A VILLAMOSENERIARENDSZER SZABÁLYOZÁSA Tanulmány A villamosenergiarendszer fizikai és jogi szabályozása összefügg. Az előbbi ritkán, az utóbbi gyakran módosul. Az illesztés jósága azonban elengedhetetlen, hiszen a nemzetközi és nemzeti célok csak a jó összhanggal teljesíthetők. Közép és hosszú távra gondolva, le kell írni a várható jó összetartozást nem bírálva a meglévő szabályokat, inkább segítve az újak kialakítását.. Alapok A váltóáramú villamosenergiaellátás egyik minőségi jellemzője a frekvencia, amelynek a megváltozása jelzi a fogyasztás (terhelés) és a termelés (teljesítmény) egyensúlyát (. ábra). Fontos persze a feszültség szabályozása is, de itt ezzel most nem foglalkozunk. Ha a terhelés nő, a frekvencia csökkenését a teljesítmény növelésével lehet megakadályozni. Az egyensúlyt egyaránt be lehet állítani a fogyasztás és a termelés célirányos befolyásolásával egy ún. szinkronzónában. Az egyensúlyt tartani kell f fogyasztók bekapcsolása szabályozás. ábra fogyasztók kikapcsolása terhelés a tárolt energia tompító hatása teljesítmény termelői kiesés Erőgép (pl. turbina) szabályozása 2. ábra Pl. turbófúvóhajtás vagy szivattyúhajtás n a + szabályozó beavatkozó n n alapjel P turbina f a + PI n a + szabályozó f alapjel fszabályozó n P turbina f hálózat P a + PI n a + szabályozó P alapjel Pszabályozó n alapjel alapjel P turbina P hálózat hajtott gép csak biztonsági okokból kell generátor csak biztonsági okokból kell generátor
Itt azonban fizikai szabályozásról van szó. Egy erőgép (pl. gőzturbina) szabályozása eltérő lehet attól függően, hogy mi a cél (2. ábra). Lehet fordulatszámot, frekvenciát vagy teljesítményt szabályozni. A szabályozás technikája ismert: az előírt, parancsolt (alapjel) beállított értékének és a ténylegesen mért értéknek a különbsége jelként a szabályozóra vihető, és az a kívánt irányban beavatkozik, változtatja a folyamat ún. módosító közegét (itt a gőzáramot) úgy, hogy a zavarás ellenére a tényadat a parancsolt értékhez igazodjék. Ez a hagyományos értelemben vett, ún. visszacsatolásos megoldás. Nem keverendő ez a szabályozás össze az irányítástechnika többi alapvető részével: pl. a vezérléssel vagy a védelemmel. Erőgép (pl. turbina) szabályozása f alapjel Frekvenciairányítású teljesítményszabályozás f a f + 3. ábra fszabályozó P P a + K * f + Pszabályozó PI P alapjel nalapjel P hálózat n a + + P nszabályozó n turbina generátor csak biztonsági okokból kell Természetesen összetett, bonyolult szabályozás is kialakítható (3. ábra), így esetünkben egy frekvenciairányítású teljesítményszabályozás. Biztonsági okból természetesen az ilyen rendszerhez is tartozik fordulatszámszabályozás, például induláshoz (vezérelt alapjelelállítással) vagy a védelemhez. Még az ún. szigetüzemekhez (pl. régen egy 42 Hzes városi vagy üzemi ellátásoz) is ilyen szabályozásokat használtak. A szabályozó beállítása Követelmények: arányos működésű fordulatszámszabályozó legyen; a teljesítmény (P) és a fordulatszám (n) között állandósult állapotban egyértelműen beállítható összefüggés kell; a szabályozási jelleggörbe beállítása: nagyobb teljesítményhez kisebb fordulatszám tartozzon. n, min Arányosság (statizmus): S =.( f/f n ) / ( P/P n ), % P 4. ábra f P max b a primer szabályozási tartalék P, MW f P f b f a f o = alapjel Teljesítménynövelés: jelleggörbeelállítással Az a gép kisebb eltéréssel szabályoz. 2
Az erőgépnek olyan szabályozója van, hogy a teljesítmény (P) és a fordulatszám (n) között állandósult állapotban egyértelműen beállítható az összefüggés. Nagyobb teljesítményhez kisebb fordulatszám tartozik (4. ábra), és egy arányossági jellemző (az ún. statizmus) megszabja a meredekséget (mindez és az alábbiak az UCTE Üzemeltetési Kézikönyve, 24 szerint értendő). Azonos fordulatszámon a jelleggörbe elállításával (felle tolásával) lehet a teljesítményt módosítani. Nem mindegy, hogy a rendszerben milyen arányosságú gépek dolgoznak, hiszen eltérő módon érzékenyek a termelőegységek a fordulatszám megváltozására. 2. Szinkronzóna szabályozása Ma már több gép dolgozik együtt több fogyasztó ellátására, hiszen gazdaságossági és biztonsági okból régen kialakultak már az együttműködő erőművekkel és a villamos hálózattal a villamosenergiarendszerek, amelyek ún. szinkronzónákba szerveződtek. Ilyen rendszerekben van megfelelő hierarchikus szabályozás. Egy szinkronzónában a frekvencia azonos, és annak névleges értékét (pl. fo=5 Hz) hierarchikus rendszerrel állítják be (5. ábra). Ennek megfelelően van primer, szekunder és tercier szabályozás, valamint időbeállítás. Zavar esetén először a primer szabályozás avatkozik be, majd nem sokkal utána a szekunder is. Ezt segíti ki a tercier (perces) szabályozás. Végül az egész zónában egy helyről helyesbítik a frekvencia alapjelét az időegyeztetés alapján. Szinkronzónaszabályozás helyesbítés határ visszacsatolás 5. ábra eltérés primer szabályozás hatás jelzés szekunder szabályozás jelzés hatás tercier szabályozás eltérés rendszerfrekvencia időbeállítás A szinkronzóna ún. rendszerirányítási tartalékai teszik lehetővé, hogy megfelelő időben, kellő időtartamig el lehessen látni a szinkronzóna irányítási feladatait (6. ábra). Az azonnal (<, min) induló primer tartalékot követi a szekunder, majd 5 perc alatt kisegíti őket (visszaállítja szabályozási képességüket) a perces tartalék. Egy egyszerű villamos rendszerben a primer szabályozó megfelelő kilengés után új frekvencián beállítja az új egyensúlyt. Mivel a fogyasztás is függ a frekvenciától (a gépek fordulatszámától), ezért az egyensúly az ún. dinamikus frekvenciaeltérés után beáll az ún. kvázistacioner eltérésen (7. ábra). Ennek megengedhető értékei minden zónában elő vannak írva. Innen kell majd a szekunder szabályozással visszatérni a kívánt frekvenciára. A mai magyar villamosenergiarendszerre előírt primer szabályozási tartalék kereken ± 5 MW (8. ábra), amelyet az UCTE ír elő számunkra (a szinkronzónánk a nettó termelése alapján). Nem olyan nagyon sok ez. 3
