IV Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna "Blackout a Krajowy System Elektroenergetyczny"

Sprawozdanie i wnioski

W dniach 16 – 18 czerwca 2010 r. odbyła się IV Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna „Blackout a Krajowy System Elektro­energetyczny” zorganizowana przez Instytut Elektroenergetyki Politechniki Poznańskiej przy współudziale PSE Operator S.A., PGE Elektrownia Bełchatów SA i ENEA Operator Sp. z o.o. Miejscem obrad był obiekt hotelowo-restauracyjny „Delicjusz” w Rosnówku położony w sąsiedztwie Wielkopolskiego Parku Narodowego. Przewodniczącym Komitetu Programowego Konferencji był Dyrektor Instytutu Elektroenergetyki prof. dr hab. inż. Józef Lorenc, a Komitetu Organizacyjnego dr inż. Ireneusz Grządzielski.

Duże awarie, które w latach 2003 i 2006 dotknęły połączone systemy elektroenergetyczne krajów europej­skich UCTE (obecnie ENTSO-E), stan awaryjny krajowego Systemu Elektroenergetycznego (KSE) w czerwcu 2006 roku, który objął swoim zasięgiem północno-wschodni rejon Polski, awaria, która 

miała miejsce w rejonie Szczecina 7 i 8 kwietnia 2008 czy wreszcie kaskadowa awaria z dnia 4 lipca 2009, która objęła swoim zasięgiem środkowo-zachodnią część KSE, wskazują na aktualność i potrzebę organizowania cyklicznych konferencji dotyczących obrony i odbudowy KSE. Z tego względu cieszą się one tradycyjnie dużym zainteresowaniem przedstawicieli zarówno świata nauki, instytutów branżowych jak i firm zajmujących się wytwarzaniem, przesyłem i dystrybucją energii elektrycznej, stanowiąc forum wymiany doświadczeń, ścierania się poglądów i wypracowywania wspólnych strategii przeciw­działania awariom i przywracania normalnego funkcjonowania KSE po awarii systemowej. W tym roku  tematyka była skoncentrowana głównie na zasadach współdziałania podmiotów energetyki w realizacji planów obrony i odbudowy KSE.

W trakcie uroczystego otwarcia obrad IV Konferencji, którego dokonał Dyrektor Instytutu Elektroenergetyki prof. Józef Lorenc gości Konferencji przywitała Prorektor Politechniki Poznańskiej prof. Aleksandra Rakowska oraz Dziekan Wydziału Elektrycznego Politechniki Poznańskiej prof. Konrad Skowronek.

Następnie głos zabrał  Prezes URE dr Mariusz Swora, który stwierdził, że problematyka Konferencji dotycząca blackoutów wpisuje się w jeden z celów III pakietu liberalizacyjnego UE związanego z bezpieczeństwem dostaw energii elektrycznej. Prezes URE odniósł się również do ostatniej nowelizacji ustawy - Prawo energetyczne, która implementowała dyrektywy 2005/89/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 18 stycznia 2006 r. dotyczącej działań na rzecz zagwarantowania bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej i inwestycji infrastrukturalnych. W kolejnym wystąpieniu Prezes ENEA Operator Sp. z o.o. Artur Różycki, reprezentujący również Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej, przedstawił pokrótce najważniejsze zagadnienia w działalności operatorów systemu dystrybucyjnego. Realizacja inwestycji sieciowych, niezbędnych z punktu widzenia przyłączania nowych klientów oraz odtwarzania majątku napotyka na szereg problemów formalnych - administracyjnych, wymagających przede wszystkim zmian prawnych. Inwestycje sieciowe wymagają dużych nakładów, których poziom powinien być uwzględniany w taryfach dystrybucyjnych. Przyłączanie źródeł wytwórczych o charakterze systemowym, to domena operatora sieci przesyłowej, jednak źródła rozproszone, w szczególności farmy wiatrowe, stanowią duży problem dla OSD, silnie wpływając na plany rozwoju sieci i zagrażając jej stabilnej pracy.

