Δευτέρα, 11 Μαΐου 2015

Επιπτώσεις αιολικών στην σταθερότητα και λειτουργία δικτύων (με επεξήγηση από τον Απόστολο Ευθυμιάδη)

 
http://arxiv.org/pdf/1312.6435.pdf

Συνήθως ανεβάζω άρθρα που καταλαβαίνω. Αυτό, καταλαβαίνω άκρες μέσες τι λέει (ότι δηλαδή πολλά αιολικά και φ/β δημιουργούν προβλήματα στα δίκτυα), αλλά ευτυχώς έχουμε τον Απόστολο:

...επιβεβαιώνει πλήρως πάντα τα τακτικώς γραφόμενα υφ' ημών, αναφορικά με τους κινδύνους απωλείας ευσταθείας και επομένως καταρρεύσεως των συστημάτων μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας λόγω της βαθείας διεισδύσεως των ΑΠΕ (αιολικά, Φ/Β) εις το σύστημα. Οι Ελβετοί έχουν σοβαρό κράτος (το οποίο βεβαίως εθεμελιώθη από τον Ιωάννη Καπποδίστρια) και δεν ανέχονται τις παράλογες πιέσεις των Γερμανών να "απορρίπτουν" οι τελευταίοι την "βρώμικη" περίσσεια της ηλεκτροπαραγωγής των ΑΠΕ εις τα υδροηλεκτρικά τους. Δια τούτο χρηματοδότησαν σχετική έρευνα εις το διάσημο Πολυτεχνείο της Ζυρίχης και ειδικότερα εις το εργαστήριο ηλεκτρικών συστημάτων ισχύος με τίτλο : "Επιπτώσεις της χαμηλής στροφικής αδρανείας εις την ευστάθεια και λειτουργία των ηλεκτρικών συστημάτων ισχύος". Οι επαΐοντες του εργαστηρίου Ανδρέας Ούλμπιχ, Θεόδωρος Μπόρστσε και Γκόραν Άντερσον εφήρμοσαν την απλή λογική και τις θεμελιώδεις μαθηματικές εξισώσεις των δυναμικών μεταβολών της ηλεκτρικής συχνότητας και απέδειξαν δια άλλη μία φορά αλλά πρώτη φορά σε επίπεδο Ηπειρωτικής Ευρώπης ότι η μεγάλη διείσδυση των ΑΠΕ (αιολικών, Φ/Β) θέτει σε κίνδυνο όχι μόνο μία χώρα αλλά ολόκληρο το διασυνδεδεμένο σύστημα της Ευρώπης!!!

Η θεώρησή τους είναι εξαιρετικά απλή και πειστική. Εξέτασαν τα διάφορα μεταβατικά φαινόμενα τα οποία προκαλούνται από μία τυχαία πτώση μίας μονάδας ηλεκτροπαραγωγής, όταν το σύστημα χαρακτηρίζεται από χαμηλή στροφική αδράνεια Η (μετρουμένη σε δευτερόλεπτα). Η στροφική ή στρεφόμενη αδράνεια Η ορίζεται ως ο λόγος της κινητικής ενέργειας της στρεφόμενης ηλεκτρικής γεννήτριας (με 1000 έως 3000 στροφές ανά λεπτό) ως προς την ονοματική της ισχύ SB: Η = Eκιν / SB, όπου Εκιν =(1/2) J(2πf)^2 και J είναι η στρεπτική ροπή αδρανείας της ηλεκτρογεννητρίας. Από τον ορισμό της και ως λόγος ενέργειας προς ισχύ, η στροφική αδράνεια Η έχει μονάδα χρόνου (σε δευτερόλεπτα) και φυσικώς υποδηλώνει τον χρόνο κατά τον οποίο η γεννήτρια μπορεί να τροφοδοτεί με ενέργεια το σύστημα αποκλειστικά και μόνο λόγω της αποθηκευμένης κινητικής ενέργειας σε αυτήν.

