Європейська система електропостачання Герберт Сауругг - експерт із запобігання відключенню електроенергії
Для багатьох людей електроенергія надходить природним шляхом із розетки. Основні зв’язки рідко відомі. За нашою дуже високою безпекою поставок стоїть не просто національна, а європейська мережева система, яка функціонує лише безпечно в цілому. Він був побудований для легко обчислюваних та контрольованих великих електростанцій і до цього часу експлуатувався дуже успішно. Однак за останні два десятиліття багато рамкові умови значно змінилися. Такі як парк електростанцій. Лише в Німеччині за останні 20 років кількість генераційних заводів зросла з приблизно 1000 до понад 1,7 млн. Заводів. Це не тільки змінює характеристики генерації, але й поведінку системи. Оскільки багато нових систем також повинні бути об'єднані в мережу та інтегровані, що, в свою чергу, змінює складність загальної системи.
Тендітна рівновага
Система електроживлення на основі змінного струму працює лише в тому випадку, якщо вона є постійний баланс між виробництвом та споживанням можна забезпечити. Інакше система зруйнується. Індикатором балансу або стабільності системи є частота, яка в Європі становить 50 герц. Якщо використовується менше електроенергії, ніж виробляється, частота збільшується. Якщо, з іншого боку, споживається більше, ніж виробляється, це падає. Для порівняння: на рівній дорозі велосипедисту легко підтримувати швидкість. Але як тільки є нахил, йому доводиться крутіше крутити педалі, щоб залишатися однаково швидким. З іншого боку, якщо справа йде вниз, йому доводиться гальмувати, щоб не швидше і швидше. Якщо частота в мережі падає або зростає занадто швидко, важливі генератори можуть бути пошкоджені.
Тендітна європейська мережа
з Тематичний день SRF Blackout 2017
Збільшення зусиль для підтримання безпеки системи
Швидке розширення децентралізованих або летючих заводів вже давно недооцінюється, оскільки вони вже давно загублені в шумі великомасштабної системи. Тим часом, однак, був досягнутий рівень ефективності, який є системно актуальним або може також бути системно небезпечним. У цьому контексті нестабільність означає, що виробництво коливається внаслідок присутності вітру або сонця, і що стабільність системи повинна забезпечуватися за допомогою відповідних компенсаційних заходів іншими електростанціями. Тому контроль за мережею роками є більш вимогливим та дорогим, оскільки потрібно все більше заходів для стабілізації мережі (див. Оцінку редиспечеризації та внутрішньоденних зупинок).
Що таке редіспеч?
Відео TRANSNET BW дуже добре пояснює, що саме відбувається під час повторного відправлення/управління вузькими місцями.
Розробка витрат на управління перевантаженнями (джерело даних: APG); 2019: лише 1 і 2 квартал
Швидко мінливі рамкові умови
Спочатку розумні регуляторні заходи, такі як переважна подача відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), сьогодні все частіше призводять до критичних "стресових ситуацій" у загальній системі. Крім того, відсутні або затримуються заходи щодо розширення інфраструктури (розширення мережі), щоб мати можливість доставити електроенергію туди, де це потрібно. Оскільки “децентралізоване” покоління часто не настільки децентралізоване чи локальне, як можна подумати. Вітрові турбіни, зокрема, дуже концентровані, і особливо в Німеччині, далеко від основних споживчих центрів. Ще один нормативний захід, а саме те, що фотоелектричні системи повинні відключатися від мережі на частоті понад 50,2 Гц, знову скасовано. Реальність покаже, чи дійсно заходи є достатніми. Однак це дуже сумнівно, оскільки це не просто німецька, а загальноєвропейська проблема. Дивіться далі: Проблема 50,2 Герца
Критичні елементи системи відцентрові маси та накопичення енергії
Зменшення миттєвого запасу (“маси маховика”) та відсутність широких заходів щодо накопичення енергії, щоб мати можливість достатньо компенсувати зупинку звичайних електростанцій, стають дедалі більшими проблемами.
Зокрема, відцентрові маси мають центральне значення, щоб мати можливість по суті підтримувати стабільність та безпеку системи без необхідності втручатися. В даний час не вистачає альтернативних рішень або "вони не окупаються".
Важливі елементи системи можуть бути вилучені з системи лише тоді, коли доступна відповідна заміна. На даний момент, однак, другий крок робиться перед першим, що, мабуть, не може пройти добре.
Крім того, є важливий висновок дослідження складності, який навряд чи розглядається в «розумних рішеннях»:
Палмер та його колеги з Інституту Санта-Фе в Санта-Фе, штат Нью-Мексико, розробили віртуальний фондовий ринок, заселений віртуальними агентами. Кожен з агентів з часом міг змінити свої правила інвестування. Вони виявили, що коли агенти могли лише повільно оновлювати свої інвестиційні правила, тоді ринок сходився до гіпотези раціональних очікувань, оскільки погані правила з часом відсівались, однак, якщо агенти могли швидко оновлювати свої інвестиційні правила, то віртуальний фондовий ринок виставлявся бульбашки і крахи так само, як справжній фондовий ринок, оскільки погані правила можуть харчуватися одне одного.
