a szélenergia helyzete magyarországon - mee · 2016. 4. 6. · bme vet vm csoport ... •magyar,...

49
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar Villamos Energetika Tanszék Villamos Művek és Környezet Csoport A szélenergia helyzete Magyarországon Magyar Elektrotechnikai Egyesület, Nyugdíjasok KKP Szervezete Dr. Hartmann Bálint, egyetemi adjunktus [email protected]

Upload: others

Post on 07-Mar-2021

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamos Energetika Tanszék Villamos Művek és Környezet Csoport

A szélenergia helyzete

Magyarországon Magyar Elektrotechnikai Egyesület,

Nyugdíjasok KKP Szervezete

Dr. Hartmann Bálint, egyetemi adjunktus

[email protected]

Page 2: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Megújuló energetikai

kutatások

2

2015.05.26.

Page 3: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

BME VET VM csoport

3

Budapesti Műszaki és

Gazdaságtudományi Egyetem

Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamos Energetika Tanszék

Nagyfeszültségű Technika és

Berendezések Csoport

Villamos Gépek és Hajtások Csoport

Villamos Művek és Környezet Csoport

2015.05.26.

Page 4: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

BME VET VM csoport

• Villamosművek Tanszék (1931-1937)

• Verebélÿ László

• Villamos Művek és Vasutak Tanszék (1937-1949-1961)

• Villamos Művek Tanszék (1961-1971)

• Erősáramú Intézet (1971-1991)

• Villamos Művek Tanszék (1991-2001)

• Villamos Energetika Tanszék (2001-)

• Villamos Művek és Környezet Csoport

4

2015.05.26.

Page 5: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Oktatás

• Villamosmérnök BSc, MSc

• Energetikai mérnök BSc, MSc

• Magyar, angol, német kurzusok

• Megújulókhoz kapcsolódó tantárgyak

• A jövő energetikája – víziók és valóság

• Energiahatékonyság a gyakorlatban

• Hálózati áramellátás és feszültségminőség

• Intelligens villamosenergia-rendszer

• Villamos energetika

• Villamos energia és környezetvédelem

• Villamosenergia-piac és minőségszabályozás

• Laboratóriumok

5

2015.05.26.

Page 6: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Oktatás

• Önálló hallgatói munka • BSc önálló laboratórium, szakdolgozat • MSc önálló laboratórium 1-2, diplomatervezés 1-2 • ~60 hallgató/félév

• Aktuális témák • Kiserőművek hálózati csatlakozásának feltételei • Tanya energiaellátása megújuló források alkalmazásával • Napelem életciklusának vizsgálata, környezeti hatása • Szélerőművek üzeme, szabályozása • Megújuló energiaforrások energiatermelésének vizsgálata • Odoo passzívház energetikai rendszerének elemzése, továbbfejlesztése • Együttműködő megújuló energiaforrások alkalmazásának modellezése • Megújuló energia park fogyasztóinak vezérlése • Megújuló energiaforrások hatásának valószínűségi alapú vizsgálata • Időjárásfüggő kiserőművek termelésének előrejelzése • Megújuló energiaforrások adatközpont specifikus alkalmazása

6

2015.05.26.

Page 7: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Kutatás

• Kereskedelmi szabályzat módosítása az új VET szerint, a kötelező átvételi rendszer kereskedelmi működtetési szabályrendszerének kidolgozása

• Dinamikus modellek létrehozása mikrogridek (szigetüzemi) vizsgálatára

• Szélerőmű és energiatároló együttműködését szimuláló szoftver fejlesztése

• Kiserőművek hálózati visszahatásának vizsgálata

• Ágens szoftvertechnológia alkalmazása a kiserőművek központi terhelésirányító rendszerbe való bevonására

• Solar Decathlon projekt

• Funkció és feladat specifikáció a Fóti Lovasterápiás Központ területén létesülő Megújuló Energia Farm energiafelügyeleti rendszeréhez

7

2015.05.26.

