Европейската система за захранване Herbert Saurugg - експерт за предотвратяване на затъмнения
За много хора електричеството идва естествено от контакта. Основните взаимоотношения са рядко известни. Зад нашата много висока сигурност на доставките стои не просто национална, а европейска мрежова система, която функционира само безопасно като цяло. Той е създаден за лесно изчислими и контролируеми големи електроцентрали и досега е експлоатиран много успешно. През последните две десетилетия обаче много рамкови условия се промениха значително. Като например парка на електроцентралата. Само в Германия броят на производствените инсталации се е увеличил от около 1000 на над 1,7 милиона растения през последните 20 години. Това не само променя характеристиките на генерирането, но и поведението на системата. Тъй като многото нови системи също трябва да бъдат свързани в мрежа и интегрирани, което от своя страна променя сложността на цялостната система.
Крехък баланс
Система за захранване, базирана на променлив ток, работи само ако има такъв постоянен баланс между производство и потребление може да се осигури. В противен случай системата ще се срине. Индикаторът за баланс или стабилност на системата е честотата, която в Европа е 50 херца. Ако се използва по-малко електричество от произведеното, честотата се увеличава. Ако, от друга страна, се консумира повече, отколкото се произвежда, пада. За сравнение: на равен път за велосипедиста е лесно да поддържа скорост. Но щом има наклон, той трябва да върти педала по-силно, за да остане бърз. От друга страна, ако нещата тръгнат надолу, той трябва да спира, за да не става все по-бързо и по-бързо. Ако честотата в мрежата падне или се увеличи твърде бързо, важните генератори могат да бъдат повредени.
Крехката европейска мрежа
на Тематичен ден на затъмнението на SRF 2017
Увеличаване на усилията за поддържане на сигурността на системата
Бързото разширяване на децентрализираните или летливи производствени инсталации отдавна е подценявано, тъй като те отдавна са загубени в шума на мащабната система. Междувременно обаче е постигнато ниво на ефективност, което е системно подходящо или може да бъде системно опасно. В този контекст летливите означава, че производството се колебае поради присъствието на вятър или слънце и че стабилността на системата трябва да бъде осигурена чрез подходящи компенсаторни мерки от други електроцентрали. Следователно контролът на мрежата е по-взискателен и скъп от години, тъй като са необходими все повече мерки за стабилизиране на мрежата (вж. Оценка на редиспечването и спирането в рамките на деня).
Какво е редиспеч?
Видеото от TRANSNET BW обяснява много добре какво точно се случва по време на пренасочване/управление на тесни места.
Развитие на разходите за управление на задръстванията (източник на данни: APG); 2019: само за 1-во и 2-ро тримесечие
Бързо променящи се рамкови условия
Първоначално разумни регулаторни мерки, като предпочитаното подаване на възобновяеми енергийни източници (ВЕИ), сега все повече водят до критични „стресови ситуации“ в цялостната система. Освен това липсват или се забавят мерки за разширяване на инфраструктурата (разширяване на мрежата), за да може електричеството да бъде донесено там, където е необходимо. Тъй като „децентрализираното“ поколение често не е толкова децентрализирано или локално, колкото човек би искал да бъде. Вятърните турбини по-специално са много концентрирани и особено в Германия, далеч от големите потребителски центрове. Друга регулаторна мярка, а именно, че фотоволтаичните системи трябва да се изключат от мрежата с честота над 50,2 Hertz, е отменена отново. Реалността ще покаже дали мерките наистина са достатъчни. Това обаче е много съмнително, тъй като това е не просто германски, а общоевропейски проблем. Вижте по-нататък: Проблемът с 50,2 херца
Критични елементи на системата центробежни маси и съхранение на енергия
Намаляването на моментния резерв („махови маси“) и липсата на обширни мерки за съхранение на енергия, за да може адекватно да се компенсира спирането на конвенционалните електроцентрали, стават все по-големи проблеми.
По-специално центробежните маси са от централно значение, за да могат по същество да поддържат стабилността и сигурността на системата, без да се налага да се намесват. В момента липсват заместващи решения или „те не се отплащат“.
Важните елементи на системата могат да бъдат премахнати от системата само когато е налице подходяща подмяна. В момента обаче се прави втората стъпка преди първата, която няма да върви добре в обозримо бъдеще.
Освен това има важна констатация от изследванията на сложността, която едва ли се разглежда в „интелигентни решения“:
Палмър и колегите му от института Санта Фе в Санта Фе, Ню Мексико разработиха виртуален фондов пазар, населен с виртуални агенти. Всеки от агентите може да промени своите инвестиционни правила с течение на времето. Те откриха, че когато агентите могат само да актуализират бавно инвестиционните си правила, тогава пазарът се сближава с хипотезата на рационалните очаквания, тъй като лошите правила се изкореняват с течение на времето. балони и сривове точно като истинския фондов пазар, защото лошите правила могат да се хранят един с друг.
