Increasing penetration of renewable sources into Power System in Poland

• Autorzy: Sieńko Tomasz , Szczepanik Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.09.08

Warianty tytułu

PL

Rosnąca penetracja OZE do Systemu Elektroenergetycznego w Polsce

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Increased Penetration of the Polish Power Supply System by renewable sources (RES) leads to a number of serious and new problems. The problems are associated with evacuating energy from producers (particularly visible for PV installations), change in the direction of power flow in the lines of the transmission and distribution system, problems with balancing energy production in the system related to uncertainty production of RES and a limitations in the possibility of control range of classic power plants. The current EU legislation leading to the increase of RES penetration will cause a significant rise appearance of in these problems. In principle these problems are unsolvable without the use of effective and achievable on a large scale methods and technologies of energy storage. The article estimates the generation level, generation variability and possible shortages in wind energy production in Poland in the case of the expansion of wind farms into offshore farms on the Baltic Sea. Data used in paper are based on some years of work inland RES in Poland available from PSE site. The idea is to adjust an operation of the power system to the basic formula of energy production and consumption balance with the required stability margins. A simple algorithm for estimating the size of the energy reserve necessary to stabilize the operation of the power system has been proposed. An important problem is also the assessment of the "geographical premium" (location). Theoretically, with the growth of the analyzed RES production area, the stability of DER production should increase since it become independent from purely local weather conditions.

PL

Wzrost Penetracji Polskiego Systemu Elektroenergetycznego przez źródła odnawialne (OZE) prowadzi do szeregu problemów: kłopotów wyprowadzeniem energii od producentów (szczególnie widoczne dla instalacji PV), zmiana kierunku przepływu mocy w liniach systemu przesyłowego i rozdzielczego, kłopoty z bilansowaniem systemu związane z niepewnością produkcji OZE oraz ograniczeniem w możliwości regulacji klasycznych elektrowni. Obecne prawodawstwo UE spowoduje znaczny wzrost tych problemów, w zasadzie nierozwiązywalnych bez efektywnego i olbrzymiego składowania energii w SEE. W artykule oszacowano poziom generacji, zmienność generacji oraz możliwe niedobory w produkcji energii wiatrowej (produkcja DER) w Polsce w przypadku rozbudowy farm wiatrowych na farmy morskie nad Bałtykiem. Ideą jest dostosowanie pracy systemu elektroenergetycznego do podstawowego bilansu produkcji i zużycia energii z wymaganymi marginesami stabilności. Zaproponowano prosty algorytm szacowania wielkości rezerwy energii niezbędnej do ustabilizowania pracy systemu elektroenergetycznego. Istotnym problemem jest również ocena „premii geograficznej” (lokalizacji). Teoretycznie wraz ze wzrostem analizowanego obszaru powinna wzrastać stabilność produkcji DER (niezależność od czysto lokalnych zjawisk pogodowych).

Słowa kluczowe

EN

distributed energy resources; power system; wind power generation; power system stability; power system reserves

PL

rozproszone źródła energii; system elektroenergetyczny; generacja energii z wiatru; stabilność systemu elektroenergetycznego; zapasy energii w systemie elektroeneretycznym

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 9
• Strony: 42--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Sieńko Tomasz

• Politechnika Krakowska, Katedra Inżynierii Elektrycznej, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-3645-5694

autor

Szczepanik Jerzy

• Politechnika Krakowska, Katedra Inżynierii Elektrycznej, ul. Warszawska 24, 31-155 Kraków