Referat generalny, będący jednocześnie wprowadzeniem do tematyki Konferencji, wygłosił Wiceprezes PSE Operator S.A.  dr inż. Jerzy Andruszkiewicz. W swoim wystąpieniu przedstawił sposoby oceny wystarczalności generacji energii elektrycznej w KSE oraz ocenę zidentyfikowanych zagrożeń w różnych horyzontach czasowych. Podkreślił również, że w Polsce jest niezbędna pogłębiona analiza występujących zagrożeń z tego tytułu oraz opracowanie określonych scenariuszy działań zapobiegawczych

Utrata ciągłości pracy krajowego systemu elektroenergetycznego lub jego znacznej części stanowi potencjalnie najpoważniejsze zakłócenie funkcjonowania infrastruktury technicznej kraju z trudnymi skutkami społecznymi i gospodarczymi. Wymaga to współdziałania wielu podmiotów gwarantującego sprawne przywrócenie normalnej pracy systemu.

Na Konferencji przedstawiono 25 referatów, które podzielono na następujące 5 paneli tematycznych:

  • Sytuacje awaryjne w KSE, nowe połączenia KSE z sąsiednimi systemami,
  • Obrona i odbudowa w świetle regulacji organizacyjno-prawnych,
  • Wymagania stawiane źródłom wytwórczym w procesie obrony i odbudowy,
  • Rola testów i prób systemowych sprawdzających przydatność źródeł wytwórczych w procesie obrony i odbudowy,
  • Sterowanie i automatyka w procesie obrony i odbudowy.

Wszystkie referaty zostały opublikowane w specjalnym zeszycie tematycznym nr XX czasopisma Energetyka.

W Konferencji wzięło udział 137 osób reprezentujących między innymi Politechniki: Gdańską, Lubelską, Poznańską, Śląską, Wrocławską i Warszawską, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg; OSP: PSE Operator S.A. i Polskie Sieci Elektroenergetyczne: Centrum, Południe, Północ, Wschód i Zachód SA;elektrownie i elektrociepłownie: PGE Elektrownia Bełchatów S.A,, PGE Elektrownia Turów S.A, PGE Elektrownia Opole S.A, PGE ZE Dolna Odra S.A, ZE PAK S.A., Elektrownia "Rybnik" S.A., Vattenfall Heat Poland S.A., ZEW Solina-Myczkowce SA, ELDEKS Sp. z o.o., Elektrownia Wodna Żarnowiec S.A., PGE Energia Odnawialna S.A., GDF Suez Energia

Polska S.A., DALKIA Poznań ZEC S.A., PGE Elektrociepłownia Gorzów S.A., PGE ZEC Bydgoszcz S.A., przedsiębiorstwa dystrybucyjne: ENEA Operator Sp. z o.o., Energa-Operator SA, EnergiaPro S.A., PGE Dystrybucja: Białystok Sp. z o.o., Łódź-Teren S.A., Zamość Sp. z o.o., LUBZEL Sp. z o.o., RWE Stoen Operator Sp. z o.o., Vattenfall Distribution Poland S.A. i firmy pracujące na rzecz energetyki: ZPBE Energopomiar-Elektryka Sp. z o.o., ZBPE Energopomiar Sp. z o.o., Instytut Automatyki Systemów Energetycznych Sp. z o.o., Elkomtech SA., Energoprojekt Kraków SA, ELEKS Software – Lwów, MIKRONIKA.

W ramach uroczystej kolacji koleżeńskiej, zaprezentował się Zespół Plastyki Ruchu pod kierownictwem artystycznym Teresy Nowak a później Kolacji towarzyszyły gorące rytmy greckiej muzyki w wykonaniu zespołu „Dimitris” , które skłoniły uczestników do wspólnej zabawy w rytmie zorby i sirtaki.

Nieformalna wymiana poglądów, jako podsumowanie dwóch pierwszych dni obrad, miała miejsce w trakcie spotkania przy grillu, w czasie którego zaprezentowała się Kapela Ludowa „Po zagonach”. Wykonywane przez kapelę frywolne przyśpiewki, skoczne polki, siarczyste oberki są oryginalnymi melodiami ludowymi, artystycznie opracowanymi w większości przez nich samych. Melodie te pochodzą z różnych regionów Polski, m.in. łowickiego, rzeszowskiego, kieleckiego, śląskiego i przede wszystkim rodzimej Wielkopolski.

