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