Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) Εισαγωγή

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) Εισαγωγή"

Ελεφθέριος Ηλιόπουλος
1 χρόνια πριν
Προβολές:

Transcript

1 Συστήµατα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) Εισαγωγή

4 Τι είναι τα ΣΗΕ;

5 Σχηµατική παράσταση (µονογραµµικό διάγραµµα) Φορτίο Γεννήτρια Γεννήτρια

6 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) 50Hz (Ευρώπη) ή 60 Hz (Αµερική, Ιαπωνία) Εκτός εξαιρέσεων...

Ανάλυση, οικονοµική λειτουργία, ασφάλεια, κλπ.

7 400kV/275kV Μετασχηµατιστής (National Grid)

8 Υποσταθµός ΥΤ/ΥΥΤ

9 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)

Μεταφορά Υψηλή (>60 kv) και υπερυψηλή (>225 kv) τάση

10 Σύστηµα Ηλεκτρικής Ενέργειας ιανοµή Μέση (>6 kv) και χαµηλή τάση Αξιοποίηση Κινητήρες (επαγωγής) Βιοµηχανικά ίκτυα Οικιακοί - Εµπορικοί καταναλωτές

11 ΣΗΕ ως Τεχνική Πρόκληση Όλος ο εξοπλισµός που λειτουργεί (Π-Μ- -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

άνθρωπος» Η ενέργεια καταναλώνεται τη χρονική στιγµή της ζήτησης

12 φόρτωση µετασχηµατιστή

13 oops!

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

Οικιστικοί και περιβαλλοντικοί περιορισµοί Χρηµατοδότηση

15 Αποστάσεις ασφαλείας γραµµών µεταφοράς

17 Χειµώνας 2002, Quebec, Καναδάς

18 3 Feb 2003: Bihar, Ινδία

19 ιαδοχική απώλεια γραµµών (N. American blackout ) Flows (MW) Harding - Chamberlin Hanna - Juniper Star - South Canton Sammis - Star Line Trip Sammis - Star Star - South Canton Line Trip Hanna - Juniper Line Trip East Lake 5 Trip 400 Harding - Chamberlin Line Trip 0 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 Time - EDT

- Juniper Star - South Canton Sammis - Star Line Trip Sammis - Star Star - South

20 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.

21 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.

22 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.

23 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.

24 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.

25 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.

26 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

27 Ατµοηλεκτρικός Σταθµός Παραγωγής (ΑΗΣ)

28 στάτης γεννήτριας 660MW

29 ροµέας γεννήτριας 200MW

30 στάτης γεννήτριας ΥΗΣ

31 δροµέας γεννήτριας ΥΗΣ

32 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

34 ίκτυα 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 ιασύνδεση µε Συνεχές Ρεύµα (DC) Μεταξύ συστηµάτων (εναέριες γραµµές ή καλώδια) Με νησιά (υποβρύχιες ζεύξεις)

