PowerPoint Presentation

Транскрипт

1 ELECTRICITY DEMAND AND SUPPLY Prof. dr Nikola Rajaković School of Electrical Engineering, FSDEWES, Beograd, Serbia

2 Stanje energetike u regionu Jaka zastupljenost uglja (energetika bazirana na fosilnim gorivima) Nizak nivo energetske efikasnosti Akutni ekološki problemi (klimatske promene) Stara infrastruktura Promene na strani potrošnje...

3 Dekarbonizacija: ključni cilj energetske tranzicije u regionu Jača zastupljenost obnovljivih Viša energetska efikasnost E-mobility Hibridna modularna rešenja (mikromreže,...) Uvođenje tehnologija pametnih mreža Povećano učešće električnog grejanja...

4 Promene na strani potrošnje Pored klasične potrošnje (domaćinstva, komercijalni sektor, industrija,...) aktualizuju se dodatni sektori: ELEKTRIČNI TRANSPORT ELEKTRIČNO GREJANJE (toplotne pumpe,...) Tehnologije bitcoin tipa...

5 Promene na strani proizvodnje Obnovljivi izvori kao velike elektrane (vetroelektrane, solarne elektrane, elektrane na biomasu,...) Obnovljivi izvori kao distribuirano generisanje (solarni paneli, male hidroelektrane, male vetroelektrane, male elektrane na biomasu i biogas, mikrogenerisanje, geotermalne elektrane,...): potreba za virtuelnom elektranom Solarna i vetroelektrana na istoj lokaciji sa skladištenjem energije Mikromreže

6 Promene u osnovnom konceptu elektroenergetike Klasičan koncept: proizvodnja mora da prati sve zahteve potrošnje (NJENO VELIČANSTVO POTROŠNJA!) Varijabilnost proizvodnje iz obnovljivih izvora moguće je rešavati ili izgradnjom skladišta energije ili prilagođavanjem potrošnje varijabilnoj proizvodnji PARADIGMA SHIFT: Potrošnja prati proizvodnju (Smart Grids i Internet of Things) V2G Vehicles to Grid (baterije električnih automobila kao izvori snage u sistemu u posebnim okolnostima)

7 Modelovanje potrošnje Zavisnost potrošnje od napona i frekvencije Eksponencijalni i polinomijalni model Model konstantne impedanse, struje i snage kao granični slučajevi (koef. promene akt. snage sa naponom je 2, 1 i 0, respektivno Dinamičko modelovanje Modelovanje novih uređaja

8 Modelovanje potrošnje po pojedinačnim uređajima - 1 Termički uređaji (koef. je blizak 2) Osvetljenje (aktivna snaga: flourescentne sijalice koef. blizak 1, LED osvetljenje koef. oko 1,3 i inkadescentne oko 1,55; reaktivna snaga: flourescentne sijalice koef. blizak 0,6 i LED osvetljenje koef. oko 2) Energetska elektronika: akt. snaga - koef. blizak 0,2 (ekrani sa tečnim kristalom,...), dok je reakt. snaga upravljiva Indukcioni motori sa modelom konstantne snage imaju koef. promene akt. snage sa naponom blizak 0, a reakt. osetno veći (do 4,5)

9 Modelovanje potrošnje po pojedinačnim uređajima - 2 Upravljivi elektromotorni pogoni imaju koef. promene akt. snage sa naponom blizak 0, a reakt. najčešće negativan (do - 3,9), pa do pozitivnih vrednosti od oko 0,35 Punjači baterija električnih automobila imaju koef. promene akt. snage sa naponom od -2 pa do 1,08, a reakt. od negativnog -2, pa do pozitivnih vrednosti od 2 i preko 2.

