© IEn Gdańsk 2010 SmartGrid– sieć przyszłości Prezentacja przygotowana przez zespół Zakładu Urządzeń Elektrohydraulicznych Elektrowni Gdańsk

2/ 17 © IEN Gdańsk  Definicje  Sieć wydzielona - przykład  Jakość energii w sieci wydzielonej  Źródła generacji  Generacja rozproszona  Mikrosieci - realizowane programy badawcze Plan prezentacji

3/ 17 © IEN Gdańsk Definicje Ogólne „sieć wydzielona” oznacza zbiór powiązanych źródeł, odbiorów i ewentualnie zasobników energii przyłączonych zasadniczo do sieci głównej, lecz zdolnych także do samodzielnej pracy wyspowej. Typowa sieć wydzielona składa się z następujących podukładów i elementów : a)źródła rozproszonej generacji, b)zasobniki energii, c)wyłącznik sprzęgający z siecią, d)odbiory elektryczne, e)przekształtniki energoelektroniczne, f)układy sterowania i kontroli.

4/ 17 © IEN Gdańsk Lokalizacja istniejących i planowanych GPZ w Województwie Pomorskim

5/ 17 © IEN Gdańsk Sieć wydzielona – przykład Źródło: Projekty wiodące a rozwój regionalny. Oferta Energii dla Pomorza

6/ 17 © IEN Gdańsk Sieć wydzielona przykład mikrosieć

7/ 17 © IEN Gdańsk Jakość energii w sieci wydzielonej

8/ 17 © IEN Gdańsk Rozproszone źródła energii odnawialnej  Generacja rozproszona (odnawialna) : Farmy wiatrowe Ogniwa paliwowe Elektrownie słoneczne Kogeneracja oparta na biopaliwach Elektrownie wodne  Udział energii z OZE będzie wzrastał. Aktualnie wymagany – 10,4%.

9/ 17 © IEN Gdańsk Źródła generacji. Władysławowo Źródło: www: petrobaltic Elektrociepłownia gazowa została wyposażona w dwie turbiny gazowe typu Allison KB-7 amerykańskiej firmy Rolls-Royce Corporation, pracujące w układzie skojarzonym z wytwornicą gorącej wody. Turbiny gazowe mogą wytwarzać w skojarzeniu energię elektryczną łącznie o mocy około 11 MWe i energię cieplną łącznie o mocy do 18 MWt. Projekt realizuje spółka Energobaltic, której udziałowcami są firma Petrobaltic, miasto Władysławowo i koncern Rolls-Royce. Z szybu platformy wiertniczej popłynie podmorską rurą mierzącą 82 km gaz do miejskiej elektrociepłowni.”

10/ 17 © IEN Gdańsk Źródła generacji. Hel Hel. Trzy agregaty kogeneracyjne Vitobloc Viessmanna od 11 listopada 2003 zasilają w ciepło i energię elektryczną dwa osiedla mieszkaniowe w Helu. Paliwem jest gaz ziemny skroplony (LNG). Cały projekt obejmuje także pompy ciepła i kolektory słoneczne. Jeden z agregatów ma o moc elektryczną 225 kWe i cieplną 360 kWt, a dwa pozostałe: moc elektryczną 122 kWe i cieplną 204 kWt każdy.

11/ 17 © IEN Gdańsk Generacja rozproszona  Generacja rozproszona odnawialne źródła energii np. wiatrowe, słoneczne, źródła energii podłączone do sieci rozdzielczych, obniżenie kosztów przesyłu i dystrybucji energii (ograniczenie przesyłu na małe odległości). moc zależna od warunków pogodowych, konieczność dopasowania generacji do zapotrzebowania.  Smart Grid sposobem na rozwiązanie tych problemów.

12/ 17 © IEN Gdańsk Generacja rozproszona kogeneracja w małej skali Schemat obiegu kogeneracyjnego silnika spalinowego Agregat prądotwórczy z nabudowanym węzłem ciepłowniczym. Paliwo: biogaz lub biodiesel. Zakresy mocy: od 20 kWc i 4kWe do 1000 kWc i 200 kWe. olej D  paliwo powietrze para technologiczna spaliny silnik spalinowy (DISEL) ciecz chłodząca woda ciepła

