Zdolności przesyłowe połączeń transgranicznych KSE oraz

Zdolności przesyłowe połączeń transgranicznych KSE oraz moŜliwości ich
zwiększenia
Autor: Roman Korab, Politechnika Śląska
(Energia Elektryczna 6/2009)
W dyskusjach dotyczących poŜądanych kierunków rozwoju krajowego systemu elektroenergetycznego (KSE) coraz częściej pojawia się twierdzenie o konieczności rozbudowy
połączeń transgranicznych. Takie stwierdzenie sugeruje, Ŝe moc przesyłowa istniejących
linii wymiany KSE jest niewystarczająca w stosunku do potrzeb. Jest to jednak wniosek
nieuprawniony, bowiem aktualnie sumaryczna, wynikająca z dopuszczalnej obciąŜalności termicznej linii, moc polskich połączeń transgranicznych na przekroju synchronicznym przekracza 30% zapotrzebowania szczytowego. Problemem jest to, Ŝe nie da się w
pełni wykorzystać istniejącego potencjału, a główną przeszkodą są ograniczenia sieciowe
w sieci wewnętrznej KSE.
Połączenia transgraniczne KSE – stan aktualny
Aktualnie, na napięciu powyŜej 110 kV, polski system elektroenergetyczny posiada jedenaście połączeń transgranicznych z systemami ościennymi. Są to zarówno połączenia synchroniczne z pozostałą częścią UCTE (Czechy, Niemcy i Słowacja), jak i połączenia niesynchroniczne z systemem szwedzkim, ukraińskim i białoruskim. Jedynym właścicielem połączeń
transgranicznych (poza kablem szwedzkim) jest PSE - Operator [1]. NajwaŜniejsze dane charakteryzujące połączenia transgraniczne KSE przedstawiono w tabeli 1.
Tabela 1
Charakterystyka synchronicznych i niesynchronicznych połączeń transgranicznych KSE
o napięciu znamionowym powyŜej 110 kV
Linia wymiany
Kopanina – Liskovec (Czechy)
Bujaków – Liskovec (Czechy)
Wielopole – Nosovice (Czechy)
Dobrzeń – Albrechtice (Czechy)
Mikułowa – Hagenverder (Niemcy)
Krajnik – Vierraden (Niemcy)
Krosno Iskrzynia – Lemesany
(Słowacja)
Słupsk – Starno (Szwecja)
Rzeszów – Chmielnicka (Ukraina)
Dobrotwór – Zamość (Ukraina)
Białystok – Roś (Białoruś)
Napięcie
[kV]
220
220
400
400
400
220
Liczba
ObciąŜalność
torów linii termiczna toru [MW]
1
412
1
412
1
1206
1
1206
2
1386
2
457
400
2
831
450
750
220
220
1
1
1
1
600
2000
251
231
Sumaryczne termiczne zdolności przesyłowe synchronicznych połączeń transgranicznych
KSE wynoszą około 8600 MW, co stanowi ponad 30% krajowego zapotrzebowania szczytowego. Jednak do realizacji wymiany międzysystemowej moŜe zostać wykorzystana jedynie
część termicznych zdolności przesyłowych linii wymiany. Powodem tego jest sposób kształtowania się rozpływu mocy w połączonym systemie elektroenergetycznym, ale przede
wszystkim ograniczenia sieciowe w sieci wewnętrznej KSE.