Page 8: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#1 Terhelésbecslő eljárások

• Feladat: a villamosenergia-rendszer (részhálózat) terhelésének előrejelzése 1-3 napos horizonton

• Erősen időjárásfüggő paraméter

• Meteorológiai előrejelzések figyelembe vétele

• Hőmérséklet, megvilágítás, szélsebesség

• Nemlineáris összefüggések, sztochasztikus jelenségek, alkalmazásspecifikus eljárások

• Statisztikai analízis

• Mesterséges intelligencia

• Legkisebb hibák minimum likelihood módszerrel identifikált ARMA idősorok és a radiális bázisfüggvényeket (RBF) alkalmazó neurális hálózatok esetén

8

2015.05.26.

Page 9: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#1 Terhelésbecslő eljárások

• Legtöbb esetben éves mintákra van szükség

• Beszerzésük bonyolult (megvilágítás, szélsebesség)

• A módszerek tesztelésénél historikus (mért) adatok kerültek felhasználásra

• Meteorológiai előrejelzés pontosságának hatása?

9

2015.05.26.

Page 10: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#2 Fogyasztói vezérlés megújulók

kiegyenlítésére

• Feladat: vezérelhető villamosenergia-fogyasztók ütemezése a volatilis megújuló villamosenergia-termelés követésére

• Alapjel-követő vezérlési algoritmus kialakítása a vezérlési csoportok kapcsolási programjára

• tetszőleges előre ismert igények

• Tetszőleges előre nem ismert igények

• Ipari kutatás: E.On

• A fogyasztó vezérlésében rejlő potenciál kiaknázása

• Nehézséget jelent a szélerőművi termelésre hangolás

• A modell teljesítmény, és nem szélsebesség adatokat használ

10

2015.05.26.

Page 11: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#3 Elosztott energiatermelés modellezése

• Feladat: kapcsolt és megújuló alapú elosztott villamosenergia-termelés rendszerszintű szabályozásba való bevonása

• Ágensalapú modell, intelligens algoritmusokkal

• A kutatás fő vonala kapcsolt kiserőművekre fókuszál

• Szélerőművi termelés modellezéséhez sztochasztikus szélsebesség adatok generálása

• Piaci időegységhez (15 perc) igazodva

• Valós statisztikai jellemzőkkel

• Leképezve az előrejelzési bizonytalanságot

11

2015.05.26.

Page 12: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#3 Elosztott energiatermelés modellezése

D.Divényi, J.Divényi: Wind Speed Simulator Based on Wind Generation Using Autoregressive Statistical Model, Electrotehnica Electronica Automatica, vol. 60. nr. 2., 2012

• Probléma: • Adott szélturbina

magasságában, vagy szélfarmra „aggregált”

• Megoldás: • Szélerőművek

termeléséből visszaszámolva

• Weibull-eloszlás illesztése

• Normalizálás

• AR idősor illesztése

12

0 0.5 10.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0Distribution functions

Power, MW

0 5 AR10 15 20-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0Partial autocorrelation functions

Lag

Original data

Simulated data (MAPE=2.0343%)

Original data

Simulated data

2015.05.26.

Page 13: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#4 Odooproject, Solar Decathlon

• Részvétel a Solar Decathon Europe versenyen 2012-ben

• Odoo szolárház

• Nettó napelemes termelő

• BME villamosmérnök hallgatók feladata

• Épület napelemes rendszere

• Épület villamos hálózata

• Innováció

• Termelés előrejelzés pontosítása (szórt sugárzás nem ideálisan tájolt napelemnél)

• Hőelvezetés hatásfoknövelése

• 2012. szeptember, Madrid, 6. helyezés (19 résztvevő)

13 2015.05.26.

Page 14: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#4 Odooproject, Solar Decathlon

14 2015.05.26.

Page 15: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#5 Szélerőművek integrálása a

villamosenergia-rendszerbe • Feladat

• Szélerőművek menetrendi hibájának és gradiens viselkedésének csökkentésére használható energiatárolók méretezése, vezérlése

• Új menetrendadási eljárás kidolgozása a szabályozási tartalékok csökkentésére

• Döntési fán alapuló szimulációs eljárás

• Szélerőművi termelési adatok

• Aggregáltan hozzáférhető

15

2015.05.26.