• https://orcid.org/0000-0001-5633-8359

Bibliografia

• [1] Joos M., Staffell I., Short-term integration costs of variable renewable energy: Wind curtailment and balancing in Britain and Germany, Renew Sustain Energy Rev, 86 (2018), pp. 45- 65, 10.1016/j.rser.2018.01.009
• [2] Warren Katzenstein, Jay Apt,” The cost of wind power variability,Energy” Policy,Volume 51,2012,Pages 233-243, ISSN0301-4215,https://doi.org/10.1016/j.enpol.2012.07.032. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030142151 2006246)
• [3] Eser, Patrick & Chokani, Ndaona & Abhari, Reza. (2017). “Optimal RES portfolio to achieve 45% renewable electricity in central Europe by 2030”. 1-5. 10.1109/PESGM.2017.8273819.
• [4] IMGW https://www.imgw.pl/ (on-line 18.10.2022
• [5] S.C. Pryor, R.J. Barthelmie,”Climate change impacts on wind energy: A review,”Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 14, Issue 1,2010, Pages 430-437, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2009.07.028. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136403210 9001713)
• [6] https://www.renewables.ninja/ (on-line18.10.2022)
• [7]IEA European Union 2020: Energy Policy Review: Tech. Rep. IEA (2020) URL https://www.iea.org/reports/european-union-2020
• [8] Dyrektywa Parlamentu Europejskiego I Rady (UE) 2018/2001 z dnia 11 grudnia 2018 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych
• [9] PSE-operator https://www.pse.pl/home (on-line 19.10.2022]
• [10] Entso https://www.entsoe.eu/ (on-line 19.10.2022]
• [11] California ISO https://www.caiso.com/Pages/default.aspx (on-line 19.10.2022]
• [12] instrat.energy https://energy.instrat.pl/ (18.10.2018)
• [13] Agencja Rynku Energii (ARE) Comiesięczne publikacje “Informacja Statystyczna o Energii Elektrycznej” na podstawie badania statystycznego zleconego przez Ministra Aktywów Państwowych (wcześniej Ministra Energii) – 1.44.02. Elektroenergetyka i ciepłownictwo – opracowanego wspólnie z Prezesem Urzędu Regulacji Energetyki.
• [14] Murcia Leon J., Koivisto M., Sørensen P., Magnant P. Power fluctuations in high installation density offshore wind fleets Wind Energy Science Discussions, 2020 (2020), pp. 1-23, 10.5194/wes-2020-95
• [15] Cannon D.J., Brayshaw D.J., Methven J., Coker P.J., Lenaghan D.; Using reanalysis data to quantify extreme wind power generation statistics: A 33 year case study in great Britain, Renew Energy, 75 (2015), pp. 767-778, 10.1016/j.renene.2014.10.024
• [16] Frank C.W., Pospichal B., Wahl S., Keller J.D., Hense A., Crewell S. The added value of high resolution regional reanalyses for wind power applications Renew Energy, 148 (2020), pp. 1094-1109, 10.1016/j.renene.2019.09.138
• [17] Monforti F., Gonzalez-Aparicio I., Comparing the impact of uncertainties on technical and meteorological parameters in wind power time series modelling in the European union, Appl Energy, 206 (2017), pp. 439-450, 10.1016/j.apenergy.2017.08.217
• [18 ] Nuño E., Maule P., Hahmann A., Cutululis N., Sørensen P., Karagali I., Simulation of transcontinental wind and solar PV generation time series, Renew Energy, 118 (2018), pp. 425- 436, 10.1016/j.renene.2017.11.039
• [19]Hilal Arslan, Hakki Baltaci, Bulent Oktay Akkoyunlu, Salih Karanfil, Mete Tayanc,’Wind speed variability and wind power potential over Turkey: Case studies for Çanakkale and İstanbul”,Renewable Energy,Volume 145,2020, Pages 1020- 1032, ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.06.128. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960148119 309620)
• [20] Frank, Christopher & Fiedler, Stephanie & Crewell, Susanne, 2021. "Balancing potential of natural variability and extremes in photovoltaic and wind energy production for European countries," Renewable Energy, Elsevier, vol. 163(C), pages 674-684.
• [21] Koivisto M, Plakas K, Ellmann ERH, Davis N, Sørensen P. “Application of microscale wind and detailed wind power plant data in large-scale wind generation simulations. Electr Power Syst Res190; 106638. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsr.2020.106638.
• [22] Staffell I., Pfenninger S.”Using bias-corrected reanalysis to simulate current and future wind power output” Energy, 114 (2016), pp. 1224-1239, 10.1016/j.energy.2016.08.068
