Post on 13-Aug-2015
description
transcript
Transportul și DistribuțiaEnergiei Electrice
Ș.l.dr.ing. Lucian Toma
Coordonate:Facultatea de EnergerticăCatedra Sisteme ElectroenergeticeBirou EI-113, EI-114Tel.: 0724711661Email: lucian_toma_ro@yahoo.com
Petrol convenţional
Petrol neconvenţional
Gaz convenţional
Gaz neconvenţional
CărbuneUraniu
45 ani
20 a.
65 ani
0 ani
200 ani100 ani
70 ani
30-80 ani
150 ani
600 ani
1300 ani>1000 ani, cu reciclare
Rezerve în exploatare Rezerve neexploatateCombustibil brut
27000 TWhConsumul de energie electrică
Ţări în curs de dezvoltareOECD, Europa de Est
7,5 mld.6,1 mld.
4,4 mld.
Populaţia pe glob
85%
15%8300 TWh
1980
71%
29%15400 TWh
2000
55%
45%
2020
Sursa: Current Trends in Energy & Power Markets. BP Statistical Review of World Energy 2005; BGR
Consumul de energie electrică vs. Populaţia globului
Rezervele de energie în combustibili
Dezvoltarea durabilă = echilibrul dintre creşterea economică şi progresul social în condiţiile protejării mediului înconjurător
Creştereeconomică
Progres socialProtejareamediului
Consumul de energie şi dezvoltarea durabilă
Strategia de la Lisabona pentru dezvoltare durabilă
PIAŢ
A INTE
RNĂ
SECURITATEA ALIMENTĂRII
MEDIU
Liberalizareapieţei de energie
Inovare şi competitivitate
Eficienţă şi costuri reduse
Conservarea florei şi faunei naturale
Stoparea procesului de schimbări climaterice
Reducerea poluării
Disponibilitatea energieiprimare
Siguranţă şi Calitate a energiei
Capacitate de livrare
Strategia de la Lisabonapentru o dezvoltare durabilă
Tehnic
Economic
Social-Mediu
Tehnic
Economic
Social-Mediu Tehnic
Economic
Social-Mediu
Trecut
Prio
ritat
eViziune asupra priorităţilor dezvoltării durabile
Prezent Viitor
Nuclear
Cărbune Gaz saupăcură
Hidro
Solar
Eolian
GeotermalMaree
Micro-...Bio
Transportul
Distribuția
ENERGIEIELECTRICĂ
Baterii
Rețeaua electrică ConsumatoriSurse de producție
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Tensiune Medie
Linii electrice, echipamente de comutaţie, servicii etc.
Tensiune Înaltă
Linii electrice, echipamente de comutaţie, servicii etc.
TransformatoareTransformatoare bloc,
transformatoare de putere, transformatoare de distribuţie etc.
Automatizări şi ProtecţiiSisteme de control, sisteme de
automatizare şi protecţii, sisteme de telecontrol, calitatea energiei electrice.
ServiciiConsultanţă şi planificare de reţea,
menţenanţă şi managementul activelor de reţea, servicii de măsurare etc.
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Zone sincrone din Europa
Cabluri Cabluri HVDCHVDC
HVDC B2BHVDC B2B
Linii Linii HVACHVAC
UCTE
UPS/IPS
NORDEL
UKTSOAATSOI
CapacitCapacitateate: : 663311 GWGWVârf de sarcinăVârf de sarcină: : 390 390 GWGWConsumConsum: : 2525330 0 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: 4: 45050 mlnmln
CapacitCapacitateate: 9: 944 GWGWVârf de sarcinăVârf de sarcină: : 6666 GWGWConsumConsum: : 405 405 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: 2: 244 mlnmln
CapacitCapacitateate:: 333737 GWGWVârf de sarcinăVârf de sarcină::215215 GGWWConsumConsum: 12: 128585 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: 280: 280 mlnmln
CapacitCapacitateate: : 85 85 GWGWVVâârfrf de de sarcinăsarcină: : 6666 GWGWConsumConsum: : 400 400 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: : 6565 mlnmln
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Dezvoltarea interconexiunilor UCTEasincron
sincron
Inelul mediteranean
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Solidaritate Încredere Interes comun
Producţie Consum
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Curba de sarcină a SEN în data de 20.10.2005
Preal
Pprog
Pnot
Curba de sarcină a SEN
Reglaj primar (automat)
Regulator de viteză
Generatoare
Preglaj primar
fnom
Reţea interconectată
Pprogramat Pdispecerizat PprodusăPplanificată
