Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ)

Transcript

1 Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) Εισαγωγή Κ. Βουρνάς Καθηγητής ΕΜΠ

2

3

4

5

6

7

8

9

10 Τι είναι τα ΣΗΕ;

11 Σχηματική παράσταση (μονογραμμικό διάγραμμα) Φορτίο Γεννήτρια Γεννήτρια

12 Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Εξοπλισμός (συνιστώσες) Ηλεκτρικές Μηχανές, Μετασχηματιστές, Εγκαταστάσεις Υψηλής Τάσεως Ροή Ζ Σύστημα (συνισταμένη) Ανάλυση, οικονομική λειτουργία, ασφάλεια, κλπ. Ροή Ε Τριφασικό σύστημα εναλλασσομένου ρεύματος (AC) 50 Hz (Ευρώπη) ή 60 Hz (Αμερική, Ιαπωνία) Εκτός εξαιρέσεων...

13 400kV/275kV Μετασχηματιστής (National Grid)

14 Υποσταθμός ΥΤ/ΥΥΤ

15 Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Παραγωγή Γεννήτριες (σύγχρονες μηχανές) Συμβατικές Από ανανεώσιμες πηγές Μεταφορά Υψηλή (>60 kv) και υπερυψηλή (>225 kv) τάση Εξωτερικές διασυνδέσεις Εθνικές Ηπειρωτικές (π.χ. Ευρώπη, Β. Αμερική, κλπ)

16 Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Διανομή Μέση (>6 kv) και χαμηλή τάση Αξιοποίηση Κινητήρες (επαγωγής) Βιομηχανικά Δίκτυα Οικιακοί - Εμπορικοί καταναλωτές

17 ΣΗΕ ως Τεχνική Πρόκληση Όλος ο εξοπλισμός που λειτουργεί (Π-Μ-Δ-Α) είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένος «Η μεγαλύτερη μηχανή που έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος» Η ενέργεια καταναλώνεται τη χρονική στιγμή της ζήτησης Αδυναμία αποθήκευσης (υψηλό κόστος) Απαίτηση για Αξιοπιστία και Ασφάλεια Τροφοδοσίας

18 φόρτωση μετασχηματιστή

19 oops!

20 Οριακές καταστάσεις Συνεχής αύξηση ζήτησης Δυσκολίες νέων έργων Σταθμοί παραγωγής Εκπομπές CO 2 (θερμοκήπειο) Έργα μεταφοράς Οικιστικοί και περιβαλλοντικοί περιορισμοί Χρηματοδότηση Λειτουργία στο όριο ασφάλειας Περιορισμός περιθωρίων και εφεδρειών Blackout

21 Αποστάσεις ασφαλείας γραμμών μεταφοράς

22

23 Χειμώνας 2002, Quebec, Καναδάς

24 3 Feb 2003: Bihar, Ινδία

25

26 Case 1: All Lines In-Service 3,000 MW transfer 500 MW per line West East 6000 MW 1000 MVR 6000 MW 1000 MVR 9000 MW 1150 MVR 1.00 PU 1.00 PU 3000 MW 1150 MVR Voltage is 100% of rated voltage East generator is below 1,200 MVAR limit.

27 Case 2: One Line Out 3,000 MW transfer 600 MW per line West East 6000 MW 1000 MVR 6000 MW 1000 MVR 9000 MW 1176 MVR 1.00 PU 1.00 PU 3000 MW 1186 MVR Voltage is 100% of rated voltage East generator is below 1,200 MVAR limit.

28 Case 3: Two Lines Out 3,000 MW transfer 750 MW per line West East 6000 MW 1000 MVR 6000 MW 1000 MVR 9000 MW 1253 MVR 1.00 PU 1.00 PU 3000 MW 1200 MVR Voltage is 100% of rated East generator is at 1,200 MVAR limit.

29 Case 4: Three Lines Out 3,000 MW transfer 1,000 MW per line West East 6000 MW 1000 MVR 6000 MW 1000 MVR 9000 MW 1411 MVR 1.00 PU 0.99 PU 3000 MW 1200 MVR Voltage is only 99% of rated East generator is at 1,200 MVAR limit.

30 Case 5: Four Lines Out 3,000 MW transfer 1, 500 MW per line West East 6000 MW 1000 MVR 6000 MW 1000 MVR 9000 MW 1757 MVR 1.00 PU 0.97 PU 3000 MW 1200 MVR Voltage has dropped to 97% of rated voltage (957 MVARs required by lines). East generator is at 1,200 MVAR limit.