13/ 17 © IEN Gdańsk Sieć wydzielona przykład mikrosieć

14/ 17 © IEN Gdańsk Miejsce i rola lokalnych źródeł energii - mikrosieci  Samowystarczalne pod względem generacji, oparte głównie na źródłach odnawialnych w małej skali  Połączenie z siecią zewnętrzną jako rezerwowe  Zasobniki energii do magazynowania nadwyżek energii i do skompensowania znacznej zmienności źródeł generacyjnych  Korzyści:  Bezpieczeństwo (izolacja poszczególnych lokalnych zakłóceń od siebie, izolacja od zagrożeń w sieci el-en)  Brak uzależnienia dostaw od pracy systemu – większa pewność zasilania w obrębie mikrosieci  Zmniejszenie kosztów dostarczenia energii do odległych miejsc  Samowystarczalne pod względem generacji, oparte głównie na źródłach odnawialnych w małej skali  Połączenie z siecią zewnętrzną jako rezerwowe  Zasobniki energii do magazynowania nadwyżek energii i do skompensowania znacznej zmienności źródeł generacyjnych  Korzyści:  Bezpieczeństwo (izolacja poszczególnych lokalnych zakłóceń od siebie, izolacja od zagrożeń w sieci el-en)  Brak uzależnienia dostaw od pracy systemu – większa pewność zasilania w obrębie mikrosieci  Zmniejszenie kosztów dostarczenia energii do odległych miejsc Mikrosieci (ang. microgrids) – niewielkie, lokalne sieci pracujące niezależnie od pozostałej części systemu elektroenergetycznego

15/ 17 © IEN Gdańsk Mikrosieci – realizowane programy badawcze na świecie Aktualnie na świecie realizowanych jest wiele projektów badawczych w zakresie mikrosieci elektrycznych niskiego napięcia. Znaczące osiągnięcia na na tym polu odnotowano m.in. w Japonii, gdzie od kilku lat pracują mikrosieci na lotnisku Aichi, w Kyotango i Hachinohe. W każdym z tych układów dotrzymywany jest z minimalną odchyłką (nie przekraczającą 3%) bilans lokalnie wytwarzanej i zużywanej mocy, co zapewnia samowystarczalność energetyczną „wyspy”. Dla przykładu w Aichi wykorzystano w roli rozproszonych źródeł ogniwa paliwowe (7 sztuk o łącznej mocy 1395 kW) i fotowoltaiczne o mocy 330 kW. Zasobnikiem energii jest bateria sodowo-siarkowa (NaS) współpracująca z przekształtnikiem energoelektronicznym Udane eksperymenty wyspowej pracy mikrosieci prowadzone są także w Ameryce Północnej. W mikrosieciach kanadyjskich firm BC Hydro i Hydro Quebec źródłami mocy są małe elektrownie wodne o mocy 3.5 MW zapewniające zasilanie odległych osiedli w razie przerwania połączeń sieciowych z systemem elektroenergetycznym. Testy wykazały sprawność regulacji parametrów zasilania (częstotliwości i napięcia) z lokalnych źródeł przy zmiennym obciążeniu, bilansowanie podaży i popytu, możliwości uruchamiania kolejnych źródeł mocy jak generatory diesla itp. Nacisk kładzie się na optymalizację funkcji regulacji i nadzoru zaimplementowanych w nadrzędnym sterowniku mikrosieci (źródło: CANMET) 2007r

16/ 17 © IEN Gdańsk Mikrosieci – realizowane programy badawcze w Europie W ramach programu badawczego nową instalację w zminiaturyzowanej skali zrealizowano w Uniwersytecie Technicznym w Atenach, gdzie mikrosieć obejmuje dwie osobne podsieci 230V, 50Hz, każda złożona z turbiny wiatrowej 1 kW, ogniw fotowoltaicznych 1,1 kW i baterii akumulatorów 250 Ah. Drugi z unijnych programów tj. „More Microgrids” zajmuje się badaniem skutków rozbudowy mikrogeneracji w istniejących sieciach rozdzielczych. Jednym z udanych przedsięwzięć tego programu jest instalacja w Bronsbergen Holiday Park (Holandia) zawierająca 210 budynków, z których 108 wyposażono w baterie słoneczne o łącznej mocy maksymalnej 315 kW. Park zelektryfikowano w tradycyjny sposób (trójfazowa sieć 0.4 kV zasilana z transformatora 10/0.4 kV). Odbiory osiedla o mocy szczytowej 90 kW rozdzielono na 4 linie trójfazowe z możliwością zasilania z własnych ogniw fotowoltaicznych (PV), akumulatorowych zasobników energii lub z zewnętrznej sieci 10kV. W układzie tym prowadzone są kompleksowe badania obejmujące m.in. ocenę pracy wyspowej, automatyczne rozłączanie i synchronizację mikrosieci, poziomy prądów zwarcia, jakość energii, sterowanie rozdziałem mocy i pracę równoległą przekształtników. Inne przedsięwzięcie tego programu realizowane jest w ekologicznym osiedlu mieszkaniowym w Mannheim-Wallstadt przez firmę MVV Energie. Główny cel testów to opracowanie i sprawdzenie optymalnych rozwiązań mikrosieci komunalnych zapewniających niezawodne i ekonomiczne zaopatrywanie użytkowników w energię elektryczną najwyższej jakości. (źródło: CANMET)

17/ 17 © IEN Gdańsk Dziękujemy za uwagę