10 Modelovanje potrošnje po agregiranom konceptu -1 Agregiranje podrazumeva uvođenje kategorija potrošnje: 1. Domaćinstva 2. Komercijalna potrošnja 3. Industrija 4. Složena (miks) kategorija

11 Modelovanje potrošnje po agregiranom konceptu Domaćinstva imaju koef. promene akt. snage sa naponom oko 1,55, a reakt. osetno veći (do 4,9) - prema merenjima u Nišu na TS 110/10 kv Napomena: razlike postoje za el. i neel. grejanje kao i za sezonu (zima/leto) 2. Komercijalna potrošnja ima širok raspon koef. promene akt. snage sa naponom od 0,5 do 1,3, a reakt. osetno veći (od 2,4 do 3,5) Napomena: mora se poznavati struktura (udeli) potrošnje ili merenja!

12 Modelovanje potrošnje po agregiranom konceptu Industrija ima koef. promene akt. snage sa naponom od 0,8 do 1,2, a reakt. od 3,3 do 3,9 Napomena: velike razlike u zavisnosti od tipa industrijske proizvodnje 4. Složena potrošnja podrazumeva poznavanje udela domaćinstava i komercijalne potrošnje (eventualno i industrije) u ukupnom miksu Napomena: bitcoin potrošnja kao potrošnja komercijalnog (kancelarijskog) tipa ima karakteristike visokog faktora korišćenja kapaciteta i mora se meriti da bi se identifikovali koef. promene akt. i reakt. snage sa naponom

13 Blockchain aplikacije u energetici Mnogo učesnika dele ažurirane informacije (nema potrebe za centralnim registrom) Informacije se verifikuju i svi učesnici ih kao ažurirane imaju na raspolaganju Interakcije su sa vremenskim pečatom i međusobno uslovljene Decentralizacija marketa!

14 Primena blockchain tehnologija u energetici Numerous open questions Princip rada More research is needed (simulations + measurements) Optimal solutions are site and size specific Korisnik pokrene zahtev za transakciju Transakcija dolazi do P2P mreže koja se sastoji od čvorova Provera Provera transakcije i korisnika korišćenjem poznatih algoritama Verifikovana transakcija može da sadrži kriptovalute, ugovore i druge informacije Transakcija je završena Novi blok dodat je u postojeći, tako da je trajan i nepromenljiv Nakon verifikacije, transakcija u kombinaciji sa ostalim transakcijama stvara blok podataka za blokchain

15 Karakteristike blockchain primena u energetici Nema potrebe za trećom stranom Novi sistemi naplate na punionicama Posledica: brža dekarbonizacija Smanjenje troškova i dupliciranja podataka

16 Autonomne punionice - prosumers Koncept autonomne punionice(1): solarni paneli + skladištenje energije Koncept autonomne punionice (2): solarni paneli + vetroturbine + skladištenje energije Komplementarni profili proizvodnje (solarno generisanje je maksimalno sredinom dana, dok vetroproizvodnja raste u večernjim satima) Za slučaj da je punionica vezana na mrežu tada se može smanjiti kapacitet poveznog voda zbog nejednovremenih vrhova proizvodnje solara i vetra

17 Complementary generation profile

18 El. vozila i balansiranje mreže Balansiranje je održavanje ravnoteže između proizvodnje i potrošnje Jak (agregirani) uticaj na potrošnju može se očekivati samo sa velikim brojem vozila Broj vozila koja se jednovremeno pune zavisi od: sata unutar dana, tipa dana, meteoroloških prilika,... Vehicle to Grid (V2G) očekivane primene treba da uvaže stanje napunjenosti baterija da bi se procenio iznos snage (energije) koja se može vratiti u mrežu

19 Baterije za el. vozila Cene su za litijum jonske baterije pale sa 1000 $/kwh (2010.) na 300 u (mart mogu se naći za 150 $/kwh), očekivanja za su oko 100 $/kwh Tipičan energetski kapacitet baterije za el. vozilo je 50 kwh (cca 18 kwh je potrebno za 100 km za TESLU S). Cena ovih 50 kwh je oko $ Gustina energije u baterijama Wh/kg (najviše 350). To znači da su 50 kwh baterije teške oko 250 kg (težina baterija je ograničenje za avione i teške kamione)