Page 16: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#6 Beágyazott informatikai rendszer fejlesztése

energia-pozitív közvilágítás optimalizálására

• Feladat: napenergiát használó intelligens közvilágítási rendszer kidolgozása (E+grid projekt)

• Energiamenedzsment, a rendszer energiafelhasználásának optimalizálása, energiatárolási kérdések, okos mérés és infokommunikációs rendszerfejlesztés támogatása, szigetüzemi feltételek vizsgálata, zavarvédelem

16

2015.05.26.

Page 17: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#7 Elosztott energiatermelés és elektromos

közlekedési infrastruktúra települési szintű integrációja

• Feladat: elosztott energiatermelés, valamint az egyéni és közösségi közlekedés VER-be integrálásának támogatása

• Számítógépes szimulációs modell, sztochasztikus vizsgálatok

• 15 perces felbontású megújuló termelési görbék

• Egymástól elkülöníthető időjárási viszonyok és a hozzájuk tartozó termelési viselkedés definiálása

17

2015.05.26.

Page 18: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#8 Szélerőművek termelés-előrejelzési

módszereinek pontosítása • Feladat: termelés-előrejelzési módszerek áttekintése, fejlesztési javaslat készítése

• Meteorológiai és szélerőmű termelési adatok felhasználása

• Napközbeni menetrendadás támogatása

18

2015.05.26.

Page 19: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

#8 Szélerőművek termelés-előrejelzési

módszereinek pontosítása • Javaslatok

• Szélerőmű szélsebesség-teljesítmény görbék validálása

• Felhasznált adatok normálása

• Levegősűrűség figyelembe vétele

• Autoregresszív szűrés

• Előrejelzés pontosságának javítása

• Hosszabb tanító adatsor

19

2015.05.26.

Page 20: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Szélerőművek integrálása a

villamosenergia-rendszerbe

20

2015.05.26.

Page 21: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Szélerőművek integrálása a

villamosenergia-rendszerbe • Szélenergia

• Energiatárolás

• A szélerőművek termelési gradiensének vizsgálata

• A szélerőművek menetrendi hibájának vizsgálata

• A szélerőművek által igényelt szabályozási tartalékok csökkentése

21 2015.05.26.

Page 22: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési

gradiensének vizsgálata

22 2015.05.26.

Page 23: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata – a probléma • A szélerőművek jó közelítéssel sztochasztikus jellegű termelők

• A kinyerhető teljesítmény a szélsebesség harmadik hatványával arányos

• A gyors szélsebesség-változás eredménye gradiens esemény

• A villamosenergia-rendszer gradiens szabályozási képességei nem mindig elégségesek

0

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

0 5 10 15 20 25

Le

ad

ott

te

lje

sít

ny [

kW

]

Szélsebesség [m/s]

0102030405060708090

100

0 - 2,5 2,5 - 5 5 - 7,5 7,5 -

Re

latí

v g

ya

ko

risá

g [

%]

Szélerőművek gradiense [MW/perc]

Le irány Fel irány

Le irány 1000 MW Fel irány 1000 MW

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

Le

felé

ku

mu

lált

re

latí

v

gya

ko

risá

g [

%]

Gradiens tartomány [MW/perc]

Le irány Fel irány

23 2015.05.26.

Page 24: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata – a módszerek • A rendelkezésre álló adatok feldolgozása

24 2015.05.26.

Page 25: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata – a módszerek • Statisztikai kiértékelés:

• Hány időegységnyi hosszúságúak az energiatároló által végzendő egyes le- illetve fel irányú gradiens kisegítési periódusok?

• Átlagosan hány időegységnyi hosszúságúak az energiatároló által végzendő le- illetve fel irányú gradiens kisegítési periódusok?

• Milyen eloszlásfüggvény jellemzi az energiatároló által végzendő le- illetve fel irányú gradiens kisegítési periódusok hosszát?

• Mekkora gradiens kisegítést kell az energiatárolónak biztosítania az egyes le- illetve fel irányú szabályozási periódusok alkalmával?