Drugim bardzo ciekawym punktem programu towarzyszącego obradom było zorganizowanie wycieczki techniczno-krajoznawczej  do Parowozowni w Wolsztynie, która jest nadal czynną lokomotywownią i z której codziennie wyruszają parowozy do prowadzenia pociągów pasażerskich na trasach do Poznania i Leszna. Jest to jedno z nielicznych miejsc, gdzie można obejrzeć warsztaty, maszyny i urządzenia służące utrzymaniu i naprawie parowozów.

Piękna słoneczna pogoda sprzyjała również zwiedzaniu w Wolsztynie Skansenu Budownictwa Ludowego Zachodniej

Wielkopolski, w którym zgromadzono obiekty architektury  i eksponaty z pogranicza wielkopolsko-lubuskiego.

Obrady każdego panelu tematycznego IV Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej „Blackout a Krajowy System Elektroenergetyczny” kończyła dyskusja plenarna podsumowująca przedstawione problemy naukowe, organizacyjne i techniczne. Na bazie przedstawionych referatów oraz prowadzonych merytorycznych dyskusji opracowano  wnioski z Konferencji przedstawione poniżej.

Dla zespołu organizatorów satysfakcjonującą była sugestia o celowości kontynuowania tych Konferencji świadcząca o trafnym doborze ich tematyki, grona uczestników zarówno ze świata nauki jak i praktyki oraz stworzeniu miłej atmosfery w czasie obrad i spotkań towarzyszących.

 

WNIOSKI Z KONFERENCJI 
„BLACKOUT A KRAJOWY SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY”

Poznań – Rosnówko 16-18.06.2010 r.

  1. Prognoza na lata 2010 do 2012 wykazuje brak bezpośredniego zagrożenia związanego z niedotrzymaniem bilansu mocy. Ze względu na sposób opracowywania bilansu mocy w ramach Planu Koordynacyjnego Rocznego okresowe niedobory mogą być zniwelowane poprzez optymalne rozłożenie generacji interwencyjnych źródeł wodnych (ESP-ów)
     
  2. W perspektywie długoterminowej występuje zagrożenie wystąpienia deficytu mocy w latach 2015 – 2016. Zasadniczo zagrożenie to można zidentyfikować jako wynik zastosowania się do wymagań dyrektywy LCP ograniczającej dopuszczalne emisje do atmosfery dwutlenku siarki i tlenków azotu, skutkujące koniecznością wyłączenia bloków nie spełniających tych wymagań..
     
  3. Niezbędna jest pogłębiona szczegółowa analiza występujących zagrożeń wskazująca określone scenariusze działań zapobiegawczych. Analiza taka powinna być przeprowadzona przy udziale OSP w ramach nowych obowiązków nałożonych przez nowelizację ustawy Prawo energetyczne i w ramach proponowanych koncepcji reformy rynku energii elektrycznej z koniecznym udziałem reprezentacji wytwórców a pod nadzorem organów regulacyjnych i państwowych odpowiedzialnych za politykę energetyczną Polski.
     
  4. W związku z awarią w środowo-zachodniej części KSE w dniu 4 lipca 2009 r. i w wyniku analizy jej przebiegu postuluje się podjęcie działań wyszczególnionych jako wnioski poawaryjne opracowane przez Politechnikę Wrocławską. Dotyczą one takich zagadnień jak rozwój struktury sieci zamkniętej w obszarze zachodnim KSE, instalowania baterii kondensatorów w stacjach NN/110 kV, zainstalowania nowych i zmian w nastawach istniejących zabezpieczeń linii NN i 110 kV, zastosowania lokalizatorów zwarć i szczegółowego monitoringu sieci itp. 
     
