26,61% Υδροηλεκτρικ ά 12,81% Υδροηλεκτρικ ά 7,32% Φυσικό Αέριο 24,11% Πετρέλαιο 0,15% 2012 ΑΠΕ 10,70% 2013 (έως και Σεπτέμβριο) ΑΠΕ 15,40% Πετρέλαιο 0,00% Λιγνίτης 62,49% Διασυνδέσεις 3,36% Διασυνδέσεις 2,85% Λιγνίτης 51,86% Λιγνίτης 44,82% 40 30 20 10 0 Διασυνδέσεις ΑΠΕ Υδροηλεκτρικά Φυσικό Αέριο Πετρέλαιο Λιγνίτης 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 To 2013 το ~ 28% της ζήτησης καλύφθηκε από ΑΠΕ (συμπεριλαμβάνονται και τα μεγάλα Υ/Η) έναντι 18% το 2012 και 11% το 2044 Στην αύξηση συνέβαλε η μεγάλη ανάπτυξη των Φ/Β και η καλή υδραυλικότητα του έτους
Μίγμα Παραγωγής 2013 (Ισχύς) Καθαρή Ισχύς (MW) (%) Θερμικές Μονάδες 9640 57,06 Λιγνιτικές 4456 46,22 Φυσικού Αερίου 4486 46,54 Πετρελαϊκές 698 7,24 Μεγάλα Υδροηλεκτρικά 3017,7 17,86 ΑΠΕ 4236,8 25,08 ΣΥΝΟΛΟ 16894,5 100,00 ΑΠΕ 25,1% ΥΗΣ 17,9% Πετρέλαι ο 4,1% Ισχύς (%) Λιγνίτης 26,4% Φυσικό Αέριο 26,6% Εγκ. Ισχύς ΑΠΕ (% ανά κατηγορία) (Αύγουστος 2013) Εγκ. Ισχύς ΑΠΕ (MW) (Αύγουστος 2013) ΦΒ στέγες 8% ΦΒ στέγες 342 Α/Π 36% Α/Π 1520 ΦΒ 48% ΣΗΘΥΑ 2% ΣΒΙΟ 1% ΜΥΗΣ 5% ΦΒ 2021 ΣΗΘΥΑ 90 ΣΒΙΟ 46 ΜΥΗΣ 218
Ιαν-11 Φεβ-11 Μαρ-11 Απρ-11 Μάι -11 Ιουν-11 Ιουλ-11 Αύγ-11 Σεπ-11 Οκτ-11 Νοε-11 Δεκ-11 Ιαν-12 Φεβ-12 Μαρ-12 Απρ-12 Μάι-12 Ιουν-12 Ιουλ-12 Αύγ-12 Σεπ-12 Οκτ-12 Νοε-12 Δεκ-12 Ιαν-13 Φεβ-13 Μαρ-13 Απρ-13 Μάι-13 Ιουν-13 Ιουλ-13 Αύγ-13 Σεπ-13 Παραγωγή ανά Τεχνολογία ΑΠΕ (ενέργεια) Παραγωγή από ΑΠΕ 2013 (MWh) (έως και Αύγουστο) 50,00% 45,00% ΦΒ στέγες 262,0 40,00% 35,00% Φ/Β 30,00% ΦΒ 1867,9 25,00% Α/Π 2367,2 20,00% 15,00% 10,00% ΣΗΘΥΑ 75,0 5,00% ΣΒΙΟ 141,1 ΜΥΗΣ 610,7 0,00% Φ/Β Στλεγες Α/Π ΜΥΗΣ ΣΗΘΥΑ ΣΒΙΟ Στλεγες Α/Π ΜΥΗΣ ΣΗΘΥΑ ΣΒΙΟ Ενέργεια 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 MW (πλην στέγες) MW (στέγες) Σύνολο 60,00% 50,00% 40,00% 30,00% 20,00% 10,00% 0,00% Φ/Β Στλεγες Α/Π ΜΥΗΣ ΣΗΘΥΑ ΣΒΙΟ Φ/Β Στλεγες Α/Π ΜΥΗΣ ΣΗΘΥΑ ΣΒΙΟ Ισχύς
Σημαντικά έργα Μεταφοράς σε εξέλιξη Νέα Μάκρη Πολυπόταμος- Ν. Εύβοια Αν. Μακεδονία - Θράκη Κυκλάδες Πελοπόννησος 6
Προβλήματα στη Λειτουργία του Συστήματος (που έχουν ήδη διαπιστωθεί) Τα προβλήματα προκαλούνται από τη τυχαιότητα της παραγωγής ΑΠΕ, που οδηγεί σε ταχεία μεταβολή του φορτίου που πρέπει να αναληφθεί από τις συμβατικές μονάδες και επιδεινώνονται από τη γενικότερη μείωση της ζήτησης. Τα προβλήματα αφορούν Τεχνικά Ελάχιστα στις ώρες χαμηλού φορτίου Αυξημένες απαιτήσεις ρύθμισης συμβατικών μονάδων Τήρηση προγραμμάτων ανταλλαγής ενέργειας με γειτονικές χώρες - μεγάλα σφάλματα ACE Συχνή Έναυση και Σβέση συμβατικών μονάδων (wear and tear) Βιωσιμότητα συμβατικών Μονάδων οι οποίες όμως είναι απαραίτητες για να καλύψουν την ζήτηση τις ώρες με μειωμένη παραγωγή ΑΠΕ και να παρέχουν ρύθμιση Επίπτωση στο συνολικό Κόστος της Ηλεκτρικής Ενέργειας 7