Rozpływ mocy w regionie Europy środkowo-wschodniej
Struktura systemu połączonego w regionie Europy środkowo-wschodniej powoduje, Ŝe w
tej części systemu UCTE zwykle występuje przepływ mocy od systemu niemieckiego, przez
system polski, głównie do Czech i w niewielkim stopniu do Słowacji. Stan taki tłumaczy
przede wszystkim rozmieszczenie elektrowni w tym obszarze. Na północnym i południowym
zachodzie Polska posiada jedynie dwie elektrownie systemowe – Dolną Odrę i Turów, których wytwarzana moc jest praktycznie konsumowana przez odbiorców lokalnie. Z kolei w
Niemczech kilka duŜych elektrowni skupionych jest w niewielkiej odległości od polskiej granicy, co w połączeniu ze znaczącą mocą farm wiatrowych zlokalizowanych w północnej części Niemiec sprawia, Ŝe wytwarzana przez te źródła moc jest „wypychana” do Polski przez
oba połączenia transgraniczne. Odwrotna sytuacja ma miejsce na przekroju polsko-czeskim i
polsko-słowackim, gdzie elektrownie Rybnik i Opole, a takŜe Bełchatów, Łagisza i Połaniec,
znacznie silniej oddziałują na południowe linie transgraniczne KSE niŜ elektrownie czeskie i
słowackie (w Czechach i Słowacji elektrownie systemowe są skupione w południowej i zachodniej części obu krajów). Opisaną sytuację na granicach KSE ilustruje rysunek 1.
Saldo wymiany: 1360 MW (eksport z KSE)
400 MW
Krajnik - Vierraden
Polska
Niemcy
83 MW
Wielopole - Nosovice
Mikułowa - Hagenverder
Czechy
Bujaków - Liskovec
1 6 7 MW
195
MW
307 M
W
MW
42
Dobrzeń - Albrechtice
749
4M
W
Kopanina - Liskovec
Słowacja
Krosno Iskrzynia - Lemesany
Rys. 1. Przepływy mocy w liniach transgranicznych KSE w stanie bazowym
Przedstawiony na rysunku 1 stan pracy systemu połączonego w regionie Europy środkowo-wschodniej otrzymano dla modelu systemu odwzorowującego zimowy szczyt wieczorny
w roku 2008. Zapotrzebowanie KSE było równe 25120 MW, natomiast zdolności wytwórcze
pracujących jednostek 30200 MW. Szczegółowo odwzorowano sieci 400/220/110 kV KSE.
Zagraniczna część systemu połączonego obejmowała systemy czeski, słowacki oraz wschodnią część systemu niemieckiego. Opisany model systemu jest bazowym stanem pracy systemu
połączonego, wykorzystanym w dalszych analizach.
Zdolności przesyłowe połączeń transgranicznych KSE w stanie bazowym
Bazowy model systemu połączonego został wykorzystany do wyznaczenia zdolności przesyłowych połączeń transgranicznych KSE w kierunku importu i eksportu. W tym celu zastosowano metodykę przedstawioną w opracowaniach [2, 3]. ZałoŜenia oraz sposób wykonywania
obliczeń rozpływowych opisano w [4]. Głównym celem analiz było wyznaczenie tzw. całkowitych zdolności przesyłowych TTC (Total Transfer Capacity) [5] krajowych połączeń transgranicznych. Zdolności przesyłowe TTC stanowią maksymalną dopuszczalną wartość mocy
wymiany między przyległymi obszarami, wyznaczoną zgodnie z obowiązującymi w kaŜdym
z nich kryteriami bezpieczeństwa. Wartości TTC w kierunku eksportu i importu oraz przepływy mocy na granicach KSE przedstawiono na rysunkach 2 i 3.
Całkowite zdolności przesyłowe TTC
w kierunku eksportu z KSE: 3741 MW
171 MW
Krajnik - Vierraden
Polska
Niemcy
821 MW
Wielopole - Nosovice
Mikułowa - Hagenverder
Czechy
628 MW
Dobrzeń - Albrechtice
360 M
W
46
3M
W
104
1M
W
257
MW
Kopanina - Liskovec
Słowacja
Bujaków - Liskovec
Krosno Iskrzynia - Lemesany
Rys. 2. Całkowite zdolności przesyłowe TTC w kierunku eksportu z KSE oraz przepływy
mocy na granicach Polski
Całkowite zdolności przesyłowe TTC
w kierunku importu do KSE: 2706 MW
598 MW
Krajnik - Vierraden
Polska
Niemcy
1280 MW
Wielopole - Nosovice
Czechy
Bujaków - Liskovec
385 MW
W
W
50
M
Dobrzeń - Albrechtice
97
M
MW
Kopanina - Liskovec
20
0
96
MW
Mikułowa - Hagenverder
Słowacja
Krosno Iskrzynia - Lemesany
Rys. 3. Całkowite zdolności przesyłowe TTC w kierunku importu do KSE oraz przepływy
mocy na granicach Polski
Wykonane analizy wskazują, Ŝe pomimo iŜ przepływ mocy w Ŝadnej z linii transgranicznych
KSE nie osiągnął wartości równej obciąŜalności termicznej linii (tabela 1), nie jest moŜliwe
dalsze zwiększenie eksportu lub importu, gdyŜ spowodowałoby to taką zmianę rozpływu mocy, Ŝe nastąpiłoby przeciąŜenie niektórych linii w sieci wewnętrznej KSE. W analizowanym
stanie pracy systemu połączonego liniami tymi są przede wszystkim linie 110 kV w aglomeracji warszawskiej. Opisana sytuacja oznacza, Ŝe przyczyną ograniczonych moŜliwości wy-
miany transgranicznej KSE nie są same linie wymiany, ale ograniczenia sieciowe w sieci krajowej (zbyt mała przepustowość niektórych linii).