Természetesen szinkronzónánkban (például az UCTEben) előírnak (9. ábra) bizonyos frekvenciajellemzőket, megengedhető értékeket. Azt is jelzik, hogy az egyes részrendszer nagysága alapján milyen hálózati teljesítményszámmal (hálózati frekvenciateljesítményjellemzővel, λ) számolhatunk. Rendszerirányítási tartalékok 6. ábra % primer 5 szabályozás tartaléka, min,5 min % 5 szekunder szabályozás tartaléka, min 5 min % 5 tercier szabályozás tartaléka, 5 min 6 min min Frekvenciaszabályozás 7. ábra hálózat frekvenciája, f, Hz dinamikus frekvenciaeltérés, f d kvázistacioner frekvenciaeltérés, f q A fogyasztás is függ a frekvenciától. maximum 3 s termelőegység (forrás) kiesése idő, t, s Primer szabályozással új egyensúly új frekvencián 4
8. ábra Ajánlott primer tartalék Az i. zóna primer tartaléka P i = P u.c i, MW ahol: P u és az i. zónára a részarány nagysága: Ci = Ei /Eu ahol: E i a saját zóna nettó villamosenergiatermelése, az egész tömb (szinkronzóna) nettó villamosenergiatermelése E u az egész tömbre (szinkronzónára) előírt primer tartalék, UCTE. szinkronzónára: P u = 3 MW (23ban) UCTE 2. szinkronzónára: P u2 = 54 MW (23ban) Magyarország szabályozási zónájára (MAVIR) számított: C H = 3,6 TWh / 2392,6 TWh =,32, ebből: P H = 354 MW.,32 = 46,8 MW 5 MW. Frekvenciajellemzők 9. ábra névleges frekvencia f o = 5, Hz megengedett primerszabályozási eltérés legnagyobb kvázistacioner eltérés legnagyobb dinamikus eltérés legnagyobb mérési pontatlanság f = ±,2 Hz f q = ±,8 Hz f d = ±,8 Hz f m = ±, Hz Hálózati frekvenciateljesítmény jellemző, teljesítményszám: λ u = P/ f, MW/Hz, ahol: P egy zavar által kiváltott teljesítményváltozás, f a zavar után beálló kvázistacioner frekvenciaeltérés. az UCTE. szinkronzónájában: λ u = 8 MW/Hz, az UCTE 2. szinkronzónájában: λ u2 = 3 MW/Hz, a MAVIR zónájában: λ H = C H. λ u =,32.2 = 277 3 MW/Hz. Az egész szinkronterületen (az. UCTE zónában) a terhelés önszabályozó képessége (önbeállása) %/Hz, ami % terheléscsökkentést jelent a Hz frekvenciacsökkenés esetén. 5
A szekunder szabályozás feladata, hogy visszaszabályozza a teljesítményegyensúly beállításával a frekvenciát öt perc alatt az előírt értékre. Itt is vannak átmeneti lengések, de gyors a csillapodás (. ábra). Nem mindig pontosan 5, Hz a beállított érték, hiszen a korábbi eltérésekből eredő időt is ki kell egyenlíteni Frekvencia és teljesítményszabályozás 5,5. ábra hálózat frekvenciája, f, Hz 5, 49,95 új, előírt frekvencia névleges frekvencia eredeti frekvencia termelőegység (forrás) kiesése maximum 3 s idő, t, s Szekunder szabályozással egyensúly az előírt frekvencián Ez tehát a valódi fizikai szabályozás a villamosenergiarendszer szinkronzónájában. Az fp szabályozással (frekvencia és teljesítményszabályozással) tartják automatikusan a terhelés és a teljesítmény (azaz a fogyasztás és a termelés) kívánt egyensúlyát az előírt frekvencián. Itt már arányos és integráló (PI) szabályozást használnak a maradó eltérés kiküszöbölésére. Megfelelően beállított két generátorgépegységgel például megfelelő szabályozási tartományok alakíthatók ki gépenként megfelelő munkaponttal (. ábra). ábra Erőművek a szekunder szabályozásban Minden szabályozási zónában kellenek olyan erőművek, amelyeknek van arányos, integráló (PI) szekunder szabályozójuk a következő egyenlet alapján ahhoz, hogy a csereteljesítmény és frekvenciaszabályozásban részt vegyenek. P di = β i. i (/T i ) i.dt P di β i i az i. szabályozási zónára ható egységek szabályozási beállítása, alapjele; az i. szabályozási zóna szekunder szabályozójának arányossága (erősítője); az i. szabályozási zóna globális szabályozási eltérése; integrálási konstans T i munkapont + = munkapont szabályozási tartalék szabályozási tartomány P M munkapont igénybe nem vehető P M2 P M + P M2 szabályozási teljesítmény M M2 M+M2 szabályozási tartomány igénybe nem vehető 6
Az ajánlott szekunder szabályozási tartalék nagyságát a szinkronzónánkban (pl. UCTE) egy képlettel határozzák meg a csúcsterhelés függvényében. Ennek megfelelően például nálunk kereken ± 5 MW (2. ábra) szekunder szabályozásra van szükség. R, MW 2 Ajánlott szekunder tartalék UCTE R = (a. P max + b 2 ) ½ b, MW ahol: a = MW és b = 5 MW 2. ábra 5 5 2 3 4 5 6 7 8 9 P max, MW Ha több rendszer szabályozási tömb vagy szabályozási zóna kapcsolódik egymáshoz egy szinkronzónán, pl. az UCTEn belül, akkor már frekvencia és csereteljesítményszabályozásról van szó, hiszen a szabályozási zónák között egyeztetett cserére is mód van, mint arra a következő fejezetben visszatérünk. Természetesen mind a primer, mind a szekunder szabályozásban kétirányú tartalékra van szükség, hiszen a mérleg mindkét oldalán lehetnek zavarok, így a frekvencia mindkét irányban kilenghet. 3. ábra a területi szabályozási hiba, a minimálása. = P + K * f min! teljesítményszabályozási hiba: P = P mért P prog, frekvenciaszabályozási hiba: K* f = K * (f mért f o ), MW P mért P prog K a szabályozási zóna szekunder szabályozási tényezője, MW/Hz f mért f o Csereteljesítményszabályozás a pillanatnyilag mért teljesítménycsere a zónahatáron, MW az egyeztetett csereteljesítmény a szomszéd zónával, MW a pillanatnyilag mért frekvencia a rendszerben, Hz MW a frekvencia előírt, parancsolt értéke (alapjele) a rendszerben, Hz az. UCTE szinkronzónában: K = 9 8 MW/Hz (24re) a 2. UCTE szinkronzónában: K 2 = 3 3 MW/Hz (24re) 7
Egy adott területen például egy országban egy vagy több (nálunk egy, Németországban négy, Ausztriában három) ún. szabályozási zóna (CA) van, tehát nem országhatárfüggő a zóna. Ezekben a zónákban alapvető cél a mérleg egyensúlyban tartása, tehát a területi szabályozási hiba () minimálása. Ez összeadódhat (3. ábra) a teljesítmény és a frekvenciaszabályozási hibákból. A cél e hibák minimálása. A frekvenciatényezők (K) mindig kicsit nagyobbak, mint a hálózati teljesítményszámok (λ); pl. az. UCTEszinkronzónában K=9 8 MW/Hz, míg λ=8 MW/Hz. Itt kell megjegyezni, hogy jelenleg az. UCTE szinkronzónában a primer tartalék ± 3 MW, de ez nem volt elég pl. a tavalyi olasz kiesés hatásainak előírások szerinti kiegyenlítéséhez. Mielőtt a rendszerek összeköttetésével foglalkoznánk, célszerű megvizsgálni két szomszédos szabályozási zóna közötti cserét (4. ábra) Csereteljesítménymegváltozás f = (f mért = f o ) és P = (P mért = P prog ) f o + f, f = P = λ * f és P 2 = λ 2 * f kiesik egy gépegység: P a P a P 2 / λ u P a 4. ábra P 2 = P 2 csereteljesítményeltérés K 2 * f P a a 2. hálózat jelleggörbéje: 2 ( f) az. hálózat felől nézve. hálózat 2. hálózat K * f f f, frekvenciaeltérés az. hálózat jelleggörbéje: ( f) = P 2 +K * f = P +( P )= 2 = P 2 +K 2 * f = P +( P 2 )= P a A 2. hálózatban kell a tartalékot bevetni! A 2. rendszer össze van kötve az essel, és a két rendszer úgy működik, hogy közöttük (a példában) nincs egyeztetett csere. De kiesik a 2ban egy gép, és a közös frekvencia csökken. Működésbe lépnek a primer szabályozók. Ekkor az ábra alapján az. rendszerből ennek megfelelő áramlás indul azonos frekvenciát tartva a zavarással érintett rendszerbe. A 2. rendszerben kell tehát beavatkozni, hogy az egyeztetett csere (itt nulla) ismét helyreálljon. Az összekötött rendszerekben tehát a belső kiesésnek megfelelően azonnal külső kisegítés indul meg, de ezt a szekunder szabályozással perceken belül meg kell szüntetni abban a rendszerben, amelyben a zavar létrejött. Az egyensúly azonos frekvencián így létrejön, és mindenki a maga bajának elhárításával törődik. Ameddig tud A szekunder szabályozás mielőbbi tehermentesítésében segít azonban a tercier (perces) szabályozás (5. ábra). Üzembe lép például 5 percen belül egy nyílt ciklusú gázturbina. Ezt nem szabályozzák, hanem vezérlik. Miután elérte teljes terhelését, megváltoznak a működő gépek munkapontjai, megnő a szabályozási tartomány, mint azt az ábra jól szemlélteti. Ez tehát így nem közvetlenül a frekvenciára vagy a teljesítményre hat, de megváltoztatja az együttműködő erőművek terhelési képét. Ez nem igazi szabályozás, ezért itt gyakran nem is beszélnek szabályozásról, hanem csak egyszerűen perces tartalékról (nálunk ezt üzemzavari tartaléknak is hívják), annak igénybe vételéről, vezérlésről (indításról, leállításról). Végül a szinkronzóna szabályozását az időbeállítás zárja le. A pontos órával, pl. az atomórával meghatározott, egyeztetett idő és a szinkronidő eltérését helyesbíteni kell, tehát adott helyen be kell állítani az egész zóna frekvenciájának alapjelét úgy, hogy a villamos szinkronidő a lehető legpontosabb legyen. Ezt a feladatot például a mi szinkronzónánkban, az UCTEben az órák hazájában, Svájcban látják el (6. ábra). Hosszú távon így szavatolható a névleges frekvencia (fo=5 Hz) tartása. Elvben (és a legtöbbször a gyakorlatban is) minden szinkronzónában van egy ilyen központ. 8
Tercier szabályozás 5. ábra A generátorok munkapontjának automatikus vagy kézi megváltoztatása a szekunder tartalék támogatására, a szekunder szabályozás lehetőségének újbóli megteremtésére 5 percen belül. A szekunder szabályozási tartalék megnövelése egy nem szabályozható generátor (M3), mint perces tartalék, indításával. P M + P M2 szabályozási teljesítmény M+M2 szabályozási tartalék szabályozási tartomány igénybe nem vehető M M2 + = M3 P M +P M2 +P M3 szabály. teljesít. szabályozási tartomány szabályozási tartalék munkapont munkapont kezdeti munkapontok új munkapontok M M2 M3 6. ábra Szinkronidőszabályozás Ha a szinkronzónában a rendszer frekvenciája eltér a névlegestől (5 Hz), akkor a szinkronidő és az általánosan egyeztetett idő (UTC) is eltér egymástól. Az elfogadható időeltérés ±2 s, normál zavarmentes üzemben ± 3 s, nagy hálózati zavarok esetén ±6 s. Az UCTEben Laufenburgban (CH) mérik az időt, és az eltérés alapján beállítják minden szabályozási tömb és zóna részére a szekunder szabályozás alapjelét, az előírt, parancsolt értéket 49,99 és 5, Hz között. Kielégítőnek tartják a frekvencia minőségét, ha egy hónap alatt a mérési intervallumok 999%ában a frekvenciaeltérés 4 mhznél kisebb, és havonta nyolc napon át 49,99 és 5, Hz között van az érték. 9
3. Irányítási hierarchia Egy szinkronzóna, pl. az UCTE, lehet elég nagy ahhoz, hogy az irányítási, szabályozási feladatokat részekre osszák, felépítsenek egységes szabályok alapján egy irányítási hierarchiát (7. ábra). A feladatok és felelősségek így kellően összehangolhatók és kioszthatók. A hierarchia szintjeinek a száma lehet kevés, lehet sok. Mi maradjunk a hatnál. Az egész szinkronzónát () több részre oszthatják, és így központi szinkronzónacsoportok (centrum, CC) (2) alakulhatnak ki. Mindegyik csoporthoz több szabályozási tömb (blokk, CB) rendelhető, és minden tömbhöz több szabályozási zóna (terület, CA) (4) tartozhat. A versenypiaci szabályozástól függően aztán minden zónában lehetnek mérlegkörök (5), és ezekhez almérlegkörök (6) is rendelhetők. Irányítási hierarchia Szinkronzóna UCTE 7. ábra Szinkroncsoport Szabályozási tömb 2 3 4 Észak RWE, Brauweiler CENTREL PSE, Varsó Szabályozási zóna Mérlegkör 5 6 Magyarország MAVIR, Budapest Közüzem MVM, Budapest Almérlegkör Saját ellátás Eastern Sugar, Kaba Ez magyarázatra szorul. Példa természetesen itt is az UCTE lehet (8. ábra). Az UCTE ma két fő részre oszlik: a már évek óta együtt járó. zónára és a jövő évtől csatlakozó 2. zónára. Az első zónát is két részre osztották: az északit Németországból, a délit Svájcból irányítják, míg a 2. zónát Belgrádból. A 2. zóna 24. október én csatlakozott az UCTE szinkronüzeméhez. Az északi szinkronzónában több szabályozási tömb van; mi a lengyelek irányította CENTRELhez tartozunk, és az országunk szabályozási zónát alkot. Több olyan szabályozási zóna is van (pl. NyugatUkrajna, NyugatDánia, a MAREBországok és Albánia), akik nem tagjai az UCTEnek, mégis együtt járnak a szinkronzónával. Természetesen nem csatlakozhat mindenki egy szinkronzónához, hiszen ennek vannak gazdasági és fizikai határai. Az Európai Unióban például több szinkronzóna van (9. ábra): az EU5ben még csak négy volt, az EUben már hét van, de egész Európában ennek a kétszeresét is meghaladó szinkronzóna lehet tekintetbe véve a szigeteket. Ki kell emelni, hogy a politikai vagy gazdasági csoportosulások egészen más alapszabályokat követhetnek, mint a szinkronzónák szerinti együttműködések. Svájc nem tagja az EUnak, de az UCTEnek igen, Lettország tagja az EUnak, de az UCTEnek nem. Ezért fontos elkülöníteni a politikai alapon kialakult jogi szabályozásokat a fizikai alapokat követő együttműködési szabályoktól.