Σημερινές Συνθήκες Λειτουργίας : Μεταβολή του ημερήσιου φορτίου και της καμπύλης διάρκειας φορτίου στο Σύστημα Μεταφοράς από το 2008 έως το 2013 8.500 8.000 7.500 7.000 6.500 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 13 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 12 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 11 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 10 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 09 ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 08 1,0 2008 6.000 5.500 0,9 2013 5.000 4.500 0,8 4.000 3.500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0,7 8.500 ΙΟΥΝΙΟΣ 13 8.000 ΙΟΥΝΙΟΣ 12 7.500 ΙΟΥΝΙΟΣ 11 0,6 7.000 6.500 6.000 ΙΟΥΝΙΟΣ 10 ΙΟΥΝΙΟΣ 09 ΙΟΥΝΙΟΣ 08 0,5 5.500 5.000 0,4 4.500 4.000 3.500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 0,3 Ώρες 8
Στόχοι μετά το 2020 Μακροπρόθεσμοι στόχοι έχουν τεθεί από την ΕΕ για το 2050 για παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας με ελάχιστους ρύπους Πρόσφατα έχουν τεθεί σοβαρά ερωτήματα για τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις στο κόστος του Ηλεκτρισμού Ενδιάμεσοι στόχοι απαραίτητοι Η χώρα είναι πλούσια σε δυναμικό ΑΠΕ, επιβεβαίωση τα 30GW που έχουν ήδη αδειοδοτηθεί 9
Προκλήσεις από τη Μαζική Διείσδυση ΑΠΕ Διακίνηση της Ηλεκτρικής Ισχύος Ανάγκη για νέα έργα Μεταφοράς Σχεδίαση του Συστήματος σε ποια κατεύθυνση θα αναπτυχθεί? Χρηματοδότηση επενδύσεων κόστος για τον καταναλωτή Αδειοδότηση καθυστέρηση στα έργα, υπέρμετρα αυξημένο κόστος π.χ καλώδια vs εναέριες ΓΜ ~7:1 Λειτουργία του Συστήματος Δυναμική Ευστάθεια μειωμένη στρεφόμενη μάζα, μειωμένη κινητική ενέργεια μεγάλη μεταβολή συχνότητας ποιότητα ισχύος Προβλήματα στην εξισορρόπηση φορτίου - παραγωγής Πρωτεύουσα Ρύθμιση Δευτερεύουσα Ρύθμιση Τριτεύουσα Ρύθμιση Αγορά Δυνατότητα Ανταγωνισμού Βιωσιμότητα Συμβατικών Μονάδων Κόστος Ηλεκτρικής Ενέργειας 10
