Matematycy chcą rozwiązać problemy OZE


Jak wyciągać maksymalne korzyści z odnawialnych źródełenergii, nie narażając przy tym obywateli na przerwy w dostawie prąduelektrycznego? To jedno z wielu wyzwań, przed którymi staje rynek energetyczny.A pomóc mogą tu badania z wykorzystaniem zaawansowanych modeli matematycznych.

– Czy tego chcemy, czy nie, system energetyczny będzie corazmniej przewidywalny. Stanie się bardziej zależny od urządzeń, którymi nie dasię w prosty sposób centralnie sterować – mówi w rozmowie z PAP dr inż. KarolWawrzyniak z Narodowego Centrum Badań Jądrowych, szef Narodowego Centrum AnalizEnergetycznych (NCAE).

Nadmienia, że zgodnie z polityką europejską na rynku będziecoraz więcej odnawialnych źródeł energii – farm wiatrowych czy panelisłonecznych, których praca będzie uzależniona od nieprzewidywalnej na dłuższąmetę pogody.

– Poza tym pojawia się coraz więcej inteligentnych urządzeń.Spodziewam się, że w ciągu dekady będziemy mieć w domach np. pralki, które będąautomatyczne reagowały na tańszą taryfę za prąd elektryczny – opowiada. Idodaje: – Struktura rynku, sieci energetycznych, nie jest jeszcze za dobrze przystosowanado takich warunków.

To jeden z problemów, nad którymi naukowcy będą pracowali wramach finansowania z programu Horyzont 2020. Członkowie międzynarodowegokonsorcjum EU-SysFlex wypracowywać będą rozwiązania, które umożliwią integracjęw europejskim systemie elektroenergetycznym dużej liczby źródeł energiiodnawianej. W projekcie uczestniczą trzy polskie instytucje: NCBJ, a takżeoperator sieci energetycznych – spółka PSE S.A. oraz PSE Innowacje Sp. z o.o.

Pogoda z prądem

Dr Wawrzyniak opowiada, że ze sporym wyzwaniem mierzy sięnp. lider projektu, operator irlandzki EirGrid, który już teraz średnio połowęzapotrzebowania klientów na energię elektryczną zapewnia dzięki odnawialnymźródłom energii.

– Kiedy dobrze wieje, wiatraki zapewniają tam nawet 80-90proc. energii elektrycznej. Ale operator i tak musi mieć w odwodziekonwencjonalne jednostki, które zapewnią dostawę prądu, w przypadku, kiedyenergii z wiatru nie da się wytworzyć – opisuje rozmówca PAP.

Dr Wawrzyniak wyjaśnia, że obecne sposoby sterowania izarządzania systemem elektroenergetycznym w takich nowych warunkach przestająbyć optymalne.

– Nowe rozwiązania już są wypracowywane w różnych miejscachw Unii Europejskiej, ale działania te często nie są ze sobą skoordynowane –mówi badacz. Projekt H2020 ma połączyć know-how operatorów z różnych krajów.Pewnym wyzwaniem jest też uwzględnianie w systemie interesów różnych państw,których sieci energetyczne funkcjonują w połączeniu. – Rynki krajowe nie mogąsobie przeszkadzać – opowiada Wawrzyniak.

Kurki na wietrze

Problem, który rozwiązują w ramach projektu EU-SysFlexpolscy badacze, dotyczy m.in. tego, co dzieje się na granicy różnych państw. DrWawrzyniak opowiada, że na przykład Polska ma dylemat związany z farmamiwiatrowymi w północnych Niemczech. Wytwarzają one energię potrzebną m.in.fabrykom w południowych Niemczech oraz Austrii. Jednak część energii z Niemiec- zwłaszcza, gdy jest silny wiatr – płynie przez polską siećelektroenergetyczną (oraz przez sieci innych państw, z którymi sąsiadująNiemcy). Aby chronić naszą sieć przed przeciążeniem i uszkodzeniem, na granicyzainstalowane są kosztowne transformatory specjalnego typu – przesuwniki fazowe(obecnie mamy 4 takie przesuwniki), które działają niczym kurki wodociągu: niepozwalają, aby naszą siecią płynęło „tranzytem” zbyt dużo zagranicznego prąduelektrycznego.

Efektywność przesuwników fazowych jest jednak ograniczona. Iczasem, mimo przykręconego „kurka”, moc trafiająca do nas z Niemiec jest nadalza duża. Wówczas polski operator musi bronić bezpieczeństwa swojej siecipoprzez kosztowną regulację generacji krajowych elektrowni, aby te dodatkowo„odbiły” nadmiarową moc trafiającą do nas od sąsiada.