• Milyen eloszlásfüggvény jellemzi a szabályozási periódusokban az energiatároló által biztosítandó le- illetve fel irányú gradiens kisegítést?

25 2015.05.26.

Page 26: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata – a módszerek • Számítógépes szimuláció

• MATLAB

• Szélerőmű és energiatároló kooperációját modellező program

• Energiatároló

• Pnévleges, Enévleges , Pmax , η , pSOC , Ttároló

• Technológiák

0

3

5

8

10

180

190

200

210

220

0:00 3:00 6:00 9:0012:0015:0018:0021:000:00

En

erg

iatá

roló

ltö

ttsé

ge

[MW

h]

Szé

lerő

te

rme

lt é

s

lóza

tra

ad

ott

tle

jesít

nye

[M

W]

A szimuláció időtartama

Termelés Eladott Energiatároló

0

3

5

8

10

180

190

200

210

220

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

En

erg

iatá

roló

ltö

ttsé

ge

[M

Wh

]

Szé

lerő

te

rme

lt é

s h

áló

za

tra

ad

ott

tl

eje

sít

nye

[M

W]

A szimuláció időtartama

Termelés Eladott Energiatároló

26 2015.05.26.

Page 27: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata – az eredmények • A felhasznált adatsor

• 2009-2011 közötti szélerőművi termelési adatok (MAVIR)

• 15 perc alatt igénybe vehető forgó tartalék mennyiségéből képezett gradiens (MAVIR)

• 1 perces felbontás – 1 576 800 adatpont

• Szélerőművi termelési adatok átskálázása 330, 400-500-…-1000 MW-ra

Gradiens

kisegítések

száma

Gradiens

kisegítések

hossza [perc]

Gradiens

kisegítések

átlagos hossza

[perc]

Gradiens

kisegítések

eloszlásának

95%-a [perc]

Gradiens

kisegítések

nagyságának

eloszlásának

95%-a

[MW/perc]

330 MW 11 793 19 762 1,68 4 19

400 MW 13 179 21 704 1,65 4 21

500 MW 15 228 24 623 1,62 4 22,5

600 MW 17 484 27 828 1,59 4 22,5

700 MW 19 814 31 081 1,57 4 23

800 MW 22 331 34 604 1,55 4 24

900 MW 24 948 38 270 1,54 4 24,5

1 000 MW 27 616 42 049 1,52 3 25

0

20

40

60

80

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Ku

mu

lált

re

latí

v g

ya

ko

risá

g [

%]

Gradiens kisegítés hossza [perc]

400 MW 700 MW 1000 MW

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50

Ku

mu

lált

re

latí

v g

ya

ko

risá

g [

%]

Gradiens kisegítés nagysága [MW/perc]

400 MW 700 MW 1000 MW

0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

1 2 3-5 6-10 11-

Gra

die

ns k

ise

gít

ése

k s

ma

Gradiens kisegítések hossza [perc]

400 MW 700 MW 1000 MW

27 2015.05.26.

Page 28: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata • I. tézis:

Kidolgoztam két, egymást kiegészítő, de módszerében egymástól eltérő eljárást, melyek segítségével meghatározhatóak annak a villamosenergia-rendszerrel kooperációban üzemelő energiatároló eszköznek a paraméterei (teljesítmény, kapacitás), mely alkalmas a villamosenergia-rendszerrel szinkron üzemelő szélerőművek termelésének változása által okozott gradiens szabályozási igények kiszolgálására, amennyiben a villamosenergia-rendszer ilyen képességei részben vagy teljesen elégtelenek.

28 2015.05.26.

Page 29: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata • I. tézis 1. altézise:

Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés, mivel figyelmen kívül hagyja a bemeneti adatsorok időbeliségét, minden esetben a legkisebb paraméterekkel (teljesítmény, kapacitás) rendelkező, de az energiatároló által kiszolgálandó összes gradiens szabályozási igények arányaként kitűzött célt teljesíteni képes energiatárolót fogja eredményezni.

29 2015.05.26.