Διακίνηση της Ηλεκτρικής Ισχύος Ανάπτυξη του Συστήματος H ανάγκη για ανάπτυξη και επέκταση του Συστήματος είναι προφανής. Το μέγεθος της ανάπτυξης εξαρτάται από τη γεωγραφική διασπορά της παραγωγής καθώς και από τη δυνατότητα μέρος αυτής να εξυπηρετηθεί από τα δίκτυα διανομής. Μικρού μεγέθους διεσπαρμένη παραγωγή κοντά στο φορτίο μειώνει τις ανάγκες για νέες γραμμές μεταφοράς και μειώνει και τις απώλειες. Απαραίτητη η ορθολογική πρόβλεψη που και πόσα ΑΠΕ ανά περιοχή θα εγκατασταθούν. Πρόβλημα η χωροθέτηση αδειοδότηση των έργων μεταφοράς και η χρηματοδότηση τους. Ο μέσος χρόνος αδειοδότησης έργων μεταφοράς ξεπερνά το 5 χρόνια, διεθνώς μεγαλύτερος Υπερβολικές απαιτήσεις για υπογειοποιήσεις ΓΜ οδηγούν σε αυξημένο κόστος με την αντίστοιχη επιβάρυνση στο τελικό κόστος της ενέργειας. Ο υφιστάμενος προγραμματισμός του Συστήματος διαμορφώνει, ένα ισχυρό σύστημα 400kV που καλύπτει ολόκληρη τη χώρα και προβλέπει τη διασύνδεση των νησιών του Αιγαίου με αρχή τα νησιά των Κυκλάδων και τη Κρήτη επιτρέποντας μεγαλύτερη διείσδυση ΑΠΕ στις περιοχές αυτές 11
Ανάπτυξη του Συστήματος Διεθνείς Διασυνδέσεις H ανάπτυξη των διασυνδέσεων επιτρέπει την αξιοποίηση πλεονάζουσας παραγωγής σε μία χώρα εξάγοντας την σε άλλη που παρουσιάζει έλλειμμα. H ανάπτυξη των διασυνδέσεων έχει αναδειχθεί ως καθοριστικής σημασίας για την μαζική διείσδυση ΑΠΕ στο Ευρωπαϊκό Σύστημα. Οι ανάγκες της αγοράς ηλεκτρικής ενέργειας επιβάλουν επίσης στην ανάπτυξη των διασυνδέσεων. Η οργάνωση των Διαχειριστών ENTSO-E προχωρά στη μελέτη των Electricity Highways με σκοπό τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη διαδρόμων μαζικής μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας στον Ευρωπαϊκό χώρο. Στόχος του ENTSO-E προγραμματισμός των απαιτούμενων έργων σε βήματα ανά πενταετία από το 2025 και μετά. Στο Ελληνικό Σύστημα οι υφιστάμενης διασυνδέσεις είναι ισχυρές 5 διασυνδέσεις στα 400kV με θερμικό όριο μεταφοράς άνω των 6000MW + η διασύνδεση συνεχούς ρεύματος με την Ιταλία ικανότητας 500MW. H διαθέσιμη όμως μεταφορική ικανότητα είναι πολύ χαμηλότερη (~ 1700 1800MW) λόγω περιορισμών στα γειτονικά δίκτυα της Βαλκανικής. Νέες διασυνδέσεις που προωθεί ο ΑΔΜΗΕ είναι με τη Βουλγαρία (από την Θράκη) καθώς και ο διπλασιασμός της ισχύος της διασύνδεσης συνεχούς με την Ιταλία ( + 500MW Η ανάπτυξη των διασυνδέσεων στην ευρύτερη περιφέρεια της Βαλκανικής έχει επίσης σημαντική επίδραση στην αύξηση της μεταφορικής ικανότητας από και προς τη χώρα μας. 12
Μέγιστη Ζήτηση στην Ελλάδα και στο Σύστημα του ENTSO-E ανά μήνα (τυπικές τιμές) 450 12 400 11 10 350 9 ENTSO-E 300 8 GR (GW) 250 7 200 Ιαν. Φεβ. Μαρ. Απρ. Μάιος Ιουν. Ιουλ. Αυγ. Σεπ. Οκτ. Νοε. Δεκ. 6 13