• [23] Gonzalez-Aparicio I., Monforti F., Volker P., Zucker A., Careri F., Huld T., Badger J’.Simulating European wind power generation applying statistical downscaling to reanalysis data’ Appl Energy, 199 (2017), pp. 155-168, 10.1016/j.apenergy.2017.04.066
• [24] Olauson J.,ERA5: The new champion of wind power modelling?, Renew Energy, 206 (2018), pp. 322-331, 10.1016/j.renene.2018.03.056
• [25] Jourdier B., Evaluation of ERA5, MERRA-2, COSMO-REA6, NEWA and AROME to simulate wind power production over France, Adv Sci Res, 17 (2020), pp. 63-77, 10.5194/asr-17-63- 2020
• [26] Pickering B., Grams C.M., Pfenninger S. Sub-national variability of wind power generation in complex terrain and its correlation with large-scale meteorology, Environ Res Lett, 15 (4) (2020), Article 044025, 10.1088/1748-9326/ab70bd
• [27] Koivisto M., Jónsdóttir G.M., Sørensen P., Plakas K., Cutululis N.,Combination of meteorological reanalysis data and stochastic simulation for modelling wind generation variability, Renew Energy, 159 (2020), pp. 991-999, 10.1016/j.renene.2020.06.033
• [28] Susanne Drechsel1 , Georg J. Mayr1 , Jakob W. Messner1 , and Reto Stauffer1 ,Wind Speeds at Heights Crucial for Wind Energy: Measurements and Verification of Forecasts, Journal of Applied Meteorology and Climatology Print Publication: 01 Sep 2012 DOI: https://doi.org/10.1175/JAMC-D-11-0247.1 Page(s): 1602–1617
• [29]A. Menati and L. Xie, "A Preliminary Study on the Role of Energy Storage and Load Rationing in Mitigating the Impact of the 2021 Texas Power Outage," 2021 North American Power Symposium (NAPS), 2021, pp. 1-5, doi: 10.1109/NAPS52732.2021.9654452.
• [30]N. Shang and X. Zhang, "Analysis of Extreme Cold Weather Event in Texas of February 2021 and Suggestions for China," The 10th Renewable Power Generation Conference (RPG 2021), 2021, pp. 252-257, doi: 10.1049/icp.2021.2213.
• [31]G. Zhang, H. Zhong, Z. Tan, T. Cheng, Q. Xia and C. Kang, "Texas electric power crisis of 2021 warns of a new blackout mechanism," in CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 8, no. 1, pp. 1-9, Jan. 2022, doi: 10.17775/CSEEJPES.2021.07720.
• [32]S. Ghosh, A. Bohra and S. Dutta, "The Texas Freeze of February 2021: Event and Winterization Analysis Using Cost and Pricing Data," 2021 IEEE Electrical Power and Energy Conference (EPEC), 2021, pp. 7-13, doi: 10.1109/EPEC52095.2021.9621500
• [33]Amar Bensaber, A., Benghanem, M., Guerouad, A., & Amar Bensaber, M. (2019). Power flow control and management of a Hybrid Power System. Przegląd Elektrotechniczny, 95.
• [34]Raczkowski, R., & Robak, S. (2021). System magazynowania energii elektrycznej jako środek poprawy elastyczności systemu elektroenergetycznego z dużym udziałem generacji OZE. Przegląd Elektrotechniczny, 97, 1-8.
• [35]Halinka, A., Rzepka, P., Szewczyk, M., & Szablicki, M. (2011). Przyłączanie farm wiatrowych-potrzeba nowego podejścia do sposobu funkcjonowania automatyki elektroenergetycznej sieci WN. Przegląd Elektrotechniczny, 87(9a), 218-221
• [36]Gała, M. (2017). Praca turbin wiatrowych w systemie elektroenergetycznym oraz ich wpływ na jakość energii elektrycznej. Przegląd Elektrotechniczny, 93
• [37]Jiang, Z., & Xie, K. (2012). Identification and effect analysis of the weak parts of large-scale wind energy conversion system using the reliability tracing technique. Przeglad Elektrotechniczny, 88(8), 192-196
• [38]Suproniuk, M., Skibko, Z., & Stachno, A. (2019). Diagnostyka wybranych parametrów energii elektrycznej produkowanej w elektrowniach wiatrowych. Przegląd elektrotechniczny, 95(11)
• [39] Piekarz, M. The analysis of the wind generation impact on the power system stability PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 97 NR 11/2021 doi:10.15199/48.2021.11.27
• [40]Kazanowski Robert, Dariusz Sztafrowski, " System elektroenergetyczny oparty o odnawialne źródła energii - możliwości i bariery rozwoju," Przegląd Elektrotechniczny, 02/2023 pp. 186
• [41]DOWEJKO, J., JAWORSKI, J., Banaszak, S., Zeńczak, M., Małyszko, O. (2022). Wybór miejsca zainstalowania wodorowego bufora energetycznego w systemie elektroenergetycznym. Przegląd Elektrotechniczny. doi: 10.15199/48.2022.10.51
• [42]Kudria, S., Lezhniuk, P., Riepkin, O., & Rubanenko, O. Hydrogen technologies as a method of compensation for inequality of power generation by renewable energy sources. Przegląd Elektrotechniczny, ISSN, 0033-2097

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).