Poprawa elastyczności pracy elektrowni szczytowo-pompowych poprzez wprowadzenie systemu pracy w zwarciu hydraulicznym

• Autorzy: Lewandowski Mariusz , Kaniecki Maciej , Adamkowski Adam , Kamiński Arkadiusz , Lewandowski Stanisław , Trojanowska Katarzyna

Warianty tytułu

EN

Increasing the operation flexibility of pumped storage power plants using a hydraulic short-circuit operation system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono możliwości zwiększenia obszaru regulacji mocy czynnej elektrowni szczytowo-pompowych poprzez wdrożenie systemu pracy w zwarciu hydraulicznym. Zaprezentowano sposoby wdrożenia tego systemu dla różnych rozwiązań układów przepływowych stosowanych w elektrowniach szczytowo-pompowych oraz oszacowano możliwe efekty techniczne i ekonomiczne wynikające z jego zastosowania. Przeanalizowano możliwości zastosowania tego systemu pracy we wszystkich elektrowniach szczytowo-pompowych aktualnie eksploatowanych w Polsce oraz zaprezentowano wyniki teoretycznej oceny zwiększenia obszaru regulacji mocy czynnej w tych elektrowniach. Rozszerzenie obszaru regulacji mocy czynnej znacznie zwiększa możliwości świadczenia usługi elastyczności, co jest szczególnie ważne w warunkach dużego nasycenia systemu elektroenergetycznego niespokojnymi i nieregulowalnymi instalacjami wytwarzania energii wykorzystującymi odnawialne źródła energii, takie jak wiatr i promieniowanie słoneczne. Wskazano również na duże możliwości optymalizacji wykorzystania zdolności magazynowych zbiorników górnych elektrowni szczytowo-pompowych wynikające z wdrożenia systemu pracy w zwarciu hydraulicznym.

EN

The paper presents the possibilities of increasing the active power control area of pumped—storage power plants by implementing a hydraulic short-circuit operation system. Methods of implementing this system for various solutions of flow systems were presented, and possible technical and economic effects of these methods were estimated. The possibilities of using this operating system in all pumped-storage power plants currently operated in Poland were analyzed and the results of a theoretical assessment of increasing the active power control area in these power plants were presented. Extending the active power control area significantly increases the possibilities of providing flexibility services, which is particularly important in conditions of high saturation of the power system with unsettled and unregulated energy generation installations using renewable energy sources such as wind and solar radiation. The great possibilities of optimizing the use of the storage capacity of upper reservoirs of pumped-storage power plants resulting from the implementation of a hydraulic short-circuit operation system were also indicated.

Słowa kluczowe

PL

system energetyczny; elektrownia szczytowo-pompowa; elektrownia wodna; zwarcie hydrauliczne; elastyczność pracy; stabilizacja systemu energetycznego; regulacja mocy czynnej; praca mocą okołozerową

EN

energy system; pumped-storage power plants; hydropower plant; hydraulic short-circuit; operation flexibility; energy system stabilization; active power control; near-zero power operation

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2024
• Tom: Nr 3
• Strony: 13--26
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lewandowski Mariusz

• Polska Akademia Nauk. Zakład Hydroenergetyki w Instytucie Maszyn Przepływowych

autor

Kaniecki Maciej

• Politechnika Gdańska

autor

Adamkowski Adam

• Polska Akademia Nauk. Zakład Hydroenergetyki w Instytucie Maszyn Przepływowych

autor

Kamiński Arkadiusz

• PKN ORLEN

autor

Lewandowski Stanisław

• Easy Serv sp. z o.o.

