Obratovalna zanesljivost elektroenergetskega sistema ob vključitvi novega bloka NE Krško Matjaž Podjavoršek 1, Miloš Pantoš 2 1 Uprava RS za jedrsko varnost Železna cesta 16, 1000 Ljubljana 2 Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko Tržaška 25, 1000 Ljubljana E-mail: matjaz.podjavorsek@gov.si, milos.pantos@fe.uni-lj.si Za zagotovitev zanesljivega delovanja elektroenergetskega sistema je bistvenega pomena analiza vključitve novih proizvodnih enot v sistem. Referat obravnava vključitev drugega 1600 MW bloka Nuklearne elektrarne Krško v sistem predvidoma leta 2020. Analiza privzema, da bodo v tem letu vzpostavljeni novi 400 kv povezavi z Madžarsko in Italijo, 400 kv povezava Krško-, dograjene HE na spodnji Savi, ČHE Avče in Kozjak in PE Kidričevo. Poleg tega privzemajo izračuni 2,7 % rast porabe. Izračuni se omejujejo na analizo zanesljivosti na podlagi izračuna pretokov moči za obratovalna stanja različnih topologij. Dejansko gre za sigurnostno analizo. Rezultati kažejo, da pri izbranem obratovalnem stanju ob injiciranju dodatne proizvodnje NEK-a ne prihaja do preobremenitve prenosnih poti, torej je sistem s stališča sigurnosti zanesljiv. Impact of New NPP Krško Unit on Power-System Reliability Each investment in a power system requires a reliability assessment. Operational conditions of the Slovenian power system will change after connecting the 1600 MW second unit of NPP Krško in 2020. The analysis considers planned transmission investments, i.e. the power lines to Italy and Hungary, new line HPP Krško, new HPPs on Sava river, PSPPs Avče and Kozjak and GPP Kidričevo. It is shown that the Slovenian power system is reliable since the additional injection of produced power does not cause any security problems. It can be concluded that the system will have sufficient transmission capacities if the planned investments are realized. I. UVOD Zanesljivost delovanja elektroenergetskega sistema (EES) se ocenjuje že v fazi načrtovanja izgradnje novih proizvodnih in prenosnih zmogljivosti z upoštevanjem predvidenega odjema. V zadnjih letih so investicije v EES zastale, vendar se poleg tekočih investicijskih projektov načrtuje izgradnja novih proizvodnih zmogljivosti, saj bomo le na ta način zagotovili zanesljivo oskrbo z električno energijo. V okviru investicijskega programa se načrtuje izgradnja drugega bloka NE Krško (NEK) s predvideno inštalirano močjo 1600 MW, ki bi začel z obratovanjem leta 2020. Nova moč NEK-a bo 2320 MW, od tega za Slovenijo 1960 MW. Vlagatelji se bodo najverjetneje odločili za tlačnovodni reaktor, ker že imamo en tak reaktor in izkušnje na tem področju. Odločitev za drugo tehnologijo je manj verjetna. V načrtu je tudi izgradnja drugih dodatnih proizvodnih zmogljivosti. Za zagotavljanje zanesljive oskrbe z električno energijo je poleg proizvodnih zmogljivosti treba zagotoviti zmogljivo prenosno omrežje. Na ta način se zagotovi glavni vir napajanja lastne rabe NEK-a in nemotena injekcija proizvedene moči NEK-a v sistem, kar bodo pokazali izračuni v nadaljevanju. Sedanja zanesljivost odvajanja električne energije je močno odvisna od stanja v slovenskem in hrvaškem 400 kv EES-u. Ob večji havariji, npr. pri planiranem izklopu 2 400 kv voda Krško- in izpadu 400 kv voda Krško-, bi bilo potrebno zmanjšati ali celo zaustaviti proizvodnjo v NEK-u. Razmere v sistemu torej vplivajo tudi na možnost injekcije proizvodnje NEK-a v sistem. Referat ocenjuje sigurnost sistema z upoštevanjem novega bloka NEKa in novih elementov v prenosnem omrežju. Sigurnostna analiza temelji na izračunu pretokov moči ob različnih topologijah omrežja. Zajete so vse investicije, ki se predvidevajo do leta zagona novega bloka, in ocenjena obremenitev sistema. Slovenija ima in bo imela tudi v prihodnje večino proizvodnih zmogljivosti v vzhodnem delu države. Tudi zaradi tega bo Slovenija potrebovala predvsem ob visokih koničnih obremenitvah in velikem prehodu moči proti Italiji močno prenosno omrežje. II. IZHODIŠČA ZA ANALIZO Analiza obratovalnega stanja v EES temelji na že izdelanih študijah, ki podrobno obravnavajo dolgoročni razvoj prenosnega omrežja [1].