Zdolności przesyłowe TTC nie mogą zostać w całości udostępnione w celu realizacji transgranicznego handlu energią. Część z tych zdolności musi zostać zarezerwowana na potrzeby
przesyłu mocy wynikającego z moŜliwych do zaistnienia zdarzeń, które nie zostały uwzględnione przy wyznaczaniu wartości TTC. Zarezerwowane w tym celu zdolności przesyłowe
tworzą tzw. margines bezpieczeństwa przesyłu TRM (Transmission Reliability Margin). Zagadnienie to zostało szczegółowo omówione w artykule [4].
Zdolności przesyłowe połączeń transgranicznych KSE w latach 2008 ÷ 2015
Bazowy model systemu połączonego stanowił podstawę do przygotowania modeli na lata
2009 ÷ 2015. Przyjęto, Ŝe w kolejnych latach zapotrzebowanie szczytowe w KSE będzie
wzrastało o około 500 MW. Rozwój sektora wytwórczego dotyczył wprowadzenia w roku
2009 nowych bloków w elektrowni Łagisza i Bełchatów (blok Pątnów II był juŜ uwzględniony w układzie bazowym). W analizach pominięto rozwój generacji rozproszonej. W modelach
KSE przygotowanych na lata 2009 ÷ 2015 uwzględniono równieŜ planowany rozwój sieci
400 i 220 kV, przy czym najwaŜniejsze zmiany, z punktu widzenia zdolności przesyłowych
linii transgranicznych KSE, obejmują:
• rok 2008 – budowa ciągu liniowego 400 kV Trębaczew – Ostrów – Plewiska,
• rok 2009 – budowa stacji 400/110 kV Kromolice i linii 400 kV Pątnów – Kromolice,
• rok 2011 – budowa ciągu liniowego 400 kV Pasikurowice – Wrocław Płd. – Świebodzice,
• rok 2012 – budowa stacji 400/220/110 kV Ołtarzew wraz z systemem linii 220 i 400 kV.
Ponadto uwzględniono jeszcze szereg innych inwestycji sieciowych (budowa nowych linii
NN, stacji NN oraz punktów transformacji 400/220 kV, instalacja dodatkowych transformatorów NN/110 kV oraz urządzeń do kompensacji mocy biernej w istniejących stacjach NN). ZałoŜono, Ŝe nowe inwestycje wchodzą do eksploatacji z końcem danego roku, więc przynoszą
efekt dopiero w roku kolejnym. Na rysunku 4 przedstawiono całkowite zdolności przesyłowe
TTC linii transgranicznych KSE w latach 2008 ÷ 2015.
