Как влияят ВЕИ върху системната адекватност на България?
Въведение
В изпълнение на целите за преминаване към нисковъглеродна, сигурна и конкурентоспособна икономика в края на 2018 г. Европейският парламент прие нови цели за използване на възобновяеми източници на енергия и енергийна ефективност. До 2030 г. енергийната ефективност на Европейския съюз (ЕС) трябва да се подобри поне до 32,5%, докато делът на енергията от възобновяеми източници (ВИ) трябва да е най-малко 32% от крайното енергийно потребление на ЕС.
Възобновяеми енергийни източници са водната енергия, вятърната енергия, слънчевата фотоволтаична енергия, слънчевата топлинна енергия, геотермалната енергия, твърдите биогорива, дървените въглища, биогазовете, сметищните възобновяеми отпадъци, течните биогорива и топлината от околната среда. За изпълнението на целите и управлението на Енергийния съюз държавите - членки на ЕС, разработват 10-годишен план за „интеграция на националната енергия и климат“ с национални цели, принос, политики и мерки. В проекта за „Интегриран план в областта на енергетиката и климата на Република България“ за периода до 2030 г. [1] са определени политиките и мерките за производството и потреблението на енергия от възобновяеми източници и са заложени следните цели: делът на възобновяемата енергия (ВЕ) в брутното крайно потребление на енергия да достигне 16% през 2021 г., а към 2030 г. - 25%.
През последните години се наблюдава значителен ръст на възобновяемата енергия в България. Първичното производство на възобновяема енергия през 2017 г. е 1 938 хил. тона нефтен еквивалент (т.н.е.), като количеството се е увеличило общо с 90,1%, или 1,9 пъти спрямо 2007 година. Това представлява средно увеличение със 7,1% на година. Производството на първична енергия от възобновяеми източници в страната изпреварва общия темп на растеж в ЕС-28. През 2017 г. държавите членки са увеличили производството с 65,6% спрямо 2007 г., или средногодишно с 5,2%.
В контекста на поетите ангажименти на европейско ниво [2] за намаляване на емисиите на въглероден диоксид (CO2), едновременно с модернизацията на икономиката, създаване на нови работни места и стопански растеж за всички европейски граждани, следва да се обърне специално внимание на приноса на ВЕИ по отношение на тези цели. Темата за устойчива, по-конкурентна, по-модерна и по-чиста енергийна система е особено актуална, имайки предвид рамковата политика на Европейския съюз в областта на енергетиката и климата и по-специално по отношение на енергията от възобновяеми източници.
Делът на възобновяемата енергия в брутното крайно потребление на енергия е ключов показател за измерване на постигнатите цели за напредъка по стратегията „Европа 2020“ за интелигентен, устойчив и приобщаващ растеж и оценка на целите в Директива 2009/28/ЕО относно насърчаването на използването на енергия от ВЕИ. Статистическите данни сочат, че още през 2012 г. страната вече е достигнала и дори надминала поставената цел за 2020 г. - 16% дял на възобновяемата енергия в брутното крайно потребление на енергия. През 2017 г. делът на възобновяемата енергия достига 18,7%. По този начин България е сред 11-те държави - членки на ЕС, които вече са постигнали дял, съответстващ на целта им за 2020 г. (след Швеция, Финландия, Дания, Естония, Хърватия, Литва и Румъния).
Делът на електроенергията, произведена от възобновяеми източници в страната през 2007 г., съставлява около 9,4% от брутното крайно потребление на електроенергия, а през 2017 г. достига 19,1%. В същия времеви период средният дял в ЕС-28 нараства от 16,1% до 30,8%, като с най-голям принос през 2017 г. е водната нормализирана енергия (34,6%), следвана от вятърната нормализирана енергия (34,4%) и слънчевата енергия (11,8%). В Таблица 1 са показани данните от производството и потреблението на ел. енергия (ЕЕ) за 2018 до 2020 г.
От показаните данни в Таблица 1, могат да бъдат направени следните изводи:
- Наблюдава се спад в производството на ЕЕ от 48 до 42 TWh, което основно е свързано с намаленото производство от ТЕЦ;
- Потреблението спада с незначителни темпове, като за 2020 г. е с 1,0 TWh, което може да се обясни с пандемията от COVID-19;
- През 2018 г. е на лице по-голямо производство от големите ВЕЦ на НЕК ЕАД;
- Производството от ФтЕЦ постепенно нараства заедно с инсталирането на допълнителни мощности и достига от 1,24 до 1,46 TWh;
- За последните 3 г. производството от ВЕИ запазва стойности от 6,8÷6,9 TWh;
- Рязък спад на производството на ЕЕ от ТЕЦ се забелязва през последната 2020 г. с около 4 TWh спрямо предходната 2019 г.;
- Износът на ЕЕ за последните 3 г. спада с по 2 TWh/год. Това може да бъде обяснено с увеличените разходи за CO2, както и с пандемията от COVID-19.