Obratovalna zanesljivost je raziskana za leto 2020, ko bi že lahko obratoval drugi blok NEK. Datum je postavljen glede na pripravo dokumentacije in dinamiko gradenj trenutnih elektrarn v Sloveniji. V tem času bi že bile zgrajene pomembne ojačitve omrežja predvsem v okolici NEK-a in nove proizvodne enote, ki so trenutno načrtovane. A. Napoved koničnih obremenitev Pri analizi je treba upoštevati obratovalna stanja z maksimalnimi obremenitvami po vozliščih. Zato je ključnega pomena napoved konične obremenitve v sistemu, ki se povzema po razvojnih študijah [1]. Predvidena rast koničnih obremenitev za distribucijo je v različnih študijah različna, največkrat pa je od 2% do 2,7%, zato je za te analize vzeta rast 2,7 %, ki je povzeta po distribucijskih razvojnih študijah. Ob tej rasti je v letu 2020 konična moč distribucije 2568 MW, medtem ko se konične obremenitve neposrednih odjemalcev povečujejo do leta 2009, po letu 2009 pa so ustalijo na 362 MW [1]. Konica v letu 2020, upoštevana v tej analizi, tako znaša 2930 MW. Slika 1 prikazuje rast porabe v Sloveniji. Rdeča barva označuje konično moč distribucije, modra pa konične obremenitve neposrednih odjemalcev. Moč [MW] 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 B. Topologija omrežja 2011 2012 2013 2014 Leto 2015 2016 Sl. 1: Rast porabe v Sloveniji 2017 2018 2019 2020 Na podlagi 10-letnega plana ELES-a na 400 kv napetostnem nivoju treba upoštevati, da bo nov 2 400 kv vod -Krško začel obratovati do leta 2008, ko naj bi bil v RTP Krško vključen tudi drugi 400/110 kv transformator s 30 moči. Upoštevati je treba še predviden 400 kv vod -, ki bo močno povečal prenosno zmogljivost med Italijo in Slovenijo. V kratkem se predvideva izgradnja 2 400 kv voda -Pince in RTP-ja, kar bo povezalo slovenski in madžarski EES. Ob izgradnji 400/110 kv RTP-ja se bosta vanj vzankala obstoječa 400 kv voda Krško- in Podlog-. Omenjene spremembe prikazuje slika 2. Poleg teh sprememb je treba upoštevati še 400 kv povezave predvidenih elektrarn Kidričevo in Kozjak z EES-om. Sl. 2: Slovensko omrežje 400 in 220 kv s predvidenimi spremembami (vir: ELES) C. Proizvodni viri Pred vključitvijo NEK 2 bo zagotovo že dokončana veriga HE na spodnji Savi, manj verjetno pa HE na srednji Savi. Zato mora analiza upoštevati obstoječe in predvidene HE: Boštanj, Blanca, Krško, Brežice in Mokrice. Analiza upošteva še predvideni ČHE Kozjak in PE Kidričevo. Inštalirane moči elektrarn podaja tabela I, tretji stolpec. Za primerjavo je v drugem stolpcu