PLANIRANJE RAZVOJA ENERGETSKOG SUSTAVA

Cilj poglavlja

Cilj ovog poglavlja je upoznati se s nekim osnovnim znanjima iz područja planiranja razvoja energetike i elektroenergetskog sustava.

Svrha poglavlja

Nakon završetka ovog poglavlja, trebali biste moći:

1. Razumjeti osnovne pojmove energetskog planiranja
2. Razumjeti osnovne pojmove planiranja elektroenergetskog sustava

Uvod

Zašto uopće planirati, a ne prepustiti tržištu?

• planirati je potrebno i u tržišnom okruženju, da bi se mogle napraviti ekonomske evaluacije projekata

• dovođenje novih kapaciteta na tržište može trajati za električnu energiju i do 5 godina za fosilne kapacitete

Tko treba planirati?

• zemlje trebaju planirati, da bi mogle vidjeti posljedice važećeg zakonodavstva, da bi se izbjegle krize poput one u Kaliforniji 2001

Slika 1 / Slika 2. Potražnja raste (krajnje lijevo), novi se kapaciteti ne grade (NIMBY), stari se zatvaraju jer ne zadovoljavaju sve strože propise (lijevo), neki kapaciteti ne rade zbog toga što su potrošili emisione kvote, proizvodna cijena vrtoglavo raste (desno), a prodajna cijena je zamrznuta. Rezultat - kolaps.

• tvrtke trebaju planirati da bi mogle odabrati najisplatljivije investicije

Na koji horizont treba planirati?

• ovisi o zahtjevima, ali 20-30 godina je bitno za sve veće projekte da bi se dobio kontekst za svaki pojedini projekt

Što treba planirati?

• proizvodne (uvozne) kapacitete za električnu energiju
• transmisione kapacitete za električnu energiju
• proizvodne (uvozne) kapacitete za fosilna goriva
• transportne kapacitete za fosilna goriva
• prerađivačke kapacitete za naftu

Da bi se to moglo potrebno je poznavati:

• potražnju za električnom energijom, i to ne samo ukupnu, nego njenu raspodjelu tijekom godine i dana

• potražnju za primarnim energentima

Da bi se to moglo potrebno je poznavati:

• razvoj svih sektora potrošnje energenata, industrija, kućanstva, usluge, transport, poljoprivreda itd.

Da bi se to moglo potrebno je poznavati:

• očekivanu promjenu GDP
• očekivane demografske promjene

Karakterizacija sadašnjeg stanja

Primarna energija

Demografski scenariji

Kretanje broja stanovnika

• ne ovisi samo o natalitetu i mortalitetu, nego i o neto migraciji, starosti, dobnim skupinama, fertilitetu

• npr., za Hrvatsku, s fertilitetom od 1.1 (dakle malo više od jednog djeteta po ženi tijekom njenog života), desetak tisuća godišnje izbjeglih trbuhom za kruhom više nego pristiglih, te očekivanom trajanjem života od 73 godine, dobije se:

Tablica 1. Demografska kretanja u Hrvatskoj

Godina	broj stanovnika	broj stanovnika	broj stanovnika	broj stanovnika
fertilitet	1.1	1.1	1.9	1.5
neto migracija, stan/god	-10000	0	0	+10000
1990	4.6 mil	4.6 mil	4.6 mil	4.6 mil
2000	4.3 mil	4.3 mil	4.3 mil	4.3 mil
2010	4.0 mil	4.0 mil	4.2 mil	4.4 mil
2020	3.6 mil	3.7 mil	4.1 mil	4.5 mil
2030	3.2 mil	3.2 mil	3.8 mil	4.5 mil
2040	3.7 mil	2.7 mil	3.5 mil	4.6 mil
2050	2.2 mil	2.3 mil	3.4 mil	4.8 mil

Makroekonomski scenariji

Procjena dugoročnog ekonomskog razvoja

• treba procjeniti kretanje realnog rasta GDP u promatranom razdoblju, bilo cijele ekonomije, ili po sektorima