5000
Import
4000
Eksport
3000
2000
1000
0
-1000
-2000
-3000
-4000
-5000
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Rys. 4. Całkowite zdolności przesyłowe [MW] istniejących połączeń transgranicznych
między KSE a systemami Czech, Niemiec i Słowacji w latach 2008 ÷ 2015
Uzyskane wyniki wskazują przede wszystkim na brak symetrii między całkowitymi zdolnościami przesyłowymi linii transgranicznych KSE w kierunku eksportu i importu energii. W
przypadku eksportu z KSE w kolejnych latach zdolności przesyłowe TTC pozostają na sto-
sunkowo stabilnym poziomie i kształtują się w granicach 3000 ÷ 4000 MW, co praktycznie
spełnia cel uznany przez Unię Europejską, mówiący o minimum 10% zdolności przesyłowej
połączeń transgranicznych w stosunku do mocy zainstalowanej w KSE (około 35 GW).
Odmienna sytuacja ma miejsce w przypadku zdolności importowych KSE, które w pierwszych latach rozpatrywanego okresu mieszczą się w przedziale 2500 ÷ 3000 MW, zaś poczynając od roku 2010 obserwuje się ich systematyczny spadek. W 2012 roku zdolności importowe maleją do około 200 MW, by w roku 2013 skokowo wzrosnąć do około 3000 MW.
Główną przyczyną takiego stanu rzeczy są wspomniane wyŜej ograniczenia sieciowe w okolicach aglomeracji warszawskiej, które szczególnie nasilają się w latach 2010 ÷ 2012. Wprowadzenie do eksploatacji na koniec 2012 roku stacji Ołtarzew (aglomeracja warszawska)
wraz z systemem linii 400 i 220 kV zmienia rozpływ mocy w sieci 400/220/110 kV w taki
sposób, Ŝe ograniczenia te zostają złagodzone, co umoŜliwia zwiększenie importu do KSE.
MoŜliwości zwiększenia zdolności przesyłowych połączeń transgranicznych KSE
WyŜej wskazano, Ŝe rozbudowa krajowej sieci 400 i 220 kV wpływa na złagodzenie ograniczeń sieciowych w sieci 110 kV, a to z kolei przekłada się na zdolności przesyłowe połączeń
transgranicznych KSE. Kolejnym sposobem zmniejszania ograniczeń sieciowych w sieci 110
kV są działania podejmowane w tej sieci, ale takŜe po stronie wytwórczej. W analizowanym
wariancie inwestycyjnym załoŜono budowę bloku o mocy 480 MW zlokalizowanego na terenie EC Siekierki oraz przeprowadzenie modernizacji termicznej, prowadzącej do zwiększenia
przepustowości, wybranych ciągów liniowych 110 kV wprowadzających ograniczenia sieciowe w rejonie Warszawy. ZałoŜono, Ŝe zmodernizowane zostaną trzy ciągi liniowe:
1. Warszawa Siekierki – Wa-wa Południowa – Wa-wa Ochota – Mory,
2. Warszawa Siekierki – Wa-wa Batory – Wa-wa Śródmieście – Wa-wa Towarowa,
3. Warszawa Siekierki – Wa-wa SłuŜewiec – Wa-wa Południowa – Mory.
ZałoŜono, Ŝe nowy blok oraz zmodernizowane linie 110 kV wchodzą do eksploatacji na początku 2012 roku, a więc w roku, w którym zdolności importowe KSE maleją praktycznie do
zera. Całkowite zdolności przesyłowe TTC połączeń transgranicznych KSE z uwzględnieniem zmian w układzie zasilania aglomeracji warszawskiej przedstawia rysunek 5.
5000
Import
4000
Eksport
3000
2000
1000
0
-1000
-2000
-3000
-4000
-5000
2008
2009
2010
2011
2012
2013
2014
2015
Rys. 5. Całkowite zdolności przesyłowe [MW] połączeń transgranicznych KSE z
uwzględnieniem nowego bloku w EC Siekierki oraz modernizacji termicznej
wybranych ciągów liniowych 110 kV w aglomeracji warszawskiej
Uzyskane rezultaty, zwłaszcza w przypadku zdolności TTC w kierunku importu energii do
KSE, jednoznacznie wskazują, Ŝe działania inwestycyjne wpływające na łagodzenie ograniczeń sieciowych w sieci wewnętrznej są poŜądanym kierunkiem rozwoju systemu polskiego,
który powinien pozwolić m.in. na intensyfikację wykorzystania zdolności przesyłowych istniejących linii wymiany KSE. W przypadku importu w wariancie z nowym blokiem i modernizacją termiczną linii 110 kV w kaŜdym roku rozpatrywanego okresu analizy uzyskano
wzrost wartości TTC w stosunku do stanu pracy połączonych systemów, w którym nie
uwzględniono tych działań. Zwiększenie moŜliwości importu energii do KSE, połączone ze
zwiększeniem mocy zainstalowanej w systemie krajowym (nowy blok w EC Siekierki) oraz
poprawą warunków dostawy energii do duŜych skupisk odbiorców (złagodzenie ograniczeń
sieciowych w sieci zasilającej aglomerację warszawską) bez wątpienia wpłynie na zwiększenie bezpieczeństwa dostaw.