Szabályozási tömbök az UCTEben 8. ábra Észak Dél B F 8 P L E MAHREB NL D L A CH DK 4 2 7 I CZ A SLO SK CENTREL H HR BIH = = = = PL YU 3 Nyugat UK = RO B szabályozási tömb szabályozási zóna nem UCTEtag RWE irányít, Brauweiler ETRANS irányít, Laufenburg EKC irányít, Belgrád AL R 2. zóna: jelenleg külön Megjegyzések: (24. X. ig) L ipar Bvel, közüzemi Dvel A a két nyugati szabályozási zóna Dvel DK csak a kontinentális rész (ELTRAterület) BIH részben HRrel, részben az EKCvel 9. ábra EU5ben: UCTEÉszak UCTEDél UCTE2 NORDEL Szinkronzónák Európában Ausztria Belgium Dánia (nyugat) Hollandia Luxemburg Németország Franciaország Olaszország Portugália Spanyolország örögország Dánia (kelet) Finnország Svédország EUben (többletként): UCTEÉszak UCTEDél UPS/IPS CIE* ENEMALTA* Csehország Lengyelország Magyarország Szlovákia Szlovénia Észtország Lettország Litvánia Ciprus Málta UKTSOA* NagyBritannia * sziget szigetüzemmel ATSOI* Írország Európa5ben: a fenti 7 szinkronzónán kívül még kb. 57 zóna
4. Összekapcsolt rendszerek A szinkronzónák között váltóáramú villamosenergiacsere nincs, de egyenáramú van vagy lehet (átalakítókkal, betétekkel, tengeralatti kábelekkel). A villamos energia tehát szállítható az egyik szinkronzónából a másikba. Természetesen a zónahatárok is változhatnak időben és térben. Egy területi fogyasztói körzet átkapcsolható egy másik szinkronzónához (szigetüzemi ellátás), vagy az egyik zónában lévő erőmű vezetékrendszere leszigetelve a másik zónába is szállíthat villamos energiát (irányüzem). Ne tévesszen meg senkit, hogy Európában mindenütt fo = 5 Hz a névleges frekvencia. Ez még nem jelent összekapcsolhatóságot, hiszen a szabályozási feltételek eltérőek lehetnek. 5. Irányítás felfelé A magyar szabályozási zónát (CA) a MAVIR irányítja Budapestről. Felfelé indulva jön a CENTREL, amely szabályozási tömböt (CB) a lengyel PSE irányítja Varsóból. Ehhez a tömbhöz tartozik még a cseh és a szlovák szabályozási zóna is (2. ábra). Együttműködés felfelé 2. ábra koordináló központ (centrum) = CC D Brauweiler PL Varsó H UCTE Észak E < 8 MWh/h, < 4 MW CENTREL E < 2 MWh/h, < MW Magyar VER eltérési határok Budapest szabályozási tömb (blokk) = CB szabályozási zóna (terület) = CA A lengyelek irányította CENTRELlel az UCTE szinkronzónájának., északi csoportjához tartozunk, amelyez a német RWE átviteli hálózati rendszerüzemeltetője irányít Brauweilerből, a központi irányítóból (CC). A kapcsolatokat az UCTE együttműködési kézikönyve szabja meg. Minden szabályozási zónának és tömbnek teljesíteni kell a cserére vonatozó előírásokat. A zónákban a rendszer irányítóinak (TSO) kell egyensúlyt tartani. Megszabják, hogy mekkora lehet az eltérés ( hiba ) a megegyezett idő ( óra, ½ vagy ¼ óra) alatt. Így például egy óra alatt legfeljebb ± 2 MWh engedélyezhető nálunk a CA és CB között úgy, hogy egyetlen pillanatban sem nagyobb az eltérés ± MWnál. Természetesen a CB és CC közötti kapcsolatra is van előírás (pl. az említett két számnak a négyszerese). Amennyiben nagyobbak a CAeltérések, úgy azt a CBnek kell helyesbítenie. Tartós eltérés esetén büntetés járhat (nincs tudomásom róla), de lehet kompenzáció is. 2
A lényeg az, hogy a CA irányítójának a saját szabályozási zónájában az egyeztetett importhoz és exporthoz (tranzithoz) igazodva kell a termelés és a fogyasztás egyensúlyát jelzett menetrend szerint betartania fedezve természetesen a veszteségeket is (2. ábra) és kielégítve a belső mérlegkörök hibáit. Nem könnyű dolog. 2. ábra mérés Idő: 5 s, 5, 3 min, h soksok mérlegkör együttese Egyensúly szabályozás termelés T veszteség behozatal V I E kivitel F fogyasztás Egyensúly: T + I F E V = Egyeztetve a szomszéd zónákkal: I és E F Hzóna (HCA) felelőse: A csereprogramokat az aktuális (D) nap előtt (D) kell egyeztetni. Külön a CACA kapcsolatban, külön a CACB együttműködésben és végül a CBCC irányításban. Időben eltolva, bejelentéssel és visszaigazolással (jóváhagyással) délután hatig lezajlik minden egyeztetés (22. ábra), az irányítók felkészültek. A számok gépekben vannak. Csereprogramegyeztetés egyeztetés lebonyolítás elszámolás 6 2 8 24 22. ábra Csereprogramok (CAX):. zónák között (CACA) 2. zónák és tömb között (CACB) 3. tömbök és a centrum között (CBCC) Minden zónahatárt keresztező metszéknél a csereteljesítményt a D nap az adott időszakára (órára) meg kell adni. Megállapodási időtartamok (kétoldalú egyeztetéssel) ½, ¼ vagy órára : Ha órára, akkor MWban a csereteljesítmény átlagos értékét kell megadni. Ha ½ vagy ¼ órára, akkor a csereteljesítmény MWjának átlagos értékét három értékes jeggyel kell megadni. Megjegyzés: Mindez az UCTE konzultációs tervezete 24. május 5én. Természetesen nem lehet minden órára az átlaggal lépcsős függvényt adni az exportra és az importra külön. Megengednek ezért ± 5 perc átmenetet minden ugrásra 3
lefelé vagy felfelé (23. ábra). Így kialakul egy cseremenetrend minden zóna és tömbhatáron az egyeztetett időintervallumokra (általában egy órára). Egyeztetett menetrend 23. ábra 6 5 4 3 2 2 egyezmény szerinti beállított csere tény min 6 7 8 9 idő, t, h Eljön aztán a D nap, a mérések napja, és az egyeztetések betartása a feladat. Van tervgörbe (vonalakkal) és ténygörbe (görbékkel). A kettő eltérhet egymástól. Egy időszakaszon, órán belül lehet + és eltérés. Az eredő, az összeg számít energiában, a pillanatnyi érték teljesítményben (24. ábra). Zónaeltérési határ MW Megengedhető eltérés a CENTRELben a MAVIRnál: órás energiában (+ és ): max.. 2 MWh/h pillanatnyi terhelésben: max. ± MW 24. ábra menetrend + tény + A mérések alapján aztán a következő nap (D+) jön az elszámolás, majd később a rendszerirányítók összejövetelein a leszámolás. Az egyeztetett terv (ES), a ténylegesen mért (ET) és az ún. virtuális energiaáramok (EVT) alapján kiadódik az akaratlan eltérés (UD), tehát a hiba (. ábra). Bizonyos rendszerkapcsolatokban például vízerőművekben gazdagabb óra idő 4
