Microsoft PowerPoint - Skupstina_ZVN-PGE-HAZU_ ppt [Compatibility Mode]

Транскрипт

1 Napredne mreže novi koncepti prijenosa i distribucije električne energije Prof.dr.sc. Igor Kuzle Sveučilište u Zagrebu Fakultet elektrotehnike i računarstva III. REDOVITA SKUPŠTINA ZNANSTVENOGA VIJEĆA ZA NAFTNO PLINSKO GOSPODARSTVO I ENERGETIKU Zagreb,

2 Najvažnije promijene Povećanje fleksibilnosti EES-a 2

3 Uzroci promjena u EES u 3

4 Izazovi povezani s EES om Potrošnja električne energije konstantno se povećava (porast stanovništva, životni standard, dominacija prema ostalim oblicima energije i sl.). Međunarodna agencija za energiju do g. više od 30 gradova većih od 10 milijuna stanovnika digitalna ekonomija: podatkovni centri će g. u SAD u trošiti oko 20% električne energije globalna potrošnja električne energije će se utrostručiti do g. Starenje elektroenergetske infrastrukture kvarovi raspadi Zahtjevi za energetskom učinkovitosti OIE, električna vozila, spremnici energije itd. 4

5 Europska energetska strategija Ciljevi za 2020 i 2030 EU najveći uvoznik energije na svijetu 5

6 EES se mijenja The Stone Age did not end for lack of stone, and the Oil Age will end long before the world runs out of oil Ahmed Zaki Yamani (Organization of the Petroleum Exporting Countries) U ukupnoj proizvodnji električne energije u svijetu u godini: VE 4% i SE 4 % 6

7

8

9 Instalacija solarnih elektrana po zemljama

10 FN u Japanu

11 Pomrčina sunca Njemačka Europa 26 GW 17 GW 12 GW 9:00 9:30 10:00 10:30 11:00 11:30 12:00 11

12 Primjer utjecaja SE na EES 12

13 Više OIE raste potreba za dodatnom fleksibilnosti u sustavu: veća varijabilnost i nepredvidivost u sustavu, veći skokovi u neto opterećenju, kraći trajanje vršnog opterećenja, niže bazno opterećenje, veći zahtjevi za fleksibilnosti (rampingom), rezervom opada broj fleksibilnih (upravljivih) jedinica cijena fleksibilnosti raste! Nepredvidivost Varijabilnost

14 Fleksibilnost pojam Fleksibilnost sustava: tehnička: sposobnost EES a da dovoljno brzo i na odgovarajući način odgovori na nagle promjene u proizvodnji i potrošnji u sustavu; tržišna: sposobnost TEE da na odgovarajućoj vremenskoj skali omogući trgovanje EE kako bi se izbjegle neravnoteže. Fleksibilnost korisnika mreže: sposobnost pravovremene i dovoljno brze promjene radne točke postrojenja korisnika mreže; kao odgovor na vanjski signal: tržišni ili mrežni; bez stvaranja značajnijih dodatnih troškova korisnika. 14

15 Pružatelji fleksibilnosti Prema smjeru snage i tehnologiji 15

16 Odgovor Napredne elektroenergetske mreže U tijeku je značajan preustroj prijenosnih sustava (inovativne tehnologije temeljene na ICT uz primjenu novih materijala i konstrukcijskih rješenja). Predmetne tehnologije povećavaju kapacitet, učinkovitost i pouzdanost postojećih i novih elemenata EES a Koncept naprednih elektroenergetskih mreža često se povezuje samo s distribucijskim mrežama i integracijom distribuirane proizvodnje te aktivno upravljanje potrošnjom (mikromreže). Napredne mreže uključuju i prijenosni sustav kao i integraciju OIE (izbjegavaju se velika pojačanja mreže uz određene investicije u nadzornu i upravljačku opremu.). Napredne elektroenergetske mreže čini skup različitih multidisciplinarnih elektrotehničko informacijsko komunikacijskih tehnologija koje se međusobno nadopunjavaju 16

17 Razlika između klasične i napredne mreže Klasični telefon Napredni telefon 17

18 Koncept današnje i napredne elektroenergetske mreže 18

19 Integriranje elektroenergetske i IC infrastrukture 1.Power Infrastructure Data network Users Central Generating Station Step-Up Transformer 2. Information Infrastructure Control Center Distribution Substation Gas Turbine Receiving Station Distribution Substation Recip Engine Microturbine Distribution Substation Residential Data Concentrator Recip Engine Fuel cell Commercial Photo voltaics Cogeneration Batteries Flywheel Residential Industrial Commercial Source: EPRI 19