NajwaŜniejsze wnioski
Zdolności przesyłowe synchronicznych połączeń transgranicznych KSE są limitowane przede
wszystkim ograniczeniami sieciowymi w sieci wewnętrznej systemu polskiego. Jak wykazały
analizy, w rozpatrywanych stanach pracy systemu połączonego krytycznymi okazały się
ograniczenia sieciowe w sieci 110 kV w aglomeracji warszawskiej, które w roku 2012 spowodowały utratę zdolności importu energii do KSE (zwiększenie importu energii spowodowałoby przeciąŜenie tych linii). PoniewaŜ import energii powinien stanowić trzeci, po elektrowniach systemowych i generacji rozproszonej, filar bezpieczeństwa elektroenergetycznego
kraju, rolą operatorów jest umoŜliwienie realnego wykorzystania tej moŜliwości.
W celu zwiększenia moŜliwości importu operatorzy OSP i OSD w pierwszej kolejności powinni podjąć odpowiednie działania zmierzające do poprawy stanu sieci krajowej (łagodzenia
ograniczeń sieciowych). Na podstawie przedstawionych wyników analiz moŜna wskazać dwa
kierunki pozwalające na poprawę przyszłej sytuacji. Po stronie OSP leŜy rozbudowa krajowej
sieci NN, prowadząca do poprawy bezpieczeństwa dostaw energii, przede wszystkim do duŜych centrów odbiorczych. Z kolei po stronie OSD leŜy modernizacja sieci 110 kV, która moŜe polegać np. na wymianie istniejących przewodów na tzw. przewody wysokotemperaturowe, pozwalające na znaczące zwiększenie przepustowości linii [6]. Oczywiście działania podejmowane przez operatorów OSP i OSD powinny być ściśle skoordynowane, aby nie przyniosły efektów przeciwnych do zamierzonych.
Nie moŜna zapominać równieŜ o kierunku wschodnim, gdzie drzemią, aktualnie niewykorzystane, znaczące moŜliwości importu energii do Polski. Natomiast budowa nowych synchronicznych połączeń transgranicznych powinna być rozwaŜana w ostatniej kolejności.
Przedstawione w artykule wyniki zostały uzyskane w ramach realizacji Projektu Badawczego
Zamawianego „Bezpieczeństwo Elektroenergetyczne Kraju” (PBZ-MEiN-1/2/2006).
Literatura
[1]
Kasprzyk S.: Aktualne problemy funkcjonowania KSE z punktu widzenia operatora
systemu przesyłowego. Konferencja APE’09, Jurata, 3 – 5 czerwca 2009
[2]
European Transmission System Operators: Procedures for cross-border transmission
capacity assessments. October 2001, www.etso-net.org
[3]
Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity: UCTE Operation Handbook.
Załącznik 4. Planowanie skoordynowane. Maj 2006, www.pse-operator.pl
[4]
Korab R.: Zdolności przesyłowe połączeń transgranicznych KSE. Rynek Energii, Zeszyt
tematyczny nr II, marzec 2009
[5]
European Transmission System Operators: Definitions of Transfer Capacities in
Liberalised Electricity Market. April 2001, www.etso-net.org
[6]
Popczyk J., śmuda K., Kocot H., Korab R., Siwy E.: Bezpieczeństwo
elektroenergetyczne w społeczeństwie postprzemysłowym na przykładzie Polski.
Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2009