Дори на балонния пазар фактът, че пазарът е в балон, може да бъде широко признат. И все пак това не води до незабавен срив. Защо? Времевият мащаб е важен.
След затъмнение ("blackfall"): възстановяване на мрежата
Затъмнението се нарича в техническия свят голяма грешка или падане. Не само линиите, но и електроцентралите са без електричество. Те се изключват от определено отклонение на честотата, за да се предпазят от разрушаване. Електроцентрала с „черен старт“, която не е специално подготвена за този случай, вече не може да се стартира сама, но вместо това изисква честота от 50 херца от електропреносната мрежа, за да стартира отново. Такава електроцентрала трябва също да бъде проектирана за експлоатация на острова и да може да се справи с товарните връзки при достатъчно големи скокове.
В Австрия официално има две (1,5 GW), в Швейцария четири, а в Германия 120 (9,7 GW) електроцентрали с черно стартиране. В Австрия обаче все още има няколко други децентрализирани, по-малки електроцентрали с възможност за стартиране на черния старт от миналото, обикновено водноелектрически или акумулаторни централи. Помпените електроцентрали с помпи имат много висока ефективност, което също обяснява защо има само 2 електроцентрали в Австрия и 120 в Германия, докато има само 6,4-кратна разлика в мощността.
Черният старт не е чисто техническо предизвикателство. По-скоро организационните и личните изисквания също са решаващи за успеха. Следователно координираният черен старт със 120 електроцентрали е много по-сложен и податлив на грешки, отколкото например с 2 електроцентрали. Грешки могат да възникнат особено при взаимно свързване на подмрежите, което може да доведе до подновяване на мрежовата област, която вече функционира и е свързана отново. Вижте също срив на мощност в екстремна зима:
Срив на електрозахранването през зимата на 1978/79
на www.mdr.de
Ежедневната работа на електрическата мрежа и черният старт могат да бъдат сравнени с летенето. Ежедневната експлоатация е като полет. Понякога има турбуленция, тогава пилотът трябва да се намеси. В противен случай автопилотът също може да лети. Излитането на самолет обаче изисква специално внимание и умения. Такъв е и случаят с черен старт. Това обаче може да се тренира само на симулатора. От друга страна, не само двама пилоти са на волана за няколко минути, но много и това в продължение на много часове или дори дни. Така че това няма да е разходка в парка, дори ако мрежовите оператори внимателно се подготвят за X деня.
Енергийна политика на ЕС
На ниво ЕС с голяма сила се стреми към общ пазар на електроенергия, където навсякъде трябва да преобладават едни и същи пазарни условия, но това няма много общо с инфраструктурните изисквания, които никога не са били създадени за това. Следователно човек също разделя пазара на електроенергия и електрическата мрежа в мислене („пазар само за енергия“). Но физиката не може да се тъпче с пазарните правила. Но напротив.
От друга страна, всяка държава има своя собствена енергийна политика и енергиен преход. В различни посоки. Докато някои се придържат към ядрената или въглищната политика за електроенергия или дори искат да ги разширят, други искат да преминат към възобновяеми енергии възможно най-бързо. В резултат на това се сблъскват светове на мисълта, но и догматично преобразени подходи. От 1 октомври 2018 г. ще има и европейски пазар, който използва сложни алгоритми.
Общата мантра е, че пазарът ще го подреди. Само свободният пазар означава, че участниците трябва да могат да се провалят, което може да бъде опасно в електрозахранващата система. Инфраструктурните проекти често изискват години на изпълнение и често са проектирани да продължат десетилетия. Това противоречи на пазарно ориентираната краткосрочна печалба. Текущи съображения, които обикновено са добре дошли, за затваряне на електроцентрали, работещи с въглища. Често пренебрегват факта, че те също предоставят основни системни услуги под формата на моментални резерви с въртящите се маси. Тук се появяват общо няколко тъмни облака.
Електрическата мрежа на бъдещето: система от енергийни клетки
За да може преминаването към пълно снабдяване с възобновяеми енергии да работи, ние се нуждаем и от нов дизайн на системата: система от енергийни клетки, т.е. децентрализирани, автономни функционални единици. Все още сме далеч от това.
Видеото на немския изследователски проект "KombiKraftwerk2" описва много ясно връзките и предизвикателствата. Проектът между другото заключава:
През следващите няколко години и десетилетия ще трябва да се положат някои политически, икономически и технически усилия, за да се постигне целта на енергийния преход. Предизвикателствата за поддържане на стабилността на мрежата, породени от промяната в електрозахранването, се срещат по-малко при възобновяемите енергийни източници, тъй като те основно отговарят на техническите изисквания за стабилизация на мрежата. По-скоро новата структура на бъдещото производство и разпределение на електроенергия изисква преосмисляне на организацията на системата. Това включва трансформация на системата, която се фокусира върху променливите захранващи вятърни и фотоволтаични системи като основен елемент на захранването. Гъвкавите системи за биомаса (биогаз и твърда биомаса) и системите за биометан, както и съхранението са съществена част от енергийната система и допринасят за сигурни резултати. Без съответно адаптирано разширяване на мрежата с всички нейни компоненти, адаптиране на регулациите и пазарите, промяната в захранването няма да успее. Наградата за тези усилия ще бъде модерно, чисто и стабилно захранване.