navedena tudi inštalirana moč v letu 2005. V zadnjem stolpcu je podano angažiranje agregatov ob konični obremenitvi sistema. TABELA I PREGLED ANGAŽIRANJA PROIZVODNIH VIROV Proizvodni viri Moč 2005 Moč 2020 Angažiranje ob konici MW MW MW HE na Dravi 315 354 354 HE na Savi 80 210 210 HE na Soči 20 95 95 ČHE Kozjak 0 300 300 ČHE Avče 175 175 175 HE skupaj 590 1160 1160 TE 642 638 638 TE Trbovlje 105 280 0 TETO Ljubljana 100 239 132 PE Kidričevo 0 350 350 PTE Brestanica 0 324 114 NEK (1/2 NEK 1) 337 1960 1960 TE+ NEK 1184 3791 3194 Proizvodnja v RS 1777 4925 4328 Konica RS 2019 2930 2930 Presežek RS -242 1995 1398 Zadnje tri vrstice tabele I podajajo bilanco sistema. V vrstici»proizvodnja v RS«je seštevek moči elektrarn po posameznih stolpcih, v vrstici»konica RS«je podana pričakovana najvišja poraba in v zadnji vrstici je podano za koliko proizvodnja presega porabo.
Moč NEK 2 je odvisna od izbire ponudnika, sta pa na trgu tipski moči 1000 MW in 1600 MW. Najverjetneje se bodo vlagatelji odločili za tlačnovodni reaktor, ker že imamo en tak reaktor in izkušnje na tem področju in je odločitev za drugo tehnologijo manj verjetna. Aktualnih ponudnikov tlačnovodnih reaktorjev ni veliko, vsi pa ponujajo standardizirane tipe: EPR, evropski tlačnovodni reaktor, ki ga ponuja konzorcij AREVA ima 1600 MW in AP 1000, napredni tlačnovodni reaktor, ki ga ponuja Westinghouse in ima 1000 MW. Predvidene moči novega reaktorja so torej znane. Nova moč NEK bi bila tako v primeru gradnje EPR več kot 2300 MW, od tega za Slovenijo 1960 MW. III. ANALIZE OBRATOVALNE ZANESLJIVOSTI V simulacije obratovalnih stanj EES-a so upoštevana izhodišča, ki so podana v poglavjih II.A II.C Analizirana so normalna obratovalna stanja prenosnega omrežja ter stanja ob izpadih najmočnejših elementov v 400 kv sistemu (analize zanesljivosti po kriteriju N-1). Vse analize simuliranih obratovalnih stanj so narejene s PowerWorld programom. Za angažiranje agregatov se upošteva, da vse elektrarne obratujejo z močjo, ki jo opredeljuje Tabela I v zadnjem stolpcu, poraba pa je 2930 MW. Analize obratovalne zanesljivosti so narejene za izpade najmočnejših 400 kv vodov, zato sledijo v nadaljevanju rezultati za 7 obratovalnih stanj. Izpad 400 kv voda 2 NEK- prikazuje slika 3. Pri moči NEK2 1600 MW 400 kv vod Krško- prevzame polovico odvajanja moči NEK-a v prenosno omrežje. Ob tem se poveča tudi pretok prek transformacije 400/110 kv v RTP-ju Krško, ki je obremenjen z okoli 80 %. V primerjavi z normalnim obratovalnim stanjem, se