  5. Stan sieci średnich i niskich napięć z punktu widzenia niezawodności zasilania odbiorców jest niezadowalający. Potwierdzają to badania statystyczne awaryjności tych sieci, jak również przykłady występowania awarii o dużym zasięgu oraz długich czasach ich trwania. Występujące tendencje budowy w gminach minicentrów energetycznych zasilających w stanach awaryjnych strategiczne odbiory komunalne (urzędy, ośrodki zdrowia, szpitale, centra łączności, stacje benzynowe i szkoły), a w stanach normalnych umożliwiających zasilanie tych obiektów w pracy równoległej w sposób ekonomiczny pozwalają na racjonalizację gospodarki elektroenergetycznej przez gminy umożliwiając wykonywanie wytycznych pakietu UE 3x20 i jednocześnie mogą poprawić niezawodność zasilania odbiorców energii elektrycznej. 
     
  6. Elektroenergetyczne połączenie Litwy z Polską to projekt o strategicznym znaczeniu dla obu krajów, zmierzający do zwiększenia bezpieczeństwa dostaw energii elektrycznej.  Ze względu na to iż systemy elektroenergetyczne Krajów Bałtyckich stanowią element systemu energetycznego Rosji nie jest możliwe na pojedynczym połączeniu Ełk-Alytus uruchomienie połączenia synchronicznego. Po stronie litewskiej, w stacji Alytus zostanie wybudowana wstawka konwertorowa prądu stałego separująca oba systemy. Harmonogram projektu przewiduje, iż do roku 2015 zostanie uruchomione połączenie wraz z jednym modułem wstawki umożliwiające przesył mocy na poziomie 500 MW. Przewidywana docelowa zdolność przesyłowa połączenia to 1000 MW.  Obecny układ KSE umożliwia import mocy ze strony litewskiej jednakże dla umożliwienia przesyłu 1 000 MW z Polski na Litwę potrzeba jest znaczącej modernizacji sieci przesyłowej w Polsce północno wschodniej. Dlatego na Projekt po stronie polskiej składa się 19 zadań inwestycyjnych (budowa linii i stacji elektroenergetycznych), które zgodnie z planami PSE Operator S.A., mają zostać zrealizowane do 2020 r.
     
  7. Praca synchroniczna systemów elektroenergetycznych krajów obszaru kontynentalnego Europy wymaga wspólnego uzgodnienia zasad wzajemne.  Dotychczas zasady te ma mocy postanowienia stron ustalano w UCTE w  Operation Handbook (OH). W związku z powołaniem nowej organizacji ENTSO-E (European Network of Transmission System Operators for Electricity), OH stał się dokumentem dla obszaru kontynentalnego Europy. Z punktu widzenia ogólnej tematyki Konferencji istotna jest część 5 OH poświęcona planom obrony i odbudowy systemu elektroenergetycznego oraz część 8 dotyczącą szkoleń służb dyspozytorskich. Rozwiązania wypracowane w trakcie tworzenia OH są implementowane przez operatorów do warunków krajowych.
     
  8. Na podstawie analizy aktualnego stanu w zakresie regulacji organizacyjno-prawnych w Unii Europejskiej i w Polsce przedstawiono propozycje zmian w zapisach aktów legislacyjnych o różnych poziomach regulujących kwestie odpowiedzialności za bezpieczeństwo dostaw energii elektrycznej oraz zaproponowano propozycje rozwiązań organizacyjnych i procedur restytucyjnych zapewniających prawidłowy przebieg odbudowy po awarii systemowe. Artykuł  podsumowujący omawiane zagadnienia ukazał się w czasopiśmie PSE Operator S.A. ELEKTROENERGETYKA nr 2-3, 2010 r. 
     
  9. Prowadzenie ruchu sieci realizowane jest oparte na centrach dyspozytorskich pracujących w ruchu ciągłym. W przypadku wystąpienia sytuacji wyjątkowych odpowiednio wysoki poziom przygotowania służb OSD oraz firm współpracujących mogą znacząco skrócić czas usuwania awarii, przyczynić się do wzrostu bezpieczeństwa klientów i poprawić wizerunek OSD w mediach. Część z zaplanowanych w tym zakresie działań wymaga co prawda dużych nakładów finansowych, jednak wiele z nich polega przede wszystkim na przygotowaniu organizacyjnym. Warto więc zawczasu zadbać o odpowiednie przygotowanie OSD na wystąpienie sytuacji awarii rozległych.
     
