กำลังผลิตติดตั้งสูงสุดที่เหมาะสมของโรงไฟฟ้าพลังงานลมและโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ของประเทศไทย

Abstract

ในแผนพัฒนากำลังผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย ปี พ.ศ. 2558-2579 (PDP2015) กำหนดให้มีกำลังผลิตจากโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ และโรงไฟฟ้าพลังงานลมรวม 9,000 เมกะวัตต์ ภายในปี พ.ศ. 2579 ถึงแม้พลังงานไฟฟ้าที่ได้จากโรงไฟฟ้าประเภทนี้เป็นพลังงานไฟฟ้าสะอาดที่ไม่ปล่อยมลภาวะสู่สิ่งแวดล้อม แต่กำลังผลิตที่ได้จากโรงไฟฟ้าพลังงานหมุนเวียนทั้งสองประเภทมีความไม่แน่นอนขึ้นอยู่กับปริมาณแสงแดดและลมด้วยสาเหตุของความไม่แน่นอนของกำลังผลิตและการกำหนดปริมาณกำลังผลิตตามแผน จึงมีความจำเป็นที่ต้องหาปริมาณกำลังผลิตติดตั้งสูงสุดของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และโรงไฟฟ้าพลังงานลมที่ ระบบไฟฟ้าของประเทศไทยสามารถรองรับได้ เพื่อใช้กำหนดแนวทางและหามาตรการที่เหมาะสมในการเพิ่มศักยภาพระบบไฟฟ้าในอนาคต ในโครงการวิจัยนี้ทำการศึกษาเพื่อหาปริมาณกำลังผลิตติดตั้งสูงสุดของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และโรงไฟฟ้าพลังงานลมโดยพิจารณาผลกระทบด้าน 2 ด้าน คือ ผลกระทบจากการเบี่ยงเบนของความถี่และผลกระทบต่อกำลังผลิตไฟฟ้าสำรอง การศึกษาผลกระทบต่อการเบี่ยงเบนความถี่ของระบบไฟฟ้ากำลังจากความไม่แน่นอนของแสงแดดและลม ได้ดำเนินการศึกษาผ่านแบบจำลองการตอบสนองความถี่ของระบบไฟฟ้ากำลังของประเทศไทยที่พัฒนาขึ้นโดยใช้ข้อมูลกำลังการผลิตจริงของโรงไฟฟ้าตัวอย่างในปัจจุบัน และโรงไฟฟ้าที่จะติดตั้งเพิ่มในอนาคตตามแผน PDP2015 ซึ่งประกอบไปด้วย จำนวนและกำลังผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าชนิดต่างๆ รวมทั้งข้อมูลพารามิเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งได้แก่ ค่าคงตัวเวลาของกัลเวอร์เนอร์ ค่าคงที่ การปรับความเร็วกัลเวอร์เนอร์ ค่าคงตัวเวลาของเทอร์ไบน์ ค่าคงตัวความเฉื่อยของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เป็นต้น จากนั้นจึงจำลองการเบี่ยงเบนความถี่ของระบบไฟฟ้ากำลังของประเทศไทยที่เกิดจากการเพิ่มสัดส่วนกำลังผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ และโรงไฟฟ้าพลังงานลมที่เชื่อมต่อเข้ากับระบบตามแผน PDP2015 พร้อมทั้งทำการประเมินกำลังผลิตติดตั้งสูงสุดที่เหมาะสมสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และโรงไฟฟ้าพลังงานลมและการประยุกต์ใช้ระบบกักเก็บพลังงานเพื่อลดผลกระทบต่อการเบี่ยงเบนความถี่ของระบบ ผลการศึกษาพบว่าการเบี่ยงเบนกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ มีค่าสูงระหว่างเวลา 10.00 – 14.00 น. ซึ่งอาจมีค่าสูงถึงร้อยละ 80 แต่เมื่อพิจารณาการกระจายตัวของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ตัวอย่างจะทำให้การเบี่ยงเบนกำลังผลิตสูงสุดลดลงเป็นร้อยละ 57 สำหรับการเบี่ยงเบนกำลังผลิตของโรงไฟฟ้าพลังงานลมเกิดขึ้นตลอดเวลาไม่มีรูปแบบที่ชัดเจน ค่าเบี่ยงเบนกำลังผลิตสูงสุดสำหรับโรงไฟฟ้าจะมีค่ามากกว่าร้อยละ 80 ของกำลังผลิตติดตั้ง ผลการประเมินกำลังผลิตพึ่งได้ของโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และโรงไฟฟ้าพลังงานลมที่พิจารณาในช่วงเวลา 14.00-15.00 น.คิดเป็นร้อยละ 32 และ 0 ของกำลังผลิตติดตั้งสำหรับกำลังผลิตติดตั้งสูงสุดที่เหมาะสมเมื่อพิจารณาผลกระทบต่อการเบี่ยงเบนความถี่ของระบบสำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และโรงไฟฟ้าพลังงานลมคิดเป็นร้อยละ 11 และ 4 ของความต้องการไฟฟ้าสูงสุด ตามลำดับ ในส่วนของการจำลองความถี่เบี่ยงเบนของระบบโดยพิจารณาจากกำลังผลิตติดตั้งของโรงไฟฟ้าทั้งสองประเภทที่จะเชื่อมต่อเข้ามาในระบบตามแผน PDP2015 พบว่า ระบบไฟฟ้ากำลังยังคงสามารถรักษาเสถียรภาพด้านความถี่ ไว้ได้ภายใต้เงื่อนไขการจัดสรรกำลังผลิตสำรองขั้นต้นที่เพียงพอ ท้ายที่สุดแนวทางและมาตรการที่เหมาะสมในการเพิ่มศักยภาพระบบไฟฟ้าในอนาคตได้แก่ การจัดสรรกำลังผลิตสำรองขั้นต้นให้เพียงพอและเหมาะสมกับสถานการณ์ การกำหนดพื้นที่ติดตั้งโรงไฟฟ้าทั้งสองประเภทให้เหมาะสมเพื่อลดการเบี่ยงเบนกำลังผลิต การประยุกต์ใช้ระบบกักเก็บพลังงานเพื่อควบคุมคุณภาพไฟฟ้า วางแผนระบบสายส่งและระบบจำหน่ายสำหรับระบบในอนาคต และการพัฒนาระบบสารสนเทศเพื่อบริหารจัดการโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์และโรงไฟฟ้าพลังงานลมสำหรับการจัดการฐานมูลแบบเวลาจริง