Λειτουργία και Ευστάθεια του Συστήματος σε μαζική διείσδυση ΑΠΕ Εξετάζοντας το θέμα στο πεδίο του χρόνου μπορούμε να εντοπίσουμε διαφορετικά προβλήματα μέτρα αντιμετώπισης Χρονική Περίοδος Μεταβατική Δυναμική Περίοδος Περίοδος Ενεργού ελέγχου Κατανομή - Αγορά 0- ~4-5 sec Φυσική Αντίδραση του Συστήματος ~1-30 sec Πρωτεύουσα Ρύθμιση ~ 8 sec έως ~10-15 min Δευτερεύουσα Ρύθμιση 5min έως 24 hrs ~Την προηγούμενη ημέρα Ενδοημερήσιο Πρόγραμμα Κατανομής και Οικονομική Κατανομή σε Πραγματικό χρόνου Ημερήσιος Προγραμματισμός (ΗΕΠ & ΠΚ) 14
Μεταβατική δυναμική περίοδος Στη μεταβατική δυναμική περίοδο οι σημερινές και οι μελλοντικές τεχνολογίες ΑΠΕ μπορούν να ανταποκριθούν και να συμβάλουν σε απαιτήσεις ρύθμισης τάσεως και συχνότητας. Ανάγκη εφαρμογής νέων Κωδίκων με αυξημένες απαιτήσεις - υποχρεώσεις για τις ΑΠΕ (ENTSO-E RFG Code, Requirements for Generators) Οι πλείστες των ΑΠΕ συνδέονται στο Σύστημα με ασύγχρονα μέσα. Το Σύστημα θα παρουσιάζει μειωμένη αδράνεια, δηλαδή χαμηλή αποθηκευμένη κινητική ενέργεια σε σχέση με το παρελθόν (και το παρόν). Οι ΑΠΕ δεν μπορούν να αυξήσουν την στρεφόμενη μάζα (αδράνεια) του Συστήματος. Μέτρα που συμβάλουν: Αντλητικοί Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί Παραγωγής Στρεφόμενη Αδράνεια μεγάλης ισχύος - σφόνδυλοι (fly wheels) Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) 15
Πρωτεύουσα Δευτερεύουσα Ρύθμιση Απαραίτητη η συμμετοχή των ΑΠΕ στη ρύθμιση (πρωτεύουσα και δευτερεύουσα). Οι υφιστάμενες τεχνολογίες έχουν την δυνατότητα. Πολύ περισσότερο στο μέλλον. Η συμμετοχή των ΑΠΕ στη ρύθμιση προς τα κάτω έχει μικρό λειτουργικό κόστος για τον παραγωγό. Η συμμετοχή στη ρύθμιση προς τα πάνω απαιτεί τη λειτουργία του σταθμού ΑΠΕ σε μειωμένη παραγωγή σε σχέση με την μέγιστη δυνατή σε κάθε χρονική στιγμή. Ανάγκη εφαρμογής νέων κωδίκων (ENTSO-E RFG Code) και συμμετοχή των ΑΠΕ στην αγορά επικουρικών υπηρεσιών. Επιπλέον δυνατότητες παρέχουν οι τεχνολογίες αποθήκευσης Αντλητικοί Υδροηλεκτρικοί Σταθμοί Παραγωγής Στρεφόμενη Αδράνεια μεγάλης ισχύος (fly wheels) Πυκνωτές μεγάλης ισχύος και αποθηκευμένης ενέργειας Συσσωρευτές Άλλα 16
Επίπτωση της αυξημένης διείσδυσης ΑΠΕ και της αύξησης των προγραμμάτων ανταλλαγής στη συχνότητα στο Ευρωπαϊκό Διασυνδεδεμένο Σύστημα Διάρκεια και πλήθος διαταραχών συχνότητας άνω των 75 mhz έτη 2001 2012 (έκθεση ENTSO-E Μάρτιος 2013) 17
