KLÍMAPOLITIKA A szélenergia termelés beillesztése a magyar villamosenergia-rendszerbe
A dinamikus szimulációhoz az OMSZ 5 meteorológiai mérállomásáról származó, a 2005-ös évre vonatkozó, 10 perces felbontású szélmérési adatsorokat használtuk fel. 2
Tartalomjegyzék 1 Vezeti összefoglaló... 6 1.1 Fontosabb megállapítások... 6 1.1.1 Nagyságrendek... 6 1.1.2 Dinamikus szimuláció, szélermvek termelésének jellegzetességei... 6 1.1.3 Szélermvek változó termelésének kiegyenlítése, szél és egyéb ermvek együttmködése... 8 1.1.4 Nagy szélsebesség miatti lekapcsolás... 8 1.1.5 Hálózatra csatlakozás... 8 1.1.6 Átvételi ár... 9 1.1.7 Szélerm engedélyezés... 9 1.1.8 Adminisztratív akadályok és társadalmi elfogadottság... 10 1.1.9 Terjedést gátló tényezk... 10 1.1.10 Érdekviszonyok, hatások... 10 1.2 Javaslatok... 10 1.2.1 330 MW-os korlát... 10 1.2.2 Engedély kérelmek elbírálása... 11 1.2.3 VET tervezet... 12 1.2.4 Átvételi ár... 12 1.2.5 Támogatási rendszer módosítása... 12 1.2.6 Változó termelés kiegyenlítése... 14 2 Bevezetés... 15 3 A tanulmány felépítése... 20 4 Módszertan... 21 4.1 Dinamikus szimuláció... 21 4.1.1 Szélmérési adatsorok... 21 4.1.2 Géptípusok... 22 5 A mszakilag integrálható szélenergia mennyisége... 24 5.1 Hálózati szempontok: szabályok, tervezés, üzemállapotok... 24 5.2 Szélermvek termelésének rövidtávú dinamikus elrejelzése... 24 5.2.1 Becslési idtáv és felbontás... 25 5.2.2 Meteorológiai modellek és adatok... 25 5.2.3 Adatigény... 25 5.2.4 Szélerm modellezés... 26 5.2.5 Várható pontosság... 26 5.3 Magyarországi 5, egymástól földrajzilag távol es elvi szélermpark termelésének egyidejségi elemzése... 27 5.4 Magyarországon 2006. végéig üzembe helyezett szélermparkok termelésének egyidejségi elemzése... 31 5.5 Egy erm tényleges termelésének és a közeli meteorológiai mérés korrelációjának vizsgálata valósidej adatok párosításával... 35 5.5.1 Erk... 37 5.5.2 Bükkaranyos... 37 5.6 Egy erm tényleges termelésének és a közeli meteorológiai mérés korrelációjának vizsgálata megtermelt energiamennyiség alapján... 39 5.6.1 Javaslat... 44 3
5.7 Napi maximális és minimális kiadott teljesítmény, napi megtermelt energia mennyiség, napi átlagteljesítmény, napi maximális "fel"-irányú és "le"-irányú teljesítményváltozás... 45 5.8 A napi átlagteljesítmény (energiatermelés) adatok alapján a legkisebb és a legnagyobb, valamint egy átlagos átlagteljesítmény nap elemzése... 49 5.8.1 Legkisebb átlagteljesítmény (energiatermelés) nap... 49 5.8.2 Legnagyobb átlagteljesítmény (energiatermelés) nap... 50 5.8.3 Átlagos átlagteljesítmény (energiatermelés) nap... 53 5.9 Az éves megtermelt energia napon belüli megoszlása... 54 6 A fluktuáló szélenergia kiegyenlítési módszerei... 58 6.1 A "fel" és "le" irányú teljesítmény változások alapján a legkisebb és a legnagyobb, valamint egy átlagos teljesítményváltozású nap elemzése... 58 6.1.1 Legnagyobb felirányú teljesítmény változás... 58 6.1.2 Legnagyobb leirányú teljesítmény változás... 59 6.1.3 Legkisebb fel- és leirányú teljesítmény változás... 61 6.1.4 Átlagos teljesítmény változás... 61 6.2 Szabályozási megoldások... 62 6.3 Hidrogén elállítás szélenergiával... 62 6.3.1 Hidrogén üzem rendszerek... 62 6.3.2 Ajánlott sémák... 65 6.4 Az ermvek leállása... 70 6.4.1 Hálózati hibák... 71 6.4.2 Frekvenciacsökkenés... 71 6.4.3 Az ermvek nagy szélsebesség hatására való leállásának veszélye az év folyamán 72 6.5 A jelenlegi kapacitáskorlát jogosultsága... 73 6.5.1 Érvek ezen korlát mellett... 73 6.5.2 Érvek ezen korlát ellen... 74 6.5.3 Javasolt továbblépés... 74 6.6 HKV... 74 6.7 A szél- és egyéb ermvek együttmködése... 75 6.7.1 Szél- és kiserm közös szabályozása... 76 6.7.2 Néhány órás kiszabályozás... 78 6.7.3 Rövidtávú csúcsok kiszabályozása... 78 6.7.4 Tartalék tervezés... 79 7 Hálózatra csatlakozás... 80 7.1 Kisermvek hálózati csatlakozása... 80 7.2 Erm típusok... 80 7.3 Jelenlegi szabályozás... 81 7.4 Javasolt módosítások... 82 8 A jelenlegi átvételi ár vizsgálata... 83 8.1 A hazai helyzet rövid bemutatása... 83 8.2 Szélenergia szektor és támogatási rendszerek világszerte... 87 8.3 Támogatási rendszerek értékelése... 93 8.4 Javasolható szempontok... 100 9 Az erm engedélyezés jogi problémái... 102 9.1 A megújulók támogatási rendszere Magyarországon... 102 9.1.1 Általános tapasztalatok különös tekintettel a 2006. évre... 102 9.1.2 A támogatás hatályos szabályai... 106 9.1.3 Szélermvek engedélyezése és az eljárások tapasztalatai... 107 4
9.2 A támogatási rendszer mködésének nem fizikai hatásai... 110 9.2.1 Általános piaci hatások... 110 9.2.2 A támogatott villamosenergia-átvétel jogi hatásai... 111 9.3 Néhány jellemz tagállami tapasztalat... 113 9.3.1 Németország... 113 9.3.2 Portugália... 115 9.3.3 Franciaország... 116 9.4 Javaslatok a támogatási rendszer módosítására... 117 10 A szélenergia felhasználásának adminisztratív akadályai és a szélenergia társadalmi elfogadottságát befolyásoló tényezk... 119 10.1 Lakossági félelmek és kérdések a szélermvekkel kapcsolatban és az ezekre adott válaszok... 119 10.2 Tapasztalatok a környezetvédelmi engedélyezés területén... 128 10.3 Építési engedélyezés... 129 11 A terjedést gátló tényezk, azok lebontása nemzetközi tapasztalatok alapján... 131 11.1 Stakeholder analízis... 131 11.2 Kvalitatív hatáselemzés... 132 12 Mellékletek a 8. fejezethez... 134 12.1 USA... 134 12.2 Németország... 137 12.3 India... 138 13 Mellékletek a 9. fejezethez... 140 13.1 EEG átvétel Németországban... 140 13.2 Pályázat értékelési szempontok Portugáliából és Franciaországból... 140 14 Mellékletek a 10. fejezethez... 142 14.1 Magyarország széltérképe h=75 méteres magasságban... 142 14.2 Szélermvek létesítésére vonatkozó jogi háttér... 143 14.3 Szélermvek elhelyezését kizáró okok... 144 14.3.1 Szélerm telepítése nem javasolt:... 144 14.3.2 Természetvédelmi szempontból jelents területek... 145 14.4 A Fels-Tisza-Vidéki Környezetvédelmi, Természetvédelmi és Vízügyi Felügyelség tájékoztatása... 146 14.5 Felhasznált irodalom... 146 14.6 Internetoldalak... 147 14.7 Eladások... 148 14.8 Interjúk... 148 5