31 Case 6: Five Lines Out System Collapse West East 6000 MW 1000 MVR 6000 MW 1000 MVR 8926 MW 3500 MVR 1.00 PU 0.77 PU 3000 MW 1200 MVR This simulation could not solve the case of 3,000 MW transfer with five lines out. Numbers shown are from the model s last attempt to solve. The West generator s unlimited supply of VARs is still not sufficient to maintain the voltage at the East bus.

32 Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Συμβατικοί Σταθμοί Ατμοηλεκτρικοί (ΑΗΣ) Ορυκτά καύσιμα (στερεά, υγρά, αέρια) Πυρηνικοί Μηχανές Εσωτερικής Καύσεως Diesel Αεριοστρόβιλοι Συνδυασμένου κύκλου (αεριοστρόβιλοι και ατμοστρόβιλοι) Υδροηλεκτρικοί (ΥΗΣ) Με φράγμα (ταμιευτήρα) Αντλητικοί

33 Ατμοηλεκτρικός Σταθμός Παραγωγής (ΑΗΣ)

34 Παραγωγή Ηλεκτρικής Ενέργειας Συμπαραγωγή θερμότητας και ηλεκτρισμού Αύξηση βαθμού απόδοσης Σταθμοί από ανανεώσιμες πηγές Αιολικά πάρκα Ηλιακοί σταθμοί Φωτοβολταϊκά Μικρά Υδροηλεκτρικά Ροής ποταμού Παλίρροια, κύματα, κλπ

35

36 Δίκτυα Μεταφοράς Η. Ε. Υπερυψηλή τάση Από 220 έως 750 kv Εναέριες τριφασικές γραμμές σε πυλώνες Υψηλή τάση Από 66 έως 220 kv Εναέριες γραμμές ή υπόγεια καλώδια Διασύνδεση με Συνεχές Ρεύμα (DC) Μεταξύ συστημάτων (εναέριες γραμμές ή καλώδια) Με νησιά (υποβρύχιες ζεύξεις)

37 Γραμμή μεταφοράς ΥΥΤ

38 Υποσταθμός Μεταφοράς

39 διακόπτες ισχύος

40 Μεταφορά με συνεχές: Φίλτρο AC

41 Μεταφορά με συνεχές: Φίλτρο DC

42 Σταθμός Μετατροπής AC/DC Ελλάδας Ιταλίας (GRITA): Διπλοί μετρητές ισχύος Μ/Σ τάσεως Μ/Σ εντάσεως

