ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ (ΣΗΕ) ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΣΕ ΙΚΤΥΑ ΧΑΜΗΛΗΣ ΤΑΣΗΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΦΥΣΙΚΟΥ ΑΕΡΙΟΥ ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ PV MC AC DC Flywheel DC AC MC MC LC AC DC LC Storage LC DMS MV MGCC LV MC ~ CHP MC AC DC Fuel Cell MC AC DC LC ~ Micro Turbine ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ Ν. ΙΑΛΥΝΑΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ Ε.Μ.Π. ΙΕΥΘΥΝΤΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΣΗΕ 1
Barcelona 12-15 May 2003 The vision.. Central power station Yesterday Tomorrow: distributed/ on-site generation with fully integrated network management Transmission Network Photovoltaics power plant Storage Storage Flow Control House Distribution Network Storage Power Local CHP plant quality device Storage Power quality device Wind power plant House with domestic CHP Factory Commercial building Manuel SANCHEZ European Commission BETA SESSION 4b: Integration of RES+DG -3 2
ΚΕΝΤΡΙΚΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 3
ΜΙΚΡΟ ΙΚΤΥΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΟ ΠΑΡΑ ΕΙΓΜΑ ΝΕΟΣ ΤΥΠΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ: ιασύνδεση µικρών µονάδων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας στο δίκτυο χαµηλής τάσης Λειτουργία µε σύνδεση στο υπάρχον δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας ή σε αποµονωµένη λειτουργία µε συγκεκριµένο τρόπο ελέγχου Εγκαταστάσεις παραγωγής σε χώρους καταναλωτών (καταναλωτές παραγωγοί) 4
ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΜΟΝΑ ΩΝ ΚΑΤΑΝΕΜΗΜΕΝΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ (DISTRIBUTED( GENERATION DG) Παραδείγµατα µε Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας και Φυσικό Αέριο Advanced Turbines Reciprocating Engines Fuel Cells Photovoltaics Wind Thermally Activated Technologies Microturbines 5
Τυπική Τοπολογία Συστήµατος ιανοµής Χαµηλής Τάσης µε πολλαπλές γραµµές διανοµής, Μονάδες Κατανεµηµένης Παραγωγής και ανοικτούς διακόπτες 6
Απλοποιηµένη Τοπολογία Μικροδικτύου 20kV MV/LV Substation 0.4kV DG Sources Load System Supply Source DG Sources Load 7
ΥΠΑΡΧΟΝΤΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ Σχεδιασµός να τροφοδοτούνται µε ηλεκτρική ισχύ από το δίκτυο µεταφοράς και να τη διανέµουν στους καταναλωτές (πελάτες) Έλεγχος λειτουργίας σε συνεχή χρόνο µε κατάλληλα κέντρα ελέγχου Αδυναµία ελέγχου της υπάρχουσας µικρής στάθµης κατανεµηµένης παραγωγής Περιορισµός απορρόφησης της κατανεµηµένης παραγωγής από υπάρχοντα τεχνικά προβλήµατα (αύξηση τάσης στα εναέρια δίκτυα, αύξηση στάθµης βραχυκυκλώµατος στα υπόγεια δίκτυα) 8
ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΑ ΙΚΤΥΑ ΙΑΝΟΜΗΣ Τυπικός και συντονισµένος έλεγχος της τάσης, των ροών ισχύος και της στάθµης βραχυκυκλώµατος Συµµετοχή στις Επικουρικές Υπηρεσίες (υποστήριξη της ενεργού και αέργου ισχύος) υνατότητες για λειτουργία σε καταστάσεις νησιδοποίησης και έναρξη λειτουργίας µετά από καταστάσεις ολικής σβέσης Ενίσχυση των ικτύων σε σχέση µε την ανάπτυξη εγκαταστάσεων κατανεµηµένης παραγωγής Προδιαγραφές για θέµατα Αρµονικών Ανάπτυξη νέων µεθόδων και εργαλείων για τον σχεδιασµό και τη λειτουργία των ικτύων 9