1 Vezeti összefoglaló A szélenergia hazai felhasználásával kapcsolatosan ambivalens, sokszor szélsséges álláspontokkal találkozhatunk. Az eddigi vizsgálatok az éves energiatermelés becslés, a csúcsüzemi hálózati igénybevétel, vagy a hirtelen be- és lekapcsolódás szabályozási hatásait vizsgálták. Jelen munka egy új, eddig kevéssé vizsgált megközelítésben, az éves idtartam során a termelés folyamatát vizsgálja országos szinten. Módszertant ad arra, hogyan lehet részletesebb adatokkal az eddigi sarkos megállapítások helyett árnyaltabban véleményt formálni. Áttekintettük a jelenlegi ártámogatás rendszerét, nemzetközi kitekintést végeztünk a kvóta alapú, a kötelez átvételes és zöld bizonyítvány tekintetében. Megvizsgáltuk az engedélyezés jelenlegi folyamatát, illetve a szélermvekkel szembeni társadalmi elvárásokat. Röviden kitértünk a környezetvédelmi és építési szempontokra is. A munka végén felvázoltuk a szélermvekkel kapcsolatos hazai érdekviszonyokat, illetve a szélerm telepítés széleskör hatásait is. Ez az anyag tartalmazza a 24-én, a KvVM-ben tartott prezentáción elhangzott hozzászólásokra adott válaszokat, kiegészítéseket is. Reméljük, hogy munkánk hozzájárul a tervezett zöld mérlegkör jogi és mszaki szabályozásának megfelel kidolgozásához is. A következkben azokat a megállapításokat foglaltuk össze, amelyeket a teljes dokumentumban ismertetett vizsgálatok eredményeztek. 1.1 Fontosabb megállapítások Jelen fejezetben, a továbbiakban részletesen bemutatott vizsgálatok fontosabb eredményeit közöljük témák szerint csoportosítva. 1.1.1 Nagyságrendek A szélermvek hazai elterjedésének fels korlátját elssorban nem mszaki, hanem sokkal inkább tájképi és területhasználati szempontok korlátozzák. Egy feltételezett elvi 1000 MW kapacitás is csak a hazai energia igény mintegy 4 %-át lenne képes megtermelni. A szélermvek által termelt/termelhet energia részarányánál messze több szó esik telepítésük körülményeirl, fképp, ha figyelembe vesszük, hogy az eddig az engedélyezett 330 MW-os kapacitásnak csak az ötöde üzemel. 1.1.2 Dinamikus szimuláció, szélermvek termelésének jellegzetességei A dinamikus szimuláció alapján a szélermvek és szélerm parkok országos szint villamosenergia termelésére vonatkozóan a következket lehet megállapítani: A szélfarmok átlagos összesített kihasználtsága a jelenlegi géptípusok (1,5-2 MW és 100 m körüli rotor magasság) alkalmazása esetén kb. 20% körüli. 6
A vizsgált 1 éves idtartam közel 50%-ában a szélfarmok összesített kiment teljesítménye nem érte el a beépített teljesítmény 10%-át. Ez alapján nem az a kérdés, hogy mi van, ha NEM fúj a szél, hanem az, hogy mi van, ha FÚJ. Vagyis a szélermveket integráló rendszernek nem arra kell berendezkednie, hogy a szélcsendes idszakban kies teljesítményt pótolni tudja, hanem arra, hogy a szeles idben megtermelt energiát (teljesítményt) be tudja fogadni! A kimen teljesítmény 10 perces megváltozása felfelé és lefelé is ugyan olyan gyakran következik be azonos teljesítmény tartományban. Vagyis a szélfarmok változó teljesítményének kompenzálásához (kiegyenlítéséhez) fel és le irányba is közel azonos teljesítmény-tartalék szükséges. Önálló szélfarmok esetén a kimen teljesítmény 10 perc múlva történ megváltozásának fel- és le-irányú maximuma a beépített teljesítménynek kb. 85-95%-a is lehet, ezért nem kedvez, ha egy szélfarm beépített teljesítménye nagyon nagy (40-50 MW feletti). Amennyiben a szélerm termelés az ország területén elosztva jelenik meg (tehát nem egy helyre koncentrálódik!) abban az esetben a térbeli kiegyenlítdésnek igen kedvez hatásai figyelhetk meg: o A szélfarmok összesített kimen teljesítmény-változásának kompenzálásához (kiegyenlítéséhez) fel és le irányba jóval kevesebb teljesítmény-tartalék szükséges, mintha az összes farm egy helyen épülne meg. (Vagyis a frontok nem egyszerre érnek oda mindenhova!) o A kimen teljesítmény 10 perc múlva történ megváltozásának a maximuma az összes beépített teljesítmény 33-66%-a között változik, attól függen, hogy mennyire koncentrált a farmok telepítése. (Vagyis a szél nem egyformán fúj mindenhol!) o Az ország területén szétszórtan elhelyezked farmok esetén a vizsgált idszaknak csak az 1-7%-ában volt az összesített kimen teljesítmény 0 MW, szemben a farmonkénti 30-40%-kal. (Vagyis valahol egy kicsit mindig fúj a szél!). o Szétszórtan elhelyezked farmok esetén csökken a túl nagy szélsebesség (>25 m/s) miatti lekapcsolás okozta teljesítmény kiesés hatása. (Mivel nem mindenhol tombol egyformán és egyidben a szélvihar!) A villamosenergia termelés szempontjából a térbeli diverzifikáció mellett további elnyökkel jár a farmok számának növekedése, valamint a változatos géptípusfajták alkalmazása. Igen szeles napokon (12-13 m/s felett) a kiadott teljesítmény egyenletesebb, és ritkábban változik, mint a normál szeles napokon. A havonta megtermelt energiamennyiségre, az átlagteljesítményre és ez alapján a kihasználtságra igen kis hatással van a farmok száma és elhelyezkedése (koncentrált, vagy szétszórt) azonos beépített teljesítmény mellett. Ezt úgy is értelmezhetjük, hogy hiába vannak szelesebb és kevésbé szeles helyek, a frontok általában végigvonulnak az országon, így elbb-utóbb (de nem egyszerre!) mindenhol éreztetik hatásukat. A nyár végi - kora szi idszakban a szélfarmok energiatermelése az átlagosnál alacsonyabb. Míg egy adott idszakon belül a lokális szélviszonyok elrejelzésének hiánya és hibája miatt a pl. 10 perces termelési változások nehezen elrejelezhetk, addig a néhány napos idtartamra a megtermelt energia mennyisége igen pontosan becsülhet. Míg egy adott toronyra a pillanatnyi termelési görbe pl. 10 perces idtartamra nehezen becsülhet, ugyanakkor országos szinten az össztermelés igen jól tervezhet. 7
1.1.3 Szélermvek változó termelésének kiegyenlítése, szél és egyéb ermvek együttmködése A megújuló energia tárolásának egy kézenfekv formája a hidrogénné alakítás, annál is inkább, mert ez az anyag közvetlenül üzemanyaga lehet gépjármveknek a robbanómotor vagy tüzelanyag cella révén, miközben az idjárásfügg termelés kevéssé zavarja meg a villamosenergia-rendszer folyamatainak tervezhetségét. Különböz sémák alapján 3-4MW, illetve 20-40 MW tartományban üzemel rendszerek megvalósítása lehet reális a közeljövben Szél és egyéb ermvek együttmködésének lényege, hogy néhány szél- és kisermvet közös teljesítmény-szabályozó rendszerrel látnak el, és ez az egység (virtuális grid) együttesen a független termeléshez képest kedvezbb termelési karakterisztikával bírhat. Villamos menetrendet tud adni (pl. zsinór menetrendet) az ilyen ermvi csoport, ami sokkal jobban kezelhetvé teszi a rendszerirányító számára. A szélermvek kiszabályozására részben megoldást adhat a jelenlegi rendszerben meglév kb. 200 MW szabályozási tartalékot jelent most nem rendszerirányítói érdekeket szolgáló Hangfrekvenciás Körvezérlési Rendszer (HKV, RKV) megfelel stratégia szerinti üzemeltetése. 