pretok moči na 400 kv vodu Krško- proti RTP-ju poveča, s tem pa se poveča pretok na 400 kv vodu -Melina ter interkonekcije Melina-. Še nekoliko bolj pa se poveča pretok na 400 kv vodu -Podlog in 400 kv vodu Podlog-, ki sta obremenjena z 90 %. Preobremenjeni pa so nekateri vodi v 110 kv sistemu (Brestanica-Trbovlje, 134%), ki prevzamejo del prenosa energije iz NEK v. Nekoliko manj so obremenjeni vodi, če je moč NEK2 1000 MW, 400 kv vod Podlog- se obremeni 73 %, in 110 kv vod Brestanica-Trbovlje 109 %. Iz analize se vidi, da lahko prenosno omrežje in NEK obratujeta zanesljivo, le 110 kv sistem na območju Zasavja je preobremenjen. Izpad 400 kv voda 2 NEK- prikazuje slika 4. V primerjavi z normalnim obratovalnim stanjem se prenosno omrežje na vseh napetostnih nivojih malo obremeni, večino odvajanja moči iz NEK prevzame vod 2 NEK-, ki je v primeru 1600 MW NEK2 obremenjen 60%, ob moči NEK2 1000 MW pa so vsi vodi obremenjeni pod 50%. Izpad voda 400 kv NEK- prikazuje slika 5. Zaradi siceršnje majhne vloge pri odvajanju moči iz 400 kv stikališča v Krškem, izpad tega voda nima pomembnejšega vpliva na razmere v prenosnem omrežju, ki lahko pri polni moči NEK-a obratuje povsem normalno. Izpad 400 kv voda -Melina, ob hkratni nerazpoložljivosti 400 kv voda 1 NEK- prikazuje slika 6. Pretok moči proti Hrvaški se sicer nekoliko zmanjša, vendar še vedno znaša 257 MW (pri moči NEK2 1600 MW). Predvsem zaradi nerazpoložljivega voda 1 NEK-, pa je drugi sistem tega voda bolj obremenjen (89%), preobremenjeni pa so tudi 110 kv vodi na območju Zasavja. Prenosno omrežje in NEK ob tem izpadu obratujeta povsem normalno. Izpad 400 kv voda Podlog- prikazuje slika 7. Del moči, ki bi sicer tekel iz NEK-a v in preko Podloga v se v tem primeru preusmeri na 400 kv vod 2 NEK-, ki pa je kljub temu obremenjen z le 60 % (pri moči NEK2 1600 MW). NEK in prenosno omrežje lahko ob tem izpadu obratujeta povsem nemoteno. Izpad 400 kv voda - prikazuje slika 8. To bo pomembna povezava z Italijo in v primeru izpada te povezave prevzameta prenos moči v Italijo 400 kv vod -Redipuglia, ki je v tem primeru obremenjen z 88 %, in 220 kv vod -. Če je moč NEK2 1000 MW pa je 400 kv vod -Redipuglia obremenjen 67 %. Preostali del prenosnega omrežja obratuje nemoteno. Izpad 400 kv voda -Redipuglia prikazuje slika 9. Zaradi bodoče 400 kv povezave -, ta izpad ni več tako kritičen in ob moči NEK2 1000 MW, na prenosno omrežje nima vidnejšega vpliva, ob 1600 MW pa je 400 kv vod - obremenjen z 89 % in 220 kv vod - z 98%.