35 Γραµµή µεταφοράς ΥΥΤ

36 Υποσταθµός Μεταφοράς

37 διακόπτες ισχύος

38 Μεταφορά µε συνεχές: Φίλτρο AC

39 Μεταφορά µε συνεχές: Φίλτρο DC

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

41 Ελληνικό ιασυνδεδεµένο 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 TO ITALY AG.VASILEIOS II KERKYRA KERKYRA I. I O N I O P E L A G O S A L B A N I A I MESOGGI BI STRICA IGOUMENITSA MOURTOS A LEFKADA I. KEFALONIA I. DOLIANA VI.PE. PREVEZAS ELBASAN I LOUROS KANALAKI A LEFKADA ARGOSTOLI METSOVITIKO GIANNENA A II AKTIO ZAKYNTHOS ZAKYNTHOS I. PI GES AOOU FLORINA KASTORIA AMFILOCHIA ORYCHEIO GREVENA MESOCHORA ARACHTOS C. I STRATOS BITOLA KASTRAKI A SYKIA KALAMPAKA POURNARI II TRICHONIDA AITOLIKO LAPA LECHAINA PYRGOS F Y R O M VI.PE PATRAS EDESSAIOS NEGOTINO OSE POLYKASTROU KILKIS FLORINA C. AGRAS N. PELLA A A THESSALONIKI AMYNTAIO C. SKYDRA NAOUSA AREA PTOLEMAIDA ALEXANDRIA A VEROI A KARDIA AREA MAKROCHORI ASOMATA SCHOLARI VI SFIKIA KOZANI POLYPHYTO EL.ET.EX.M. KATERINI I TRIKALA N.PLASTIRA II KREMASTA ACHELOOS C. PATRA III I ILARIONAS ELASONA II TRIKALA C. KARPENISI IV LADONAS KYPARISSIA PYLOS A SERVIA PLATAMONAS VOUNAINA KARDITSA SOFADES GKIONA NAFPAKTOS TSIM. PATRAS A III III FARSALA LEONTARI LIANOKLADI AIGIO LAMIA I II AGIA LARISA IV CHAL. THESSALI AS LARISA C. A I A DOMOKOS AMFISSA PELOPONNESE II I MEGALOPOLI KALAMATA A SPARTI II STEFANOVIKI AMFI KLEI A ALOUMINIO TRIPOLI XYLOKASTRO POLYKASTRO VOLOS II VI.PE. VOLOU ALMYROS ELSI STYLIDA DISTOMO C. ACHLADI KAMENA VOURLA ATALANTI VELO ASTROS SPARTI I SKALA A METAL. CHALYPS II A LEIVADIA ARGOS I SIDIROKASTRO KASSANDRA TS.VOLOU VAVDOS LAFKOS AIDIPSOS MOUDANIA LARYMNA LARYMNA C. THIVA KOPAIDA LARKO ILIKI ELEFSINA MEGARA AG. THEODOROI KORINTHOS MOLAOI METHANA KRANIDI BLAGOEVGRAD SERRES AMFIPOLI A STAGEIRA SKIATHOS EAV MANTOUDI NIKITI SKIATHOS I. ELVAL SALAMINA PSACHNA CHALKIDA II I NEVROKOPI DRAMA CHART. DRAMAS TSIM. ERETRIA CHALKIDAS SKIMATARI KALAMOS OI NOFYTA A ATHINA AREA B U L G A R I A A FILIPPOI C. EVVOIA I. ALIVERI MILAKI N. MAKRI MARKOPOULO LAVRIO THISAVROS KAVALA MILOS I. PLATANOVRISI TEMENOS FOSFORIKA EPVA KARYSTOS PARANESTI ZARKADIA KERAMOTI MILOS SYROS SIFNOS XANTHI ANDROS A IASMOS TINOS PAROS KOMOTINI A KOMOTINI C. A I G A I O P E L A G O S ANDROS I. SIFNOS I. SYROS I. TINOS I. PAROS I. MYKONOS MYKONOS I. NAXOS PROVATONAS ALEXANDROUPOLI LESVOS I. NAXOS I. ORESTI ADA KALLONI DIDYMOTEICHO T U R K E Y MYTILINI SAMOS I. SAMOS AG. IOANNIS KOS KOS I. MASTICHARI Εγκατεστηµένη Ισχύς: ΜW Αιχµή φορτίου καλοκαίρι ΜW καλοκαίρι ΜW (b/o) Μεταφορά στα 150 και 400 kv UCTE: Ευρωπαϊκή διασύνδεση

42 H περιοχή της Ευρωπαϊκής διασύνδεσης (UCTE)

43 12 Ιουλίου 2004 Απώλεια παραγωγής στο Λαύριο (300 ΜW) Χαµηλές τάσεις σε Αττική και Στ. Ελλάδα Ξαφνική απώλεια Αλιβερίου Κατάρρευση τάσεων Αποχωρισµός και ιακοπή Νοτίου Συστήµατος Αναντιστοιχία παραγωγής- µεταφοράς

44 ίκτυα διανοµής Μέση τάση Εναέρια (σε ξήλινους στύλους) ή υπόγεια Από 6 µέχρι 66 kv Χαµηλή τάση Εναέρια (5 αγωγοί) ή υπόγεια 380 V (220 V φασική) Ευρώπη 190 V (110 V φασική) Β. Αµερική

45 Γραµµή 33kV

46 Εναερίτες επί το έργον

47 Οαιώνας του εξηλεκτρισµού

48 Οι πρωτοπόροι Thomas Edison Λαµπτήρας πυρακτώσεως Πρώτος σταθµός παραγωγής (DC) Nikola Tesla Κινητήρας επαγωγής George Westinghouse Σύστηµα µεταφοράς AC

49 Η ιδεολογική διάσταση Samuel Insull Pyramids of Power Κάθετα οργανωµένες επιχειρήσεις Η καπιταλιστική ολοκλήρωση Η εξίσωση του Β. Ι. Λένιν: Σοσιαλισµός = Σοβιετ + Εξηλεκτρισµός

50 Συνεχές ή εναλλασσόµενο; Συνεχές (Edison): Μικρά, τοπικά συστήµατα χωρίς µεταφορά Εύκολη αξιοποίηση (µηχανές DC) Κόστος, αξιοπιστία Εναλλασσόµενο (Westinghouse): ιασυνδεδεµένες Ηλεκτρικές Εταιρίες Παραγωγή (ρύπανση) µακριά από κατανάλωση (κατοικία) Τριφασικοί κινητήρες επαγωγής (Tesla) Μικρότερο κόστος παραγωγής, µεγαλύτερη αξιοπιστία

51 Η καθετοποιηµένη επιχείρηση ηµόσια Επιχείρηση Κοινής Οφέλειας Ευρώπη Ελεγχόµενο τοπικό Μονοπώλειο Β. Αµερική Βελτιστοποιεί σχεδιασµό και λειτουργία Παραγωγής-Μεταφοράς- ιανοµής Υποχρέωση ασφαλούς τροφοδοσίας Κεντρικά ελεγχόµενο τιµολόγιο Κέντρικός Ελέγχος ΣΗΕ