Preglaj terţiar
Preglaj secundar
Reglaj terţiar Reglajulsecundar frecvenţă-
putere activă
Frecvenţă comună
f
f
Plinii de interconexiune
fconsemn
Pprogramat linii de interconexiune
+
-
+ ++
+
+
Reglaj secundar(coordonat direct de OTS)
Reglajul frecvenței in sistemele electroenergetice
1000 200 300 400 500 t [s]
1.041.03
1.051.06
1.071.081.09
1.041.03
1.051.06
1.071.08
0 2 4 6 8
1.041.03
1.051.06
1.071.08
Efectul reglajului primar
Reglajprimar
de tensiuneAc
de tensiune ini iat la = 300 sţiunea reglajului terţiar
ţ t
Ac iunea reglajului secundarţ
Reţea electrică de transport
G
G
Reglaj secundarReglaj
secundar
Zona de reglaj 1
Nod pilot
GG
GNod pilot
Zona de reglaj 3
ReglajsecundarReglaj
secundar
Reglaj terţiaroptimizat
Reglaj terţiaroptimizat
Operator de transport şi sistemOperator de transport şi sistem Mărimi măsurate(U, P, Q)
Mărimi măsurate(U, P, Q)
SemnalizăriSemnalizări
Controlul tensiunii şi al puterii reactive
Reglajul ierarhizat de tensiune
G
GNod pilot
ReglajsecundarReglaj
secundar
Zona de reglaj 2
Marea varie din SUA-Canada 2003
Sunt sistemele electroenergetice vulnerabile?
Marea avarie din Italia 2003
Italia în beznă
Sunt sistemele electroenergetice vulnerabile?
TTensiunensiuneaea continuă continuă (HVDC): solu(HVDC): soluţţia pentru ia pentru interconectarea sistemelor interconectarea sistemelor electroenergeticeelectroenergetice îîn asincronn asincron
Legături HVDC existenteCross Channel 2000 MWSkagerrak 940 MWBaltic Cable 600 MWKontek 600 MWGotland 260 MWFenno Skan 500 MWKonti Skan 550 MWVyborg 355 MWMoyle 2 x 250 MWSwepol 600 MW
Interconexiuni în curs de realizare
NorNed 600 MW
Great Belt 600 MW
UK-Netherlands 1200 MW
Norway-UK 1200 MWIceland-UK 1100 MW
Finland-Estonia 350 MW
Dürnrohr 550 MWWien SO 550 MWEtzenricht 600 MW
Scoase din funcţiune (B2B)
Viking Cable 600 MW
OpţiuniEuro Link 4000 MW (TEN Studies)
Ireland Wales 400 MW
(B2B)
Părţi implicate:
Transelectrica şi TEİAŞ
Proiectul: Cost: aprox. 290 MEUR,
excluzând conectarea cu
reţeaua AC şi întărirea acesteia
Putere nominală: 600-700 MW
Lungime: >300 km
Adâncimea apei: < 1000 m
Proiectul legăturii la tensiune continuă Romania – Turcia
Hong Kong: 7 mil.Guangzhou: 10 mil
Shanghai: 19 mil.Hangzhou: 6,7 milNanjing: 7,6 milChangzhou: 3,5 mil
China – un “buldozer” în ascensiune
Beijing: 17 mil.Tianjin: 11,7 mil.Shijiazhuang: 9,4 mil.
China – un “buldozer” în ascensiune
Proiectul Three Gorges
Proiectul Three Gorges
China – un “buldozer” în ascensiune
Guangdong
Fujian
Taiwan
Sichuan & Chongqing
Hubei
Hunan
Jiangxi
Heilongjiang
Inner Mongolia
Hebei
Henan Jiangsu
Shandong
Anhui
Guangxi Guizhou
Beijing Tianjin
Shanghai
Jilin
Gansu
Shaanxi
Shanxi
Qinghai
Xinjiang
Xizang
Ningxia
Liaoning
Zhejiang
Yunnan
Hainan Nuozhadu-Guangdong800kV, 5000-6000 MW, 2015
Bangkok
NW-Sichuan (Baoji – Deyang)3000 MW, 2011
BtB North - Central1000 MW, 2012
BtB Shandong - East 1200 MW, 2011
Irkutsk (Rusia) - Beijing800kV, 6400 MW, 2015
BtB Northeast-North (Gaoling)
1500 MW, 2008
Goupitan - Guangdong3000 MW, 2016
Rusia
Jinghong-Thailand3000 MW, 2013
Ningxia - Tianjing
3000 MW, 2009
NWPG
NCPG
NEPG
CCPG ECPG North Shaanxi-Shandong3000 MW, 2011
Yunnan - Guangdong800kV, 5000 MW, 2009
SCPG
Hulunbeir (Inner Mongolia)- Shenyang 3000 MW, 2010
Xianjiaba – Shanghai 800kV, 6400 MW, 2011Xiluodu - Hanzhou
800kV, 6400 MW, 2015
Xiluodu - Hubei800kV, 6400 MW, 2014
Hami – C. China800kV, 6400 MW, 2018
Humeng – Jinan (Shandong)800kV, 6400 MW, 2015
Humeng - Tianjing800kV, 6400 MW, 2016
Humeng - Liaoning800kV, 6400 MW, 2018
Jinsha River II – East China800kV, 6400 MW, 2016
Jinsha River II - Fujian800kV, 6400 MW, 2018
Jinsha River II – East China800kV, 6400 MW, 2019
Jingping – East China800kV, 6400 MW, 2012
40.5
m
40.1
m
Comparaţie între un stâlp de 800 kV AC şi un stâlp de ±500 kV DC, având aceeaşi
capacitate de transport (2000 MW).