1.1.4 Nagy szélsebesség miatti lekapcsolás Leggyakrabban 10-20 perces lekapcsolások várhatók, azonban nagyobb frontok esetén elfordulhat 1 órás, vagy azt meghaladó idej lekapcsolás is. További részletes vizsgálatokhoz javasoljuk valós, mért adatok (szélsebesség és kiadott teljesítmény perces felbontással) beszerzését a szélermvek üzemeltetitl/tulajdonosaitól, hogy azokon vizsgálható legyen a kimen teljesítmény dinamikus változása a lekapcsolási szélsebesség túllépése esetén (a lekapcsolás és a visszakapcsolás milyen gyorsan és milyen meredekséggel történik). A tartalék tervezése során kiemelt fontossággal kell kezelni a várhatóan viharos szélsebesség napokat, mivel ekkor esetleg nagyobb kiesés is várható, azonban ennek a folyamatnak a vizsgálatához a szélfarmok torony-mérési adataira is szükség van, mivel ebben a szélsebesség tartományban a toronymagasságra történ átszámítás jelents bizonytalanságot rajt magában. Szétszórtan elhelyezked farmok esetén csökken a túl nagy szélsebesség (>25 m/s) miatti lekapcsolás okozta teljesítmény kiesés hatása, mivel nem mindenhol tombol egyformán és egyidben a szélvihar! 1.1.5 Hálózatra csatlakozás Jelenleg a kisermvek (fleg a KÁP-osak) nem mszaki szükségszerség, hanem elssorban anyagi érdekek alapján üzemelnek. Ez azt eredményezi, hogy arra törekednek, hogy minél több energiát termeljenek, függetlenül attól, hogy arra szükség van-e. A kisermvek nagyon hasznosak tudnának lenni a hálózati engedélyes számára, ha azokat megfelelen kezelné (mind az üzemelkészítés, mind az üzemvitel során). A kisermvek (elssorban az elosztott hálózati csatlakozás miatt) az alábbi kedvez lehetségeket tudnák nyújtani a hálózati engedélyes számára: A hálózat megersítése, alátámasztása a betáplálási pontokon A feszültségprofil kedvez befolyásolása az U-Q szabályozási képesség alapján Támogatás a meddgazdálkodásban, fix feszültségre, vagy állandó (esetleg elre megadott görbe szerinti) meddtermelésre szabályozással 8
Üzemzavari kisegítés, feszültség letörések ellensúlyozása Több kiserm együttes (csoportos) wattos termelésének szabályozása, vagy befolyásolása lokális üzemirányítói érdekek alapján A felsorolt elnyök kihasználásához azonban a gazdasági ösztönzket és a szabályozást (mind jogi, mind mszaki) is jelentsen meg kellene változtatni, valamint a hálózati engedélyesnek is alkalmas módszereket kellene kidolgoznia ezek kihasználására. 1.1.6 Átvételi ár A hazai jelen helyzet a nemzetközi tapasztalatok tükrében vegyes képet mutat. Az alkalmazott alaprendszer (betáplálási tarifa) legalábbis rövidebb távon bevett, st preferált a külföldi gyakorlatban, és mködképes, amit a kapacitáslétesítési adatok jeleznek. Az alkalmazott díjtétel szintje nem tekinthet alacsonynak, st inkább átlag feletti, de nem kiugróan magas nemzetközi összehasonlításban. Ugyanakkor számos kritika érte a rendszer alkalmazását, amelyek rámutatnak a gyengeségekre. Ezek közé tartozik a törvényi szint szabályozás és a végrehajtási rendelet nem teljes kompatibilitása, ami jogi és gazdasági, illetve pénzügyi kockázatkezelési szempontból is aggályos volt, fleg a mennyiségi korlátozás ismertté válása idején, és jelents mértékben aggályos is maradt. Mindennek következtében paradox helyzet alakult ki, hiszen egyes befektetk állami támogatás elnyerésével körülbelül 3-5 éves megtérüléssel számolhatnak, míg ezen a körön kívül kérdésessé válik a projektek finanszírozhatósága. A külföldi gyakorlat rendkívül sokszín, és külön-külön is összetett. Ezen túlmenen mélyreható elemzés nélkül nem tanácsos messzemen következtetéseket levonni az egyes országok esetleg nem hosszú ideig alkalmazott támogatási gyakorlatából. Magyarország sajátos helyzetébl kiindulva célszer az EU irányelveinek keretei között támogatási rendszert szabályozni, de nem alapveten unikális jelleggel, hanem lehetség szerint maximálisan illeszkedve az ismert és alkalmazott megoldásokhoz. A 2005. évihez képest 2006-ban keletkezett 15,5 Mrd Ft KÁP növekménynek csupán 7%-a tulajdonítható a kötelez átvételhez köthet villamos energia mennyiségi változásának, a többi az árváltozásoknak tudható be 1 : 1.1.7 Szélerm engedélyezés A megújuló energiából termelt villamos energia részaránya az összes fogyasztáshoz viszonyítva 3,8% volt 2006-ban, ami a 2005. évi 4,3%-hoz képest 0,5%-os csökkenést jelent, de még így is meghaladta az EU felé 2010-ig vállalt 3,6%-os részarányt Az engedélyezési eljárások során irányadó szabályok lehetséget biztosítottak arra is, hogy a befektetk esetlegesen hamis nyilatkozatok alapján kössék meg a csatlakozási szerzdéseket, valamint ezek alapján szerezzenek MEH engedélyt. A jelenlegi szabályok szerzdéses rögzítése nem ad lehetséget arra, hogy az üzembiztonsággal kapcsolatos kihívások kezelhetk legyenek (mindig csak kártérítés esetén lehetne módosítani a szabályokat) Az Európai Bizottság által vizsgált hosszú távú megállapodásokhoz (HTM) hasonló szerzdések megkötését rendeli el a törvény, amely az egyébként kötelez elzetes vizsgálat hiányában - magában foglalja az illegális támogatás lehetségét is. 1 Az átvételi árak emelkedése 84%-ban, a nagykereskedelmi árak 2006. évi csökkenése további 9%- ban járult hozzá a KÁP kiadások növekedéséhez. 9
1.1.8 Adminisztratív akadályok és társadalmi elfogadottság Azokban az országokban, ahol már jelentsebb mennyiség szélturbinát és szélparkokat telepítettek, számos felmérés kutatta, hogy hogyan fogadták a lakosok a szélturbinákat, zavarónak tarják-e ket, illetve támogatnák-e a szélenergia kihasználásának további növelését a térségben. Az eredmények meglepek: a szélturbinák támogatottsága magasabb a már érintett lakosok között, mint azok körében, akik lakóhelyének közelében még csak tervezik a szélturbinák felállítását. Tapasztalatok szerint a magyar természetvédelmi hatóságok megfelelen artikulálják, hogy milyen feltételek zárják ki a szélturbinák telepítését (a Bakonyban például már több tervezett beruházást utasítottak el), és milyen esetekben engedélyezik azokat. A környezetvédelmi engedélyezés azonban gyakran hosszadalmas, pontatlan és drága 2 (Krös, szóbeli közlés). Tapasztalatok alapján a nagy teljesítmény szélturbinák esetében az építési engedély kiadása nem okozhat gondot, ha a telephely kiválasztásakor figyelembe vették a jogszabályok által meghatározott védtávolságokat, valamint a területrendezési tervet. 