zónáknál kompenzációra (COMP) is mód van a következő hét négy munkanapján. Az UCTE egészében természetesen az akaratlan eltérések előjelhelyes összege nulla. A szinkronzóna egyensúlya így rövidebbhosszabb távon adott. Energiacsereelszámolás egyeztetés lebonyolítás elszámolás 6 2 8 24. ábra adatcsere CA CB CA & CB jóváhagyás CA & CB lezárás, CC jóváhagyás ES előző nap egyeztetett energiaáram, ET ténylegesen mért energiaáram a D napon, EVT virtuális energiaáram, COMP kompenzációs program (min. 4 nap), UD = ET (ES + EVT) akaratlan eltérés Időtartamok: az egyeztetés szerint (½, ¼ vagy h) Elszámolás: MWh alapján CC lezárás UCTEben: UD =! Megjegyzés: Mindez az UCTE konzultációs tervezete 24. május 5én. Az a kérdés ezek után, hogy az egyes szabályozási zónák rendszerirányítói (TSOk) milyen szabályozási tartalékokat tartsanak, hogyan készüljenek fel a zavarok elhárítására és a menetrendkövetésre. Kell tartalék az automatikus primer és szekunder szabályozáshoz, és kézi (automatikus) perces tartalék is kell. Itt meghatározhatnak időket, sebességeket, feltételeket, amikor a szabályozási energia piacán beszerzésre indulnak. A feltételek az UCTEben általában hasonlóak (26. ábra) az igénybevételi időket, a változtatási sebességeket illetően. Egyes helyeken előírják, hogy minden MWnál nagyobb erőműegységnek részt kell tudni venni a primer szabályozásban. Más előírások vannak hőerőműves rendszerekben, mások a vízerőművekkel kellően ellátottakban, más a már erősen decentralizált zónákban. Az ábra táblázatában feltüntettük az UCTE német szabályozási tömbjéhez csatolt négy szabályozási zónára és a nyugati dán zónára vonatkozó értékeket összehasonlítva a magyar rendszerre vonatkoztathatóval. A primer szabályozási tartalékokat az említett termelési részarányból és a 3 MWból arányosítják, a szekunder szabályozás tartalékát pedig a megadott képletből vezetik le. Általában ± értékek vannak a szekunder szabályozás tartalékainál, de nem mindig. Ez a két szabályozási tartalékot hőerőműves rendszerekben forgó tartalékokkal (üzemben lévő gépekkel) tartják. A perces tartalék többnyire álló, indulásra kész egység a pozitív irányban, nálunk például nyílt ciklusú gázturbinák, amelyek kézi parancsra indulnak. A negatív irányban természetesen a perces tartalék is forgó, hiszen működő erőművek leállításáról van szó. A pozitív tartalékok nagy termelőegységek kiesésekor lépnek üzembe, így itt számolni kell a rendszerben lévő legnagyobb egységteljesítőképesség nettó értékével. A perces tartalékok órákig üzemben maradhatnak, szerepük egészen addig tart, míg az órás tartalékukat a kereskedők nem aktiválják a szerződéseik szerint. Az egyeztetett menetrendet aztán úgy kell követni, hogy mindig legyen elegendő tartalék is a fentiek szerint. Egy adott munkanap (itt példaképpen 23. szeptember én, szerdára) tervezett egyenes vonalakkal kialakított menetrendjét a valós rendszerirányítás az adott napon jól követheti úgy, hogy fel vagy levezérel, indít vagy leállít gépegységeket, de mindig tart forgó tartalékot a szabályozáshoz (27. ábra). Látató, hogy túl nagy eltérés nincs. Vannak azonban napok, amikor jelezni kell az eltérést (pl. Korrigált menetrendtől való eltérés az. órában 4 MWh/h volt a kisgradiensű rendelkezésre állás miatt ). Ez azonban ritkán fordul elő. 5
26. ábra Rendszerszabályozási tartalékok az UCTEben Hzónában, 4 Dzónában, Dániában Idő: kezd teljes vége, min Primer szabályozási,,5 5 Szekunder szabályozási,5 5 6 Tercier (perces kézi) tartalék 5 5 (2) 8 A tartalék jellege: hőerőgép (víz) forgó forgó (álló) álló (forgó) Szabályozási sáv minimuma/gép ±2% (±2 MW) ±3 MW Teljesítményváltoztatási sebesség ±2 %/min Beépítési követelmény a gépeknél BT > MW ajánlattal ajánlattal MAVIR (javaslat re), MW ±5 ± 5 + 45 / 5 RWE Net (23), MW ± 32 ± 5 + 78 / 62 E.ON Netz (23), MW ± 9 + 8 / 4 + / 4 EnBW Trasportnetz (23), MW ± + 72 / 39 + 5 / 33 Wattenfall Europe (23), MW ± 5 ± 58 ±78 ELTRA (dánucte) (24), MW ±35 ± + 67 / 2 követés MW 55 Példa: 23. szeptember. Szerda 5 27. ábra 47 43 39 tényleges rendszerterhelés menetrend szerinti rendszerterhelés forgóteljesítményhatár 35 2 4 6 8 2 4 6 8 2 22 24 óra / nap Amíg egy kézben volt az egész VER, beleértve a rendszerirányítást is, addig túl nagy gond nem volt, mivel a saját tulajdonú berendezéseket irányították a növekményköltség szerint. Aztán az áramdíjak átvették a szerepet, de még mindig optimálni tudta az MVM a rendszertermelést, a menetrend tartását (más kérdés, hogy mikor és mennyi tartalék volt a szabályok szerint). Az ún. optimális teherelosztáshoz is meg kellett becsülni a következő napi menetrendet (terhelési görbét), és a másnap üzembiztosan rendelkező teljesítőképességek (ÜIT) alapján az energia ára alapján vásárolta az MVM a megfelelő géptől a villanyt (28. ábra). 6
28. ábra 6 5 4 3 2 TERV készítés régen Optimális teherkiosztás a menetrendhez ÜIT= MW P o = 58 MW perces tartalék import széntüzelések olaj és gáztüzelések TÉNY P = 5697 MW 6 5 gázból szabályozó 4 szénből 3 importból 2 atom atomerőműből 6 2 8 24 kötelező áramdíj, Ft/kWh Például a megújuló forrásokból eredő villamos energiát kell először átvenni, majd az atomerőműben termeltet. Ha az import is olcsó, akkor ezután ő következik, majd jönnek az egyre drágább szénerőművek, végül a legdrágább tüzelőanyagokból előállított villany. Tartalék még így is marad. Ezt a gazdaságos teherelosztást mindenki értette, legfeljebb az áramdíjak hatósági megállapítása okozott gondot. A következő napra mindig lehetett előre jelezni a menetrend várható módosulásait tekintetbe véve az időjárás alakulását (29. ábra). A napi menetrendhez meg kellett határozni a legkisebb és a legnagyobb terhelések alapján az üzemelő, indítandó és leállítandó gépek számát. Mindig volt felfelé és lefelé is forgó tartalék a primer és a szekunder szabályozáshoz. Volt álló pozitív és forgó negatív perces tartalék is a rendszerben. tartalékokkal kötelező átvétel 6 2 8 24 MW 7 menetrend forgó+perces forgóperces forgó maximum forgó minimum 29. ábra 6 5 4 3 6 2 8 24 indítás indítás leállítás 7
Elvben és a gyakorlatban ma is így kellene ennek történnie. De jött a magánosítás és a szabaddá tevés, az új törvény a csatlakozó jogi szabályokkal. Ezek ismertek, erre nem kell kitérni. Meg kell azonban említeni, hogy ma a Kereskedelmi Szabályzat (KSZ) a mértékadó a részekre bomlott rendszer szabályozásához és a menetrend tartásához előírt parancskövetéshez. Itt is vannak szerződések, előző napi előkészítések (3. ábra). Az adott nap folyamatai is rögzített szabályozás címmel, és a következő napon itt is az elszámolás következik. És a rendszer ma is működik. Rögzített az is, hogy a szerződött termelőkkel miképp kell a negyedórás időszakokban a szükséges teljesítményváltozások parancsait követni (3. ábra). Erről sem kell itt újat mondani. 3. ábra fél évvel előtte sebességre, ±MW/min ajánlott értékek: parancskövetésre, fel, +, Ft/kWh rendelkezésre, fel, +, Ft/MW lekötésre, fel, +, MW előző napon adott napon később alapmenetrend érvényes menetrend, mérés tervezett rendelkezésre állási idő, fel, +, óra igénybe vehető, fel, +, MW szekunder szabályozás, parancskövetés nem elfogadott tényleges rendelkezésre állási idő, fel, +, óra mérlegkörelszámolás parancskövetés díja fel, +, Ft rendelkezésre állás díja fel, +, Ft parancskövetésre, le,, Ft/kWh rendelkezésre, le,, Ft/MW lekötésre, le,, MW tervezett rendelkezésre állási idő, le,, óra igénybe vehető, le,, MW tényleges rendelkezésre állási idő, le,, óra parancskövetés díja le,, Ft rendelkezésre állás díja le,, Ft Parancskövetés menetrend tartásakor elszámolási időtartam MW teljesítménynövelési időtartam 3. ábra szükséges teljesítménynövelés távparancs elvi parancskövetés tűrési sáv tényleges teljesítmény kizárás T 2 T 3 T kilépett jelzés 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 4 5 min késleltetés 8