20 Trendovi i tehnologije u prijenosu HVDC

21 Uzroci za razvoj naprednih prijenosnih mreža Dva glavna trenda u Europi koji utječu na razvoj prijenosnih mreža: Učinak liberalizacije Europskih tržišta električne energije Izgradnja nadzemnih vodova (ograničenja). Masovna integracija OIE (posebice s varijabilnom proizvodnjom) u EES Potreba za smanjenjem emisija CO2 Utjecaj politike i regulatora 21

22 Trendovi u prijenosnom sustavu Povećanje prijenosnih kapaciteta nove tehnologije i materijali visokotemperaturni vodiči, nove izvedbe stupova nadzor u realnom vremenu WAMS, LINET, različiti senzori za nadzor elemenata rasklopnih postrojenja ili nadzor vodova Prijenos električne energije na velike udaljenosti (HVDC i HVAC) Upravljanje tokovima snaga (PST, FACTS) Skladištenje električne energije Pokušava se povećati sigurnost prijenosa električne energije uz istovremeno veće iskorištenje prijenosnih kapaciteta 22

23 Poligonalni čelični dalekovodni stupovi DV 2x110 kv Samobor Rakitje i DV 2x110 kv Rakitje Botinec (2004/2011) 23

24 DV 2x110 kv Samobor Rakitje Botinec 24

25 Trendovi u prijenosnom sustavu Pojednostavljenje konstrukcije primarne opreme i produljenje životnog vijeka Novi načini izvedbe i međuveze između zaštitnih i upravljačkih funkcija Upravljanje potrošnjom Napredni programski sustavi Informacijska sigurnost (cyber security) Postroženje ekoloških zahtjeva (smanjenje buke) Temelj naprednih elektroenergetskih mreža dvosmjerna komunikacija u realnom vremenu treba odabrati odgovarajuću strategiju razvoja komunikacijske infrastrukture širokopojasne tehnologije 25

26 Trendovi i poboljšanje funkcionalnosti 26

27 WAMS Wide Area Monitoring System je sustav preciznog mjerenja amplituda i faznih kuteva napona i struja uz sinkronizaciju procesa korištenjem GPS signala. Osnova sustava su međusobno povezane mjerne jedinice za mjerenje fazora (engl. Phasor Measurement Unit PMU). Moćan alat za nadzor, vođenje i zaštitu, čime se poboljšava sigurnost i pouzdanost sustava GPS MJERNA JEDINICA MJERNA JEDINICA telekomunikacijska mreža telekomunikacijska mreža RAČUNALO

28 Praćenje vremenskih podataka u realnom vremenu Sustav za registraciju munja Krajem u RH je uspostavljen sustav za registraciju munja (engl. Lightning Location System LLS) dio Europskog sustava LINET. Šest senzora je instalirano na području RH. Antena za mjerenje elektromagnetskog polja i GPS antena (TS Zadar 1) 28

29 Europski sustav LINET 29

30 HVDC sustavi Temelj istosmjernog prijenosa su usmjerivači. ispravljači s kojima se izmjenična struja pretvara u istosmjernu izmjenjivači, koji služe za pretvaranje istosmjerne struje u izmjeničnu. Usmjerivači se zasnivaju na tiristorima. Osnovne komponente: istosmjerna veza, konvertorske (pretvaračke) stanice na krajevima istosmjerne veze, 30

31 Primjena HVDC 31

32 HVDC nasuprot HVAC 32

33 Usporedba HVAC i HVDC veze 33

34 AC koridor 34

35 DC koridor 35

36 Usporedba troškova izgradnje HVAC i HVDC voda DC vod ima 30-40% niže troškove izgradnje od AC voda 36

37 Supermreža budućnosti

38 Europska super mreža detalj 38

39 Euro Afričko Azijska super mreža FN+solarni kolektori 700 GW 8000 km2 90 x 90 km Projekt DESERTEC (source: desertec) 39

40 Planovi za globalnu mrežu Arktička petlja Europa Azija Sjeverna Amerika Afrika Ekvatorijalna pelja Oceanija Južna Amerika Istok Zapad: Interval 8 sati, bez zalaska sunca. Sjever Jug: Istovremeno zima i ljeto. 40

41 Obnovljivi izvori energije za ±5000 godina Potrošnja energije od stane ljudi 100 Globalna mreža će se realizirati u sljedećih 100 godina Razvoj obnovljivih izvora energije Prirodno korištenje obnovljivih izvora energije Fosilna energija će se koristiti oko 300 godina, a više od pola tog vremena je već prošlo (nafte ima za oko 50 godina, a ugljena za oko 100 godina) god. Danas god. Vrijeme 41