Ponadto, efektywność działania przesuwników fazowych możebyć zmniejszona wskutek podobnych „obronnych” działań sąsiednich operatorów.Potrzebne jest zatem wypracowanie metod synchronizacji użycia przesuwnikówfazowych pomiędzy operatorami, aby zminimalizować konieczność sięgania pokosztowne akcje zaradcze. Oczywiście powstaje pytanie, jak „kręcić” tymi kurkami,oraz jak wykonywać akcje zaradcze optymalnie w skali całego europejskiegosystemu i jak następnie podzielić i rozliczyć koszty tych akcji…

Polscy badacze z Narodowego Centrum Analiz Energetycznych(NCAE) w ramach projektu EU-SysFlex są odpowiedzialni za stworzenie modelimatematycznych, które w każdej możliwej sytuacji pozwolą zsynchronizowaćustawienia przesuwników fazowych i podejmowane akcje zaradcze w europejskimsystemie energetycznym. A także ustalą optymalny podział kosztów. A to wcale niejest łatwe wyzwanie.

Prąd na później

Dr Wawrzyniak opowiada, że badacze pomagają energetyce nietylko w ramach europejskiego projektu. Modele matematyczne przydają się także wzarządzaniu popytem na energię elektryczną. Przykładowe projekty są związane zeuropejskim rynkiem strefowym, rynkiem mocy, wyceną ryzyka w systemieelektroenergetycznym, optymalizacją inwestycji, czy zarządzaniem stronąpopytową.

W kontekście ostatniego projektu badacz z NCAE mówi, żelatem ludzie coraz częściej korzystają z klimatyzacji i kiedy jest najgorszyupał, czasowo rośnie zapotrzebowanie na energię. Aby sieć nie była w tym czasieprzeciążona, okazuje się, że wcale nie trzeba budować nowej elektrowni. Czasemzamiast tego można znaleźć klientów, którzy są w stanie odłożyć o kilka godzinswoje zapotrzebowanie na energię elektryczną.

Np. chłodnia z mrożonkami może – za dopłatą – wyłączyć swojeurządzenia na 2-3 godziny. Wie bowiem, że temperatura przez ten czas podniesiesię tylko z -40 do -35 st. C, co nie będzie ryzykiem dla towarów.

– Takich klientów, którzy mają duże zużycie, a mogąprzesunąć produkcję o kilka godzin, jest sporo – szacuje się, że można jeliczyć nawet w gigawatach. Podczas gdy średnie zapotrzebowanie w Polsce to ok.20 GW – opowiada Wawrzyniak.

Wiosną rozstrzygnięto w Polsce pierwszą aukcję i wyłonionofirmy, które otrzymają taką właśnie opłatę za gotowość. Zobowiązują się one, żekilka razy w roku na żądanie operatora ograniczą pobór mocy w zakresiezadeklarowanym podczas przystępowania do programu. Zarówno wolumen jak i czastrwania redukcji każdy z wykonawców deklaruje osobiście.

– W ten sposób wychodzimy naprzeciw zróżnicowanymmożliwościom przemysłu zainteresowanego usługą – komentuje rozmówca PAP. Idopowiada: – W ramach tego projektu pomagaliśmy PSE stworzyć system aukcyjny -algorytm, który dobiera wykonawców usługi na podstawie charakterystykizłożonych przez nich ofert i zapotrzebowania w Krajowym SystemieElektroenergetycznym.

Zwraca uwagę, że nie jest oczywiste, który z podmiotów biorącychudział w przetargu jest lepszy. Czy ten, który jest tańszy? Czy ten bardziejniezawodny? Czy może ten, który może działać dłużej? Czy raczej ten, któryoferuje dużo mocy? A może taki, który może zrezygnować z poboru mocy już półgodziny po otrzymaniu sygnału od operatora?

– To problem przypominający efektywne pakowanie plecaka.Nasz algorytm ma za zadanie najpierw optymalnie dobrać zasoby, które wezmąudział w takim programie, a następnie zarządzać tymi zasobami podczaswykorzystania usługi – opisuje naukowiec. I dodaje, że kolejną rzeczą jestsystem rozliczania wykonawców z tego, czy wywiązują się ze swoich zobowiązań irzeczywiście ograniczają pobór prądu. Tu również byłoby ciężko, gdyby niebadacze i opracowane przez nich algorytmy.

Narodowe Centrum Analiz Energetycznych to centrumnaukowo-przemysłowe powołane przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerkuwe współpracy ze spółką PSE Innowacje. Jednostka ta stanowi wsparciemerytoryczne dla PSE, związane m.in. z budowaniem modeli matematycznych iumiejętnością wykorzystywania dużych mocy obliczeniowych do rozwiązywaniaproblemów optymalizacyjnych.

 

 

źródło: Ludwika Tomala / naukawpolsce.pap.pl

fot. Pixabay

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here