В Таблица 2 е показано месечното и общото производство на ел. енергия за 2020 г. по видове генериращи източници, както и годишното производство в %, а на фиг. 1 – същите данни са показани графично.
Данните в тази таблица показват енергийния баланс на генериращите източници за 2020 г. и могат да се направят следните изводи:
- Конвенционалните (базови) генериращи източници заедно с големите ВЕЦ на НЕК произвеждат сумарно 83,55% (35 TWh) от потребената ел. енергия;
- От 2-та блока на АЕЦ „Козлодуй“ традиционно се произвеждат около 16 TWh;
- Забелязва се спад на производството от ТЕЦ от 18,6 TWh на 13,7 TWh. Този спад се обяснява с намалено търсене на ЕЕ за износ в резултат на повишените разходи за емисии на CO2;
- Останалите 16,45% (6,84 TWh) се произвеждат от ВЕИ;
- ВяЕЦ и ФтЕЦ произвеждат по около 1,5 TWh, общо 3 TWh.
Анализът на тези данни показва, че възобновяемите генериращи източници имат несъществено влияние върху годишния електроенергиен баланс на страната. Като се има предвид обаче, че инсталираната мощност на ФтЕЦ е около 1 080 MWp, а на ВяЕЦ – 700 MW се очаква същите да имат силно влияние върху мощностния баланс.
За да се анализира влиянието на ВЕИ върху мощностния баланс трябва да се изследва максималният (максималния товар за 2020 г.) и минималният (минималния товар за 2020 г.) режими. В Таблица 3 е показан мощностният баланс на електроенергийната система за деня, в който е реализирана максимална генерация за 2020 г. (6 730 MW) – 08.02.2020 г., а на фиг. 2 – същите данни в графичен вид.
По-внимателният анализ на режима в деня на максималния товар на системата показва следното:
- Генерацията от АЕЦ е постоянна с мощност 2 160 MW;
- Сумарната генерирана мощност от всички ТЕЦ (в кафяво на фиг. 2) се изменя от 1 800 до 2 340 MW в диапазон от 500 MW;
- Генерираната мощност от всички големи ВЕЦ на НЕК ЕАД се променя от 40 до 870 MW в 19 ч. Обикновено в този час е дневният връх на потреблението;
- В сутрешните часове се включват ПАВЕЦ в помпен режим с потребление до 260 kW;
- Генерираната мощност от ВяЕЦ е относително постоянна и се изменя в диапазона 450 ÷ 540 MW;
- Генерираната мощност от ФтЕЦ се изменя от 0 до 660 MW.
- Тези констатации дават основание да се направят следните изводи:
- За осигуряване на системната адекватност е необходимо наличието на регулиращи мощности с диапазон общо над 1 300 MW, които могат да бъдат осигурени от диапазона на регулиране на участващите кондензационни блокове и големите ВЕЦ на НЕК ЕАД;
Необходимо е да се отбележи, че при всички режими трябва да бъде осигурена разполагаемост за първично регулиране в размер от 45÷50 MW и вторично регулиране в размер от 150÷200 MW, които също могат да бъдат осигурени само от участващите кондензационни блокове и големите ВЕЦ на НЕК ЕАД.
В Таблица 4 и на фиг. 3 са показани данните от мощностния баланс в деня с минимална генерация от производствените мощности.
Режимът на ЕЕС в деня с минимален товар има следните характерни особености:
- в този ден участието на ВяЕЦ е пренебрежимо малко;
- в основата на товаровия профил отново е АЕЦ (с 1 блок) и ТЕЦ с диапазон на регулиране от 910 до 1 310 MW (400 MW);
- диапазонът на регулиране на големите ВЕЦ на НЕК ЕАД в този ден е от 260 до 1 230 MW (около 1 000 MW);
- Както се вижда от Таблица 4, в часовете между 4 ч. и 21 ч. сумарната генерация от ТЕЦ и ВЕЦ на НЕК е съответно между 1 200 MW и 2 450 MW. Това означава, че и в минимален режим необходимата разполагаемост от регулираща мощност е 1 250 MW, както е при максимален.