52 Το τέλος του εξηλεκτρισµού Οι µεγάλες επενδύσεις έχουν ήδη γίνει Μεγάλοι ΥΗΣ, Πυρηνικά (Στις προηγµένες χώρες) Η τεχνολογία επιτρέπει µικρούς ευέλικτους σταθµούς Μέχρι 500 MW Συνδυασµένος κύκλος µε φυσικό αέριο Ανοιγµα στον ανταγωνισµό

53 Απορρύθµιση, αναρρύθµιση, απελευθέρωση, αναδόµηση... Άνοιγµα αγοράς Ηλεκτρικής ενέργειας Χιλή(1980), ΗΒ(1985), ΗΠΑ(1990), ΕΕ(1999), Ελλάδα(2001) Αναδιοργάνωση Ηλεκτρικών Επιχειρήσεων Χωρισµός Π-Μ- Ανεξάρτητος ιαχειριστής Συστήµατος Ελεγχος Λειτουργίας Ρυθµιστική Αρχή Ελεγχος κανόνων

54 Στην Ελλάδα ΕΗ Α.Ε. Λογιστικός διαχωρισµός Παραγωγής, Μεταφοράς, ιανοµής, Ορυχείων ιατηρεί ιδιοκτησία Ιδιωτική ελεγχόµενη επιχείριση ΕΣΜΗΕ Α.Ε. ιαχειριστής Εθνικού Συστήµατος Μεταφοράς ΕΚΟ (50% ηµόσιο και Παραγωγοί) ΡΑΕ Ρυθµιστική Αρχή Ενέργειας Ελέγχει την εφαρµογή των κανόνων

55 Στην Ελλάδα... Ιδιώτες παραγωγοί (συµβατικοί σταθµοί) Άδεια από ΡΑΕ Ανταγωνίζονται τη ΕΗ για την τιµή της kwh Κίνητρα για εγκατάσταση 900 MW Αναµένονται το Ιδιωτική παραγωγή από ανανεώσιµες πηγές 200 ΜW αιολικών στην Εύβοια, 30 MW στη Θράκη, 100 MW στην Κρήτη και νησιά Απορροφώνται κατά προτεραιότητα εν µετέχουν στην αγορά Το επιπλέον κόστος (επιδότηση) κατανέµεται στους άλλους παραγωγούς

56 Στοιχεία πρώτης αποτίµησης Η απελευθέρωση της αγοράς αλλού µείωσε αλλού αύξησε την τιµή της kwh ΗΒ (µείωση) California (αύξηση, καθαίρεση G. Davis) Παρατηρείται σταδιακή υποβάθµιση της αξιοπιστίας και ασφάλειας υσκολία για ιδιωτικές επενδύσεις Στην παραγωγή (Ελλάδα, Ιταλία) Στη µεταφορά (παντού)

57 Στοιχεία αποτίµησης... Πρόσφατα blackout: Ιταλία (Ιουν. 2003, Σεπτ. 2003) Β. Αµερική (Ιουλ. 1996, Αυγ. 1996, Αυγ. 2003) Λονδίνο (Αυγ. 2003) ανία-σουηδία (Σεπτ. 2003) Αθήνα (Ιούλιος 2004) Ανάγκη για διατήρηση επιπέδου ασφάλειας και χαµηλών τιµών Ριζικές αλλαγές Προς τα πού;

58 Μια µατιά στο µέλλον Συνεχής έλεγχος ασφάλειας λειτουργίας µε προηγµένες τεχνικές Η/Υ ιασπορά παραγωγής Κυψέλες καυσίµου (Η 2, φυσικό αέριο) Μικροτουρµπίνες (φυσικό αέριο) Ανανεώσιµα (φωτοβολταϊκά, αιολικά) Σύνδεση στο δίκτυο διανοµής Με ηλεκτρονικά ισχύος (DC/AC) Κοντά στα φορτία Μείωση εξάρτησης από µεταφορά και µεγάλη παραγωγή

59 Μια µατιά στο µέλλον... Απελευθέρωση διανοµής (ΕΕ 2006) Επιλογή προµηθευτή Επιλογή επιπέδου αξιοπιστίας (ασφάλιστρα τροφοδοσίας) Επιλογή τιµολογίου on-line ιαχείριση οικιακής εγκατάστασης από Η/Υ Μικρά, τοπικά, χαλαρά συνδεδεµένα συστήµατα Ευέλικτες διασυνδέσεις DC/AC

60 Μήπως τελικά είχε δίκιο ο Edison;

62 Συνήθης βλάβη...

63 ...και επισκευή hurry up, I can t hold it much longer!

Σχετικά έγγραφα

Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) Εισαγωγή

Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ) Εισαγωγή Τι είναι τα ΣΗΕ; Σχηματική παράσταση (μονογραμμικό διάγραμμα) Φορτίο Γεννήτρια Γεννήτρια Σύστημα Ηλεκτρικής Ενέργειας Εξοπλισμός (συνιστώσες) Ηλεκτρικές