Azt azonban hangsúlyozni kell, hogy más a fizikai értelemben vett irányítás, a vezérlés (parancs az indulásra, a leállásra, a teljesítmény növelésére és csökkentésére), tehát maga a menetrendkövetés, mint a fizikai, automatikus szabályozás a lekötött szabályozási tartalékok (primer, szekunder) felhasználásával és az üzemzavari (tercier, perces) tartalékok kézi igénybevételének vezérlése. A primer (± 5 MW) és szekunder (± 5 MW) szabályozási tartalékok nem menetrendkövetést szolgálnak, a szabályozási energia piacán ezeket nem ilyen célból szerzik be. A perces tartalék vezérelt igénybevétele (ezért nem hívják ezt szabályozásnak) azonban módosíthatja az üzemelő forgó teljesítőképességet, de ezt sem a menetrend követésekor használják (normál üzemben). 6. Irányítás lefelé Az EUhoz vagy az UCTEhez tartozó országokban a belső irányításnak gyakran adnak politikai és fizikai feltételeket. Kialakulnak az ún. működési modellek, amelyek arra szolgálnak, hogy a fizikai szabályokkal együtt a kívánt politikai célok is teljesüljenek a jogi szabályozás szerint. Egy szabályozási zóna belső irányítása ilyen modelleket követ. Ne foglalkozzunk most a magyar kettős piac modelljével, mely középtávon megváltozhat, de tekintsük a választott ún. mérlegkörös modellt, várható jövőjét közép és hosszú távon (32. ábra)! Együttműködés lefelé CB 32. ábra szabályozási energia piaca (rendszerirányítási tartalékok) órás (hideg) tartalékok piaca szabályozási zóna (terület) = CA Pl.. MAVIR primer szekunder tercier (perces) rendszerirányító mérlegkör = MK Pl.: MVM mérlegkörfelelős kiegyenlítés egyeztetés almérlegkör = AMK saját termelő A szabályozási zónában a fogyasztók ilyen mérlegkörökhöz taroznak, amelynek van egy felelőse, az ún. mérlegkörfelelős (többnyire egy kereskedője), aki gondoskodik a fogyasztókörének ellátásáról olcsó és biztonságos forrásokat keresve saját célfüggvényt követve. Nem földrajzilag, hanem mérésekkel körülhatárolt fogyasztói és termelői körről van itt szó, ahol ismét az egyensúly, a mérlegkiegyenlítés a lényeg. A mérlegkörfelelős gazdasági érdeke, hogy a lehető legkisebb kiegyenlítési energia beszerzése a rendszerirányítótól (33. ábra). A kereskedő mérlegkörfelelős tehát ellátja fogyasztót, szerződésekkel beszerzi a szükséges energiát (leköti a megfelelőnek ítélt teljesítőképességeket), és saját célfüggvényeket követ, amelyek elsősorban gazdaságiak. Sok mérlegkör lehet (van) egy szabályozási zónában (nálunk most 8, Ausztriában kb. 8, Németországban több mint 4), és minden mérlegkörhöz más fogyasztói csoport tartozhat (34. ábra). Vannak ún. zsinórfogyasztók, akik közel állandó napi terhelést adnak, és vannak naponta erősen változó igénnyel jelentkezők. A mérlegkör felelőse igazodik a fogyasztóinak 9
igényeihez: leköt alaperőműves forrásokat, változó terheléshez jól igazodókat, és a biztonság érdekében tartalékot is (ezt nevezik gyakran órás vagy hideg tartaléknak is). A cél, hogy a fogyasztók meg legyenek elégedve. Egyensúly kereskedelmi 33. ábra mérés termelők I T Rendszerirányító kiegyenlítés veszteség K V egyeztetett csere más mérlegkörökkel F E F fogyasztók mérlegkör pl. közüzemi, felelős: MVM Egyensúly: T + I F E V ± K = azdasági célfüggvény: K min! A mérlegkörfelelősök azonban nem irányítanak erőműveket. Jelzik a forrásaikat és jelzik a várható igényeiket a rendszerirányítónak (35. ábra). Egyeztetett szerződések alapján kapcsolatban állhatnak más mérlegkörökkel (vétel és eladás). Ami pedig a legnagyobb gondot okozhatja az a kötelező átvétel a megújuló forrásokkal és a kapcsoltan termelő kiserőművekből (vagy később a kvótás rendszer a zöld és kék bizonyítványokkal). E gond megoldására itt nem lehet kitérni. A kapcsolódó külsőkkel való egyeztetés vagy becslés után meg kell adni az előző napon (D) a tervezett mérlegköri menetrendet negyedórás időszakokra a rendszerirányítónak a következő napra (D). A cél az, hogy a fogyasztási menetrendet a lehető legnagyobb pontossággal adják meg. Mérlegkörök a szabályozási zónában 5 5 5 5 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 34. ábra 5 5 5 5 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 5 5 5 5 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 5 5 5 5 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 6 2 8 24 2
Természetesen nem lehet soha pontosan előre jelezni még egy napra sem. Eltérés minden mérlegkörben lesz, és mivel nagyon sok mérlegkör van egy szabályozási zónában, a rendszerirányítónak sok mérlegkört kell kiegyenlíteni. Ösztönzést kell adni tehát a lehető legjobb kiegyenlítésre. Erre szolgál a kiegyenlítési energia ára. Mérlegkörfelelősi feladatok 35. ábra Tervezet (D): T o (τ) = F o (τ) CS o (τ) Tény (D): T(τ) = F(τ) CS(τ) menetrend T Rendszerirányító τ = idő, ¼ h mérlegkör Kiegyenlítés: mérlegkörfelelős termelők fogyasztók A B C D K(τ) = (T(τ) T o (τ)) min! F célfüggvény X mérlegkör egyeztetett vétel megújuló Egyeztetés a külsőkkel: A mérlegkör felelőse, a kereskedő vehet és eladhat a rendszerirányítónak. Ha vesz, akkor ez sokba kerül, vannak határok is (pl. 5% ), amely felett még többe. Ha pedig elad, akkor nem kap ért semmit vagy csak nagyon keveset (36. ábra). A kiegyenlítés a mérlegkörök felé csak egy mérésen és elszámoláson alapuló rendszer, amelyben gazdasági érdekeltség teremthető. A sok mérlegkör egyidejű, eredő kiegyenlítéséhez szerez be aztán a rendszerirányító szabályozási energiát a piacon. kötelező, kvóta kapcsolt Y mérlegkör egyeztetett eladás CS(τ) = A(τ) + B(τ) + C(τ) D(τ) kiegyenlítés ¼h ¼h ¼h tervezett menetrend (T o ) tényleges teljesítmény MW tervezett átlag ¼h tényleges átlag ¼h terv nagyobb (kör elad ) 36. ábra K,% tény nagyobb (kör vesz ) 2 5 K + τ 5 5 2 3 k, cent/kwh a kiegyenlítő energia ára Érdemes megállni egy kicsit, hogy a tényekről ismereteket közvetítsünk. Egy hétköznapi menetrendelőrejelzés és a jelzettől való eltérés egy magyar mérlegkörnél (37. ábra) jól jellemzi a helyzetet. Egy nap van 96 negyedóra, minden negyedórának van egy fogyasztása kwhban előre jelzett és mért értékekkel. A negyedórás átlag persze MWban 2