Transformarea unui stâlp de la220 kV AC la ±380 kV DC.
480 MVA 1440 MVA
220 kV AC 380 kV DC
acelaţie
şi stâlpaceeaşi funda
SurSursasa: Mitsubishi Electric Power Produces Inc.: Mitsubishi Electric Power Produces Inc.
Soluţii inteligente prin aplicaţii ale electronicii de putere:dispozitive FACTS şi legături HVDC
Controlul circulaţieide puteri
Controlul tensiuniiMenţinerea stabilităţii
Îmbunătăţirea calităţii energiei electrice
Interconectarea centralelor eoliene
Centrală electrică
Reglajul puterii reactive Creşterea capacităţii
de importCreşterea capacităţii
de transport
Sistemelectroenergetic
vecin
Sistemelectroenergetic
vecin
Control interzonal
““Smart Smart evolutionevolution””
Evoluţia către o infrastructură robustă
““Smart Smart evolutionevolution””
Evoluţia de la “reţelele pasive” spre “reţelele active”
Sisteme de comunicaţiiMonitorizare în timp real Acţionare de la distanţă
Reţele pasive =reţele dependente de intervenţia operatorului uman
Reţele active =reţele capabile să răspundă (să se adapteze) în timp real la evenimente complexe
SMESPile cu combustibil
Stocare de energie termcă
Centrală eoliană “off-shore”
Integrarea surselor de generare: o mare provocare
Micro-hidrocentrale Centrală
fotoelectricăHidrocentrală
Panouri fotoelectrice
Biomasă
Energia valurilor
Managementul consumului
CHPStocare de hidrogen
μStocarede energieelectrică
CTE cu 0 emisii
Microreţea
Controler local
Panouri fotoelectrice
Nod de comunicaţie
Transformator
Crearea conceptului de SmartGrids – Reţele Inteligente
Aparate inteligente
Delestaj voluntar de sarcină ca răspuns la dezechilibru de puteri
Managementul consumuluiLa vârf de sarcină, consumul poate fi
asigurat din surse proprii pentru a economisi bani
Locuinţe
Sisteme digitale de protecţie ce acţionează în microsecunde
Procesoare
Panouri fotoelectrice
Detectează condiţii nefavorabile de funcţionare şi pot semnala
zone care pot fi izolate -autocicatrizare
Centrală eoliană Generare distribuităEnergia provenită din surse de
producţie proprie, de mică putere, conduc la creşterea independenţei
energetice şi la reducerea costurilor
Senzori
Clădire industrială
Centrală electrică de putere mare
Microreţa izolată
Birouri
Viziune pentru viitor – o reţea a microreţelelor integrate care se pot monitoriza şi auto-cicatriza
SMARTSMART--GRIDSGRIDS
Perturbaţie în reţea
Energia generată la gol de sarcină poate fi stocată în
baterii pentru utilizare ulterioară
Stocare
FlexibilitateAccesibilitate Siguranţă Economicitate
… integrarea a doua infrastructuri
Reţele inteligente (SmartGrids)
Infrastructura electricăInfrastructura electrică
Infrastructura Infrastructura ““InteligentaInteligenta””
Structura generală a unui sistem energetic
Sistem electro-energetic
Combustibil, baraj şi lacuri de acumulare
Centrale electrice
Reţele electrice de transport
Reţele electrice de distribuţie
Consumatori
Reţeaua electrică
Noţiuni introductive
Sistemul electroenergetic = ansamblu de instalaţii energetice care asigură procesul de producere (generatoarele, fără turbinele de antrenare), de transport (liniile şi staţiile electrice) şi consum de energie (receptoarele electrice)
Sistemul energetic este ansamblul instalaţiilor rezultat din adăugarea la sistemul electroenergetic, pe partea de centrale şi a turbinelor, cazanelor, depozitelor de combustibil (pentru centrale termoelectrice) respectiv pentru centralele hidroelectrice a turbinelor, barajelor şi lacurilor de acumulare, iar pe partea consumatorilor alături de receptoarele de energie se consideră şi mecanismele antrenate.