42 Trendovi i tehnologije u distribuciji

43 Virtualne elektrane Elektro Ljubljana Grupa VPP (12 MW) Dizel agregati Pruža uslugu tercijarne rezerve odziv je u roku 15 minuta, 2 sata 100 % raspoloživa za vršno i min. Opterećenje Maksimalno djeloanje 2x dnevno Nakon aktivacije neraspoloživa 10 h U pogonu od studenog x mjesečno se korisiti u prosjeku Stadtwerke München GmbH VPP (20 MW) 6 kogeneracijskih postrojenja 5 malih hidroelektrana 1 vjetroelektrana 43

44 Mikromreže Mikromreža se sastoji od lokalizirane, uglavnom samodostatne skupine potrošača i proizvođača. Skup: Trošila Distribuirane proizvodnje Spremnika energije Koordinirano upravljanje s ciljem pouzdane razmjene s ostatkom sustava preko mjesta spoja na mrežu (PCC Point of Common Coupling) Velika penetracija OIE stvara probleme i potrebu za: Raspodjelom opterećenja u uvjetima nesigurnosti Ostvarenje pouzdanog i ekonomičnog rada uz visoku penetraciju OIE Definiranje novih tržišnih signala i modela Definicija prema IEEE Std

45 Mikromreže PCC susretno mjesto priključka (engl. Point of Common Coupling) Trošila i elektronika PCC AC razvod DC razvod EE mreža 45

46 Električna vozila cestovna vozila Smanjenje zagađenja stakleničkim plinovima 13,5% stakleničkih plinova u svijetu, osobna vozila 44,5% od tog postotka; Smanjenje ovisnosti o fosilnim gorivima, posebice ako koriste OIE za punjenje; Povećavaju nacionalnu energetsku sigurnost Mogu se koristiti i kao distribuirani spremnici energije Podjela EV hibridna vozila punjiva hibridna vozila baterijska električna vozila 46

47 Punionice prosječni dnevni put automobila iznosi oko 30 km uz potrošnju energije od 0,2 kwh/km dnevno je potrebno 6 kwh energije po vozilu Podjela punionica Spore (nekoliko sati) nekontrolirano Brze (do sat vremena) kontrolirano Zamjena baterija G2V, V2G, B2B Velika fleksibilnost EV 95% vremena nisu u upotrebi Kapacitet stotinjak i više km gradske vožnje 47

48 Odziv potrošnje (engl. demand response) Djelovanje potrošača da bi postigli određeni cilj, korisnik bira koja će trošila kontrolirati. Različito od upravljanja potrošnjom (engl. Demand Side Management (DSM) gdje su trošila kontrolirana od elektroprivredne kompanije. Advanced Monitoring, Communications & Control Energy Storage Distributed generation High Demand Period Delay wash 2 hours? Please respond Yes or No Customer Portal or Meter and Control Distribution Operations Advanced Monitoring, Communications & Control PHEV LG Electronics Adapted from EPRI source image Smart appliances 48

49 Odziv potrošnje Odziv potrošnje ili aktivno upravljanje korisničkim uređajima podrazumjeva djelovanje korisnika kako bi postigao željeni cilj, najčešće motiviran cjenovnim signalima. Stoga se upravljanje potrošnjom u najvećoj mjeri primjenjuje upravo smanjenjem potrošnje tijekom vršnih sati ili kroz realokaciju (pomicanje) potrošnje energije izvan vršnih sati, odnosno u period manjeg opterećenja.

50 Upravljanje trošilima

51 Internet stvari Internet stvari (Internet of Things IoT) je računalni koncept temeljen na ideji da se svi uobičajeni fizički objekti priključe na Internet pri čemu imaju sposobnost vlastite identifikacije ostalim uređajima. Source: Dr. Kayarvizhy N. Introduction to IoT 51

52 Uređaji povezani na Internet 50% svih umreženih uređaja između 2015 i 2025 bit će industrijski uređaji Izvor: Cisco IBSG 52

53 IoT napredna kuća 53

54 Napredni gradovi Smart City je koncentracija ljudi i uređaja. Trenutno 72% EU populacije živi u urbanim područjima i koristi 70% energije. Većinu podataka generiraju ljudi/građani i procesi/strojevi. IoT/big data mogu unaprijediti energetski sustav, poboljšati mobilnost, ublažiti klimatske promjene, povećati kvalitetu vode i zraka, smanjiti kriminal, omogućiti autonomna vozila i sl. 54

55 Višeenergijski sustavi Interakcija više energetskih infrastruktura plin, toplina, električna energija, voda, rashladna energija, transport Virtualno spremanje električne energije Power to gas, power to heat Višeenergijski sustavi Troškovi pogona niži i do 50% CO 2 emisije niže i do 40% Veća učinkovitost i do 40% 55

56 Integrirana infrastruktura 56