Nordels arbete med vindkraft 7-8 juni 2007 Visby Fredrik Norlund Svenska Kraftnät Nätutveckling
Svenska Kraftnät Uppdrag Erbjuda säker, effektiv och miljöanpassad överföring av el på stamnätet Utöva systemansvaret för el och gas kostnadseffektivt Främja en öppen svensk, nordisk och europeisk marknad för el och gas Verka för en robust elförsörjning Kraftledningar: 1 500 mil 220-400 kv HVDC Stationer: 135 st Nationellt kontrollrum: Snitt 4 Råcksta Snitt 2 Snitt 1 2
En samarbetsorganisation för Nordens systemansvariga företag Drift Marknadsfrågor 3 Planering
European Wind Integration Study (EWIS) - Parallell Nordisk studie Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Pågående aktiviteter avseende vindkraft 4
European Wind Integration Study (EWIS) Studie inom UCTE, ATSOI, UKTSOA samt Nordel Vindkraftsutbyggnadens konsekvenser för nätet Studien har delats upp i två faser. Fas 1 studerar år 2008 och fas 2 studerar 2015. Fas 1 i studien avslutades i början av 2007 5
Parallell Nordisk studie Vindkraftsutveckling - prognos MW 7.000 6.000 5.000 4.000 3.000 2.000 1.000 0 Wind power capacity forecast Nordel 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Year Denmark Sweden Finland Norway 6
Vindkraftsutveckling - prognos Parallell Nordisk studie GWh 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 Wind Power Energy forecast Nordel 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Year Denmark Sw eden Finland Norw ay 7
Parallell Nordisk studie Tidsserieanalys Wind power database forecast 2006 2020 per geographical area onshore/offshore capacity and energy Wind power time series expected MW per MW installed hourly values 2001 per geographical area onshore/offshore forecast model Results correlation capacity credit maximum power deviations gradients 8
Parallell Nordisk studie Uppdelning i areor NO Finnm NO North SE North FI North 9 NO Mid SE MidN FI South NO West NO East NO Cent SE MidS NO South DK West SE South DK East
95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% Parallell Nordisk studie Varaktighetskurvor - vindkraft DANM-VEST NORDEL Relative production [MWh/h / MW installed] 10 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% 6 % capacity credit 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Duration
80000 70000 60000 Parallell Nordisk studie Ingen korrelation mellan förbrukning och vindkraft y = -0,4185x + 52996 R 2 = 0,0061 Load in Nordel Nov - March [MW] 11 50000 40000 30000 20000 0 1000 2000 3000 4000 5000 Wind power production [MW]
Parallell Nordisk studie Vindrika och vindfattiga år Sweden Norway Denm North MidN MidS South Finnm North Mid West South DK MEAN 1992 119 111 104 106 106 117 107 110 84 107 107 1993 103 101 112 107 113 103 101 104 101 111 106 1994 92 96 102 113 116 97 100 92 98 115 102 1995 105 105 110 107 92 109 108 97 85 101 102 1996 89 87 86 81 105 97 80 90 101 87 90 1997 110 106 93 93 104 117 102 102 106 96 103 1998 96 99 101 111 103 95 104 107 112 107 103 1999 92 96 101 93 90 92 105 95 100 91 95 2000 105 108 101 100 83 95 102 113 112 101 102 2001 90 91 90 88 97 87 97 96 95 85 92 Stora skillnader i energimängd mellan åren 2001 var ett relativt vindfattigt år Större statistiskt material är nödvändigt 12
Korrelation mellan områden Parallell Nordisk studie 13
Andra resultat från vindserieanalys Parallell Nordisk studie Stark korrelation mellan vindkraft i Danmark och i södra Sverige Vindkraftgradienter för södra Sverige upp till ±87 %/h Förväntade obalanser i systemet på grund av vindkraft endast marginellt högre än för Jylland 14
3000 2500 2000 1500 Parallell Nordisk studie Dagtid Towards UCTE Kontek + Baltic Cable + SwePol + NorNed Scandinavia (without DK-W) - UCTE 15 1000 500 0-500 -1000-1500 -2000-2500 0% 20% 40% 60% 80% 100% Towards Nordel Wind power (% of installed) Exchange (MW)