is megadható, az időtengely pedig órában is skálázható, hogy a görbék alatti terület energiát jelentsen. Az ábrában jól látható, hogy a mérlegkörfelelős nem jelezte pontosan előre a fogyasztóinak várható együttes igényét, mert szinte az egész nap alatt többet igényelt a jelzettnél. Számolt azzal, hogy kiegyenlítő energiát kap a rendszerirányítótól. Amennyiben ezt 8 Ft/kWhért kapja, akkor talán jobban is jár, mintha saját forrásokból szerezné be az igényét, mintha pontosabban jelezné előre a várható igényeket. Amennyiben a kiegyenlítő energia ára nem elég ösztönző, hanem az ún. le vagy felszabályozási költségekhez igazítják, akkor a kereskedő nem sokat Fogyasztáselőrejelzés 84 82 egy mérlegkör munkanapon 32 8 37. ábra 3 78 76 74 72 7 68 66 64 62 5 9 3 7 2 29 33 37 4 45 49 53 57 6 65 69 73 77 8 85 89 93 MW kwh kiegyenlítő energia 28 26 Tény negyedóra 6 2 8 24 MAVIR Bertalan Zsolt idő, óra foglalkozik a várható igények pontosabb jelzésével, hanem alábecsül, és kiegyenlítő energiát vesz. A modell tehát nem jól működik, a kereskedő nem sokat kockáztat. Nagyon sok áramkereskedő van már az EUben, különösen azokban az országokban, ahol hamar kinyitották a piacot (38. ábra). Már középtávon jelentősen megnövekedhet az áramkereskedők száma, megjelenhetnek az áramtőzsdék a valódi piaci ár jelzésére (az óvatosabbaknál a szervezett piacok a spekuláció elkerülése érdekében), tehát a kereskedés jelentős szerephez juthat a teherelosztásban, a legjobb források megszerzésében, a legtöbb fogyasztó megszerzésében. Mindezt bonyolítja az EU belső piacának megnyitása úgy, hogy kapcsolatban maradhatunk olcsó keleti, bár szennyező forrásokkal is. Áramkereskedők az EUben 38. ábra Ország Németország Lengyelország Csehország Olaszország Ausztria Svédország Finnország NagyBritannia Észtország Szlovákia Spanyolország Szlovénia Franciaország Kereskedő 5 4 396 22 44 27 9 87 85 69 68 67 Ország Dánia Hollandia Litvánia Belgium Magyarország Luxemburg örögország Portugália Írország Ciprus Lettország Málta ÖSSZESEN Kereskedő 48 36 2 7 5 2 8 6 348 VB PowerTech 5/24. p. 4. 22
A kereskedői célfüggvény viszonylag egyszerű: a maximális haszon. A hálózat használatán nem lehet nyerni, hiszen a szállítás monopólium marad (39. ábra). Lehetőség van azonban az árambeszerzés befolyásolására, tehát a bel és külföldi termelői források kiválasztására. Még több lehetőséget ad a marketing, a piacszerzés a biztonság és egyéb előnyök hangoztatásával. A kis, közepes és nagyfogyasztók persze eltérő módon befolyásolhatják a költségtömbök rugalmasságát, de a legnagyobb tétel mindenképpen az árambeszerzés marad. Áramkereskedők érdekeltsége 39. ábra Forgalom: % 3% 3% 4% a költségtömb befolyásolhatósága lehet alig lehet nem lehet 8 2 45 7 2 6 36 5 5 2 8 nyereség értékesítés, marketing, elszámolás árambeszerzés költségei hálózathasználati díj et 24, /2 átlagos nagy közepes kis villamosenergiafogyasztók Ki kell térni az egyre terjedő decentralizált ellátásra és a terjedő saját termelésre is (4. ábra). A technikai fejlődése itt már lehetővé tette a politikai akaratok teljesítését. Van már olyan ország, ahol a villamosenergiaellátás 5%ban decentralizált. Nálunk még a kiserőművek termelési részaránya alig 7%, de hamarosan ez is megugorhat. Központi és elosztott termelés 22 4 kv 4. ábra elosztóhálózat 2 5 MW 52 MW 5 MW < MW központi termelés 2 kv 2 kv,4 kv decentralizált termelés kisfogyasztók nagyfogyasztók saját termelés saját termelés elosztott vagy beágyazott (fogyasztókhoz közeli) termelés A kiserőművek (gázmotorok, gázturbinák, mikro, midi és miniturbinák, tüzelőanyagelemek, Stirlingmotorok) a kisebb fogyasztóknál már saját ellátást, saját termelést tesznek 23
lehetővé úgy, hogy azért a saját célú hálózat kapcsolódik a közcélúhoz, tehát a frekvenciaés feszültségtartásban a saját termelők nem vesznek részt (ha csak nem alakítanak ki teljes szigetüzemet). A saját termeléssel aztán nagyon sok lehetőség adódik természetesen a saját célok alapján: teljes ellátás, teljes vásárlás, részleges vásárlás, időszakos vásárlás (rövid kieséseknél) és eladás a saját igény kielégítésén felül. Mindezen lehetőségekhez (4. ábra) irányítási, tartaléktartási, vezérlési feladatok tartoznak. A saját erőművekre pedig ki fognak terjedni az kw közötti termelési szabályok, melyekkel a mai magyar jogrend nem foglalkozik. Saját termelés 4. ábra Mostanában: gőzturbinák, gázturbinák, gázmotorok saját igény kielégítésére közcélú hálózat földgáz CCT összes igény vásárlással megújuló 2 kv kv,4 kv, 5 MW részben vétel, részben saját termelés sajátcélú hálózat átmeneti vásárlás Távlatban: napelemek, mikrogázturbinák, tüzelőanyagelemek a többlettermelés eladása eladás vásárlás saját igény vásárlás saját igény saját igény vásárlás saját igény 2 24 2 24 2 24 2 24 2 24 saját igényre nem üzemelő részlegesen kis időre kiesett kedvező feltétel a szabályozott saját erőművek, terhelhető saját saját termelés, többlettermeléshez, termelés kényszervétel erőművek tartalékvétel értékesítés A saját kis vagy törpeerőműves termelők ezen kívül szinte teljes egészében kapcsolt termelésűek és gyakran megújuló forrásokat is használnak, és ezekre társadalmi, politikai célokból ösztönzések vonatkozhatnak gazdasági jelzésekkel. Nem tekinthetünk el tehát a saját termelő kapcsolódásától, a kiserőművek hatásától sem. Az új jogrend kialakításakor a decentralizált rendszer (elosztott vagy fogyasztókhoz közeli termelés) létét éppen úgy tekintetbe kell venni, mint a saját termelést, a fogyasztó saját célfüggvényét (42. ábra). Saját termelő kapcsolódása kereskedők (mérlegkörfelelősök) A kereskedő (mérlegkör) B kereskedő (mérlegkör) C kereskedő (mérlegkör) 42. ábra szerződés tartalékra vásárlás menetrenddel értékesítés menetrenddel saját termelő saját fogyasztóval (almérlegkör) Például: olajfinomító, vegyi üzem, cukorgyár, kórház, bevásárló központ Célfüggvény: maximális biztonság és hosszú távú nyereség 24