Page 30: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek termelési gradiensének

vizsgálata • I. tézis 2. altézise:

Az általam kidolgozott szimulációs program figyelembe veszi a bemeneti adatsorok időbeliségét, mely az adott bemeneti adatsort (szélerőművet és villamosenergia-rendszert) karakterisztikusan jellemző többlet információt hordozhat magában. Az így elvégzett vizsgálat jó közelítéssel felső becslést fog adni az energiatároló által kiszolgálandó összes gradiens szabályozási igények arányaként kitűzött célt teljesíteni képes energiatároló paramétereire (teljesítmény, kapacitás).

• A fejezetben bemutatott kutatásokhoz kapcsolódó saját publikációk: [S9], [S17-S18]

30 2015.05.26.

Page 31: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi

hibájának vizsgálata

31 2015.05.26.

Page 32: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata – a probléma • A szélerőművek termelésének előrejelzése annak sztochasztikus jellege miatt nehéz

• A szélsebesség előrejelzésének hibája Gauss eloszlású, a termelésé nem az

• A nem megfelelő előrejelzés eredménye menetrendi hiba

• A villamosenergia-rendszer szabályozási képességei nem mindig elégségesek

0

2

4

6

8

10

12

14

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Re

latí

v g

ya

ko

risá

g [

%]

Menetrendtől való eltérés [MW]

Tény kapacitás 330 MW-ra extrapolált kapacitás

0

20 000

40 000

60 000

80 000

0 100 200 300 400 500Ne

gye

rák

szá

ma

Rendelkezésre álló és igényelt teljesímények [MW]

Szélerőművi leszabályozási igény

Leszabályozási tartalék

0

20 000

40 000

60 000

80 000

0 100 200 300 400 500Ne

gye

rák

szá

ma

Rendelkezésre álló és igényelt teljesímények [MW]

Szélerőművi felszabályozási tartalék

Felszabályozási tartalék

Forrás: M. Lange, U. Focken, „Physical Approach to Short-Term Wind Power Prediction”

32 2015.05.26.

Page 33: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata – a módszerek • A rendelkezésre álló adatok feldolgozása

33 2015.05.26.

Page 34: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata – a módszerek • Statisztikai kiértékelés:

• Hány időegységnyi hosszúságúak az energiatároló által végzendő egyes le- illetve fel irányú szabályozási periódusok?

• Átlagosan hány időegységnyi hosszúságúak az energiatároló által végzendő le- illetve fel irányú szabályozási periódusok?

• Milyen eloszlásfüggvény jellemzi az energiatároló által végzendő le- illetve fel irányú szabályozási periódusok hosszát?

• Mekkora energiaigényt jelentenek az energiatároló által végzendő egyes le- illetve fel irányú szabályozási periódusok?

• Átlagosan mekkora energiaigényt jelentenek az energiatároló által végzendő le- illetve fel irányú szabályozási periódusok?

• Milyen eloszlásfüggvény jellemzi az energiatároló által végzendő le- illetve fel irányú szabályozási periódusok energiaigényét?

• Mekkora eltérést kell az energiatárolónak kiszabályoznia az egyes le- illetve fel irányú szabályozási periódusok alkalmával?

• Milyen eloszlásfüggvény jellemzi a szabályozási periódusokban az energiatároló által kiszabályozandó le- illetve fel irányú eltérést?

34 2015.05.26.

Page 35: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

0

10

20

30

40

50

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

[MW

], [

MW

h]

A szimuláció időtartama

Menetrend Termelés Eladott Energiatároló

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata – a módszerek • Számítógépes szimuláció

• MATLAB

• Szélerőmű és energiatároló kooperációját modellező program

• Energiatároló

• Pnévleges, Enévleges , Pmax , η , pSOC , Ttároló

• Technológiák

0

10

20

30

40

50

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00

[MW

], [

MW

h]

A szimuláció időtartama

Menetrend Termelés Eladott Energiatároló

35 2015.05.26.