Τεχνολογίες ιασύνδεσης Εγκαταστάσεων Κατανεµηµένης Παραγωγής υνατότητες για απλούς τρόπους διασύνδεσης Υποστήριξη Ενεργού και Αέργου Ισχύος Ικανότητα παραµονής σε Βραχυκυκλώµατα ικτύου Συνεισφορά Ρεύµατος Βραχυκύκλωσης Αύξηση της υπάρχουσας στάθµης Αξιοπιστίας Λειτουργίας Βελτίωση Ποιότητας Ισχύος Χρησιµοποίηση φυσικού αερίου και τεχνολογιών συµπαραγωγής θερµότητας και ηλεκτρισµού 10
Ασφάλεια και Αξιοπιστία Λειτουργίας των Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Σχεδιασµός ικτύου ιανοµής σε σχέση µε τις εγκαταστάσεις παραγωγής Εφαρµογή Κριτηρίου Ασφάλειας Ν 1 Παρούσα Μέθοδος Νέα ΝέαΜέθοδος 50MW 50MW 100 100 T3 G 100 100 G 120 MW 120 MW 11
ίκτυα ιανοµής µε Εγκαταστάσεις Κατανεµηµένης Παραγωγής Πλεονεκτήµατα του ελέγχου και της προσαρµοστικότητας Τεχνικά πλεονεκτήµατα (Ασφάλεια, Αξιοπιστία Λειτουργίας) Οικονοµικά πλεονεκτήµατα (Μείωση κόστους, ανταγωνιστικότητα) Ποσοτικοποίηση των Πλεονεκτηµάτων Ασφάλεια λειτουργίας Μετατόπιση της παραγωγής ισχύος από κεντρικούς σταθµούς Μείωση δαπανών για ανάπτυξη δικτύων διανοµής Μείωση δαπανών λειτουργίας των µονάδων παραγωγής Μείωση κόστους αξιοπιστίας (απώλειες από βλάβες) Αυξηµένη ανταγωνιστικότητα από τις µονάδες κατανεµηµένης παραγωγής Συνεισφορά στους στόχους για µείωση των ρύπων από συµβατικούς σταθµούς παραγωγής 12
ίκτυα ιανοµής µε Εγκαταστάσεις Κατανεµηµένης Παραγωγής (συνέχεια) Ανάγκη ανάπτυξης εναλλακτικών τρόπων για τον έλεγχο των δικτύων διανοµής Έλεγχος της τοπολογίας µε κατάλληλες και βελτιωµένες τεχνολογίες για τον εξοπλισµό ζεύξης και απόζευξης Συντονισµός της λειτουργίας του εξοπλισµού για τον έλεγχο Συντονισµένος έλεγχος των µονάδων κατανεµηµένης παραγωγής ηµιουργία Ιδεατών Σταθµών Παραγωγής (Virtual Power Plants): Αποτελούνται από µικρές µονάδες παραγωγής που ευρίσκονται σε διαφορετικές περιοχές και η λειτουργία τους ελέγχεται µε τη χρήση σύγχρονων και βελτιωµένων τηλεπικοινωνιακών υποδοµών και εργαλείων ελέγχου ηµιουργία Εταιρειών Ενεργειακών Υπηρεσιών (ESCO): Ανάπτυξη µε ευκολότερο τρόπο των επενδύσεων των εγκαταστάσεων DG σε χώρους καταναλωτών χαµηλής τάσης Ανάπτυξη του δικτύου διανοµής φυσικού αερίου σε µεγάλες αστικές περιοχές 13
Αξιολόγηση Εναλλακτικών Σχεδίων Ενίσχυσης Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας Θεώρηση κόστους επένδυσης, λειτουργίας και συντήρησης Θεώρηση κόστους αξιοπιστίας τροφοδότησης ηλεκτρικής ενέργειας στους πελάτες Βέλτιστη στάθµη Αξιοπιστίας Ποιότητα Τροφοδότησης Ισχύος 14
Τυπική Καµπύλη Κόστους ιακοπών Πελατών ( ιαφορετικοί Τύποι) 100,00 AGRICULTURAL CUSTOMERS COMMERCIAL CUSTOMERS INDUSTRIAL CUSTOMERS INTERRUPTION COST ( /kw) 10,00 1,00 0,10 0,01 0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0 DURATION OF AN INTERRUPTION EVENT (min) 15
Συµµετοχή του Εργαστηρίου Συστηµάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας του Ε.Μ.Π. σε Ερευνητικά Προγράµµατα της Ευρωπαϊκής Ένωσης Large Scale Integration of Micro-Generation to Low Voltage Grids Contract : ENK5-CT-2002-00610 GREAT BRITAIN UMIST URENCO PORTUGAL EDP INESC SPAIN LABEIN 14 PARTNERS, 7 EU COUNTRIES UMIST URENCO ARMINES EDF ISET SMA GREECE NTUA PPC /NAMD&RESD GERMANOS GERMANY SMA ISET NETHERLANDS EMforce INESC EDP LABEIN CENERG ICCS / NTUA GERMANOS FRANCE EDF Ecole des Mines de Paris/ARMINES CENERG PPC/NAMD&RESD http://microgrids.power.ece.ntua.gr 16
Integrating Distributed Energy Resources into today s electrical system 42 partners from 16 countries - 30 M - 15M from EC DG Research - 2004 > mid 2009 An FP6 project coordinated by GDF SUEZ Market, Regulation & Technology issues 2010-15 Led by utilities 17