3000 2000 1000 Parallell Nordisk studie Nattetid Towards UCTE Kontek + Baltic Cable + SwePol + NorNed Scandinavia (without DK-W) - UCTE 16 0-1000 -2000-3000 0% 20% 40% 60% 80% 100% Towards Nordel Wind power (% of installed) Exchange (MW)
Parallell Nordisk studie Dagtid Konti-Skan + Skagerrak Nordel - Denmark West Towards Denmark 2000 1500 1000 Exchange (MW) 17 500 0 0% 20% 40% 60% 80% 100% -500-1000 -1500-2000 Towards Nordel Wind power (% of installed)
Parallell Nordisk studie Nattetid Konti-Skan + Skagerrak Nordel - Denmark West Towards Denmark 2000 1500 1000 500 18 0-500 0% 20% 40% 60% 80% 100% -1000-1500 -2000-2500 Towards Nordel Wind power (% of installed) Exchange (MW)
Parallell Nordisk studie Kraftsystemanalys EMPS/ Samlast Time series analysis Wind power database Demand, exchange, generation 99 percentile wind power PSS/E updated for 2008 Nordel PSS/E model Results marginal impact bottlenecks difference flow losses 19
Parallell Nordisk studie Kraftsystemanalys Reference case Samlast Select snapshot for either the high or low load case Samlast Calculate a Nordel dispatch without wind power Samlast Export data to PSS/E High or low wind case Time Series Calculate the upper 99th percentile wind power infeed Samlast Add wind power and reduce conventional production according to the marginal cost of units Samlast Adjust exchange with the UCTE to harmonised values Samlast Export data to PSS/E PSS/E Rescale generation in each area to meet area balances 20
Parallell Nordisk studie 99:e percentilen = 2300 MW vindkraft 51% 46% 76 MW 29 MW 51% 41 MW 76% 344 MW 0 MW 0 MW 74% 37 MW 53% 45 MW 78% 596 MW 82% 256 MW 58 % 73 MW 92 % 688 MW 32% 28 MW 74% 83 MW 21
Parallell Nordisk studie 22 Effektbalans (6) Norgenord (7) Norgefinn Russia Prod 3062 5 Prod 629 24 Demand 2142 Demand 607 Exch -821 Exch -8 (8) Sverige sno1 (12) Finlandnorr 128 Prod 3753 420 Prod 2436 Demand 1543 Demand 1546 68 Exch -2149 Exch -836 56 1011 1601 1283 (4) Norgevest (2) Norgesent (5) Norgemidt (9) Sverige sno2 (13) Finlandsyd Prod 5037 Prod 7128 106 Prod 2754 409 Prod 8318 Prod 9535 Demand 4031 Demand 3312 Demand 3935 Demand 3098 Demand 11630 Exch -905 Exch -3582 Exch 1322 Exch -5060 Exch 2334 59 6196 (1) Norgeost (10) Sverige sno3 763 5262 Prod 856 176 Prod 11674 545 1367 Demand 6788 Demand 14395 Exch 6149 Exch 3309 74 811 651 229 (3) Norgesyd Estlink Prod 4885 Demand 3172 Exch -1591 350 KS 3605 600 398 Nor-Ned Skagerak (14) Danmarkost (11) Sverige sno4 Prod 2339 600 Prod 2324 Demand 2401 Demand 4222 Exch 100 Exch 2005 500 Kontek 600 400 Baltic Swepol 26
Parallell Nordisk studie 800 600 400 200 0-200 -400-600 Produktionsförändringar då vindkraft införs NO East NO Cent NO South NO West NO Mid NO North NO Finnm SE North SE MidN SE MidS SE South FI North FI South DK East -800 Hard coal MW -1000-1200 23 Oil Gas Hydro Wind Höglastfallet 1000 500 0-500 -1000-1500 Låglastfallet NO East NO Cent NO South NO West NO Mid NO North NO Finnm SE North SE MidN SE MidS SE South FI North FI South DK East MW Oil Gas Hard coal Hydro Wind
Parallell Nordisk studie Slutsatser Nordisk studie Vindkraftsprognos 2006-2020 uppdelat per area Vindkraft fortfarande liten del av den totala produktionskapaciteten I Norden år 2008 Tydligt att vindkraften kommer att påverka produktionssituationen i hela systemet Baserat på begränsat statistiskt material kan vindkraften tilldelas 6 % effektvärde 24
European Wind Integration Study (EWIS) Identifierade problem/risker Höga effektflöden påverkar närbelägna transmissionssystem - Överskott av produktion i norra Tyskland ger mycket höga effektflöden genom Benelux och Östeuropa. - Kan försämra systemstabilitet och handelskapacitet. Flaskhalsar behov av nätutbyggnader - Mycket vindkraft + konventionell produktion med låg marginalkostnad i norra Tyskland + hög import från Nordel ger höga nord-sydliga flöden och flaskhalsproblem. - Nya vindparker ofta belägna långt från förbrukningscentra. - Vindens variationer måste balanseras av annan produktion någon annanstans Systemstabilitet dåliga erfarenheter Ökat behov av reglerkraft Ökade nätförluster samt behov av reaktiv kompensering Prioriteringen av vindkraft slår ut annan produktion från marknaden 25