Критично и системно съображение
Когато разглеждаме системата от системна гледна точка, бързо става очевидно, че "енергийният преход", който се извършва в момента, очевидно пренебрегва системните аспекти. Защото една система е повече от сумата на отделните й елементи. „Невидимите нишки“ между елементите на системата са решаващи. Например линии между производствените централи и потребителите на енергия („потребители“), системи за съхранение и буферни системи (съхранение на енергия), за да могат да компенсират нестабилността на производството на летливи вещества. Мрежовият контрол, който трябва да изглежда различно в сложна, децентрализирана система, отколкото в предишната централизирана йерархична система. Освен това трябва да се вземат предвид големи времеви хоризонти, от милисекунди (защита), до секунди/минути (контрол на мрежата или подмяна на въртящи се маси), енергиен баланс (часове/дни/седмици) до устойчивост (години/десетилетия). Всичко това едва ли се взема предвид в настоящия фокус на пазара и цените. Чуйте откъс от Ден на темата за затъмняване на SRF: Ден 6: Няма нормално видимост - търговец на електроенергия и мрежов оператор:
Кой е виновен?
на Тематичен ден на затъмнението на SRF 2017
С нарастващия брой системни елементи, взаимодействията в тази система също се увеличават. И то експоненциално. Развитие, което можем да докажем, че не можем да се справим добре. Управляемостта на системата намалява. Механизмите, които използвахме досега, работят все по-зле и рискът от срив на системата се увеличава. Това може да се противодейства само със съответния жизнеспособен дизайн на системата (система от енергийни клетки), който до голяма степен липсва или едва започва да се случва.
Понастоящем голямата надежда се крие в „интелигентните“ технологии, въпреки че предишните подходи обикновено водят до задънена улица, а не допринасят за решението (вж. Например: Интелигентната мрежа в ерата на Кибервойната. Нерефлектираната мрежа в областта на ИТ досега доведе до все по-нерешени и все по-трудно контролируеми проблеми. Дори предишните проблеми да се случват главно във виртуалното пространство, в реалния свят вече има огромни финансови последици. Невъзможно е да си представим какво би се случило, ако тези развития прескочат към инфраструктурния сектор и доведат до провали наличността на мрежови инфраструктурни системи идва, както в Украйна през 2015 г. Интелигентните технологии със сигурност ще трябва да допринесат за енергийния преход. От системна гледна точка обаче настоящите концепции трябва да бъдат поставени под въпрос по-критично не в предишния ни n, което означава контролируемо поведение на системата.
Обща информация
В европейската мрежа около 530 милиона души в над 30 страни са снабдени с електричество. Континенталната европейска мрежа е „най-голямата машина“ в Европа, ако не и в света.
Реактивна мощност
За да може предаването на мощност в мрежата да работи, е необходима реактивна мощност за натрупване на напрежението. Реактивната мощност винаги трябва да бъде в правилното съотношение спрямо реалната мощност, която действително пристига при потребителя, така че транспортът на електроенергия да не бъде нарушен. Това означава, че електричеството не може да се транспортира без реактивна мощност, но твърде много реактивна мощност в мрежата намалява активната мощност и може да има съответно отрицателен ефект върху преноса на електроенергия. Всичко зависи от точната сума.
Казано по-просто, реактивната мощност е главата на бирата, а самата бира е активната мощност. Ако бирата се налее неправилно, може да се образува твърде много пяна. Ако бирата стои твърде дълго, пяната става нестабилна, намалява и качеството на бирата страда. Главата от пяна винаги трябва да е в правилното съотношение с бирата. В стария енергиен свят атомните електроцентрали и други големи производители бяха, за да останат в картината, пивоварните, които гарантираха, че главата от пяна, т.е. реактивната мощност, се доставя в правилното съотношение с останалата бира, т.е. активната мощност. Тъй като до 2022 г. всички атомни електроцентрали ще бъдат извадени от мрежата, операторите на преносни системи (ОПС) вече ще станат главни пивовари за реактивна мощност, за да могат да изпълняват законоустановения си мандат за експлоатация на защитена мрежа денонощно и в бъдеще.
За да може да регулира реактивната мощност и да я направи достъпна в достатъчни количества за цялата мрежа, TenneT вече е инсталирал компенсационни намотки и MSCDN системи в много от своите 129 подстанции, които допринасят за статичното осигуряване на реактивна мощност. Също така са монтирани въртящи се фазови превключватели. Тази система допринася за мощността на късо съединение на този мрежов възел - задача, която преди това беше изпълнена от генератора на атомната електроцентрала Grafenrheinfeld например. Освен това се изследва дали например вятърната енергия и фотоволтаичните системи могат да допринесат за сигурността на системата и доставките, като осигурят реактивна мощност.