20 Punjenje baterija Tipična baterija od 50 kwh može se na kućnoj (monofaznoj) utičnici sa punjačem od 3,5 kw napuniti za cca 14 h; trofazno sa punjačem od 7 kw za 7 h Danas su raspoloživi punjači od 22, 50, 120, 250,... kw. U najavi je punjač od 700 kw! (ovi super punjači već za 5 min omogućavaju dodatnih 120 km) Ali: baterija ima ograničenja na brzinu punjenja (dodatno zagrevanje, degradacija ćelija, skraćenje životnog veka,...)

21 Istraživačke teme u primeni baterija i infrastrukture Grupe punjača sa 150 kw (i više) moraju se inteligentno angažovati sa aspekta mreže Unapređenje baterija sa aspekta brzog punjenja (termički aspekti,...) Razvoj i primena platformi (softvera) i hardvera za optimizaciju punjenja Razvoj i primena platformi (softvera) i hardvera za autonomna vozila Razvoj i primena platformi (softvera) i hardvera za naplatu punjenja

22 Cena vožnje el.vozila Cena vožnje na 100 km: cca 180 Wh/km, dakle 18 kwh na 100 km (veći el. auto). Za cene u Srbiji (plava zona sa 1/3 potrošnje u nižoj tarifi) od 8,5 din/kwh dobija se 150 din za 100 km Cena vožnje dizel auta u Srbiji je oko 1000 din na 100 km. S druge strane za benzin sa donjom toplotnom moći od 43,9 MJ/kg i gustinom od 730 g/l i potrošnjom od 6 l na 100 km dobija se da je potrebno 53,4 kwh na 100 km (3 puta neefikasniji)

23 Eksploatacija baterija Proizvođači već sada daju 8 godina garanciju (ili km) Cirkularna ekonomija životni vek baterija Ograničenost kobalta i litijuma

24 Energetska efikasnost el.vozila En. eff. el. vozila je oko 70% i u poređenju sa vozilima sa SUS motorom je gotovo 3 puta bolja Međutim, koliko el. vozila smanjuju emisije CO2 zavisi od toga koliko je za el. energiju za punjenje baterije bilo emitovano gco2/kwh. U proizvodnji baterija i vozila emituje se CO2 koji se mora uračunati u ukupni bilans

25 Emisija CO2 Poređenje emisija dizel auta i električnog auta (Mercedes C220 i TESLA 3 model) Krajnji rezultat je da Mercedes S220 emituje 221 gco po km, a TESLA 3 83 gco2 po km (2.66 puta emituje više dizel auto) Ovo je detaljan odgovor na pogrešan proračun i prezentovan je od strane Auke Hoekstra, Eindhoven Tech. Un. Razlozi: unapređenja u tehnologijama proizvodnje baterija i budući energetski miks

26 Procena:puna elektrifikacija transporta Polazne pretpostavke: 2 mil (putničkih) vozila u Srbiji koja prelaze godišnje oko km. Ako je potrebno 200 Wh/km to sledi da je dodatna potrošnja el. energije u Srbiji oko 4 TWh (oko 15% sadašnje ukupne potrošnje) Ako se sva vozila jednovremeno pune snagom najmanjih punjača od 3,5 kw tada je vršna jednovremena potrebna snaga za punjenje baterija 7000 MW!!! Buduće potrebe za energijom u el. vozilima obezbediti iz niskougljeničnih izvora

27 Zaključak Energetska tranzicija - u osnovi je dekarbonizacija sa puno aspekata Brze i gotovo dramatične promene na strani i potrošnje i proizvodnje Tehnologije za široku primenu električnih vozila i toplotnih pumpi su raspoložive Elektroenergetska mreža može uz modifikacije da odgovori ovim zahtevima Digitalizacija sektora sa pametnom infrastrukturom otvara i poslovne ali i istraživačke mogućnosti