• razvijene zemlje rastu oko 2% godišnje

• emerging markets - tigrovi istočne Azije, Kina, rastu po 6-8% godišnje (izvozno orjentirani razvoj)

• za ostale zemlje u razvoju te tranzicione zemlje može se pretpostaviti dugotrajni rast 0-4%

• uz pretpostavku stagnacije stanovništva, usporedba tri zemlje, Danske (2%), Hrvatske (3%), te Kine (6%), Kina će stići Hrvatsku 2017, a Dansku 2051, dok će Hrvatskoj trebati 150 godina da sustigne Dansku

Zadatak 1. Koliko bi Hrvatskoj trebalo da stigne Dansku kada bi podigla rast GDP-a na 5% godišnje? Koristiti podatke za GDP/stan. (kao proxy) na https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/ ili podatke IMF http://www.imf.org/external/pubs/ft/weo/2011/02/weodata/index.aspx.

Slika 3. Porast GDP-a Hrvatske uz 5% godišnji rast (diplomski Franjo Juretić)

Scenariji finalne potrošnje

Potrebno je procijeniti rast pojedinih sektora, recimo:

• transport, porast broja vozila, pređenih km po vozilu, kamiona, pređenih km po kamionu, željeznički, avionski, riječni, morski prijevoz

• industrija, kretanje potrošnje mazuta, lož ulja, drugih derivata, prirodnog plina, ugljena, električne energije, ostalih energenata, za cijelu industriju, ili po industrijskim sektorima (crna metalurgija, obojena metalurgija, kemijska industrija, prehrambena industrija, industrija papira, drvna industrija, industrija stakla, industrija kože i obuće, tekstilna industrija, elektronska industrija, brodogradnja)

• kućanstva, kretanje potrebe za grijanjem (pratiti povećanje nastanjenog prostora, udjela grijanog prostora, željene temperature), hlađenjem (frižideri, zamrzivači, klima uređaji), kuhanjem, svjetlom, TV, strojevi za pranje, HI-FI, računala, itd.

• usluge (može se podijeliti na obrte i usluge - ove druge se onda mogu pribrojati domaćinstvima, jer su slične po tipovima potrošnje), kretanje potrebe za grijanjem (pratiti povećanje korištenog prostora, udjela grijanog prostora, željene temperature), hlađenjem (frižideri, zamrzivači, klima uređaji), kuhanjem, svjetlom, TV, strojevi za pranje, HI-FI, računala, itd.

• poljoprivreda, šumarstvo, rudarstvo, itd.

Kako to učiniti?

• koristiti statističke podatke za praćenje trendova (Statistika za Hrvatsku je dostupna na stranicama http://www.mingorp.hr/default.aspx?id=117, http://ec.europa.eu/energy/publications/statistics/statistics_en.htm te u publikacijama IEA http://www.iea.org/stats/index.asp , Državnog zavoda za statistiku http://www.dzs.hr/ i EUROSTAT http://epp.eurostat.ec.europa.eu/portal/page/portal/statistics/themes).

• porast pojedinog procesa vezati na porast GDP-a - elasticitet

• elasticitet = 1 -> porast je potpuno koreliran

• elasticitet = 0.5 -> ako GDP raste 1%, promatrani proces raste 0.5%

• usporedba sa drugim zemljama slične situacije -> elasticitet po periodima, prema komparativnom razvoju

• paziti na to da je grijanje jedan fenomen umjerenih i hladnijih klima

• paziti na ograničenja - da ne dođe do nelogičnih rezultata

• koristiti software - Leap, MedPro, ENPEP - ako postoji interes za izradu diplomskog rada?