За системната адекватност е важно също така да бъдат разгледани дните с максимално производство на ЕЕ съответно от ФтЕЦ, ВяЕЦ и ТЕЦ.
Максималната отдавана мощност от всички ФтЕЦ се е получила в 14 ч. на 7.4.2020 г. Данните на генериращите източници за този ден от годината са показани в Таблица 5. и на фиг. 4.
Анализът на данните, показани в Таблица 4 и фиг. 4, показва следното:
- генерираната мощност от ВяЕЦ е в диапазона от 260 до 490 MW;
- максималната отдавана мощност от ФтЕЦ в 14 ч. е 910 MW;
- сумарната отдавана мощност от ТЕЦ е в диапазона 1 350 ÷ 1 920 MW;
- отдаваната мощност от големите ВЕЦ на НЕК е в диапазона 330 ÷ 1 240 MW;
- необходимата регулираща мощност и в този ден е в размер на 1 400 MW, между 1
700 MW в 3 ч. и 3 130 MW в 21 ч.
Максималната отдавана мощност от всички ВяЕЦ се е получила в 05 ч. на 29.12.2020 г. Данните на генериращите източници за този ден от годината са показани в Таблица 6. и на фиг. 5.
От показаните данни в Таблица 6 и на фиг. 5 могат да се направят следните изводи:
- в 5 ч. е регистрирано максимално производство от ВяЕЦ 613,3 MW;
- производството от ТЕЦ е относително постоянно и е между 1 130 и 1 310 MW;
- в сутрешните часове използваемостта на ПАВЕЦ в помпен режим достига до 630 MW;
- големите ВЕЦ на НЕК ЕАД работят в диапазона 110 ÷ 960 MW;
- сумарната регулираща мощност е около 1 000 MW.
В Таблица 7 и на фиг. 6 са систематизирани данните от дневното производство в деня с най-голямо производство от ТЕЦ.
От представените данни могат да се направят следните изводи:
- максималната генерирана мощност от ТЕЦ за 2020 г. достига 2 720 MW в 19 ч. на 14.02. За отбелязване е, че през 2018 г. този показател е бил 3 470 MW, а през 2019 г. – 3 440 MW;
- в този ден диапазонът на регулиране на ТЕЦ е бил 660 MW, на големите ВЕЦ на НЕК ЕАД – 600 MW, общо 1 260 MW;
- максималната генерирана мощност от ФтЕЦ (410 MW) и ВяЕЦ (300 MW) е общо 700 MW, което е извън дневния и вечерен връх.
Това налага намаляване на генерираната мощност от ТЕЦ (до възможния минимум) и ВЕЦ (почти до нула);
- в сутрешните часове използваемостта на ПАВЕЦ в помпен режим достига до 390 MW.
Обобщение
- В по-голямата част от дните през годината максималната генерирана мощност от ВяЕЦ се реализира в сутрешните часове на денонощието. Обикновено тогава се включват и ПАВЕЦ в помпен режим, което компенсира излишъка на ЕЕ.
- Максималната генерираща мощност от ФтЕЦ се реализира около 13 ч., т.е. 2-3 часа след дневния максимум на товара.
- Направените констатации и анализи показват, че за да се осигури системната адекватност при наличните ВЕИ е необходимо наличието на поне 1 200 MW регулиращи мощности, което може да бъде осигурено единствено от големите ВЕЦ на НЕК и ТЕЦ.
- Отделно от това трябва да има осигурена разполагаемост за първично и вторично регулиране на системата с обхват до 200 MW.
При запазване на тенденцията към увеличаване на инсталираните мощности от ВЕИ е необходимо да се търсят допълнителни източници на регулиращи мощности или пълноценно използване на съществуващите.
Библиография
[1] Януари 2019 г.; https://www.me.government.bg/files/useruploads/files/.pdf
[2] Пазарен анализ на електрическата енергия, произвеждана от възобновяеми енергийни източници в България, 2016,
[3] https://hidro-energia.org/wp-content/uploads/2017/10/doklad_2017.pdf
[4] Колев В., И. Драганова-Златева, Развитието на допълнителните услуги като инструмент за балансиране на ЕЕС и функциите на бавното третично регулиране през годините досега Сп. Енергетика 2020, бр. 7.