Implementering av variable, fornybare energikilder i øst-afrikanske kraftsystem Opprettholdelse av sikker drift Norfund frokostmøte, 17.04.2015 Mari Westeng, Statnett 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 Fremtiden er elektrisk 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 (2006 – 2014) Fremtiden er elektrisk Kraftsystemet og systemdrift Fremtiden er elektrisk Forsyningssikkerhet? Fleksibilitet og mulighet til å håndtere planlagt utkoblinger og uforutsette utfall. 50.00 Tilstrekkelig produksjonskapasitet - i hver time (MW) og gjennom hele året (MWh) Masket nett med redundante overføringslinjer - ledig kapasitet i overføringsnettet Fremtiden er elektrisk Kvalitet på forsyningen? Strømforsyningen skal ligge innenfor et spenningsintervall - avvik kan ødelegge elektrisk utstyr Frekvensavvik kan også gi skader på motorer og maskiner. Fremtiden er elektrisk 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! Fremtiden er elektrisk Frekvensregulering er balansering ..og produksjonsapparatets evne til å bidra varierer! Forbruk Produksjon Vind Småkraft Husholdning og tjenestenæring Eksport Fleksibilitet Fremtiden er elektrisk Industri Import Storskala vannkraft Fleksibilitet Tradisjonell vannkraft • Stor roterende masse – motvirker frekvensendringer momentant • Lett å endre pådraget – kan reguleres hurtig Fremtiden er elektrisk Gasskraft / varmekraft Gasskraft • Hurtig regulering, men mer kostbart Fremtiden er elektrisk Varmekraft (dampturbiner) • Tregere regulering Regulere pådraget her..? Fremtiden er elektrisk 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. Fremtiden er elektrisk 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 Fremtiden er elektrisk 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 Fremtiden er elektrisk 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 Fremtiden er elektrisk Vind- og solkrafts egenskaper i nettet Vindkraft • Produksjon avhenger av vindforhold • Har roterende masse med tilhørende dynamiske egenskaper • Kan gi kortvarig frekvensstøtte • • Kan både avgi og forbruke reaktiv effekt fra nettet En "park controller" kan utjevne interne ubalanser i produksjonen fra vindparken • Egenskaper avhenger av valgt teknologi; • "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 • Fremtiden er elektrisk Må evt installere egne kompenseringsenheter Utfordringer i Afrikanske energisektorer Poor performance, low stakeholder confidence The power system - exhausted capacities in the grid - insufficient production capacity - worn down assets 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 Fremtiden er elektrisk Political intervention, low investment rates 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: - 945 087 km2 - 900 MW - 4000 km høyspent ledninger Fremtiden er elektrisk 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 Fremtiden er elektrisk 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 Fremtiden er elektrisk 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 Fremtiden er elektrisk Ny kraftproduksjon kan avlaste nettet TANZANIA: Avhengig av produksjon i Mwanza og Arusha. Vannkraft Fremtiden er elektrisk Flyt nordover, med kapasitetsbegrensninger Ny produksjon i nord vil ogredusere spenningsproblemer. overføringstap. Termisk produksjon 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 Fremtiden er elektrisk 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 Fremtiden er elektrisk 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.. Fremtiden er elektrisk Takk for meg! [email protected] M +47 97 72 15 83 D +47 23 90 34 66 Fremtiden er elektrisk