autor

Trojanowska Katarzyna

• Towarzystwo Elektrowni Wodnych

Bibliografia

• [1] Bellmann R., Sebestyen A., Wuhrer W.: Enhanced Regulating Capacity by Upgrading of the Geesthacht Pumped Storage Plant
• [2] Boris Huber B., Herwig Korger H-, Fuchs K.: Hydraulic Optimization of a T—junction - Hydraulic Model Tests and CFD-Simulation, XXXI IAHR CONGRESS, Korea, 2005, https://www.researchgate.net/publication/ 301 814900_hydrau1ic_optimization__of_a_t—junction_-_hydraulic_model_tests_and__cfd-simulation
• [3] Bortoni Edson da Costa, Bernardes Jr Jose’ V. Helcio Villa Nova: The Benefits of Variable Speed Operation in Hydropower Plants Driven by Francis Turbines.. Article in Energies - September 2019
• [4] Chazarraa Manuel, Pćrez-Diaza Juan I., Garcia—Gonzalezb Javier “Economic Viability of Pumped-Storage Power Plants Equipped With Ternary Units and Considering Hydraulic Short-Circuit Operation.” Department of Hydraulic, Energy and Enviromnent Engineering, Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Technical University of Madrid, 28040, Hiszpania Institute for Research in Technology, ICAI School of Engineering, Comillas Pontifical University, 28015, Madryt
• [5] Decaix J., Biner D., Drommi J.—L., Avellan F., Munch—Allign'e C.: CFD simulations of a Y-junction for the implementation of hydraulic short-circuit operating mode, 30th IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 774 (2021) 012013 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/774/1/012013
• [6] Decaix, J., Mettille, M., Drommi, J.L., Hugo, N., Mtinch-Allignć, C.: Computation fluid dynamics investi gation of the flow in junctions: application to hydraulic short circuit operating mode LHB: HYDROSCIENCE JOURNAL 2023, VOL. 109, 2290025 https://doi.org/10.1080/276784902023.2290025© 2024.
• [7] Dorfler P. "Design Criteria forAir Admission Systems in Francis Turbines," in IAHR Symposium, Montreal, 1986. 1.1EC 62256:2017 Hydraulic turbines, storage pumps and pump-turbines - Rehabilitation and performance improvement
• [8] Drommi J. -L.: XF LEX HYDRO Flexibility demonstrators Grand Maison PSP, CFBR 2023, https://WWW.bar-rages-cfbr.eu/Symposium-2023.html
• [9] Gładyś H., Matla R.: Praca elektrowni W systemie elektroenergetycznym. Wrocław — Warszawa, WNT 1999
• [10] Goekler G., Meusburger P.: Austria's [Kops 11 on the grid: First experiences and lessons learned, 2009 https ://Www.researchgate.net/publication/ 29516475 8__Austria'S_Kops_11_on_the_grid_First_experiences_and_lessons__learned
• [11] https://voith.com/corp-en/industry—solutions/hydropower/pumped-storage-plants/limberg-ii—kopswerk-ii—austriahtml .
• [12] http ://www.hfm.tugraz. at/en/references/transcient-tlow-simulation—water-hammer—calculations/hydraulic—short-circuit-in-a-pump-storage-power—plant.html
• [13] https ://www.hydro. org/p owerhous e/article/new-variable-speed-pumped-storage—proj ects-will-providehuge-value—to-u—s-transmission—grid/ New Variable-Speed Pumped Storage Projects Will Provide Huge Value to U.S. Transmission Grid. Cameron Schilling, Vice President, Market Strategies and Regulatory Affairs, NHA. 6 grudnia 2021.
• [14] https://www.hydropower.org/status-report Raport o stanie elektrowni wodnych. Globalne dane, trendy i spostrzeżenia z wersji online Międzynarodowego Stowarzyszenia Energii Wodnej. Czerwiec 2022 r.
• [15] https://www.iea.org/reports/renewables-2021 IEA Renewables 2021. Analysis and forecasts to 2026. Fuelreport. December 2021.License CC BY 4.0
• [16] IRENA_World_Energy__Transitions_Outlo ok_202 l” https ://www.irena. org/—/media/Files/IRENA/Agency/Publication/ 2 02 1/JunfERENA_World__Energy_Transitionsf_Outlo ok__2021.pdf?rev=71105a4b86824l8297cd220c007dalb9
• [17] E. Vagnoni N. Hugo, S. Kadam, M. Neuhauser, J-L Drommi, P.D. Pinto, M. Castro, C. Moreira, M.H. Vasconcelos, C. Nicolet, A. Jung, F. Sossan, C. Munch-Alligne, G. Rudelle, R. Guil-Laume, A. Presas:Technical White Paper XFLEX Hydro Project, Deliverable D103. https://assets-globalwebsite-ii-les.com/6319l669ba0853a1f34d1e88/65e20207686cbfe8d605i39c_XFLEX%202024%20report%20(Tech nical%20White%20Paper).pdf