1.1.9 Terjedést gátló tényezk A mérvadó, érdekérvényesítésre képes csoportoknak nem azonos az érdekviláguk, az erviszonyok kiegyenlítettek, hirtelen áttörés nem várható. A számos negatív hatás ellenére a szélermvek szerepe enyhén pozitívnak értékelhet. Összességében megállapítható, hogy jelenleg Magyarországon a szélermvek nagyobb mérték elterjedését kevésbé a környezetvédelmi, illetve építési engedélyek megszerzése, mint inkább a Magyar Energia Hivatal által meghatározott 330 MW-os kvóta hátráltatja. Az engedélyeztetési eljárás bonyolultsága, valamint az, hogy az egyes hivatalok között nincs, vagy csak csekély a koordináció, szintén hátráltatja az elterjedést a megnövekedett üzleti kockázat miatt. 1.1.10 Érdekviszonyok, hatások A szélermvek telepítéséhez szinte mindegyik üzleti/társadalmi csoportnak van hozzászólása. Az érdekviszonyok kiegyenlítettek és fbb ellenzi a villamosenergia szektorban találhatóak. A szélermvek telepítésének hatását szociális, mszaki, gazdasági, politikai, jogi és környezeti szempontok alapján csoportosítottuk. A súlyozott társadalmi eredmény szempontjából a szélermvek telepítése enyhén pozitív hatású. 1.2 Javaslatok Az elz fejezet megállapításai alapján a következket javasoljuk. 1.2.1 330 MW-os korlát Nem javasoljuk a 330 MW-os korlát egyszer módosítását, ehelyett: 2 A környezetvédelmi, természetvédelmi, valamint a vízügyi hatósági eljárások igazgatási szolgáltatási díjairól szóló módosított 33/2005. (XII.27.) KvVM rendelet szerinti 250 000,-Ft. igazgatási szolgáltatási díj 10
Javasoljuk bevezetni a korlátozható vagy kikapcsolható szélermvek telepítését (ebbl hasonló nagyságrendet), ehhez viszont ki kell építeni a rendszerirányító és erm közötti kapcsolatot. Meg kell határozni azokat az állami prioritásokat, amibl következik, mennyi szabályozást hajlandó a rendszer finanszírozni. Ekkor ugyanis pontosan számítható a lehetséges kapacitás (most semmi extrát nem hajlandó vállalni a rendszerirányító) A meglév ermvek hálózati hatását analizálni kell, majd ebbl lehet extrapolálni nagyobb mennyiség erm hatásaira Új ermvi együttmködések elsegítése (gázmotorok szabályozása, smart grid típusú alkalmazások) 1.2.2 Engedély kérelmek elbírálása A szélfarmok engedélykérelmének elbírálásánál a következ szempontokat javasoljuk figyelembe venni, mivel ezek kedvez hatással vannak a szélfarmok energiatermelésére, és szabályozhatóságára: Javasolt a szélfarmok számosságának növelése, mivel ez statisztikailag becsülhetbbé teszi a termelést, és ezzel kiszámíthatóbbá válik a szükséges tartalékok tervezése. Támogatandó a szélfarmok telepítési helyének diverzifikálása, mivel ez csökkenti a termelés és a teljesítmény-változás egyidejségét és ezáltal csökkenti a szükséges szabályozási kapacitást. (Vagyis elnyben kellene részesíteni azokat a beruházásokat, amelyek olyan helyen létesülnének, ahol a környéken (50-100 km) még nincs nagyobb (20-40 MW-os) szélfarm.) Támogatandó a szélfarmokon alkalmazott géptípusok diverzifikációja, mivel ez is csökkenti a termelés és a teljesítmény-változás egyidejségét. (Vagyis elnyben kellene részesíteni azokat a beruházásokat, melyek olyan géptípust építenének be, melyeket más farmokon még nem használnak, vagy csak viszonylag kis számban (20-30% alatt) található meg.) Az egyes szélfarmok beépített teljesítménye lehetleg ne haladja meg a 40-50 MW-ot, mivel az önálló szélfarm kimen teljesítményének megváltozása elérheti a beépített teljesítmény 90%-át is, mely helyi problémákat okozhat. Zöld mérlegkör szinten az üzemvitel tervezésnél történjen országos szint energiamennyiség becslés, illetve ennek egy elvárt menetrendhez képesti kiegészít termelés tervezése. A tényleges operatív szabályozásnak csak a becslés és a valóság közötti eltérést kell kiszabályoznia. Különös fontossága van, hogy az elosztó hálózati engedélyes egyenl elbírálásban részesítsen minden potenciális befektett. Javasoljuk az engedélyeztetési eljárás egyszersítését, és az engedélyezésben eljáró hivatalok szorosabb koordinációját. Az engedélyben szerepl határidn belül nem megépített beruházások kvótája kerüljön értékesítésre tender kiírás útján. Azon projektek, melyek olyan mszaki megoldást is megvalósítanak, melyek elsegítik a villamosenergia-rendszer szabályozhatóságát (kiegyenlítés, fölös energia eltárolása, megszakíthatóság, stb.), illetve a feszültség minségének javítását (feszültség - medd szabályozás, harmonikus szrés, stb.), élvezzenek elnyt a fennmaradó kapacitások újra-elosztásánál. A projekteket olyan mszaki feltételekkel kell megvalósítani, amelyek lehetvé teszik az on-line üzemirányítási mérést (kimen teljesítmény és szélsebesség, szélirány), valamint a kapcsoló és védelmi berendezések állásjelzéséhez szükséges jelátvitelt. 11
1.2.3 VET tervezet Néhány gondolat a formálódó Villamos Energia Törvényre (VET) vonatkozóan Javasoljuk, hogy a meglév gázmotorokkal való szélerm termelés kiszabályozást mozdítsa el az új VET. A tározós erm fogalom mellé önállóan fel kell venni a rendszerirányító által szabályozható fogyasztó -t, a tisztán lefelé szabályozós ermvet, illetve, az ehhez tartozó piaci terméknek is meg kell jelennie az aukciókon.(pl. a hidrogén elállító készülék ilyen lenne, ami tipikusan szélermvekkel együtt üzemelhetne. Ennek mikéntjét az anyagban kifejtjük.) Segítsék el a megújuló energiából elállított hidrogéngenerátorok telepítését. Közlekedési integráció! A megújuló erm létesítési kapacitások aukciója nem biztosítja, hogy az új kiadandó kapacitások valóban megépülnek. A lejárt engedélykapacitásokat ismét ki kellene osztani a sorban várakozóknak. Megújuló ermveket fként akkor lehetne épít(t)e(t)ni, ha a A piaci folyamatok eredményeként rendelkezésre álló villamos energia mennyisége hosszú távon elreláthatóan nem képes kielégíteni mondja a VET tervezet. Ez igen puha és önkényes. Venni mindig lehet külföldrl, ez drága, és kiszolgáltatott helyzet. A hosszú távú energiastratégia szerint az önellátásra kell törekedni, azaz amíg nem közelítjük meg az önellátási szintet, addig lehet engedélyezni. 