Page 36: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata – a módszerek • Az adatok időbelisége nagy mértékben befolyásolja a szimuláció eredményét

• Bemenő adatsor feldarabolása és véletlenszerű összerendezése

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5

Ne

m k

iszo

lgá

lt l

e i

rán

sza

lyo

si ig

én

ye

k

ará

nya

[%

]

Szabályozások átlagos hossza [x15 perc]

400 MW P100 P99 P95 Eredeti Statisztikai

700 MW P100 P99 P95 Eredeti Statisztikai

1000 MW P100 P99 P95 Eredeti Statisztikai

36 2015.05.26.

Page 37: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata – az eredmények • A felhasznált adatsor

• 2009-2011 közötti szélerőművi termelési adatok (MAVIR)

• 15 perc alatt igénybe vehető forgó tartalék mennyisége (MAVIR)

• 15 perces felbontás – 72 000 adatpont

• Szélerőművi termelési adatok átskálázása 330, 400-500-…-1000 MW-ra

Szabályozások

átlagos hossza

[x15 perc]

Szabályozások

eloszlásának

95%-a

[x15 perc]

Szabályozások

energiaigényének

átlaga [MWh]

Szabályozások

energiaigényének

eloszlásának

95%-a [MWh]

Szabályozandó

eltérések

eloszlásának

95%-a [MW]

330 MW 2,36 7 19,74 75 90

400 MW 2,55 7 25,34 100 110

500 MW 2,78 8 34,25 150 130

600 MW 3,09 10 44,26 210 155

700 MW 3,39 11 55,50 255 180

800 MW 3,71 13 68,69 325 200

900 MW 3,98 14 82,27 405 225

1 000 MW 4,22 15 95,80 470 245

0

20

40

60

80

100

0 5 10 15 20

Ku

mu

lált

re

latí

v g

ya

ko

risá

g [

%]

Szabályozási periódus hossza [x15 perc]

400 MW 700 MW 1000 MW

0

20

40

60

80

100

0 50 100 150 200 250

Ku

mu

lált

re

latí

v g

ya

ko

risá

g [

%]

Szabályozási energiaigény [MWh]

400 MW 700 MW 1000 MW

90

91

92

93

94

95

96

97

98

99

100

0 50 100 150 200 250

Ku

mu

lált

re

latí

v g

ya

ko

risá

g [

%]

Kiszabályozandó eltérés nagysága [MW]

400 MW 700 MW 1000 MW

37 2015.05.26.

Page 38: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata • II. tézis:

Kidolgoztam két, egymást kiegészítő, de módszerében egymástól eltérő eljárást, melyek segítségével meghatározhatóak annak a villamosenergia-rendszerrel kooperációban üzemelő energiatároló eszköznek a paraméterei (teljesítmény, kapacitás), mely alkalmas a villamosenergia-rendszerrel szinkron üzemelő szélerőművek által leadott menetrend és a tényleges termelés közti eltérés által okozott szabályozási igények kiszolgálására, amennyiben a villamosenergia-rendszer ilyen képességei részben vagy teljesen elégtelenek.

38 2015.05.26.

Page 39: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata • II. tézis 1. altézise:

Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés, mivel figyelmen kívül hagyja a bemeneti adatsorok időbeliségét, minden esetben a legkisebb paraméterekkel (teljesítmény, kapacitás) rendelkező, de az energiatároló által kiszolgálandó összes, menetrendi hibából származó szabályozási igények arányaként kitűzött célt teljesíteni képes energiatárolót fogja eredményezni.

39 2015.05.26.

Page 40: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata • II. tézis 2. altézise:

Az általam kidolgozott szimulációs program figyelembe veszi a bemeneti adatsorok időbeliségét, mely az adott bemeneti adatsort (szélerőművet és villamosenergia-rendszert) karakterisztikusan jellemző többlet információt hordozhat magában. Az így elvégzett vizsgálat jó közelítéssel felső becslést fog adni az energiatároló által kiszolgálandó összes, menetrendi hibából származó szabályozási igények arányaként kitűzött célt teljesíteni képes energiatároló paramétereire (teljesítmény, kapacitás).

40 2015.05.26.

