Energetikai gazdaságtan 6. Az energiatermelés és –ellátás és gazdaságtana

Fajlagos álandó költségek Állandó költségek (éves): Fajlagos állandó költség: Termelt energia:

Fajlagos költségek Fajlagos állandó költség:

Fajlagos állandó költségek – tartalékok Üzemi tartalékok (rÜT) Feladatok: váratlan hiányok (kiesések) kompenzálása kereskedelmi mérleg helyreállítás gazdaságos üzemvitel korlátozások megelőzése Típusok: primer szekunder tercier

Tartalékok vs korlátozás Korlátozás és tartaléktartás költsége C PÜT,opt PÜT

Kiesés okozta károk

Tartalékok Primer szabályozási tartalék cél: frekvenciacsökkenés megakadályozása, rendszer stabilizálása eszköz: forgó gép, ún. meleg tartalék – szolidaritási elv idő: másodperces nagyság: E/ESZZ=0,013 Pp,SZZ=~5000 MW

Tartalékok Szekunder szabályozási tartalék cél: frekvencia visszaállítása előírt értékre eszköz: forgó gép, ún. meleg tartalék vagy gyorsan indítható szek. tart. gép – „saját” gép idő: perces-tízperces nagyság: a=10 MW; b=150 MW PVER,max=~7500 MW

Tartalékok Tercier szabályozási tartalék cél: gazdaságos munkapont visszaállítás, szekunder szabályozás újra elérhetővé tétel eszköz: terheléselosztás ( külön témakör) idő: tízperces-órás nagyság: nincs előírt érték

Szabályozási tartalékok Szabályozások működési időtartamai

Szabályozás – tartalékok Szinkronidő szabályozás cél: frekvencia előírt értéken tartás (50 Hz) eszköz: frekvencia alapjel () beállítás módszer: szinkronidő (frekvencia alapján) és UTC (egyezményes koordinált világidő) különbsége alapján: 20 s: elfogadható 30 s: normál üzem 60 s: kiterjedt hálózati zavarok UTC: nem rövidítés csak betűjel angolul: coordinated universal time franciául: temps universel coordonné

Üzemi tartalékok – megvalósítás Nem maximális teljesítményen üzemelő hőerőművi egységek felterhelése. Gyorsan indítható berendezések: speciális gázturbinák, vízerőművi egységek (tározós és átfolyós rendszerű). Lekapcsolható nagyfogyasztó(k). Vásárolt (import) szekunder tartalék.

Tartalékok – karbantartás Karbantartási tartalék (rTMK) Nagysága: éves karbantartási terv szerint Üzemzavar- elhárítás Tervszerű megelőző karbantartás Állapotfüggő Megbízhatóság alapú TPM TQM Világ- színvonal 1950 1960 1970 1980 1990 Teljeskörű Hatékony Karbantartás (Total Productive Maintenance) ISO 9001 ERŐMŰVEK

Egyéb tényezők Változó hiány (νVH, csak becsülni lehet) környezeti feltételek változása (időjárás) hőszolgáltatás Önfogyasztás (ε, erősen technológiafüggő) vízerőmű, szélerőmű: ~0% gázturbina: 1..3% gőzerőmű: 4..5% szén, biomassza, hulladék: 8..15..20% geotermális: 45..55%

Változó költségek Üzemidőtől való függés Cv cv csúcserőművek menetrendtartók alaperőművek üzemidő, h 8760

Fajlagos (átlagos) költségek A fajlagos (átlagos) költség üzemidő függése c=C/E érdekeltség a jobb kihasználásban ha τcs növekszik, akkor cf csökken cf cv üzemidő, h 8760

Szűrőgörbe Szűrőgörbe (Screening Curve) Meghatározása: az éves csúcskihasználási óraszám (τcs) függvényében az egységnyi (PBT) teljesítőképességre vonatkoztatott összes (éves) költség Meghatározása:

Szűrőgörbe Szűrőgörbe ábrázolása cp=C/PBT meredekség = változó költség fix költségrész kihasználási óraszám, τcs , h/a kapacitás kihasználási tényező, CF 8760 1