1.2.4 Átvételi ár Eredményesség kérdése: Világos alapcélkitzésekre van szükség a megújuló energiaféleségek, és ezen belül a szélenergia hasznosításával történ áramtermelés vonatkozásában (figyelemmel az internalizált költségek problematikájára). Ennek kialakításakor, illetve ezzel összefüggésben a társadalmi költségek meghatározásakor mérlegelni kell a lényeges piaci körülményeket. Ide tartozik az árampiac versenyfeltételeinek kérdése, az árampiac dinamikája (nem növekv, importfügg piacon kérdéses a megújuló által helyettesített technológia), továbbá a társadalmi hasznok elrelátása (számos ország, pl. Dánia, Spanyolország, India profitál a berendezésgyártás árbevételeibl, hazánk pedig nem). Hatékonyság kérdése: A célkitzések során figyelembe veend alapvet korlátok keretei között határozottan fel kell számolni az akadályokat. Törekedni kellene stabil, és hosszabb távon érvényesül, konzisztens keretrendszer megalkotására. A rendszer pénzügyi átláthatóságának, illetve az információáramlásnak a biztosítása a fentiekhez hasonlóan hozzájárulhat a kiszámítható környezet kialakításához, ami önmagában hatékonyabbá teszi a támogatási rendszert. A fenti kritériumok alapján érdemes mérlegelni az egyes lehetséges támogatási rendszerek alkalmazhatóságát, figyelembe véve a hatékonyság irányába mutató szabályozási fejlesztési lehetségeket (regresszív díjazás, stb.) Az összes támogatási forma (KÁP, uniós/költségvetési pályázati lehetségek, stb.) komplex figyelembe vétele, értékelése és nyomon követése kívánatos. 1.2.5 Támogatási rendszer módosítása A kialakítandó támogatási rendszernek illeszkednie kell az európai gyakorlathoz. 12
A hatósági eljárások precíz összehangolása növeli a befektetk biztonságát és csökkenti az esetleges visszaélések lehetségét. A kötelez átvételt el kell választani a közüzemtl és olyan kereskedelmi szempontból rugalmas, (a nem szeles megújulók esetében) az átvehet mennyiségek szempontjából felülrl nem korlátos rendszert kell kialakítani, amely a befekteti biztonság megtartása mellett garantálhatja a megújuló bázison termelt villamos energia részarányának növekedését. Figyelembe kell venni a villamosenergia-rendszer szabályozhatósági szempontjait is, ezért a szélermves fejlesztések tekintetében indokolt a mennyiségi korlátozás (teljesítménykorlátozás) fenntartása 3. A mennyiségi korlátozás fenntartása mellett a késbbiek során megvalósuló esetleges további kapacitások elosztására mindenképpen egy aukciós eljárás bevezetését célszer. Az új támogatási rendszer lehetleg a termelkre gyakorolt hatásán keresztül ne nehezítse (inkább könnyítse) a rendszer fizikai szabályozhatóságát, a rendszeregyensúly mindenkori fenntartását (a menetrendadás szankcióhoz kötött kötelezettségén keresztül és kisermvek csoportjának szabályozási célú felhasználásával). Célszer jogszabályi szinten is szétválasztani a megújuló alapú termelést, a fosszilis bázisú kapcsolt energiatermelést és (esetleg) az egyéb kötelez átvétel szabályozását. A szétválasztástól függetlenül lehetséges, st kifejezetten célszer az átvétel elszámolását azonos keretek között megvalósítani. Célszer külön is (újra) mérlegelni a támogatandók körét, az átvevk/vásárlók személyét, az áron keresztül történ támogatás feltételeit, az ártámogatás mértékét, az ártámogatás finanszírozási rendszerét 4. Olyan támogatási rendszert kell kialakítani, amely a pénzügyi elszámolásokat függetlenné teszi a miniszter árhatósági döntéseitl. Biztosítani kell, hogy a fentiekkel kapcsolatos szabályozás(ok) finanszírozási szempontból lehetleg semleges(ek) legyen(ek) a termelést közvetlenül átvev piaci szerepl részére. A tervezett változtatás a piaci modell részletszabályaitól függetlenül rugalmasan alkalmazható legyen a jelenlegi és változó mködési modell mellett is. A termelk jövedelmi helyzete (a jelenleg mköd rendszerhez képest) önmagában ne változzon, csak akkor, ha a jelenlegi rendelet szerinti átvételi (hatósági) árakat, illetve ezek karbantartási mechanizmusát az új jogszabály (a jelenlegihez képest) másképpen szabályozza, A módosítás lehetleg ne legyen sokkszer sem az érintett termelk, sem a többi szerepl számára, de figyelembe véve a jelenlegi rendelet 2010-ig (kapcsoltak) történt meghirdetését is szabjon valóságos gátat a jelen rendszerben a fogyasztókra háruló (hárítandó) terheknek. 3 A jelenleg ismert mszaki és kereskedelmi feltételek mellett bizonyosan nagyobb a potenciális befektetk által megvalósítandó szélerm teljesítmény, mint a valós lehetség. A mennyiség vitatható, de a helyzet tényszeren fennáll. 4 A kapcsolt h- és villamosenergia-termelés esetében külön kérdés a referencia-hatásfokok alkalmazása, de ez a kérdéskör nem tartozik a jelen tanulmány témái közé. 13
Rövid távon nem javasolható a forgalmazható zöldbizonyítvány bevezetése, mert ez a napon belüli kereskedési lehetség nélkül a szélermvek lehetetlenülését okozza (ekkor ugyanis nincs kötelez átvétel!) Javasoljuk, hogy a nem megújuló energiatermelés támogatását válasszák el a megújulók támogatásától. 1.2.6 Változó termelés kiegyenlítése Megfelel jogi/gazdasági szabályzás útján a kisermvek alkalmasak lennének bizonyos nagyságrendben és id intervallumban a változó szélermvi termelés részbeni kiegyenlítésére a jelenlegi zsinórtermelés helyett. Javasoljuk, hogy külön vizsgálat történjen a Kisermvek bevonása a szabályozásba, illetve Lokális szabályozás kialakítása megújuló mérlegkörön belül témában. A napon belüli áramtzsdei ügyletek segítik a felesleges energia elhelyezését Két javasolt hidrogénes struktúra: o Központi hidrogén elállítás szélerm és hidrogénfejleszt hálózati csatlakozással, szinkron üzemeltetéssel o Központi hidrogén elállítás szélerm és hidrogénfejleszt hálózati csatlakozással, rendszerirányítói szabályozással 14
2 Bevezetés Bevezetésként el kívánjuk helyezni a szélenergiával termelt villamosenergia mennyiséget Magyarország energia palettáján, hogy világosan lássuk, mire lehet elegend egy adott mennyiség szélerm termelése. Az els ábrán Magyarország éves villamosenergia felhasználását ábrázoltuk, ami mintegy 40 TWh, azaz 40.000 MWh. Ez az 1 év alatt (2005-ös év) felhasznált összes villamos energia mennyiségét jelenti. Forrás 5 Ezt az energiamennyiséget naponta az alább mellékelt napi teljesítmény lefutási görbe alapján fogyasztja el az ország. A következ ábra ennek a napi teljesítménygörbének az elállításában résztvev ermtípusokat mutatja meg. A termelt és elfogyasztott teljesítménynek minden pillanatban egyenlnek kell lennie. Mint látható, az ország minimális igénye 3500 MW körül, míg maximális igénye 6500 MW körül van. Forrás 5 5 A magyar villamosenergia-rendszer 2005. évi statisztikai adatai, MVM Zrt., 2006 15
Forrás 5 A szélermvek egységteljesítménye (1 torony teljesítménye) a Magyarországon alkalmazott típusok közül kiragadva néhányat a következképpen alakul: V27 225 kw E-40 600 kw E-48 800 kw 6 6 Kádár A szélmalmoktól a szélermvekig, UMK, 2006 16