Nem cél itt a megoldás lehetőségeinek a bemutatása, elegendő a figyelem felhívása. A szabályozási zónában a teljesen szabad piacon saját célfüggvények szerint tevékenykedő szereplők együttműködésének jogi szabályozásakor a fizikai szabályoknak még akkor is érvényesülniük kell, ha a legszélesebb körű decentralizálást tűzik célul. A lefelé való együttműködés szabályai nagyon fontosak. 7. Erőművek szabályozása A villamosenergiarendszer szabályozásának elemzését a termelők irányításával kell befejezni. Az erőművekkel szabályoznak általában, nem a fogyasztókkal, bár velük is lehet. A fogyasztói befolyásolásra (DSM) azonban itt nem lehet kitérni, az túl messzire vezetne. Alapvető annak lerögzítése, hogy minden erőműegység szabályozható, csak ennek vannak korlátjai, feltételei és eltérő érdekeltségei. Minden gépegységet szabályoznak, mindegyiknek van valami szabályozási lehetősége. A legtöbb megújuló forrással működő erőművet csak lefelé lehet szabályozni. Az ellennyomású erőműegységeket a hőkiadásra szabályozzák, de a hőt lehet tárolni, a villanyt nem, ezért gyakran hőtárolókkal teszik a kapcsolt termelést szabályozhatóvá a villamos oldalon. Célszerű a villamos rendszer tekintetében négy erőműtípust megkülönböztetni (43. ábra):. szabályozható, 2. irányítható, 3. kényszermenetrendes és 4. tartalék erőműegységeket. A szabályozható egység villamos teljesítménye szabadon beállítható a pillanatnyi maximum (teljesítőképesség) és a minimum között (44. ábra). A legtöbb nagyerőmű ilyen. Az üzemi tartomány felett és alatt azonban van egy szabályozási tartalék is a primer vagy a szekunder tartalékhoz. Az üzemi tartományban előírnak ± %/min terhelésváltoztatási sebességet, amelynek értéke kis változási tartományokban sokkal nagyobb lehet a normál értéknél (a szabályozási tartalék területén). követésre rendelkezésre áll az üzemi tartomány, amely akkor kedvezően nagy, ha a tartós minimális terhelés elég alacsony (pl. %). Ilyen gépegységek nélkül hőerőműves rendszerekben igen nehéz a menetrend követése, a forgó tartalékok tartása. Ezek legtöbbször szénhidrogéntüzelésű blokkok, de lehetnek széntüzelésűek is. Alapvető erőműtípusok Szabályozható Irányítható Kényszerű Tartalék igénybe vehető üzemi min. tartalék tény igénybe vehető min. tény igénybe vehető üzemi min. tény igénybe vehető tartalék tény= 43. ábra menetrendtartó alaperőmű pl. megújuló hideg tartalék MW szénhidrogéntüzelésű erőmű MW atomerőmű MW kapcsolt termelés MW gázturbina szélerőmű perces gőzturbina órás szabályzáshoz idő esetleges visszaterhelés idő hőmérsékletés szélfüggés idő parancs indítás idő
Szabályozható erőműegység 44. ábra beépített teljesítőképesség nettó maximális teljesítőképesség nettó minimális tartós teljesítőképesség nettó igénybe vehető teljesítőképesség nettó üzemi tartomány felső szabályozási határ megengedhető terhelésváltoztatási sebességek szabályozási tartalék alsó szabályozási határ szabályozási tartalék menetrendkövetés teljesítőképességek, MW Az irányítható erőműegységeket korlátozott mértékben lehet szabályozni. Ezek azok az alaperőművek, amelyeket nagy kihasználásra méreteztek, és nem érdemes őket kis terhelésen járatni (atomerőműves, lignittüzelésű és egyéb blokkok). Itt általában a visszaterhelés jön szóba a normál vezérlés (indítás, leállítás) mellett. A gyártók sokszor előírják a visszaterhelhetőség megengedhető mértékét, sebességét, gyakoriságát. A kényszermenetrendes erőműegységek legnagyobb villamos teljesítménye valamely olyan külső feltételtől függ, amely kívül esik a villamos rendszer érdekkörén. A megújuló források változó kínálata szabja meg például a szél, a nap és a folyami vízerőművek legnagyobb teljesítményét. Ellennyomású kapcsolt termelésben pedig a hőigény. Az adottságoktól függő maximumtól persze lefelé itt is el lehet térni, legfeljebb nem érdemes. Legtöbbször azonban az ilyen erőművek rugalmassága is megnövelhető (pl. hő vagy víztárolással). Vannak eleve tartalékként épített erőművek, amelyeket csak vezérelnek: indítanak és leállítanak. Szabályozásra azért mód lehetne ezeknél is, csak a feltételek ezt nem teszik célszerűvé. Nézzük meg a néhány magyar nagyerőmű jellemzőit (45. ábra) minimális, névleges és maximális teljesítőképességűket, a blokkszámot, az átlagos terhelésváltoztatási sebességet és egy blokk éves indításának számát! A paksi és a mátrai blokkok kimondottan alaperőműves, irányítható egységek, amelyeket célszerű teljes terhelésen üzemeltetni (áramdíjuk viszonylag kicsi). Kimondottan jól szabályozható egység kevés van ma rendszerünkben: a) a tíz dunamenti és tiszai MWos blokk; b) a csepeli CCTegység és c) néhány régi szénerőműves kisblokk, amelyek hamarosan leállnak. Korlátozott mértékben szabályozhatók a dunamenti, az újpesti, a kispesti, (től) a kelenföldi és a debreceni CCT egységek a hőkiadási feladatok ellátása miatt. A nyílt ciklusú gázturbinás blokkok pozitív perces (üzemzavari) tartalékok. Kényszermenetrendes egységeink zöme a kiserőmű kategóriába esik, és ma többnyire kötelező átvenni a termelésüket. Ma nincsenek hő vagy víztárolós kiserőműveink, a kapcsolt termelés irányításában a hő játszik meghatározó szerepet. Semmi ösztönző sincs arra, hogy az ilyen blokkok részt vegyenek a szabályozásban vagy a menetrend követésében. 26
45. ábra Erőmű Irányítható magyar erőművek (re felvett adatok a nagyerőművekre) Teljesítőképesség, MW Blokk Sebesség, %/min Indítás min. névleg max. db normál gyors db/a/blokk Paks 32 47 48 4 2 5 alaperőmű* Duna F & Tisza 5 22 ±2,5 ±5 5 szabályozó Duna & 2 Mátra kicsik 2 6 2 2 2 2 ±2 2 2 23 gőzkiadás** alaperőmű Mátra nagyok 9 22 3 2 23 alaperőmű Csepel, CCT 5 39 4 ±2,5 ±5 5 hőkiadással Újpest, Kispest 5 2 2 ±2 52 hőkiadás*** Kelenföld 9 2 ±2 52 hőkiadás*** Debrecen DKCE 6 95 Oroszlány 3 6 6 4 Tiszapalkonya 3 55 6 2 Pécs 3 6 6 Lőrinci 2 7 Litér, Sajószöged 8 2 2 ±2 ±2 ±2 ±2 ±5 ±5 Megjegyzések 52 hőkiadás*** ±5 23 szabályozó ±5 23 szabályozó ±5 23 V. géppel ± 58 +perces tart. ± 58 +perces tart. Megjegyzések: * hetente egyszer max. 5 MW; ** gőzkiadástól függően; *** hőkiadástól függően Meg kell nézni a tapasztalatok alapján az irányítható nagyerőművek idő és energia szerinti rendelkezésre állási mutatószámait, a tényleges indítási számokat is (46. ábra) ahhoz, hogy az erőműveinket a rendszer egészének szabályozhatósága tekintetében megítéljük. 46. ábra Nagyerőművek indítása, megbízhatósága (23es adatok alapján a nagyerőművekre) Paksi Atomerőmű Dunamenti F rész Tisza II. Erőmű Duna & 2 Mátra kicsik ( MW) Mátra nagyok Csepel, CCT Újpest Kelenföld Debrecen DKCE Oroszlány Tiszapalkonya Pécs Lőrinci Erőmű Litér Sajószöged Blokk db 4 6 4 4 2 3 3 5 4 3 3 Indítási szám összes 9 5 8 55 55 44 8 89 57 2 8 43 67 27 8 5 egy blokk 4, 7,5 2, 3, 27,5 4,67 36, 89,,4 2, 29,5 4,33 22,33 27, 8 5 Rendelkezésre állás, % időre / energiára 7,6 / 7,5 86, / 86, 72, / 64,6 9,7 / 83,8 8,5 / 7, 9, / 85,5 98,4 / 98,4 9,9 / 89, 82,8 / 66,5 89,9 / 88,8 72, / 64,4 nincs adat 7, / 55,7 98, / 86,9 4,9/3, 98,5/ Megjegyzés alaperőmű szabályozó szabályozó gőzkiadás alaperőmű alaperőmű hőkiadással hőkiadás hőkiadás hőkiadás szabályozó szabályozó hőkiadással + perces tart. + perces tart. 27