Szűrőgörbe Jellemző szűrőgörbék cp=C/PBT szénerőmű (kicsi) gázturbina kombinált ciklusú gáz+gőz szénerőmű (nagy) atomerőmű kihasználási óraszám, τcs , h/a kapacitás kihasználási tényező, CF 8760 1

Szűrőgörbe Alkalmazás: előzetes rendszerszintű becslésre („technológiamix”) cp=C/PBT P τ

Erőforrások optimális allokációja Gazdaságos terheléselosztás üzemelő létesítmények között

Terheléselosztás 1. igények kielégítése 2. korlátok betartása Feladatok és célok 1. igények kielégítése 2. korlátok betartása 3. cél elérése

Terheléselosztás Matematikai módszerek – operációkutatás Lágy számítási módszerek Optimálási eljárások Kimerítő keresésen alapuló Visszalépéses technika Elágazás és korlátozás Dinamikus programozás Gradiens alapú Indirekt Direkt Newton Fibonachi Sztochasz- tikus módszerek Sztohasztikus hegymászó Szimulált hűtés Tabu keresés Hangya kolónia Részecske raj algoritmus Evolúciós algoritmusok startégiák Genetikus

Terheléselosztás Alapvetések Üzemvitel csak a változó költséget módosíthatja. Cél: villamosenergia-igény kielégítése minimális (változó) költség mellett Évi (évi átlagos) változó költség: Pillanatnyi változó költség:

Terheléselosztás Klasszikus módszer – két blokk esetére Célfüggvény: a két blokk összes változó költségének minimuma Feltétel: az igényeket ki kell elégíteni Szélsőérték megkeresése: mert a feltételi egyenletből:

hőfogyasztás (q) fogalmát: Terheléselosztás Differenciális növekmény költség Rövid távú határköltség mennyi többletköltséget okoz 1 kWh (1 GJ) többlet villamos energia megtermelése vezessük be a fajlagos hőfogyasztás (q) fogalmát: ezzel:

Terheléselosztás Növekmény hőfogyasztás

Terheléselosztás Növekmény hőfogyasztás és növekmény költség optimális terhelés

Terheléselosztás Jellegzetes erőművi jelleggörbék – CH tüzelésű gőzerőmű Gas (oil) fired steam power plant 160 200 240 280 320 360 400 440 480 520 560 600 640 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 170 180 190 210 220 Load, MW Average fuel factor (fuel consumption), MW 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 Marginal fuel factor; qΔ AFF MFF q

Terheléselosztás Jellegzetes erőművi jelleggörbék – széntüzelésű gőzerőmű Coal fired steam power plant 250 300 350 400 450 500 550 600 650 100 125 150 175 200 225 Load, MW Average fuel factor (fuel consumption), MW 2 2,25 2,5 2,75 3 3,25 3,5 3,75 4 Marginal fuel factor, qΔ AFF MFF q

Terheléselosztás Jellegzetes erőművi jelleggörbék – gáz/gőz kimbiciklus CCGT power plant 175 200 225 250 275 300 325 350 60,0 85,0 110,0 135,0 160,0 Load, MW Average fuel factor (fuel consumption), MW 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 Marginal fuel factor; qΔ AFF MFF q

Terheléselosztás Feltételes szélsőérték-keresés Lagrange-multiplikátorral Célfüggvény: Feltételi egyenlet: Módosított célfüggvény:

Feltételes szélsőérték-keresés Lagrange-multiplikátorral Megoldás Terheléselosztás Feltételes szélsőérték-keresés Lagrange-multiplikátorral Megoldás

Terheléselosztás Grafikus módszer

Terheléselosztás Korszerű lágy számítási módszerek - Evolúciós algoritmus kiterjedt keresési tér, nemlineáris egyenletek kiterjedt korlátozó feltételek

Terheléselosztás Genetikus algoritmus

Terheléselosztás További lágy számítási módszerek: Differenciál evolúciós algoritmus - (differential evolution, DE) Továbbfejlesztett diff. evolúciós alg. - (improved differential evolution, IDE) Tabu kereső (tabu search, TS) - Többszörös tabu kereső (multiple tabu search, MTS) Részecske raj optimálás (particle swarm optimization, PSO) Lényeg: (meta)herurisztika