Slika 4 MARKAL software za energetsko planiranje

Odabir energenata

• neke potrebe mogu se zadovoljiti samo jednim energentom, npr. TV aparat može se pokretati samo električnom energijom

• za neke potrebe i u nekim područjima mogu se koristiti više različitih energenata

• treba uzeti fleksibilnost tržišta, koja ovisi o cijeni investicije prelaska na drugi energent, pri procjeni brzine prebacivanja potrošnje na jeftiniji energent

• treba uzeti u obzir kvalitetu pojedinog energenta, što također utječe na izbor - recimo drvo može biti najjeftiniji energent za grijanje, ali pri rastu životnog standarda potrošači će se ipak odlučiti za neki skuplji; ovisno o visini standarda potrošač će različito cijeniti lakoću rukovanja

• treba uzeti u obzir ukupnu ograničenost energenta na tržištu (recimo kapacitetom plinovoda)

• treba dakle procijeniti eskalaciju cijena svih energenata na tržištu, te uz gornja ograničenja

Slika 5. Potrebna dobava prirodnog plina u razdoblju 2014.-2019.godina na tržištu RH

[Izvor: https://mingor.gov.hr/UserDocsImages/UPRAVA%20ZA%20ENERGETIKU/Energija_u_Hrvatskoj/Energija_u_Hrvatskoj_2019-2.pdf]

Bilance finalne potrošnje

• za svaki energent treba napraviti bilance finalne potrošnje - ukupna količina potrošnje pojedinog energenta ne smije prelaziti ukupnu ponuđenu na tržištu; bilance moraju držati vodu kada se zbrajaju po sektorima

Tablica 2. Predviđena potrošnja električne energije u Hrvatskoj (diplomski Franjo Juretić prema podacima iz Nacionalnih programa) - uočljivo je značajno pretjerivanje što se broja stanovnika tiče

	Predviđena potrošnja električne energije u Hrvatskoj
	TWh
Gospodarski sektor	2000	2005	2010	2015	2020	2025	2030
Poljoprivreda	0.09	0.10	0.12	0.15	0.18	0.23	0.26
Graditeljstvo	0.11	0.16	0.21	0.28	0.35	0.45	0.52
Industrija	4.08	5.28	6.69	7.95	9.01	9.64	10.32
Promet	0.42	0.48	0.58	0.69	0.79	0.90	0.97
Kućanstva	5.62	6.18	6.52	6.97	7.43	7.97	8.37
Usluge	3.02	3.97	4.97	5.90	6.82	7.98	8.98
Neposredna potrošnja	13.34	16.16	19.10	21.93	24.59	27.16	29.42
Energetika	1.00	1.26	1.47	1.67	1.92	2.23	2.23
Gubici	2.25	2.48	2.65	2.76	2.52	2.22	2.14
Ukupna potrošnja	16.60	19.91	23.21	26.37	29.03	31.61	33.79
Porast potrošnje		3.1%	2.7%	2.3%	1.8%	1.6%	1.3%
Stanovnici	4777000	4823000	4838000	4842000	4857000	4870000	4870000
GDP/stan. $	4794	6250	7971	10056	12664	15741	19618
kWh/stan.	3474	4128	4797	5445	5975	6491	6938
Vlastita potrošnja HEP	0.60	0.71	0.81	0.92	1.01	1.11	1.11
Kogeneracija	0.99	1.45	2.04	2.47	2.81	2.79	3.04
HEP	15.01	17.75	20.36	22.98	25.20	27.71	29.64

Slika 6. Modeliranje EU referentnog scenarija 2016.

[Izvor:ISBN 978-92-79-52374-8 doi: 10.2833/001137, https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/ref2016_report_final-web.pdf]

Slika 7. Krajnja potrošnja energije u EU prema gorivu i sektoru

[Izvor: ISBN 978-92-79-52374-8 doi: 10.2833/001137, https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/ref2016_report_final-web.pdf]

Slika 8. Ključne pretpostavke za EU referentni scenarij 2016.

[Izvor: ISBN 978-92-79-52374-8 doi: 10.2833/001137, https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/ref2016_report_final-web.pdf]

Slika 9. Ključne pretpostavke za Republiku Hrvatsku u EU referentnom scenariju 2016.