Page 41: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek menetrendi hibájának

vizsgálata • II. tézis 3. altézise:

Kidolgoztam egy eljárást, mely alkalmas a bemeneti adatsorok feldarabolására, majd a részek újbóli, véletlenszerű összerendezésére. Az így kapott új adatsorok felhasználása átmenetet teremt a statisztikai kiértékelés és a számítógépes szimuláció módszere között, kölcsönösen enyhítve a két eljárás hátrányait. Az így elvégzett vizsgálat a részekre osztás felbontásának megfelelő megválasztásával reális becslést fog adni az energiatároló által kiszolgálandó összes, menetrendi hibából származó szabályozási igények arányaként kitűzött célt teljesíteni képes energiatároló paramétereire (teljesítmény, kapacitás).

• A fejezetben bemutatott kutatásokhoz kapcsolódó saját publikációk: [S1-S17]

41 2015.05.26.

Page 42: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek által igényelt

szabályozási tartalékok

csökkentése

42 2015.05.26.

Page 43: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek által igényelt szabályozási

tartalékok csökkentése – a probléma

• A szélerőművek menetrendi hibája következtében nagy szabályozási tartalékigények lépnek fel

• A magyarországi szélerőművek menetrendi hibája nagyobb a külföldi egységek hasonló adatainál

• A szabályozási pótdíj bevezetése nem bizonyult kellő ösztönzőnek a folyamat megfordítására

43 2015.05.26.

Page 44: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek által igényelt szabályozási

tartalékok csökkentése – a módszerek

• Lehetséges egyszerű eljárás a szabályozási tartalékok tervezésére a szélerőművek menetrendi hibájának felhasználásával

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00

[MW

]

A szimuláció időtartama

±99% ±95% ±90%

44 2015.05.26.

Page 45: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek által igényelt szabályozási

tartalékok csökkentése – a módszerek

• Új típusú menetrendadási és átvételi rendszer

• Determinisztikus helyett hibasávval jellemzett menetrendadás

• Jutalmazó-büntető jellegű helyett differenciáltan jutalmazó árrendszer (Alapár és Bónuszár)

• A vállalt pontosságtól függő Bónuszár meghatározásához szükséges Célbevétel függvény

• Szabályozási tartalékok lekötése csak a szélerőművek által vállalt hibasávon belüli hibák kezelésére

45 2015.05.26.

Page 46: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek által igényelt szabályozási

tartalékok csökkentése – az eredmények

• Magyarországi szélerőműpark menetrendi és termelési adatai

• 4 db 2-2 hónapos periódus

• RMS hiba nagysága 22, 18, 16 és 17%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00

[MW

]

A szimuláció időtartama

±99% ±95% ±90%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00

[MW

]

A szimuláció időtartama

±99% ±95% ±90%

46 2015.05.26.

Page 47: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

A szélerőművek által igényelt szabályozási

tartalékok csökkentése • III. tézis:

Kidolgoztam egy olyan kötelező átvételi és menetrendadási rendszert, mely lehetőséget nyújt a szélerőművek által leadott menetrend és a tényleges termelés közti eltérés által okozott szabályozási igények kiszolgálására fenntartott szabályozási tartalékok csökkentésére. A rendszer két új eleme a hibasávval jellemzett menetrendadás, és a két árelemből (Alapárból és Bónuszárból) álló, differenciáltan jutalmazó átvételi ár. Az árrendszer a termelőkre gyakorolt ösztönző hatása mellett a Bónuszár kifizetésének metódusával biztosítja az előzetesen le nem kötött szabályozási tartalékok igénybevételének pénzügyi fedezetét is.

• A fejezetben bemutatott kutatásokhoz kapcsolódó saját publikációk: [S1], [S5-S7], [S10-S14]

47 2015.05.26.

Page 48: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Forrás: MEH

48

Energiatároló

2015.05.26.

Page 49: A szélenergia helyzete Magyarországon - MEE · 2016. 4. 6. · BME VET VM csoport ... •Magyar, angol, német kurzusok ... Az általam kidolgozott statisztikai kiértékelés,

Köszönöm a figyelmet! [email protected]

49

2015.05.26.