Noţiuni introductive
Receptor de energie electrică: un element de circuit care consumă energia electrică în scop util sau un aparat care transformă energia electrică în alte forme de energie (luminoasă, mecanică, termică)
Consumatorul de energie electrică: ansamblul instalaţiilor electrice pentru alimentarea receptoarelor dintr-o înteprindere, construcţii etc.
Instalaţiile electrice dintr-un sistem electroenergetic se pot grupa:– Producere a energiei electrice (generatoarele);– Transport a energiei electrice (linii electrice aeriene şi
subterane, staţii transformatoare)– Distribuţie (linii electrice aeriene şi subterane, posturi de
transformare, tablouri de distribuţie)– Instalaţii la consumator.
Turb
ină
GEN
Generatorde abur
V
UV
MT ÎT
V
Noţiuni introductive
V - tensiunea de fază
U - tensiunea între faze
VVV
U
U
U
V
V
V
VU 3
V - tensiunea de fază
U - tensiunea între faze
a
b
c
A
B
CSecundar
Primar
V = Ufp - tensiunea de fază
U = Uff - tensiunea între fazeVU 3
Legătura dintre tensiunea de fază V şi tensiunea între faze U
a V ca U U ab
c V bV
bcU
a
c b
N
Tensiunea nominală a sistemului (ca un întreg) (eng.: nominal voltage of the system) = o valoare a tensiunii utilizată pentru a desemna sau identifica un sistem şi la care se referă anumite caracteristici de funcţionare
Tensiune normată (rated voltage) = o valoare cantitativă atribuită, în general, de constructorul de echipamente pentru anumite condiţii de funcţionare ale unei componente, dispozitiv sau echipament din sistemul electroenergetic. Ex: tensiunea la bornele generatoarelor este diferită de tensiunea reţelei electrice este 6,3 kV, 10,5 kV, 24 kV sau 35 kV.
Definiţii
Clasificarea reţelelor electrice
• după nivelul de tensiune;
• în funcţie de destinaţia şi extinderea geografică;
• în funcţie de topologie;
• în funcţie de situaţia neutrului faţă de pământ;
sisteme de transport la tensiune alternativă sau continuă
Clasificarea RE după nivelul de tensiune
• Reţele de joasă tensiune Un ≤ 1 kV- În România este folosită tensiunea de 400/230V
• Reţele de medie tensiune 1 kV ≤ Un < 110 kV– Un=10kV;20kV pentru distribuţia urbană (LES/LEC)– Un=20kV pentru distribuţie rurală (LEA)– Un=6kV;10kV pentru distribuţie industrială
(LEC/LES)• Reţele de înaltă tensiune 110 kV ≤ Un > 245 kV
- Rol de repartiţie zonală sau de distribuţie în cadrul marilor oraşe
- Un =110 kV, 220 kV• Reţele de foarte înaltă tensiune Un ≥ 245 kV
- Un =400 kV, 750 kV
• După destinaţie:– Reţele electrice de transport (ÎT, FÎT)– Reţele electrice de repartiţie (ÎT)– Reţele electrice de distribuţie (MT/JT)
• După extinderea geografică:– Reţele naţionale– Reţele zonale– Reţele locale
Clasificarea RE în funcţie de destinaţie şi extinderea geografică
• Reţele radiale, arborescente sau deschise
Reţea radială
Reţea arborescentă
Staţie de transformare ÎT MT /
Posturi de transformare M / T JT
Clasificarea reţelelor electrice în funcţie de topologie
Structuri de reţele buclate
~ 2
~1
I
Întreruptor
Clasificarea reţelelor electrice în funcţie de topologie
~
~
I
I
~
~
I
I
Reţea buclată complex Modificarea topologiei unei reţele prin debuclarea în statiile de transformare: a) fără debuclare; b) cu debuclare
a b
Structuri de reţele complex buclate
Clasificarea reţelelor electrice în funcţie de topologie
• Reţele cu neutrul izolat faţă de pământ
• Reţele cu neutrul legat direct la pământ
• Reţele cu neutrul tratat:
- prin impedanţă (bobină şi / sau rezistor)
- prin sistem rezonant (bobina Peterson)
Clasificarea reţelelor în funcţie de situaţia neutrului faţă de pamânt