• [18] KrishnakurnŽr R. Vasudevan, Vigna K. Ramachandaramurthy, Gomathi Venugopal, JE. Ekanayake, S.K. Tiong: Variable speed pumped hydro storage: A review of converters, controls and energy management strategies, Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 135, January 2021, 110156
• [19] Landry C., Nicolet C., Badina C., Pichon H. and Drommi J .-L.: Contribution for the roadmap of hydraulic short circuit implementation: Case of Grand-Maison pumped storage power plant, 31st IAHR Symposium on Hydraulic Machinery and Systems; IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 1079 (2022) 012107 IOP Publishing doi:10.1088/1755-1315/1079/1/012107
• [20] Lewandowski S., daśkowiak K., Kiedrowski T. Rozszerzenie zakresu mocy regulacyjnej Elektrowni Szczytowo-Pompowej Żarnowiec. Konferencja Naukowo Techniczna — Hydroforum’94. Maszyny Wimikowe i Urządzenia Hydrauliczne w Energetyce Wodnej. Straszyn 21-23 września 1994 Wyd. IMP PAN, Gdańsk, 1994, s. 37-43
• [21] Lewandowski S., Jaśkowiak K, Kiedrowski T. Contribution of large power plants to the active power regulation of the electric energy system. Hydropower into the next century. Portoroż — Slovenia 1997
• [22] Lewandowski S., Bućko P., Kiełbasa W., Rataj czak E. Estimation of dynamic operating benefits of hydroplants applied to development planning in the Polish power system. Hydropower into the next century. Session 5: Economic and Flaming: The Power System. Portoroż —— Slovenia 1997
• [23] Lewandowski S., Lubocki W., Stachowicz Z. Elektrownia wieloblokowa jako zintegrowana jednostka regulacji systemu elektroenergetycznego — korzyści na przykładzie zmodernizowanego algorytmu regulacji mocy czynnej elektrowni szczytowo-pompowej Żarnowiec w układzie ARCM. Konferencja Aktualne Problemy Elektroenergetyki APE” 2002.
• [24] Lewandowski S., Steller J., Lewandowski M. Hydrozespoły odwracalne o zmiennej prędkości obrotowej -możliwości i korzyści techniczno-ekonomiczne. Napędy i sterowanie Nr. 6. Czerwiec 2021 r.
• [25] Lewandowski S., Wiktorko W., Ostajewski E., Wróblewski J. Korzyści techniczne i ekonomiczne z zastosowania pompoturbin ze zmienną prędkością obrotową. Konferencja Aktualne Problemy Elektroenergetyki APE’2001.
• [26] Lewandowski S., Wróblewski J. Efekty energetyczne z regulacji wtórnej kraj owych elektrowni szczytowo-pompowych. Rynek Energii Nr 2 (16)— 1998.
• [27] Obaleński W., Wrona J.: Regulacja wtórnej mocy i częstotliwości w nowych warunkach pracy KSE. Energetyka 1996. Nr 3, s. 133 — 136
• [28] Pe’rez-Diaz. Juan 1., Sarasua José I., Wilhelmi José R. “Contribution of a hydraulic short-circuit pumped-storage power plant to the load—frequency regulation of an isolated power system.” Dept. of Hydraulic and Energy Engineering, Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Technical University of Madrid (UPM), c/Profesor Aranguren s/n, 28040 Madrid, Spain. Electrical Power and Energy Systems 62 (2014) 199—211 ELSEVIER
• [29] PSH Variable Operations. Hydraulic Short Circuit PSHP Pumped Storage Power Plant with variable speed or in hydraulic short circuit mode.
• [30] Rocks, A. and Meusburger, P.: The Electrical Asset and Mechanical Machinery of Obervermuntwerk II, WASSERWIRTSCHAFT 105(l):48-52, May 2015. DOI: 10.1007/335147-015-0502-6
• [31] Slocum, Alexander H., May, Walter M., Hazel May, A., Haji, M., Kruger, K.: Innovative Pumped Storage Hydropower configurations and uses. Capabilities, Cost & Innovation Working Group. September 2021. Pumped Storage Hydropower International Forum. Report.
• [32] Schilling Cameron New Variable-Speed Pumped Storage Projects Will Provide Huge Value to U.S. Transmission Grid, Vice President, Market Strategies and Regulatory Affairs, NHA. 6 grudnia 2021.
• [33] Wang He, Ma Zhijie “Regulation Characteristics and Load Optimization of Pump-Turbine in Variable-Speed Operation.” China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China;[e-mail]. School of Electrical and Information Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China.