Studentská grantová soutěž - předchozí roky

Integrace obnovitelných zdrojů do elektrizační soustavy

SP/201061

Goňo Radomír prof. Ing., Ph.D.

prof. Ing. Michal Krátký, Ph.D.
prof. Ing. Zdeněk Hradílek, DrSc.
prof. Ing. Stanislav Rusek, CSc.

01. 01. 2010 - 31. 12. 2010

V posledních letech dochází k dynamickému rozvoji výstavby obnovitelných zdrojů elektrické energie (OZE). Vládou České republiky bylo stanoveno do roku 2010 dosažení spotřeby 8 % elektrické a 6 % veškeré energie z OZE v poměru k hrubé domácí spotřebě. Mezi nejvýznamnější zástupce OZE jsou v ČR řazeny: vodní elektrárny, biomasa, bioplyn, větrné elektrárny, kapalná biopaliva a fotovoltaické systémy. Spolu s rozvojem OZE však vyvstává řada otázek týkajících se regulace výkonu, stability elektrizační soustavy, do které je vyveden výkon z OZE, dále otázek týkajících se zpětných vlivů, koncepce chránění, předcházení fenoménu „BLACK OUT“ apod. Omezení negativních dopadů je vysoce aktuální problematikou, které povede ke zvýšení spolehlivosti dodávky elektřiny. Mezi nejvýznamnější zpětné vlivy OZE na elektrizační soustavu jsou řazeny: • Přechodové děje související se spínacími operacemi. • Vliv na kvalitu elektrické energie (zejména kvalita napětí). • Variabilita toku výkonu vyvedeného do elektrizační soustavy. • Časový interval dodávky elektrické energie. Poslední dva zmíněné body mají výrazný vliv na chod elektrizační soustavy, ať už distribuční soustavy vysokého nebo velmi vysokého napětí, popř. přenosovou soustavu. V současné době je převážná část OZE připojena na soustavu vysokého napětí s ohledem na zkratový výkon místa připojení. Ve fázi přípravy projektu je nyní připojení OZE do sítě velmi vysokého napětí. V současné době je problematika ovlivnění stability elektrizační soustavy provozem OZE zobecněná na hladinu vysokého napětí a provozovatele distribuční soustavy. Avšak v blízké budoucnosti se bude problematika ovlivnění stability provozem OZE citlivě dotýkat i přenosové soustavy, čímž se problém lokálního významu přenese na problém celonárodní úrovně. Jelikož je délka dodávky elektrické energie a tok výkonu z OZE závislý na energii přírodního zdroje, jde v případě OZE o nestabilní zdroj elektrické energie. Produkce elektrické energie z OZE je stále zvyšována, je nutné zvažovat zálohování instalovaného výkonu OZE v přiměřené míře na přírodních faktech nezávislými energetickými zdroji. Je tedy zřejmé, že predikce výroby elektrické energie z OZE je potřebná pro bezpečný, spolehlivý a hospodárný chod elektrizační soustavy. V současné době neexistuje ve specifických podmínkách ČR funkční model popisující a předvídající výrobu elektrické energie z OZE. A právě návrh, realizace a verifikace predikčního modelu pro popis a krátkodobou předpověď výroby elektrické energie z OZE pro lokality s významným příspěvkem elektrické energie je plánována v rámci předloženého projektu. Významným přínosem bude rovněž zapojení palivových článků pro vyrovnání diagramu zatížení.

Ing. Daniel Minařík, Ph.D.
Ing. Roman Chválek
Ing. Peter Chovanec, Ph.D.
Ing. Miroslav Hrabčík
Ing. František Střída
Ing. Martin Vysloužil
Ing. Petr Zach
Ing. Martin Mach
Ing. Ondřej Procházka
Ing. Jaroslav Sojka
Bc. Jiří Tomášek
Bc. Tomáš Schmeister
Bc. Patrik Škodík
Ing. Miroslav Tacina
prof. Ing. Radomír Goňo, Ph.D.
prof. Ing. Michal Krátký, Ph.D.
prof. Ing. Zdeněk Hradílek, DrSc.
prof. Ing. Stanislav Rusek, CSc.

Cílem je nalezení kompromisu mezi provozovateli elektrizační soustavy a provozovateli OZE. Snahou provozovatele OZE je co největší objem výroby, spolehlivost, životnost výrobny a tomu odpovídající co nejkratší doba návratnosti investic. Na druhé straně, snahou provozovatele elektrizační soustavy je co největší kvalita elektrické energie a co nejmenší negativní zpětné vlivy na elektrizační soustavu.
Hlavním cílem je vytvoření podpory pro technické posouzení připojitelnosti větrných (VtE) a fotovoltaických elektráren (FVE) do elektrizační soustavy tak, aby nedošlo ke snížení spolehlivosti dodávky elektrické energie a narušení stability elektrizační soustavy.
Projekt je zaměřen na podporu studentů formou stipendií bez nároku na odměny akademických pracovníků.
Na základě stochastických meteorologických dat a údajích o VtE a FVE bude vytvořen predikční model pro krátkodobou předpověď výroby elektrické energie z těchto zdrojů. Model bude verifikován na naměřených datech z reálných elektráren a srovnán s diagramem zatížení sítě. Nezbytná je rovněž kontrola splnění připojovacích podmínek daného připojovacího místa včetně možnosti zapojení palivových článků.
Na vytvořeném modelu vybrané oblasti sítě bude provedena její optimalizace s ohledem na možnost připojení OZE a na vliv elektrické vzdálenosti.
Úprava software pro vyhodnocování dat o poruchách zařízení a výpadcích dodávky elektrické energie a aktualizace spolehlivosti zařízení distribučních sítí za příslušné období sledování.

Postup řešení:
Při řešení projektu bude využito znalostní studentů a akademických pracovníků katedry elektroenergetiky a katedry informatiky. Na základě meteorologických dat, údajů o síti a o plánovaných zdrojích bude vytvořen model konkrétní oblasti. Internetová aplikace pro vyhodnocování prvkové spolehlivosti bude upravena tak, aby z dat o poruchách zařízení a výpadcích v dodávce elektrické energie zasílaných na katedru elektroenergetiky dvakrát ročně, byly vyhodnocovány potřebné údaje popisující chování sítě.

Časový harmonogram:
03/2010 vyhodnocení poruchových dat za 2009, analýza sítí vvn 110 kV, metodika na určení elektrické vzdálenosti
04/2010 návrh predikčního modelu pro krátkodobou předpověď výroby elektrické energie z OZE, analýza sítí vn 6 kV a 22 kV
05/2010 analýza sítí nn 0,4 kV
06/2010 model napájené oblasti v simulačním programu
08/2010 určování elektrické vzdálenosti na modelu konkrétní sítě
09/2010 realizace predikčního modelu
10/2010 vyhodnocení poruchových dat za 1. pololetí 2010
11/2010 dokončení úprav webové aplikace pro vyhodnocování spolehlivosti
12/2010 verifikace predikčního modelu a srovnání s diagramem zatížení

Předpokládané výsledky projektu:
Výsledkem projektu bude rozpracování výše uvedené problematiky tak, aby mohly být jeho výstupy použity jako základ pro podrobnější zpracování v celostátním projektu - přihláška na FRVŠ a začlenění do projektů GAČR. Konkrétní výsledky budou prezentovány v diplomových pracích, publikacích na Web of Science a na IEEE Xplore. V rámci mezinárodní spolupráce se studenti zúčastní odborné exkurze.