43 TO ITALY AG.VASILEIOS II KERKYRA I MESOGGI BI STRICA IGOUMENITSA MOURTOS A DOLIANA VI.PE. PREVEZAS ELBASAN I KANALAKI LEFKADA ARGOSTOLI LOUROS METSOVITIKO GI ANNENA A II A AKTIO ZAKYNTHOS PI GES AOOU KASTORIA AMFILOCHIA FLORINA ORYCHEIO GREVENA MESOCHORA ARACHTOS C. I STRATOS BI TOLA SYKIA KASTRAKI A KALAMPAKA POURNARI II TRICHONIDA AI TOLIKO LAPA LECHAINA PYRGOS FLORINA C. A AMYNTAIO C. KOZANI I TRIKALA N.PLASTIRA II KREMASTA ACHELOOS C. I EDESSAI OS AGRAS ILARIONAS ELASONA II TRIKALA C. KARPENISI IV LADONAS KYPARISSIA PYLOS A A SKYDRA NAOUSA VEROIA NEGOTINO ALEXANDRIA MAKROCHORI ASOMATA SFIKIA POLYPHYTO EL.ET.EX.M. KATERINI SERVIA PLATAMONAS VOUNAINA KARDITSA SOFADES GKIONA NAFPAKTOS TSIM. PATRAS A III III FARSALA LEONTARI LIANOKLADI AIGIO II I MEGALOPOLI KALAMATA LAMIA A I II AGIA KILKIS LARISA IV CHAL. THESSALI AS LARISA C. A I A DOMOKOS AMFISSA SPARTI II ST EFANOVI KI AMFIKLEIA ALOUMINI O TRIPOLI POLYKASTRO XYLOKASTRO SCHOLARI VI VI.PE. VOLOU ALMYROS ELSI STYLIDA DISTOMO C. VELO ASTROS SPARTI I SKALA A METAL. CHALYPS II A VOLOS II ACHLADI ATALANTI LEIVADIA ARGOS I SIDIROKASTRO KASSANDRA TS.VOLOU VAVDOS LAFKOS AI DIPSOS MOUDANIA LARYMNA LARYMNA C. THIVA KOPAIDA LARKO ILIKI ELEFSINA MEGARA AG. THEODOROI KORINTHOS MOLAOI METHANA KRANIDI BLAGOEVGRAD SERRES AMFI POLI A STAGEIRA SKIATHOS EAV ELVAL MANTOUDI SALAMINA NIKITI PSACHNA CHALKIDA II I NEVROKOPI DRAMA CHART. DRAMAS TSIM. ERETRIA CHALKIDAS SKIMATARI KALAMOS OINOFYTA A A FILIPPOI C. ALIVERI MILAKI N. MAKRI MARKOPOULO LAVRIO THISAVROS KAVALA PLATANOVRISI TEMENOS FOSFORIKA EPVA KARYSTOS PARANESTI ZARKADIA KERAMOTI MILOS SYROS SIFNOS XANTHI ANDROS A IASMOS TINOS PAROS KOMOTINI A KOMOTINI C. MYKONOS NAXOS PROVATONAS ALEXANDROUPOLI ORESTI ADA KALLONI DIDYMOTEICHO MYTILINI AG. IOANNIS SAMOS KOS MASTICHARI Ελληνικό Διασυνδεδεμένο ΣΗΕ H E L L E N I C E L E C T R I C P O W E R S Y S T E M KERKYRA I. I O N I O P E L A G O S A L B A N I A LEFKADA I. KEFALONIA I. ZAKYNTHOS I. F Y R O M VI.PE PATRAS PATRA III PTOLEMAIDA KARDIA AREA N. PELLA A OSE POLYKASTROU PELOPONNESE THESSALONIKI AREA KAMENA VOURLA SKIATHOS I. ATHINA AREA B U L G A R I A EVVOIA I. MILOS I. A I G A I O P E L A G O S ANDROS I. SIFNOS I. SYROS I. TINOS I. PAROS I. MYKONOS I. LESVOS I. NAXOS I. T U R K E Y SAMOS I. KOS I. Εγκατεστημένη Ισχύς: ΜW Αιχμή φορτίου καλοκαίρι ΜW καλοκαίρι ΜW (b/o) καλοκαίρι ΜW καλοκαίρι ΜW

44 H περιοχή της Ευρωπαϊκής διασύνδεσης (UCTE)

45 Διασυνδέσεις και Προβλήματα Οι διασυνδέσεις προσφέρουν ασφάλεια και αξιοπιστία Ετεροχρονισμός φορτίων Άλληλοϋποστήριξη στη διάρκεια απωλειών παραγωγής ή φορτίου Ενιαία συχνότητα Συνεχής αύξηση μεγέθους Ηπειρωτικές Διασυνδέσεις Ευρώπη Β. Αμερική Φθάσαμε στο «κρίσιμο» μέγεθος; Αλληλεπιδράσεις εκτός (;) ελέγχου

46

47 Ανεξέλεγκτες ροές: Μεταφορά 100 ΜW από Βέλγιο σε Ιταλία

48 Ταλαντώσεις Ισχύος μετά από απώλεια καλωδίου ΣΡ (GR-ITA)

49 Ταλαντώσεις συχνότητας

50 Διαφορά φάσεως τάσεων Ελλάδας-Ελβετίας (GIS)

51

52 12 Ιουλίου 2004 Απώλεια παραγωγής στο Λαύριο (300 ΜW) Χαμηλές τάσεις σε Αττική και Στ. Ελλάδα Ξαφνική απώλεια Αλιβερίου Κατάρρευση τάσεων Αποχωρισμός και Διακοπή Νοτίου Συστήματος Αναντιστοιχία παραγωγήςμεταφοράς

53 Δίκτυα διανομής Μέση τάση Εναέρια (σε ξήλινους στύλους) ήυπόγεια Από 6 μέχρι 66 kv Χαμηλή τάση Εναέρια (5 αγωγοί) ήυπόγεια 380 V (220 V φασική) Ευρώπη 190 V (110 V φασική) Β. Αμερική