In Power Development Plan 2015 (PDP2015), Thailand has increased the target capacity of Solar and Wind generation to 9,000 MW in 2036. Although these types of renewable energy are clean for environment that has intermittent nature. Accordingly, it may be useful for policy maker and electric utilities to know the maximum capacity of solar and wind generation that Thailand power system can obtain. This information may be useful for finding appropriate measure to alleviate the impact of intermittent nature in future. This research is to determine the maximum installed generation capacity of solar and wind generation in Thailand by considering on the effect of frequency deviation and reserve margin. To study the frequency deviation for the intermittent of solar and wind, the frequency response model is developed with representatives of actual generation capacity and predicted generation capacity according to PDP2015, which are amounts and installed generation capacities of different power plants. In addition, the generation parameters such as governor time constant, governor speed regulation, turbine time constant and generation inertia constant etc. are input to the simulation model. After that, frequency deviations are simulated with the incremental of installed generation capacity of solar and wind related to PDP2015 and the maximum installed generation capacities of solar and wind generation are evaluated. Furthermore, the utilization of energy storage to mitigate the frequency deviation is proposed. The result reveals that the generation capacity deviation of solar generation is the maximum value during 10.00 – 14.00 upto 80% of installed generation capacity. When representative of solar generation are distributed, the deviation reduces to 57%. In case of wind generation, the deviation occurs continuously without the uncertainty pattern with maximum deviation higher than 80% of installed generation capacity. Moreover, the dependable capacity of solar and wind generation during 14.00-15.00 is 32% and 0% of installed generation capacity. Maximum installed generation capacity of solar and wind generation focused on the frequency deviation is 11% and 4% of maximum demand, respectively. In part of frequency deviation simulation by considering installed generation capacity of solar and wind generation from PDP 2015, it found that the power system can stabilize the frequency response under management of the appropriate operating reserve. Finally, the recommendations and standard measures for over maximum installed generation capacity of solar and wind generation to enhance system ability are operating reserve management for specific condition, optimal location of power plant to reduce power generating deviation, the application of energy storage to control power quality, transmission and distribution planning for future power system and the management information system of solar and wind generation for real time database management.