Περίοδος Κατανομής και Λειτουργίας της Αγοράς Η μαζική διείσδυση ΑΠΕ στο Σύστημα οδηγεί σε επιπλέον απαιτήσεις από τις συμβατικές μη στοχαστικές μονάδες του Συστήματος όπως Διατήρηση μεγάλων περιθωρίων εφεδρείας λόγω αβεβαιότητας πρόβλεψης της στοχαστικής παραγωγής Αυξημένους ρυθμούς μεταβολής της ισχύος τους και συχνές αυξομειώσεις Μεγάλο εύρος λειτουργίας μεταξύ τεχνικού ελαχίστου και μεγίστης παραγωγής Συχνές σβέσεις και εναύσεις Η λειτουργία του Συστήματος, αφενός απαιτεί την λειτουργία σημαντικού συμβατικού δυναμικού ώστε να καλύπτεται με ασφάλεια η ζήτηση τη περίοδο που η παραγωγή ΑΠΕ δεν είναι διαθέσιμη αυξημένους ρυθμούς απόκρισης ρύθμισης που επιβάλει η αυξημένη Στοχαστική παραγωγή. Παράλληλα η συμμετοχή των συμβατικών ΣΠ στη κάλυψη της ζήτησης μειώνεται. Ο συνδυασμός των πιο πάνω δημιουργεί προβλήματα βιωσιμότητας των συμβατικών μονάδων και οικονομικές απαιτήσεις (επιπλέον κόστος). Η ανάπτυξη νέων Υ/Η με ικανότητα άντλησης επιλύει σε σημαντικό βαθμό τα προβλήματα, απαιτεί όμως επενδύσεις σημαντικού κόστους. Διαχείριση Φορτίου Ηλεκτρικά Αυτοκίνητα 18
Δυνατότητες Τεχνολογιών Αποθήκευσης Ηλεκτρικής Ενέργειας Μέσα Αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας χρόνος εκφόρτισης και ισχύς Οι κλίμακες είναι λογαριθμικές 19
Συμπεράσματα - Μαζική Διείσδυση ΑΠΕ στο Ελληνικό Σύστημα Διακίνηση της Ισχύος Ανάπτυξη του Συστήματος και Διασυνδέσεις Αδειοδότηση Κοινωνική αποδοχή Μεταβατική Δυναμική Συμπεριφορά Βελτίωση Τεχνικών Χαρακτηριστικών ΑΠΕ (Τάση και Συχνότητα) Φυσική Αδράνεια Συστήματος Αντλητικοί Σταθμοί και Νέες τεχνολογίες Πρωτεύουσα και Δευτερεύουσα Ρύθμιση Συμμετοχή ΑΠΕ σε Ρύθμιση Ευέλικτες Συμβατικές Μονάδες Αντλητικοί Σταθμοί και Νέες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας Λειτουργία Κατανομής, Λειτουργία Αγοράς Ευέλικτες Συμβατικές Μονάδες Αντλητικοί Σταθμοί και Νέες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας Συμμετοχή ΑΠΕ στην Αγορά Ηλεκτρικής Ενέργειας Διαχείριση Ζήτησης Συμμετοχή στην Αγορά Ευφυή Δίκτυα Ασφαλέστερη Πρόβλεψη 20
Συμπέρασμα ΑΠΕ αξιόπιστα και ελέγξιμα (controllable) Συμμετοχή στη Ρύθμιση Συχνότητας Συμμετοχή στη Ρύθμιση της Τάσης ΑΠΕ ελέγξιμα και ανταγωνιστικά Συμμετοχή στην Αγορά ΑΠΕ σε συνθήκες ανταγωνισμού που να αντανακλούν το κόστος της τεχνολογίας Συμπληρωματικά Μέτρα Ευέλικτη Συμβατική Παραγωγή με αυξημένες Δυνατότητες Ρύθμισης Αποθήκευση Ενέργειας Άντληση και νέες Τεχνολογίες Ο στόχος πρέπει να είναι Προστασία στο περιβάλλον αλλά με λογικό Κόστος για το Καταναλωτή και την Οικονομία. 21