Ανάλυση Αξιοπιστίας Λειτουργίας ενός Τυπικού ικτύου ιανοµής Χαµηλής Τάσης Τρεις γραµµές διανοµής µε βιοµηχανικούς, εµπορικούς και οικιακούς καταναλωτές Μέγιστη Ζήτηση Φορτίου Μία Ανεµογεννήτρια Πέντε Φωτοβολταϊκά Συστήµατα Μία Κυψέλη Καυσίµου Μία Μικροτουρµπίνα 190kW 15kW 13kW 30kW 30kW 18
ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΑ ΣΧΕ ΙΑ Σχέδιο 1: Σχέδιο 2: Σχέδιο 3: Βασική Περίπτωση Ικανότητα ικτύου ιανοµής 190kW (100%). Ικανότητα ικτύου ιανοµής 171kW (90%). Ικανότητα ικτύου ιανοµής 152kW (80%). Σχέδιο 4: Ικανότητα ικτύου ιανοµής 133kW (70%). Σχέδιο 5: Σχέδιο 6: Σχέδιο 7: Σχέδιο 8: Ικανότητα ικτύου ιανοµής µε δυο ανεµογεννήτριες (+15kW). Ικανότητα ικτύου ιανοµής µε δέκα φωτοβολταϊκά συστήµατα (+13kW). Ικανότητα ικτύου ιανοµής µε µία µικροτουρµπίνα 45kW (+15kW). Ικανότητα ικτύου ιανοµής µε µία κυψέλη καυσίµου 45kW (+15kW). 19
είκτες Αξιοπιστίας Λειτουργίας Συστήµατος είκτης Case Σχέδιο Study 1 2 3 4 Case Study LOLE LOEE EDNS FLOL DUR IC IEARS (ώρες/έτος) (kwh/έτος) (kw/ενδ.) (ενδ./έτος) (ώρες) (Euro/ώρα) (Euro/kWh) 16,160 745,436 36,18 2,277 7,097 1401,31 1,880 16,165 745,453 36,17 2,281 7,087 1401,33 1,880 16,255 746,042 36,06 2,341 6,944 1402,08 1,879 17,974 756,799 33,59 3,499 5,137 1415,95 1,871 20
είκτες Αξιοπιστίας Συστήµατος είκτης Case Σχέδιο Study 5 6 7 8 Case Study LOLE LOEE EDNS FLOL DUR IC IEARS (ώρες/έτος) (kwh/έτος) (kw/ενδ.) (ενδ./έτος) (ώρες) (Euro/ώρα) (Euro/kWh) 14,971 558,013 28,80 2,202 6,717 1402,70 1,869 16,042 681,338 33,11 2,324 6,903 1273,67 1,899 14,593 523,804 27,18 2,179 6,697 965,64 1,844 14,582 531,617 27,42 2,162 6,745 979,39 1,842 21
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Εγκαταστάσεις Κατανεµηµένης Παραγωγής (DG) µπορούν να τροφοδοτήσουν τη ζήτηση φορτίου όταν η ικανότητα τροφοδότησης του υπάρχοντος δικτύου διανοµής είναι περιορισµένη ως αποτέλεσµα τεχνικών χαρακτηριστικών ή καταστάσεων βλάβης Αύξηση της αξιοπιστίας λειτουργίας µε βελτιωµένη ποιότητα ισχύος Οι επιπτώσεις κάθε τύπου εγκαταστάσεων DG είναι διαφορετικές Είναι απαραίτητο να εκπονηθεί ανάλυση αξιοπιστίας λειτουργίας του συστήµατος Βελτιωµένη λειτουργία του υπόλοιπου συστήµατος παραγωγής µε τις συµβατικές µονάδες (π.χ. µικρότερος αριθµός σβέσεων και ενάρξεων λειτουργίας) αλλά και οικονοµικές επιπτώσεις για επενδύσεις σε τέτοιες µονάδες 22
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (συνέχεια) Απαιτούνται προδιαγραφές σχεδιασµού και λειτουργίας της νέας τοπολογίας των δικτύων διανοµής Ανάγκη για νέες τεχνολογίες εγκαταστάσεων DG που θα χρησιµοποιούν ιδιαίτερα φυσικό αέριο ως καύσιµο Κριτήρια για τη συµµετοχή των εγκαταστάσεων DG στις Επικουρικές Υπηρεσίες του συστήµατος ηλεκτρικής ενέργειας που θα αυξήσει τη δυνατότητα επενδύσεων Στρατηγικές και τεχνολογίες για συντονισµό του ελέγχου της παραγωγής ισχύος και της λειτουργίας του εξοπλισµού των δικτύων διανοµής 23
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ (συνέχεια) Οι κανόνες δικτύου πρέπει να επεκταθούν έτσι ώστε να συµπεριλαµβάνουν επιπρόσθετες ρυθµίσεις για τη νέα τοπολογία των δικτύων διανοµής Ιδιαίτερη σηµασία έχει η χρησιµοποίηση του φυσικού αερίου για τις εγκαταστάσεις DG και η ανάπτυξη του κατάλληλου δικτύου διανοµής του σε αστικές περιοχές Έχει αποδειχθεί ότι χρειάζεται κοινωνική αποδοχή για όλες τις µορφές των εγκαταστάσεων κατανεµηµένης παραγωγής που σηµαίνει ότι είναι απαραίτητο να γίνουν διαβουλεύσεις για αυτές τις εγκαταστάσεις σε τοπικό επίπεδο και σχετικές κοινωνιολογικές έρευνες. 24