[Izvor:ISBN 978-92-79-52374-8 doi: 10.2833/001137, https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/ref2016_report_final-web.pdf]

Slika 10. Sažeti prikaz energetskih bilanci i indikatora za Republiku Hrvatsku - A

[Izvor:ISBN 978-92-79-52374-8 doi: 10.2833/001137, https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/ref2016_report_final-web.pdf]

Slika 11. Sažeti prikaz energetskih bilanci i indikatora za Republiku Hrvatsku - B

[Izvor:ISBN 978-92-79-52374-8 doi: 10.2833/001137, https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/documents/ref2016_report_final-web.pdf]

Planiranje elektroenergetskog sustava

Vertikalno integrirani sustav

Potrošnja električne energije

• u prethodnom dijelu napravljena su predviđanja potrebe za električnom energijom - nije dovoljno imati sumarne podatke za promjenu godišnje potrošnje u promatranom periodu, nego je potrebno imati očekivanu potrošnju za svaki trenutak u promatranom razdoblju (dakle 20-30 godina)
• potrebno je znati godišnje vršno opterećenje (tj. najveće satno opterećenje tijekom cijele godine), vršno opterećenje za svaki mjesec tijekom promatranog razdoblja, te LDC krivulje za svaki mjesec tijekom promatranog razdoblja (LDC krivulje daju raspored opterećenja tijekom mjeseca)

Slika 12. Dijagram vršnog opterećenja EES-a Hrvatske uz 5% godišnji rast (diplomski Franjo Juretić) Slika 13. Dijagram opterećenja EES-a Hrvatske za svaku treću srijedu u mjesecu u 2007.(Izvor:ENTSO-E) Dnevni dijagrami opterećenja hrvatskog elektroenergetskog sustava mogu se vidjeti na stranici http://ops.hep.hr/ops/hees/dnevni.aspx. U dijagramu se mogu vidjeti odstupanja od planiranog i ostvarenog opterećenja. Slika 14. Satni dijagram opterećenja EES-a Hrvatske za 2007.(Izvor:ENTSO-E) Slika 15. Nesređeni - sređeni dijagram opterećenja. Da bi se moglo odrediti kako će se i kojim elektranama pokriti konzum električne energije potrebno je poznavati LDC-krivulje (sređene dijagrame opterećenja). Ove krivulje govore o tome koliko se sati javlja određeno opterećenje unutar jednog mjeseca. Krivulje su dobivene sređivanjem satnih opterećenja EES po veličini, na bazi rezultata mjerenja satne potrošnje tijekom mjeseca u višegodišnjem razdoblju. Za hrvatski elektroenergetski sustav predviđa se u budućnosti još dodatno izravnavanje ovih krivulja zbog aktivnijih mjera upravljanja potrošnjom. (diplomski Franjo Juretić)

Postojeće stanje proizvodnih kapaciteta Treba poznavati postojeće kapacitete za proizvodnju električne energije vrijeme izlaska iz pogona pojedinih elektrana dijapazon opterećenja svake elektrane na kojem može raditi efikasnost svake elektrane remontno vrijeme svake elektrane cijene održavanja svake elektrane Shema postojećeg elektroenergetskog sustava hrvatske može se pogledati na http://ops.hep.hr/ops/hees/postojeci.aspx.