Δια συνήθεις ηλεκτρογεννήτριες των συμβατικών μονάδων ηλεκτροπαραγωγής η στροφική αδράνεια κυμαίνεται περί τα 6 δευτερόλεπτα (Η ~ 6 s). Αντίθετα η στροφική αδράνεια των ΑΠΕ είναι μηδενική διότι αυτά δεν διαθέτουν ηλεκτρογεννήτρια αλλά είναι τα ίδια πηγή συνεχούς ρεύματος και παράγουν το εναλλασσόμενο ρεύμα μέσω μετετροπέα ισχύος (inverter). Επομένως όσο αυξάνει η διείσδυση των ΑΠΕ η ισοδύναμη στρεφόμενη αδράνεια του συστήματος μειώνεται από τα 6s στα 4, 3, 2, 1 ή και 0 s όταν όλη η συμβατική ηλεκτροπαραγωγή αντικατασταθεί με ΑΠΕ, όπως ονειρεύονται ιδιοτελώς μερικοί.

Τα συνημμένα διαγράμματα: Πρόκειται δια τις επιπτώσεις εις την συχνότητα δύο τεραστίων ηλεκτρικών συστημάτων ισχύος 150.000 MW έκαστον, τα οποία συνδέονται με γραμμή ή γραμμές μεταφοράς. (Σημείωση : το σύστημα της Ελλάδος είναι της τάξεως των 10.000 MW). Δηλαδή πρόκειται δια προσομοίωση του συστήματος της Γερμανίας και των Βορείων γειτόνων της (2ο σύστημα) με το σύστημα της Ελβετίας, της Αυστρίας και της Ιταλίας (1ο σύστημα). Εξετάζεται η περίπτωση ξαφνικής απώλειας ηλεκτροπαραγωγικής ισχύος 3000 MW εις το 2ο σύστημα (δηλαδή της Γερμανίας) δηλαδή του 2% της ηλεκτροπαραγωγικής του ισχύος λόγω κάποιου σφάλματος (π.χ. βραχυκύκλωμα) και μετά από τα πρώτα 100s της προσομοιώσεως. Αυτό παριστάνεται γραφικώς εις το πρώτο εκ των τεσσάρων διαγραμμάτων εις την ανάρτηση το οποίο όμως δεν φαίνεται καλά λόγω παρεμβολής των ονομάτων των συγγραφέων, και δια τούτο πρέπει κανείς να προστρέξει εις το συνημμένο αρχείο pdf.

Επιλύοντας τις σχετικές μαθηματικές εξισώσεις με την βοήθεια του περιβάλλοντος Matlab/Simulink αναλύονται τρεις περιπτώσεις

1η περίπτωση : αμφότερα συστήματα έχουν υψηλή στροφική αδράνεια με Η1 = Η2 = 6 s (γαλάζιες γραμμές) 2η περίπτωση : το 1ο σύστημα (το Ελβετο/Ιταλικό) έχει υψηλή στροφική αδράνεια (Η1=6s) ενώ το 2ο σύστημα (Γερμανικό) έχει μειωμένη αδράνεια (Η2 = 3 s) λόγω λειτουργίας αρκετών ΑΠΕ (ιώδεις γραμμές) 3η περίπτωση : το 1ο σύστημα συνεχίζει να έχει υψηλή στροφική αδράνεια (Η1=6 s) ενώ το 2ο σύστημα έχει ελάχιστη στρεφόμενη αδράνεια (Η1= 1s) λόγω υψηλής στιγμιαίας διεισδύσεως των ΑΠΕ εις το σύστημα και σε ποσοστό άνω του 50% (ερυθρές ή πορτοκαλόχροες γραμμές).

Εις τα τρία συνημμένα διαγράμματα που ακολουθούν εξετάζονται: α) οι επιπτώσεις εις την συχνότητα των δύο συστημάτων, β) οι επιπτώσεις εις την γραμμή μεταφοράς η οποία διασυνδέει τα δύο συστήματα και γ) ο ρυθμός μεταβολής μεταφερόμενης ισχύος εις την διασύνδεση αυτή.