Навіть на бульбашковому ринку факт широкого визнання може бути той факт, що ринок знаходиться у міхурі. Однак це не спричиняє негайного збою. Чому? Важливий час.
Після відключення ("blackfall"): відновлення мережі
Про затухання в технічному світі говорять як про велику несправність або падіння. Не тільки лінії, але і електростанції не мають електроенергії. Вони вимикаються з певного відхилення частоти, щоб захистити себе від руйнування. Електростанція з «чорним пуском», яка не була спеціально підготовлена для цього випадку, більше не може запускатися сама по собі, але для її повторного запуску потрібна частота 50 герц від електромережі. Така електростанція також повинна бути розроблена для ізольованої роботи і мати можливість справлятися з навантаженнями під час великих стрибків.
В Австрії офіційно функціонують дві (1,5 ГВт), у Швейцарії чотири, а в Німеччині - 120 (9,7 ГВт) електростанцій, що працюють на чорному пуску. Однак в Австрії все ще є кілька інших децентралізованих, менших електростанцій, здатних на чорний старт, з минулого, як правило, водні або накопичувальні електростанції. Зокрема, насосні електростанції мають дуже високий коефіцієнт корисної дії, що також пояснює, чому в Австрії є лише 2 електростанції, а в Німеччині - 120, тоді як різниця в потужності лише 6,4-кратна.
Чорний старт - не суто технічний виклик. Швидше, організаційні та кадрові вимоги також є визначальними для успіху. Отже, узгоджений чорний запуск із 120 електростанцій набагато складніший та схильний до помилок, ніж, наприклад, з 2 електростанціями. Помилки можуть виникати, коли підмережі взаємопов’язані, що може призвести до відновлення колапсу мережі, яка вже функціонує та знову підключена. Дивіться також обвал енергії в екстремальну зиму:
Крах електроенергії взимку 1978/79
з www.mdr.de
Щоденну роботу електромережі та чорний старт можна порівняти з польотом. Щоденна експлуатація схожа на політ. Іноді виникає турбулентність, тоді пілот повинен втрутитися. Інакше автопілот також може літати. Однак зліт літака вимагає особливої уваги та навичок. Це також стосується чорного старту. Однак це можна навчити лише на тренажері. З іншого боку, не просто два пілоти перебувають за кермом протягом декількох хвилин, а багато, і це протягом багатьох годин або навіть днів. Тож це не буде прогулянка у парку, навіть якщо оператори мережі ретельно підготуються до X дня.
Енергетична політика ЄС
На рівні ЄС з великою енергією ведеться спільний ринок електроенергії, де скрізь повинні панувати однакові ринкові умови, але це мало пов’язано з інфраструктурними вимогами, які для нього ніколи не розроблялись. Отже, ми також розділяємо ринок електроенергії та електричну мережу в мисленні («ринок, що має лише енергію»). Але фізика не може бути перекручена ринковими правилами. Але навпаки.
З іншого боку, кожна країна має власну енергетичну політику та енергетичний перехід. У різних напрямках. Хоча одні дотримуються ядерної чи вугільної політики щодо електроенергії або навіть хочуть їх розширити, інші хочуть перейти на поновлювані джерела енергії якомога швидше. В результаті стикаються світи мислення, а також догматично перетворені підходи. З 1 жовтня 2018 року також діятиме європейський ринок, який використовує складні алгоритми.
Загальна мантра полягає в тому, що ринок це розбере. Тільки вільний ринок означає, що учасники повинні мати змогу зазнати невдач, що може бути небезпечним для системи електропостачання. Проекти інфраструктури часто вимагають років виконання і часто розраховані на десятки років. Це суперечить короткостроковому прибутковій діяльності, орієнтованому на ринок. Поточні міркування щодо закриття вугільних електростанцій загалом вітаються. Часто не помічають того факту, що вони також надають основні системні послуги у вигляді миттєвих резервів з обертовими масами. Всього тут з’являється кілька темних хмар.
Електрична мережа майбутнього: система енергетичних елементів
Щоб перехід на повне постачання відновлюваних джерел енергії міг працювати, нам також потрібна нова конструкція системи: система енергетичних елементів, тобто децентралізовані, автономні функціональні блоки. На даний момент ми до цього ще далеко.
Відео німецького дослідницького проекту "KombiKraftwerk2" дуже чітко описує зв'язки та проблеми. Проект, серед іншого, завершує:
У найближчі кілька років та десятиліття для досягнення мети енергетичного переходу доведеться докласти певних політичних, економічних та технічних зусиль. Проблеми збереження стабільності електромережі, спричинені зміною енергопостачання, менше покладаються на відновлювані джерела енергії, оскільки вони в основному відповідають технічним вимогам щодо стабілізації мережі. Швидше, нова структура майбутнього виробництва та розподілу електроенергії вимагає переосмислення організації системи. Мова йде про трансформацію системи, яка фокусується на коливаються вітрових та фотоелектричних системах, що коливаються, як головній опорі електропостачання. Гнучкі системи біомаси (біогаз та тверда біомаса) та системи біометану, а також системи зберігання є важливою частиною енергетичної системи та сприяють забезпеченню ефективності. Без відповідно адаптованого розширення мережі з усіма її компонентами, адаптації нормативних актів та ринків, зміна електропостачання не матиме успіху. Нагородою за ці зусилля буде сучасне, чисте та стабільне джерело живлення.
Критичний та системний розгляд
Якщо дивитись на систему з системної точки зору, швидко стає очевидним, що "енергетичний перехід", який він здійснюється в даний час, явно нехтує системними аспектами. Тому що система - це більше, ніж сума окремих її елементів. Вирішальними є «невидимі нитки» між елементами системи. Наприклад, лінії між генеруючими установками та споживачами енергії ("споживачі"), накопичувальні та буферні системи (накопичувачі енергії), щоб мати можливість компенсувати мінливість вироблення летких речовин. Мережевий контроль, який повинен виглядати інакше в складній децентралізованій системі, ніж у раніше централізованій ієрархічній системі. Крім того, слід враховувати великі часові горизонти, від мілісекунд (захист), до секунд/хвилин (управління мережею або заміна обертових мас), енергетичний баланс (години/дні/тижні) до стійкості (роки/десятиліття). Все це навряд чи враховується в умовах поточного ринку та цінової орієнтації. Послухайте уривок із теми тематики затемнення SRF День: День 6: Нічого не видно - торговець електроенергією та оператор мережі:
Хто винен?
з Тематичний день SRF Blackout 2017
Зі збільшенням кількості елементів системи взаємодія в цій системі також збільшується. І в геометричній прогресії. Розвиток подій, який ми можемо довести, що не можемо впоратися добре. Керованість системою зменшується. Механізми, якими ми користувались донині, працюють дедалі слабше, і ризик колапсу системи зростає. Цьому можна протидіяти лише за допомогою відповідної життєздатної конструкції системи (система енергетичних елементів), яка в основному відсутня або лише починає відбуватися.
Найбільша надія в даний час покладається на «розумні» технології, хоча попередні підходи, як правило, ведуть у глухий кут, а не сприяють вирішенню проблеми (див., Наприклад: «Розумна мережа» в епоху Кібервійни. На сьогодні нерефлексована мережа в галузі ІТ призвело до дедалі більше невирішених і дедалі важчих для контролю проблем. Навіть якщо попередні проблеми головним чином мають місце у віртуальному просторі, у реальному світі вже існує величезна фінансова шкода. Неможливо уявити, що відбудеться, якщо ці події перескочать на інфраструктурний сектор і призведуть до збоїв доступності мережевих інфраструктурних систем, як це було в Україні в 2015 році. Інтелектуальні технології, безумовно, повинні внести свій внесок у енергетичний перехід. Однак, з системної точки зору, сучасні концепції слід поставити під сумнів більш критично. Оскільки мережеві зв'язки збільшують складність, що призводить до не в нашому попередньому n означає керовану поведінку системи.
Довідкова інформація
У європейській мережі близько 530 мільйонів людей у понад 30 країнах забезпечуються електроенергією. Мережа континентальної Європи є “найбільшою машиною” в Європі, якщо не у світі.
Реактивна потужність
Для того, щоб передача потужності в мережі працювала, для нарощування напруги потрібна реактивна потужність. Реактивна потужність завжди повинна знаходитися у правильному відношенні до реальної потужності, яка фактично доходить до споживача, щоб транспорт електроенергії не погіршувався. Це означає, що електроенергія не може транспортуватися без реактивної потужності, але занадто велика реактивна потужність в мережі зменшує активну потужність і може мати відповідний негативний вплив на передачу електрики. Все залежить від потрібної суми.
Простіше кажучи, реактивна потужність - це головка пива, а саме пиво - активна потужність. Якщо пиво розлити неправильно, може утворитися занадто багато піни. Якщо пиво стоїть занадто довго, піна стає нестійкою, зменшується і якість пива страждає. Голова піни завжди повинна відповідати пропорції пива. У старому енергетичному світі атомні електростанції та інші великі виробники, щоб залишитися в кадрі, пивоварні, які стежили за тим, щоб головка піни, тобто реактивна потужність, була доставлена в правильній пропорції до пива, що залишився, тобто активної потужності. Оскільки до 2022 року всі атомні електростанції будуть виведені з мережі, оператори систем передачі (ОМС) тепер стануть головними пивоварами для реактивної потужності, щоб мати можливість виконувати свій статутний мандат на цілодобову експлуатацію безпечної мережі цілодобово.
Для того, щоб мати можливість регулювати реактивну потужність і зробити її доступною в достатній кількості для всієї мережі, TenneT, наприклад, вже встановив компенсаційні котушки та системи MSCDN у багатьох зі своїх 129 підстанцій, які сприяють статичному забезпеченню реактивної потужності. Також встановлені обертові фазообмінники. Ця система робить внесок у потужність короткого замикання цього вузла мережі - завдання, яке раніше виконувалось, наприклад, генератором атомної електростанції Графенрейнфельд. Крім того, досліджується, чи можуть, наприклад, енергія вітру та фотоелектричні системи сприяти безпеці системи та постачання шляхом надання реактивної потужності.