335 MVA 56 MVA 333 MVA 445 MVA 6 648 MVA 944 MVA 201 MVA Podlog 817 MVA 15 1078 MVA 939 MVA 36 MVA 58 MVA Redipuglia 638 MVA 111 MVA Krško 987 MVA 18 601 MVA 156 MVA Sl. 3: Pretoki moči ob izpadu 2 400 kv voda NEK- 312 MVA 7 194 MVA 417 MVA 53 MVA 87 125 109 MVA Podlog 256 MVA 213 MVA 493 MVA 508 MVA 154 72 MVA 69 MVA Redipuglia 55 492 MVA Krško 148 MVA 117 MVA 66 MVA Sl. 4: Pretoki moči ob izpadu 2 400 kv voda NEK- 216 MVA 79 MVA 338 MVA 257 MVA 37 MVA 813 MVA 1194 MVA 98 MVA Podlog 15 188 MVA 397 MVA 1433 MVA 27 MVA 47 MVA Redipuglia 621 MVA 335 MVA Krško 596 MVA 16 34 112 MVA Sl. 5: Pretoki moči ob izpadu 400 kv voda NEK-
307 MVA 59 MVA 33 405 MVA 38 MVA 849 MVA 1196 MVA 162 MVA Podlog 51 217 MVA 765 MVA 528 MVA 1153 MVA 29 MVA 87 MVA Redipuglia 508 MVA Krško 257 MVA 512 MVA 148 MVA 51 MVA 129 MVA Sl. 6: Pretoki moči ob izpadu 400 kv voda -Melina in enega sistema 400 kv povezave NEK- 301 MVA 73 MVA 267 MVA 399 MVA 38 MVA 766 MVA 1113 MVA 19 Podlog 123 MVA 19 164 MVA 156 35 MVA 55 MVA Redipuglia 601 MVA Krško 489 MVA 296 MVA 163 MVA 362 MVA 111 MVA Sl. 7: Pretoki moči ob izpadu 400 kv voda Podlog- Redipuglia 1144 MVA 259 MVA 13 121 MVA Pehlin 445 MVA 249 MVA 428 MVA 34 MVA 103 MVA Podlog 191 MVA 425 MVA 336 MVA 1126 MVA Melina 77 92 MVA 44 Krško 351 MVA 644 MVA 282 MVA 27 MVA Sl. 8: Pretoki moči ob izpadu 400 kv voda -
307 MVA 77 MVA 298 MVA 397 MVA 3 1159 MVA 1531 MVA 115 MVA Podlog 254 MVA 211 MVA 499 MVA 345 MVA 1313 MVA 24 MVA 56 MVA Redipuglia Krško 426 MVA 59 MVA 312 MVA 154 MVA 184 MVA Sl. 9: Pretoki moči ob izpadu 400 kv voda -Redipuglia Slovensko prenosno omrežje je dimenzionirano tako, da pri maksimalni obremenitvi sistema zadosti sigurnostnemu kriteriju N-1. To pomeni, da bi bila ob izpadih posameznih najpomembnejših elementov prenosnega omrežja zagotovljena ustrezna zanesljivost obratovanja sistema. Ključnega pomena je 400 kv povezava NEK- in povezave s tujino. Nova 400 kv povezava - bo bistveno pripomogla k zanesljivosti na italijanski meji, saj bi brez nje ob izpadu 400 kv voda - Redipuglia verjetno sledil izpad 220 kv voda -. Brez teh povezav pa bi bila zanesljivost slovenskega sistema precej manjša. Pri vseh simuliranih stanjih je zasavski del 100 kv omrežja močno obremenjen, saj odvaja del proizvodnje NEK-a v smeri Ljubljane. IV. ZAKLJUČKI Izgradnja novih objektov v EES-u zahteva analizo zanesljivosti sistema. V vseh simuliranih scenarijih, ki predvidevajo določene izpade, se obratujoči deli omrežja dodatno obremenijo, a nikjer ne prihaja do večjih preobremenitev, ki bi povzročila dodatne izpade vodov in transformatorjev. Slovenski EES torej zadosti sigurnostnemu kriteriju N-1 tudi ob konični obremenitvi. Ob izgradnji dodatnega 1600 MW bloka v NEK-u je ključnega pomena 2 400 kv povezava NEK-, pomembna pa je tudi 400 kv povezava proti Italiji, ki razbremeni obstoječi 400 kv vod -Redipuglia. Opozoriti velja na večjo obremenitev 100 kv omrežja v okolici NEK-a. Študija torej kaže, da bo slovenski EES obratoval zanesljivo ob predvidenih investicijah. Vsekakor pa bi poglobljene analize podala bolj natančne rezultate in predloge o novih investicijah. REFERENCE [1] Načrt razvoja prenosnega omrežja v Republiki Sloveniji od leta 2005-2014, ELES, Ljubljana 2005. [2] Matjaž Podjavoršek, Dograditev novega bloka v NEK, Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana, Junij 2006.