MD-77 1,5 MW V-90 1,8 MW E-70 2 MW 6 A fentiek alapján, ha a Magyarországon szokásos tornyokból akarnánk 1000 MW beépített teljesítményt létrehozni, akkor az alábbi toronyszámokkal kellene számolnunk: Erm teljesítmény Torony V27 225 kw 4444 db E-40 600 kw 1666 db E-48 800 kw 1250 db MD-77 1,5 MW 666 db V-90 1,8 MW 555 db E-70 2 MW 500 db Mindebbl láthatjuk, hogy az ermvek számát nem csak villamos hálózati szempontok korlátozzák, hanem a tájképi megjelenés is, ugyanis a 2 MW-os ermvek tornyai már a 100 m magasságot is meghaladják. A fenti számokból is következik, miért nem támogatandó a külföldön leszerelt, kisteljesítmény ermvek hazai telepítése (50-250 kw), illetve miért érdemes 2-3 MW-os egységekben gondolkodni. Az ország szélenergia potenciáljára vonatkozóan számos becslés látott napvilágot. Egyikük 7 az elvileg kiaknázható szélenergia mennyiségét az ország energia felhasználásával azonos nagyságrendbe helyezi. De nézzük meg, hogy mennyi energiát is termelne 1000 MW beépített kapacitás? Ha 1000 MW-nyi szélerm 20 %-os kihasználtsággal termelne 1 évig, akkor ez 365 x 24 x 1000 x 0,2 = 1.752.000 [MWh] energiát, azaz 1,752 TWh-t jelentene, ami a bruttó fogyasztás 4,47 %-a. Ezt ábrázolja a kis piros csík az elzleg ismertetett ábrában. 7 92 Hunyár M. Veszprémi K. Szépszó G.: Újdonságok Magyarország szélenergia potenciáljáról. In: Dobi I. (szerk.): Magyarországi szél és napenergia kutatás eredményei. Budapest: OMSZ, 2006. 17
Ez energetikailag nem elhanyagolható, de természetesen nem jelent egyedül megoldást az ország energiagondjaira. Ha mindezt az idjárásfügg termel teljesítményt elhelyezzük az országos napi termelési/terhelési görbén, megérthetjük, hogy a termeli portfolió tervezhetségét jelentsen megzavarja (a feltételezett cca. 1000 MW-os csúcsú termelési görbe pirossal van jelölve). Mindezek mellett meg kell jegyezni, hogy 2006. szeptemberében Magyarországon 36,5 MWos szélerm kapacitás volt telepítve. Ez az érték jelenleg () már 60 MW felett van. 18
Forrás 6 A megújuló energiaforrásokkal 2006-ban, az elz piros csíkkal jelzett energiamennyiséget termelték meg, fként biomasszából. A következ ábra a 2005- évben megtermelt megújuló energiák arányait mutatja (kb. 3,6 % - a kék, sárga és zöld szín). Érdemes megjegyezni, hogy mindeddig (sajnos) a megújuló energiák és a kapcsoltan termelt energia támogatása közös forrásból történik. Errl késbbi fejezetekben szólunk részletesen. A magyar villamosenergia-rendszer 2005. évi statisztikai adatai, MVM Zrt., 2006 Forrás 5 19
3 A tanulmány felépítése A tanulmány 4. fejezetében ismertetjük az alkalmazott módszertant. Ezt követik a dinamikus szimulációs számítások, amelyek valós széladatokkal adnak választ arra a kérdésre: Mi történne, ha 100-200, vagy akár 500 MW-nyi szélerm lenne már telepítve az országban. A 6. fejezet ismerteti a szélermvek szabályozási problematikáját, az alkalmazható módszereket, majd ezután a hálózatra való csatlakozást tárgyaljuk. A 8. fejezet a támogatási módszereket ismereti, míg a 9. fejezet a célszer törvényi szabályozást, az alkalmazandó modellt vázolja fel. Ezután az ermvek társadalmi és környezetvédelmi fogadtatásáról olvashatunk, amit a szélenergia termelési társadalmi tevékenység résztvevinek, illetve érdekeinek ismertetése követ. 20
4 Módszertan A munkánk során a következ módszereket alkalmazzuk: - Szcenárió analízis - Konzultációk - Iparági tapasztalatok - Benchmarking 4.1 Dinamikus szimuláció A modellezéshez részben a Magyar Energia Hivataltól és az Országos Meteorológiai Szolgálattól kapott adatokat, részben pedig publikus, interneten is elérhet adatokat használtunk. 4.1.1 Szélmérési adatsorok Az OMSZ 5 különböz állomásáról származó adatsorok 10 perces felbontással tartalmazzák a mért szélsebességet, és szélsebesség irányt 2005-re. Az állomások fbb adatai (Moson = Mosonmagyaróvár): A szélmérési adatok közül csak a szélsebességet használtuk fel a modellben, mivel az egyes szélfarmok szélirány-karakterisztikájáról nem állt rendelkezésünkre mérési adatsor. (Feltételeztük, hogy egy szélfarmon belül a gépek elhelyezése nem vonalszer [mint a partmenti farmoknál], hanem a területen egyenletes, ezért a kiadott teljesítmény irányfüggése nem jelents.) Az adatsorok néhány esetben nem voltak folytonosak. A hiányzó adatok: Folyás: 2005.07.11, 9:00 Túrkeve: 2005.06.15, 10:30 2005.12.16, 16:00 2005.12.16, 16:10 2005.12.16, 16:20 2005.12.16, 16:30 2005.12.16, 16:40 2005.12.16, 16:50 A hiányzó adatokat a közeli idpontok adatai alapján pótoltuk. 21
4.1.2 Géptípusok A modellezéshez az alábbi, a Magyarországon benyújtott engedélykérelmekben igen elterjedt géptípusokat használtuk: Az egyes géptípusok szélsebesség-kimen teljesítmény karakterisztikái a gépkönyvekben megadott táblázatokból, illetve a grafikusan megadott karakterisztikákból származnak. Minden géptípus esetében 1 m/s felbontással adtuk meg a karakterisztika pontjait. A köztes értékeket szakaszonként lineárisan közelítettük. Minden gép esetében 0-25 m/s-os szélsebességig terjed a karakterisztika üzemi része. A lekapcsolási szélsebességet (a valósághoz hasonlóan) minden géptípusnál 25 m/s-ra vettük fel (26 m/s-nál a termelés 0 kw). Tájékoztatóul néhány géptípus karakterisztikája grafikusan: Szélturbina karakterisztikák 2 500 2 000 Kimen teljesítmény (kw) 1 500 1 000 500 0 0 5 10 15 20 25 30 V-90-2MW MM82 G90 V-90-1.8MW E-48 MD77 E-70-500 Szélsebesség (m/s) A számítások során használt karakterisztikák táblázatosan: 22
E-40 E-48 E-70 MD-77 V90-1.8 V90-2.0 23