  10. Z inicjatywy Operatora Systemu Przesyłowego (OSP) prowadzone są  prace w zakresie przygotowania cieplnych jednostek wytwórczych do pełnienia aktywnej roli w procesie obrony i budowy zasilania KSE. Prowadzane testy, uzyskanych możliwości technicznych, pozwalają zweryfikować zdolność jednostek wytwórczych do udziału w obronie i odbudowie. Testy te weryfikują jednocześnie zdolność całego KSE do obrony i odbudowy zgodnie z wymaganiami europejskimi (ENTSO-E OH) i krajowymi (IRiESP). Proces ten powinien być kontynuowany. Przedstawione zostały wyniki testów na bloku 3 ENERGA Elektrownia Ostrołęka.
     
  11. Badania symulacyjne potwierdzają, że prowadzenie odbudowy KSE z wykorzystaniem trybu pracy regulatora prędkości obrotowej turbiny (RO) na jednostkach wytwórczych należy uznać za zalecany dla procesów odbudowy systemu elektroenergetycznego.
     
  12. Automatyzacja procesu regulacji transformatora blokowego może w zauważalny sposób zwiększyć możliwości regulacyjne bloku, zarówno w stanach normalnych jak i wolnozmiennych stanach awaryjnych. Efektywne wykorzystanie dodatkowego sposobu regulacji wymaga wprowadzenia zmian w stosowanych dotychczas algorytmach działania regulatora generatora oraz w algorytmach układów regulacji nadrzędnej elektrowni.
     
  13. Coraz większy udział farm wiatrowych w generacji mocy w KSE, powoduje, że możliwości regulacyjne farm wiatrowych powinny być wykorzystane w planach obrony KSE, szczególne wtedy, gdy w warunkach awaryjnych napięcie sieci obniża się do wartości powodujących zagrożenie lawinę napięcia. W wyniku przeprowadzonych badań symulacyjnych stwierdzono, że nawet przy bardzo niskim poziomie generacji mocy czynnej, wpływ tych obiektów na wartości napięć w sieci 110 kV może być bardzo znaczący.
     
  14. Praca wyspowa ciepłowniczych bloków parowych w elektrociepłowniach miejskich może być rozwiązaniem bardzo korzystnym dla poprawy bezpieczeństwa energetycznego aglomeracji miejskich. Przy wolnym obniżaniu się częstotliwości w KSE, w uzgodnieniu pomiędzy OSP, DIRE i OSD, możliwa jest realizacja obrony przez manualne wydzielenie zbilansowanej mocowo miejskiej lub przemysłowej wyspy obciążeniowej, która umożliwi podtrzymanie zasilania fragmentu sieci po wystąpieniu awarii. Ze względu na skojarzony charakter produkcji energii elektrycznej i cieplnej konieczne jest zapewnienie odbioru ciepła przez lokalnych odbiorców miejskich lub przemysłowych.
     
  15. Prowadzone są prace nad wykorzystaniem niekonwencjonalnych (nietypowych) metod i środków optymalizujących pracę systemów elektroenergetycznych. Poprzez ładowanie samochodów energią pochodzącą z odnawialnych źródeł energii możliwe jest bezemisyjne korzystanie z prywatnych środków transportu samochodowego. Jednocześnie bardzo ważnym aspektem będącym w fazie rozwoju jest współpraca samochodów elektrycznych z systemem elektroenergetycznym, zarówno jako dodatkowe sterowalne obciążenia, ale również jako bateria zasilająca sieć elektryczną. System e-car jest technologią przyszłości, nad która trwają dzisiaj prace naukowe.
     
  16. Przeprowadzone eksperymenty systemowe pokazały, że konieczne jest  przeprowadzanie testów pozwalających ocenić rzeczywisty stan przygotowania elektrowni do pełnienia roli samostartującego źródła rozruchowego,  zidentyfikować istniejące ograniczenia. W 2009 roku przeprowadzono z wynikiem pozytywnym eksperyment  możliwości wykorzystania EW Koronowo, jako źródła napięcia i mocy rozruchowej, dla uruchomienia EC Bydgoszcz II. Planowany jest eksperyment podania napięcia i mocy rozruchowej z EW Dychów do elektrowni Dolna Odra. W 2008 roku wykonano próby obiektowe w EW Solina.
     