European Wind Integration Study (EWIS) Rekommendationer Harmonisering av subventioneringssystem inom Europa - Leder till mer jämn fördelning av vindkraftsetableringar mellan länderna Snabbare tillståndsprocess för nätutbyggnader Reviderat regelverk för balansmarknaden - Vindkraften bör bli ansvarig för dess obalanser Förbättrade anslutningsvillkor för vindkraft - Förmåga att förbli inkopplade vid nätstörningar - Bidra med spänningsstöttning Översyn av prioriteringsregler för vindkraft - Viss mängd konventionell produktion måste vara i drift - Nuvarande regelverk diskriminerar grön energi från vissa EU-länder 26
Nordel Connection Code for Wind Turbines (NCCWT) 27 Innehåll: Bakgrund och motiv NCCWT kort genomgång av innehåll
Motiv Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Beslut att utveckla/uppdatera Nordic Grid Code från 2004 (Ny Grid Code 2007 tillgänglig via www.nordel.org) Planerad utbyggnad av vindkraft Andel vindkraftproduktion i nordiska systemet Storlek på planerade vindraftanläggningar Möjlig systempåverkan från stora anläggningar Då vindkraft blir en betydande produktionskälla krävs tekniska krav (möjlighet att leverera systemtjänster) för att säkerställa hög driftsäkerhet Frekvensreglering Spänningsreglering Störningstålighet 28
Bakgrund Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Arbetet med NCCWT startade som ett uppdrag från Nordels plankommitté till en ad-hoc grupp hösten 2005. Ad-hoc grupp: Energinet.dk Ordförande Fingrid Statnett SvK Fas 1 rapporterades februari 2006 Skillnader i lagstiftning mellan de nordiska länderna De viktigaste sammanfallande och avvikande kraven på vindkraftturbiner i de nordiska länderna Krav på provning av vindkraftturbiner i de nordiska länderna Status inom standardiseringen Fas 2 rapporterades december 2006 Förslag till ny Connection Code för vindraftturbiner 29
Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Omfattning Effektreglering Reaktiv effekt och spänningsreglering Störningstålighet Fjärrkontroll och mätning Prov/Test 30
Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Produktionsanläggningar som omfattas NCCWT Gäller för vindkraftanläggningar (Wind Plant) > 100 MW anslutna till det nordiska stamnätet TSO inom Nordel bedömer och anger vad som gäller för mindre vindkraftanläggningar SvK föreskrifter för produktionsanläggningar Gäller för vindkraftaggregat och vindkraftgrupper >1,5 MW anslutna till det svenska elsystemet. Krav beroende på storlek. Stora anläggningar: > 100 MW Medelstora anläggningar: 25 MW 100 MW Små anläggningar 1,5 MW 25 MW 31
Effektreglering Nordels anslutningsvillkor för vindkraft NCCWT Det skall vara möjligt att kontrollera produktionen från vindkraftanläggning så att produktionen inte överstiger ett bestämt effektvärde, mätt som ett medelvärde över 10 minuter. Effektvärdet skall vara reglerbart med en utifrån kommande signal, med en noggrannhet ± 5 % i området 20% - 100% av märkeffekt. Produktion i aggregat skall kunna reduceras från 100% - 20% av märkeffekt inom 5 sekunder. Rampning av individuella aggregat med ramphastighet ± 10 % av max effekt/min. Inga krav på maximal bortkoppling vid för stark vind. Automatisk frekvensreglering SvK föreskrifter Det skall vara möjligt att kontrollera produktionen från vindkraftgrupp så att produktionen inte överstiger ett bestämt effektvärde (MW). Effektvärdet skall vara reglerbart med en utifrån kommande signal. Det skall vara möjligt att ändra i regleralgoritmen. Produktionen skall kunna reduceras till under 20 % av maximal effekt inom 5 sekunder. Max 30 MW/min får kopplas bort vid för stark vind 32
Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Reaktiv effekt och spänningsreglering NCCWT Vindkraftanläggningar - reaktiva utbytet skall kunna regleras till noll under normala driftförhållanden Den reaktiva effekten skall vara kontrollerbar enligt någon av följande två kontrollmoder: Automatisk och kontinuerligt kontrollera det reaktiva utbytet (inom vissa gränser) med det anslutande nätet oberoende av den aktiva produktionen Automatiskt och kontinuerligt kontrollera det reaktiva utbytet som funktion av spänningen i anslutningspunkten i syfte att kontrollera spänningen SvK föreskrifter Vindkraftgrupper - reaktiva utbytet skall kunna regleras till noll Automatisk spänningsreglering, ± 5 % av nominell spänning, reaktiv reglerstyrka (Mvar/kV) 33
Störningstålighet Nordels anslutningsvillkor för vindkraft NCCWT A: Normal kontinuerlig drift. B: Drifttid > 30 min. Linjär reduktion av aktiv effekt som funktion av frekvens - 0 % vid 49 Hz till 15 % vid 47.5 Hz. C: Drifttid > 60 min. Reduktion av aktiv effekt med 10 % tillåts. D: Drifttid > 60 min. Reduktion av aktiv effekt med 10 % tillåts. E: Drifttid > 30 min. Viss begränsad reduktion av aktiv effekt tillåts. F: Drifttid > 3 min. Reduktion av aktiv effekt tillåts. 34
forts. Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Vindkraftanläggningar och vindkraftaggregat ingående i vindkraftanläggningar skall vid dimensionerande fel i det nordiska stamnätet bibehålla anslutning och produktion 35
SvK föreskrifter forts. Nordels anslutningsvillkor för vindkraft 36
forts. Nordels anslutningsvillkor för vindkraft Vindkraftaggregat och vindkraftgrupper skall, med bibehållen nätanslutning, klara de variationer i spänningen, på en eller flera faser, som kan uppträda vid normalt förekommande händelser och momentant bortkopplade fel 37
Fjärrkontroll och mätning Nordels anslutningsvillkor för vindkraft NCCWT Vindkraftanläggning skall vara möjlig att kontrollera via fjärrkontroll. Kontrollfunktioner/principer samt mätningar av driftrelaterade storheter skall kunna göras tillgänglig för TSO SvK föreskrifter Vindkraftgrupper skall vara utrustade på ett sådant sätt att realtidsinformation rörande spänning, aktiv och reaktiv effekt, driftstatus och reglerförmåga kan göras tillgänglig för Svenska Kraftnät. Vindkraftgrupper skall vara utrustade på ett sådant sätt att de inom 15 minuter efter att en driftstörning inträffat och även därefter kan styras manuellt, antingen genom fjärrkontroll eller genom lokalkontroll. Styrningen skall möjliggöra tillkoppling till elnätet, frånkoppling från elnätet samt reglering av aktiv och reaktiv effekt. Manuella åtgärder skall kunna vidtas även i de fall eventuella återuppbyggnadsautomatiker inte fungerar. Med reglering i denna bestämmelse avses att kunna sätta börvärde och ändra reglerautomatikernas funktion. 38
Prov/Test Nordels anslutningsvillkor för vindkraft NCCWT Före idrifttagning av vindkraftturbin och/eller vindkraftanläggning skall ett testprogram överrenskommas med aktuell TSO. Testprogrammet skall vara dokumentation av anläggningens förmåga att uppfylla kraven i NCCWT Som en del at testprogrammet skall en simuleringsmodell göras tillgänglig för aktuell TSO. Modellen skall levereras i det format som TSO anger. Modellen skall kunna användas i både statiska och dynamiska studier. Modellen skall användas i tekniska genomförbarhetsstudier och idrifttagningsproven skall innehålla en verifikation av modellen SvK föreskrifter Produktionsanläggningars förmåga att uppfylla kraven i föreskrifterna skall vara verifierade och dokumenterade 39
Pågående aktiviteter Vindkraftrelaterade aktiviteter inom Nordel EWIS fas 2 (klar år 2009) Nordisk systemutvecklingsplan (klar december 2007) 40