5 A mszakilag integrálható szélenergia mennyisége Ebben a fejezetben valós szélmérési adatok alapján megvizsgáljuk, hogyan alakul a szélfarmok kimen teljesítményének dinamikus változása, és ez alapján megállapítjuk az ennek kiszabályozásához szükséges tartalék teljesítmény igényt. Ez alapján, valamint a villamosenergia-rendszerben rendelkezésre álló tartalékok figyelembevételével javaslatot adunk a mszakilag integrálható szélermvi beépített teljesítményre. A vizsgálat során azt is elemezzük, hogy a szélermvek elhelyezkedése milyen hatással van a tartalék teljesítmény igényre. 5.1 Hálózati szempontok: szabályok, tervezés, üzemállapotok A villamos hálózaton a - Termelésnek és fogyasztásnak minden idpillanatban meg kell egyeznie - A feszültségek egy bizonyos tartományban mozoghatnak - A vezetékek, transzformátorok, generátorok nem terheldhetnek túl - A lekötött ermvi, nemzetközi szállítási menetrendeket be kell tartani - Igyekezni kell a legkisebb költség alapján termelni A villamos hálózaton alapveten minden elem be van kapcsolva. - Hosszú távon tervezik a hálózatfejlesztést (5 év) - Évente tervezik az ermvek és vezetékek karbantartását - Hetente tervezik a napi vezeték kikapcsolásokat - A hosszú távú szerzdések évekre elre rögzítenek ermvi termeléseket - A napi, a bilaterális és hosszú távú termelési-fogyasztási menetrendbl néhány nappal elre alakul ki az áramlási menetrend, stb. A villamos hálózat - legtöbbször normál üzemben van, csak tervezett események történnek - évente néhányszor veszélyeztetett állapotban van, de ezt a fogyasztók még nem érzik - ritkán teljes a kiesés, ellátatlanság. Szerencsére ez csak évtizedenként fordul el A fentieket olvasva, az idjárásfügg, nehezen elre jelezhet szélenergia, szinte semmiben sem illeszkedik a hagyományos üzemirányításhoz. Mindennek ellenére a világban számos példa mutatja, hogy együtt lehet élni a széllel, fel lehet használni a szélenergiát, de ennek költsége, kockázata és a rutinszer hálózatirányításra vonatkozóan erteljes hatása van. 5.2 Szélermvek termelésének rövidtávú dinamikus elrejelzése Jelenleg igen sok olyan szoftveres szélerm termelésbecslés létezik, melynek segítségével megbecsülhet, hogy egy adott helyre telepítend adott típusú és toronymagasságú szélerm évente kb. mennyi villamos energiát fog termelni. Ezek az alkalmazások elssorban a befektetk számára hasznosak, akik ez alapján el tudják dönteni, hogy a kiválasztott helyre érdemes-e szélermvet telepíteni, és milyen típusút. Ezt a becslést a továbbiakban statikus elrejelzésnek nevezzük. A rendszerirányító számára azonban sokkal fontosabb a szélermvek termelésének napon belüli változásának elrejelzése. Ez ahhoz szükséges, hogy az üzemelkészítés és az üzemirányítás folyamán megfelelen fel tudjon készülni a szélermvek idjárásfügg termelésének kezelésére, és elegend mennyiség és sebesség tartalékról tudjon gondoskodni. Ennek megvalósításához olyan dinamikus elrejelzésre van szükség, amely 24
órás, negyedórás, esetleg még srbb felbontással elre megadja a várható szélerm termelést. Ilyen becsl rendszerek szinte minden olyan országban mködnek, ahol a szélermvek beépített teljesítménye meghaladja a villamosenergia rendszer teljes terhelésének néhány (kb. 5-10) százalékát. 5.2.1 Becslési idtáv és felbontás A becslési idtáv, és a felbontás alapján alapveten kétféle becslési módszer megvalósítását tartjuk fontosnak: Off-line becslés: o Célja a rendszerirányító üzemelkészítési tevékenységének támogatása o A becslés idtávja néhány nap o A felbontás órás, félórás, esetleg negyedórás o A becslési módszer statisztikus becslésen alapul On-line becslés: o Célja az üzemirányítás (diszpécserek) támogatása o A becslés idtávja néhány óra, de esetleg lehetséges 4-6 óra is. o A felbontás minimum negyedórás, vagy 5-10 perces o A becslési módszer statisztikus, és/vagy mesterséges intelligencia (pl. neuális hálók) alapú 5.2.2 Meteorológiai modellek és adatok Az OMSZ 48 órás elretekintés modelljei a várható idjárási adatokat (köztük a szélsebességet és szélirányt) 10 perces felbontással számítják ki. Ezek a kiszámított értékek pillanat értékek. Technikai okokból jelenleg az elrejelzési adatok csak órás felbontással érhetk el küls felhasználók számára. Ezek az órás felbontású adatok szintén pillanat értékek (a 10 perces felbontású pillanatértékek közül az egész órára esk). Naponta kétszer futtatják a modell-számításokat, így minden nap 00 és 12 GMT-kor állnak rendelkezésre az adatok a következ 48 órára. A szélsebesség elrejelzési értékek maximum 5 km-es vízszintes felbontással kérhetk Magyarország területére. A függleges felbontás a légkör alsó 500 m-es rétegében 10 m-es lehet. Az ismertetett idbeli és térbeli felbontás elegend ahhoz, hogy az OMSZ számítások eredménye az off-line becsléshez felhasználható legyen. Az online becsléshez legalább 5 perces felbontás, és 4-6 óránkénti futtatás lenne szükséges. Amíg ez nem megvalósítható, addig a napi kétszeri futtatás 10 perces felbontású eredményei alapján és a jelentsebb (>10 MW) szélfarmok valósidej mérései alapján lenne lehetséges az on-line becslés megvalósítása. 5.2.3 Adatigény Az off-line becslés megvalósításának elzetes adatigénye: Magyarországi szélfarmok földrajzi elhelyezkedése A szélfarmok géptípusai, a gépek darabszáma, összes beépített teljesítménye és a tornyok magassága Az egyes géptípusok gyári karakterisztikája Meteorológiai szélelrejelzési adatok 1-2 napra elre, 10-30 perces felbontással a nagyobb (>10 MW) szélerm parkok 5-10 km-es környezetére toronymagasságban A szélerm parkok mért szélsebesség és kimen teljesítmény adati minden hónapban legalább 1-2 hétre 25
Az on-line becslés megvalósításához az elz adatokon kívül az alábbiak lennének még szükségesek: Meteorológiai szélelrejelzés 5-10 perces felbontással, néhány órára (esetleg 3-6 órára) elre Aktuális szélsebesség és kimen teljesítmény mérési adatok a nagyobb (>10 MW) szélfarmokról. 5.2.4 Szélerm modellezés Mivel a megtermelt villamosenergia mennyiség igen sok paramétertl függ (géptípus, földrajzi hely, torony-magasság, stb.), ezért nem javasolt minden szélerm (minden torony) egyedi modellezése. E helyett olyan elosztott modell használandó, amely az egyes szélfarmokat tekinti egységnek, és ezeket modellezve számítja ki az összesített villamosenergia termelést. Egy ilyen megoldás esetén a modellezés a következ feltételezések mellett egyszeren megvalósítható: A szélsebesség elrejelzési adatok a szélerm parkok kis környezetére (10-20km) vonatkoznak. Az elrejelzési adatok az elrejelzési ponthoz legközelebb lév, legnagyobb teljesítmény szélerm park átlagos rotormagasságára vonatkoznak. Amennyiben egy elrejelzési pont közelében (10-20 km) több szélerm farm is található, akkor ugyan azt a szélsebesség elrejelzési adatot használjuk a becsléshez. (Amennyiben a rotormagasság eltér, az elrejelzési adatokat a függleges szélprofil alapján átszámítjuk.) Egy szélerm farmot egy szélsebesség-teljesítmény karakterisztikával modellezünk. Minden egyes szélerm farmhoz akár különböz szélsebesség elrejelzési adatok is tartozhatnak. A szélerm farm elméleti szélsebesség-teljesítmény karakterisztikája (a géptípus alapján) ismert, melyet tapasztalati adatok alapján tovább lehet finomítani. A szélerm farm kiadott teljesítménye nem függ jelentsen a széliránytól, mivel a tornyok (igaz kis tehetetlenséggel) beállnak a szélirányba. Mivel nem partmenti szélermvekrl van szó, ezért az uralkodó széliránytól való eltérés miatti teljesítmény változás viszonylag kicsi. Az elrejelzett negyedórás átlagteljesítmény az egyes szélfarmok átlagteljesítményeinek összege, figyelembe véve a telephelyenként különböz szélsebességeket, rotormagasságokat és karakterisztikákat. Az elrejelzés két napra készül: a mai és a holnapi napra, amennyiben rendelkezésre állnak a szélsebesség elrejelzési adatok. 