Tablica 3. Instalirani kapaciteti, podaci prema HEP-u, https://www.hep.hr/proizvodnja/ HIDROELEKTRANE RASPOLOŽIVA SNAGA (MW) PROSJEČNA PROIZVODNJA GWh TIP ELEKTRANE PP HE SJEVER HE VARAŽDIN 86,5 447 PROTOČNA HE ČAKOVEC 82 349 PROTOČNA HE DUBRAVA 82,4 349 PROTOČNA PP HE ZAPAD HE RIJEKA 36,8 87 PROTOČNA HE VINODOL 94,5 139 AKUMULACIJSKA CHE FUŽINE 4,6/-4,8 4,7 AKUMULACIJSKA RHE LEPENICA 1,14/-1,25 0,5 AKUMULACIJSKA HE ZELENI VIR 1,7 7,7 PROTOČNA HE SENJ 216 972 AKUMULACIJSKA HE SKLOPE 22,5 85 AKUMULACIJSKA HE GOJAK 48 191 PROTOČNA HE LEŠĆE 42,3 31 AKUMULACIJSKA HE OZALJ 1 I 2 5,5 23 PROTOČNA PP HE JUG RHE VELEBIT 276/-240 357 AKUMULACIJSKA HE MILJACKA 24 122 PROTOČNA MHE KRČIĆ 0,375 2 PROTOČNA HE GOLUBIĆ 7,5 21 PROTOČNA HE JARUGA 7,2 28 PROTOČNA HE PERUĆA 41,6 120 AKUMULACIJSKA HE ORLOVAC 237 360 AKUMULACIJSKA CS BUŠKO BLATO 11,3/-10,3 1,65/3,5 AKUMULACIJSKA HE ĐALE 40,8 128 AKUMULACIJSKA HE ZAKUČAC 578 1441 AKUMULACIJSKA MHE PRANČEVIĆI 0,220 1,15 AKUMULACIJSKA HE KRALJEVAC 46,8 55 AKUMULACIJSKA HE DUBROVNIK HE ZAVRELJE 2 4 PROTOČNA

TERMOELEKTRANE	RASPOLOŽIVA SNAGA (MW)	GORIVO
TERMOELEKTRANE
TE PLOMIN	335	UGLJEN
TE RIJEKA	320	LOŽIVO ULJE
KTE JERTOVEC	76	PRIRODNI PLIN, EKSTRALAKO ULJE
TERMOELEKTRANE - TOPLANE
TE-TO ZAGREB	312(el)/400(t)	PRIRODNI PLIN, LOŽIVO ULJE
EL-TO ZAGREB	90(el)/184(t)	PRIRODNI PLIN, LOŽIVO ULJE
TE-TO OSIJEK	90(el)/124(t)	PRIRODNI PLIN, LOŽIVO ULJE, EKSTRALAKO ULJE
TE-TO OSIJEK	396	PRIRODNI PLIN, LOŽIVO ULJE

|}

Tablica 4. Godine izlaska iz pogona postojećih termoelektrana

Elektrana	Godina izlaska iz pogona
TE Plomin 1	2015
EL-TO Zagreb blok 2	2010
TE Rijeka	2015
TE-TO Zagreb blok 3	2010
TE-TO Osijek	2015
TE Sisak 1	2010
TE Sisak 2	2014
PTE Osijek	2011
PTE Jertovec	2012
TE-TO Zagreb blok 1	2009

Kandidati za izgradnju treba znati dostupna goriva, te potencijalne lokacije treba procijeniti optimalne veličine blokova za izgradnju treba na temelju tržišnih informacija procijeniti cijenu investicije, održavanja, efikasnosti, remontnog vremena za svaki od potencijalnih elektrana dobro je uzeti u obzir različite veličine blokova, recimo CC blokove 100 MW, 200 MW i 300 MW, elektrane na ugljen od 300 MW i 500 MW, nuklearke od 600 MW i 1000 MW, itd. treba uzeti u obzir one elektrane koje će se eventualno graditi zbog posebnih razloga, poput hidroelektrana, vjetroelektrana, kogeneracija - usporedbom cijene električne energije te se elektrane vjerojatno ne bi gradile, ali često postoje drugi razlozi zašto je društveno isplatljivo ih graditi treba uzeti u obzir cijenu električne energije iz uvoza

Slika 16. Mapa potencijalnih lokacija za elektrane na ugljen. (diplomski Franjo Juretić)

Slika 17. Mapa potencijalnih lokacija za elektrane na plin. (diplomski Franjo Juretić)

Slika 18. Mapa potencijalnih lokacija za nuklearne elektrane. (diplomski Franjo Juretić)