  17. Aktualnie opracowuje się systemy informatyczne umożliwiające w trybie off-line  a także on-line  wykonanie analiz stanów zagrożenia, stanów awaryjnych oraz awarii systemów elektroenergetycznych (SE). Przedstawiony pakiet programów DAKAR (firmy ELEKS Ukraina) umożliwia prowadzenie  analiz stanów awaryjnych w dużych systemach elektroenergetyczny w trybie off-line. Stanowi praktyczne narzędzie modelowania rzeczywiście zaistniałych stanów awaryjnych w systemach elektroenergetycznych. Natomiast  system DSA (firmy SIEMENS)  umożliwia  zapobieganie wystąpienia stanów awarii katastrofalnej - blackout-ów poprzez ocenę  stanów krytycznych systemu (opartych na zaproponowanych wskaźnikach) za pomocą dynamicznych symulacji sytuacji zakłóceniowych w trybie on-line.
     
  18. W zapobieganiu  awariom napięciowych w przyszłości powinny brać  udział kompensatory energoelektroniczne (FACTS). Obecność kompensatorów zwiększa bezpieczeństwo pracy elektrowni w czasie awarii napięciowej. W  przypadku zapadów  napięcia zachodzących w SE układy te mogą wspierać jednostki wytwórcze w podtrzymaniu zadanych wartości napięcia w układzie zasilania przeciwstawiając się pojawiającemu się zaburzeniu. Jako układy zapobiegające deficytowi mocy biernej lepiej nadają się układy SVC, natomiast jako układy wspomagające pracę jednostek wytwórczych w systemie w momencie wystąpienia znacznego obniżenia się wartości napięcia (co ma miejsce w czasie lawiny napięciowej) lepszym rozwiązaniem są układy STATCOM. Wprowadzenie do KSE nowych źródeł mocy biernej w postaci kompensatorów statycznych płynnie regulowanych przyczyni się nie tylko do poprawy lokalnych warunków napięciowych, ale na pewno zwiększy bezpieczeństwo pracy KSE.
     
  19. W 2006 roku IRiESP zapisano nowe wymagania dotyczące nastaw zabezpieczeń SCO. Dotychczas zainstalowane urządzenia w dużej części nie są w stanie spełnić tych wymagań. Ze względu na stosunkowo krotki czas własny postulowany dla zabezpieczenia SCO (100 ms), kwestia szybkiego i pewnego pomiaru częstotliwości ma zasadnicze znaczenie. Przedstawiono nową serię przekaźników częstotliwościowych typu typu Ex mBEL_SCO spełniających wymagania IRiESP.

    Nowoczesne konstrukcje automatyki SCO  mają możliwość zastosowania kryterium df/dt opartych na różnych algorytmach.  Prowadzone badania symulacyjne pokazują poprawę efektywności działania automatyki SCO z kryterium df/dt  w porównaniu z tradycyjnym kryterium podczęstotliwościowym SCO.

    Spodziewany efekt działania automatyki SCO możliwy jest po przystosowaniu większości obiektów do nowych wymagań, co pociąga za sobą konieczność zaplanowania odpowiednich środków oraz sprawną realizację projektu modernizacji układów SCO. Alternatywnym kierunkiem dostosowania układów SCO do potrzeb może być kompleksowa modernizacja obwodów wtórnych rozdzielni SN przez  instalowanie automatyki rozproszonej w polach liniowych. Układ taki pozwala jednocześnie na realizację wielostopniowej automatyki SCO bez konieczności rozbudowy obwodów okrężnych rozdzielni SN. Automatyka rozproszona oraz możliwość odciążania w głębi sieci powinny ułatwić realizacje zakładanego procesu odciążania sieci w przypadku zakłóceń.

 

Tekst i zdjęcia:

Stefan Jaskuła