5.2.5 Várható pontosság A várható pontosságot alapveten két tényez befolyásolja: a szél elrejelzés pontossága, és a szélerm parkok modellezésének pontossága. Mivel ez utóbbi szinte tetszleges mértékig pontosítható (igaz egyre nagyobb ráfordításokkal), ezért a becslés pontosságát elsdlegesen a szélsebesség elrejelzés pontossága fogja megszabni. Megvizsgálva néhány külföldi alkalmazást az elérhet pontosság a szélermvek beépített teljesítményének kb. 6-7 %-a, ami 30-38 %-os pontosságot jelent az átlagteljesítményre vonatkoztatva. Ugyanakkor megjegyezzük, hogy a pontosság nagymértékben függ az elretekintés id intervallumától is. A pontosság 1 napra elre kb. 6%, 4 órára elre 4%, 2 órára elre pedig 3% körüli a beépített teljesítményre vonatkozóan: 26
Forrás: ISET 5.3 Magyarországi 5, egymástól földrajzilag távol es elvi szélermpark termelésének egyidejségi elemzése A vizsgálat célja, hogy választ kapjunk arra a feltevésre, mi lett volna, ha a vizsgált idszakban (a teljes 2005-ös évben) térben távol, 5 db, egyenként 100 MW-os szélerm park üzemelt volna: Van-e a távolságnak kiegyenlít hatása a szélsebesség tekintetében? Mekkora ingadozások várhatóak külön, és együttesen? Mekkora tartalékolásra lett volna szükség? Mekkora lett volna a megtermelhet energia mennyiség? Kiindulási adatok: A felhasznált szélmérési adatsorok azonosak a 4.1.1 pontban megadottakkal. Az elvi szélerm parkok földrajzi pozíciója azonos a szélmérési pontokéval. Minden farm azonosan 50 db V90-2MW gépbl áll, mely a beadott engedély kérelmek alapján a leggyakoribb típus. A farmonkénti beépített teljesítmény 100 MW. A rotormagasság 105 m. A szélprofil kitev: α=0,3. A vizsgált szélerm farmok adatai: 27
A vizsgált farmok pozíciója: A kapott adatsorokat (farmonkénti 10 perces, összesített 10 perces, napi) Excel segítségével dolgoztuk fel. Jelen fejezet a számítás fbb adatait, megállapításait tartalmazza. Farm Összes (éves) megtermelt energia (MWh) Átlagteljesítmény (MW) Kihasználtság (%) Max. kimen telj. változás felfelé (MW) Max. kimen telj. változás lefelé (MW) Agárd 212 106 24 24,21 100 100 Folyás 180 159 21 20,57 97 91 Gyr 122 597 14 14 87 77 Mosonmagy. 199 481 23 22,77 99 92 Túrkeve 100 958 12 11,52 97 83 Összes farm 815 301 93 18,61 162 166 A fenti táblázat, valamint további elemzések alapján a következ megállapításokat tehetjük az egyes szélfarmokra: A legmagasabb energiatermelés Agárd, Mosonmagyaróvár és Folyás helyszíneken várható Az éves átlagos kihasználtság 20 % körüli, de Gyr és Túrkeve farmokon a 15%-ot sem éri el 28
A kimen teljesítmény 10 perc múlva történ megváltozásának fel- és le-irányú maximuma általában a farm beépített teljesítményének 90%-a körüli, vagy magasabb! A nagyobb kihasználtságú (szelesebb vidékre telepített) farmok esetében a kimen teljesítmény megváltozásának maximuma magasabb. Ennek oka, hogy a szélsebesség több esetben is elérte a lekapcsolási határt (illetve annak közelében mozgott), ezért tapasztalható a beépített teljesítménnyel közel azonos, 10 perc alatt bekövetkez kimenteljesítmény-változás. A valóságban ez a lekapcsolás és bekapcsolás a számítottnál lassabban következik be. Ha megvizsgáljuk a szélfarmok kimen teljesítmény-gyakoriság eloszlásait, akkor azt tapasztalhatjuk, hogy a vizsgált idszak kb. 30-40%-ában a farm kimen teljesítménye 0 MW volt, 15-20%-ában pedig 0-5 MW közötti. Ez azt jelenti, hogy a vizsgált 100 MW-os elvi farmok az év kb. 50%-ában 5 MW-nál kisebb kimen teljesítményt szolgáltattak. Tehát nem az a kérdés, hogy mi van, ha NEM fúj a szél, hanem az, hogy mi van, ha FÚJ. Vagyis a szélermveket integráló rendszernek nem arra kell berendezkednie, hogy a szélcsendes idszakban kies teljesítményt pótolni tudja, hanem arra, hogy a szeles idben megtermelt energiát (teljesítményt) be tudja fogadni! A szélfarmok kimen teljesítmény változás-gyakoriság eloszlásait megvizsgálva megállapíthatjuk, hogy az eloszlás szimmetrikus, vagyis a kimen teljesítmény 10 perces megváltozása felfelé és lefelé is ugyan olyan gyakran következik be azonos teljesítmény tartományban. Vagyis a szélfarmok változó teljesítményének kompenzálásához (kiegyenlítéséhez) fel és le irányba is azonos teljesítménytartalék szükséges. Az egyes szélfarmok és az összesített termelés vizsgálata alapján a következ megállapításokat tehetjük az összesített termelésre vonatkozóan: A kimen teljesítmény 10 perc múlva történ megváltozásának fel- és le-irányú maximuma az összes beépített teljesítménynek (500 MW) csak a 33%-a (166 MW)! Amennyiben a szélerm termelés az ország területén elosztva jelenik meg (tehát nem egy helyre koncentrálódik!) abban az esetben a térbeli kiegyenlítdésnek igen kedvez hatása figyelhet meg! Ez azt jelenti, hogy a szélfarmok összesített kimen teljesítmény-változásának kompenzálásához (kiegyenlítéséhez) fel és le irányba jóval kevesebb teljesítmény-tartalék szükséges, mintha az összes farm egy helyen épülne meg! A térbeli kiegyenlítdés másik kedvez hatása, hogy a vizsgált idszaknak csak a 7%-ában volt az összesített kimen teljesítmény 0 MW, szemben a farmonkénti 30-40%-kal (vagyis valahol egy kicsit mindig fúj a szél!). A vizsgált idtartam kb. 50%-ában a szélfarmok összesített termelése 40 MW-nál volt kisebb, ami a beépített teljesítmény 8%-a, szemben a farmonkénti 5 MW-tal ami csak a farm beépített teljesítményének 5%-a. Vagyis továbbra is az a kérdés, hogy mi van, ha FÚJ a szél? A szélfarmok összesített kimen teljesítmény változás-gyakoriság eloszlását megvizsgálva megállapíthatjuk, hogy az eloszlás szintén szimmetrikus, vagyis a kimen teljesítmény 10 perces megváltozása felfelé és lefelé is ugyan olyan gyakran következik be azonos teljesítmény tartományban. Vagyis a szélfarmok összesített változó teljesítményének kompenzálásához (kiegyenlítéséhez) fel és le irányba is azonos teljesítmény-tartalék szükséges. A fentiek alapján azonban ez a teljesítmény igény jóval kisebb, mint az egyes farmok kiegyenlítési igényének összege. 29