Sigurnosni uvjeti - rezerve snage da bi se izbjeglo iskakanje EES-a potrebno je imati jednu količinu rezervnih kapaciteta u mreži obično se zahtjeva da je moguće pokriti vršno opterećenje i kada su dvije najveće jedinice izvan pogona, tzv. uvjet N-2 može se zadati kao uvjet da je vršno opterećenje moguće pokriti s najvećom jedinicom izvan pogona, tzv. N-1 uvjet - prilično slaba kvaliteta opskrbe, jer kada je ta najveća jedinica u remontu nema nikakve rezerve za veće elektroenergetske sustave obično se postavlja uvjet rezervne snage od barem 15% (uvijek pa i u trenutku remonta najveće jedinice) - taj zahtjev nema smisla ako je 15% veće nego dvije najveće jedinice (Litva, gdje je svaki blok nuklearke 50% EES-a - Litva mora imati rezervu od 100% snage) za pokrivanje čitavog spektra treba uvijek poštovati oba uvjeta, N-2 i 15% dodatno treba voditi računa o geografskoj raspodjeli proizvodnih ili uvoznih kapaciteta, tako da u slučaju pada jednog dijela mreže, raspad bude lokaliziran na najmanjem mogućem prostoru - izvore treba jednoliko raspodijeliti koliko je to moguće, te ih staviti barem na dva dalekovoda

Optimizacija na temelju predviđene potrošnje, postojećih te potencijalnih kapaciteta za proizvodnju električne energije, radi se minimizacija cijene električne energije u sustavu za promatrani period predviđa se gradnja onih kapaciteta koji su potrebni da bi zadovoljili potražnju snage + potrebnu rezervu, s minimalnom cijenom električne energije minimizacija će automatski dati i korištenje starih kapaciteta, te uvoza o gradnji novog kapaciteta odlučuje se prema ukupnoj cijeni električne energije tijekom čitavog vijeka kada je već elektrana izgrađena, redoslijed uključivanja elektrana, za pokrivanje opterećenja, određuje se prema varijabilnom trošku, trenutno je to u Hrvatskoj - voda, ugljen, uvoz, plin, nafta kako vode obično nema dovoljno za rad u baznom režimu, onda se dodatno optimiraju vodni potencijali - voda se koristi u vršnom režimu, iako je najjeftinija, prema godišnjoj minimizaciji cijene električne energije u cijelom EES-u dakle, u Hrvatskoj će ugljen + uvoz trenutno pokrivati bazno opterećenje, a voda i eventualno koliko treba plin i mazut pokrivati vršna opterećenja situacija bi bila drugačija kada bi cijena nafte pala ispod 15 USD/barelu jer bi tada mazut mogao ići u baznom opterećenju optimizacija se može raditi npr. pomoću programa ENPEP (modula Electricity) Slika 19. Gradnja elektrana u Hrvatskoj prema scenariju Hrvoja Požara. (diplomski Franjo Juretić) Slika 20. Gradnja elektrane prema scenariju sada i uskoro vjerojatno dostupne količine plina (ruski + talijanski). (diplomski Franjo Juretić) Slika 21. Gradnja elektrane prema scenariju skupog plina (koji snosi troškove izgradnje mreže plinovoda). (diplomski Franjo Juretić) Slika 22. Gradnja elektrana prema uvjetu minimizacije stakleničkih emisija i Kyoto Protokola. (diplomski Franjo Juretić) Zadatak 2. Napravite grubi proračun za EES vršnog opterećenja od 10 MW, s rastom od 8%, instaliranih 4 Diesel bloka od 2 MW, 4 bloka od 1 MW, 3 bloka od 500 kW i 12 blokova od 250 kW, te 900 kW vjetroelektrana, dinamike gradnje da bi se zadovoljila potrebna rezerva (N-2 i 15%). Vodite se time da je jeftinija električna energija iz većih blokova, ali vam veći blokovi povećavaju rezervu, a nju treba minimizirati. Uputa: vjetroelektrane se uzimaju samo sa 4% snage kao rezerva.

Otočni režim