Παρατηρείται ότι όσο μειώνεται η στροφική αδράνεια του 2ου συστήματος, τόσο αυξάνουν οι επιπτώσεις και εις τα δύο συστήματα. Π.χ. ενώ όταν η στροφική αδράνεια είναι υψηλή και στα δυο συστήματα Η1=Η2=6s) η μείωση της συχνότητας είναι της τάξεως των 0,4 Hz και γίνεται πιο ομαλά έναντι της περιπτώσεως Η2= 1s, όπου η μείωση αυτή φθάνει εις τα 0,5 Hz και μάλιστα ταχύτερα. Σημειώνεται ότι καθώς αυξάνεται η μείωση της συχνότητας τότε υπάρχει κίνδυνος γενικότερου μπλάκ άουτ, λόγω αυτομάτου αποκοπής πολλών φορτίων αλλά και γραμμών μεταφοράς.

Αντίστοιχα φαινόμενα παρατηρούνται και εις το δεύτερο διάγραμμα όπου απεικονίζεται η ροή ισχύος από το 1ο σύστημα προς το 2ο σύστημα, η οποία σε όλες τις περιπτώσεις φθάνει εις τα 1500 MW, δηλαδή εις το μισό της απωλείας παραγωγής, διότι υποτίθεται ότι το άλλο μισό υποκαθιστάται εσωτερικώς εις το 2ο σύστημα. Παρατηρείται ότι οι διακυμάνσεις της ροής ισχύος φθάνουν εις τα 4000 MW εις την περίπτωση χαμηλής στρεφομένης αδράνειας (Η2 = 1s) έναντι των 2000 MW εις την περίπτωση υψηλής αδρανείας (Η2 = 6s).

Καταλήγοντας οι συγγραφείς προτείνουν ακριβώς αυτό που προτείνουμε εμείς συνεχώς όλα αυτά τα χρόνια. Ο τρόπος αντιμετωπίσεως των φαινομένων αυτών σε περιπτώσεις χαμηλής στροφικής αδρανείας είναι η χρήση συστημάτων αποθηκεύσεως συσσωρευτών δια την εξομάλυνση και την αντιστάθμιση των ταχέων αυτών επικινδύνων δυναμικών φαινομένων!!!

ΥΓ1. Εάν πάει κανείς σε ένα νησί του Αιγαίου με μεγάλη διείσδυση αιολικών (π.χ. την Σάμο και επισκεφθεί το κέντρο διαχειρίσεως φορτίου της ΔΕΗ, θα δει φοβερά πράγματα: όλα τα ρολόγια χορεύουν εκεί και οι μηχανές εσωτερικής καύσεως (ντηζελογεννήτριες) να μουγκρίζουν ανεβοκατεβάζοντας φορτίο, υποκείμενες σε δραματικές αυξομειώσεις φορτίου, γεγονός το οποίο έχει ιδιαίτερες αρνητικές επιπτώσεις εις την διάρκεια ζωής τους!!!! Εδώ δεν μιλάμε για απλά επιπτώσεις, αλλά για ξεπάτωμα!!


ΥΓ2.  Επ' ευκαιρία του άρθρου αυτού, προκύπτει το εξής θεμελιώδες ερώτημα: Έχει κάνει η ΡΑΕ ή ο ΔΕΔΔΗΕ αντίστοιχη μελέτη ευσταθείας δια την διασύνδεση των Κυκλάδων ή της Κρήτης με το Ηπειρωτικό ηλεκτρικό σύστημα και τις επιπτώσεις των υφιστάμενων ή προγραμματιζόμενων αιολικών εις τις Κυκλάδες, την Κρήτη και το Ηπειρωτικό σύστημα εις την ευστάθεια τόσο των νησιωτικών αυτών συστημάτων όσο και του Ηπειρωτικού Συστήματος; Πως προχωρούν σε επενδύσεις δισεκατομμυρίων ευρώ δια τις ηλεκτρικές διασυνδέσεις, τις οποίες μάλιστα προγραμματίζουν να "αποσβέσουν" μέσα από την αύξηση της αιολικής ενέργειας εις την Κρήτη και τις Κυκλάδες (και τούτο ανεξαρτήτως οικολογικής καταστροφής) όταν οι ήδη εγκατεστημένες μονάδες ΑΠΕ, ενδέχεται να προκαλέσουν ανυπέρβλητα προβλήματα ευσταθείας μετά από αυτές τις δύο διασυνδέσεις;

ΥΓ3 (δικό μου)  http://judithcurry.com/2015/05/07/transmission-planning-wind-and-solar/

Δεν υπάρχουν σχόλια: