Transportul și Distribuția Energiei Electrice Ș.l.dr.ing. Lucian Toma Coordonate: Facultatea de Energertic ă Catedra Sisteme Electroenergetice Birou EI-113, EI-114 Tel.: 0724711661 Email:
[email protected]
Consumul de energie electrică vs. Populaţia globului 7,5 mld.
Populaţia pe glob
45%
27000 TWh Cons Consum umul ul de energi energiee ele electr ctric ică
71%
55%
Ţări în curs de dezvoltare OECD, Europa de Est
2000
2020
6,1 mld. 4,4 mld. 8300 TWh 15% 85%
1980
15400 TWh 29%
Rezervele de energie în combustibili Combus Com bustib tibil il bru brutt
Rezerve Reze rve în exploatar exploatare e
Petrol convenţional
45 ani
70 ani
Petrol neconven ţional
20 a.
30 30-8 -80 0 ani ani
Rezerve Reze rve neex neexploat ploatate ate
Gazz conv Ga conven enţional
65 ani
150 ani
Gaz neconv neconven enţional
0 ani
600 ani
Cărbune Uraniu
200 ani 100 ani
1300 ani >1000 ani, cu reciclare
Sursa: Current Trends Trends in Energy & Power Power Markets. BP Statisti Statistical cal Review Review of World Energy Energy 2005; BGR
Consumul de energie şi dezvoltarea durabilă Dezvoltarea rea durab rabilă = echilibrul dintre cre creşşterea economică şi progresul social în condiţ condiţ iile iile protejării mediului înconjur ător
Creştere economic ă
Protejarea mediului
Progres social
Strategia de la Lisabona pentru dezvoltare durabil ă
Disponibilitatea energiei primare
Liberalizarea pieţei de energie
S E C U Inovare şi R I T A Siguranţă şi Calitate a competitivitate Ă T E N energiei R A E T A Eficienţă şi N L I I M A Capacitate de livrare costuri reduse Ţ E N I A T Ă P Strategia de la Lisabona R pentru o dezvoltare durabil ă I I MEDIU EDIU
Conservarea florei Stoparea procesului de şi faunei naturale schimbări climaterice
Reducerea poluării
Viziune asupra priorităţilor dezvoltării durabile
e t a t i r o i r P
Tehnic
Economic
Social-Mediu
Economic
Tehnic
Economic
Social-Mediu
Social-Mediu
Tehnic
Trecut
Prezent
Viitor
Surse de producție
Cărbune
Rețeaua electrică
Gaz sau păcur ă
Nuclear
Hidro
Transportul Eolian Solar
Micro-... Maree
Bio
Distribuția Baterii Geotermal
ENERGIEI ELECTRIC Ă
Consumatori
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Tensiune Înaltă
Transformatoare
Tensiune Medie
Linii electrice, echipamente de comutaţ ie, servicii etc.
Transformatoare bloc, transformatoare de putere, transformatoare de distribu ţ ie etc.
Linii electrice, echipamente de comutaţ ie, servicii etc.
Automatizări şi Protecţ ii
Servicii
Sisteme de control, sisteme de automatizare şi protecţ ii, sisteme de telecontrol, calitatea energiei electrice.
Consultan ţă şi planificare de re ţ ea, menţ enanţă şi managementul activelor de reţ ea, servicii de m ăsurare etc.
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Zone sincrone din Europa Capacitate: 94 GW Vârf de sarcină: 66 GW Consum: 405 TWh Populaţie: 24 mln
Capacitate: 85 GW Vârf de sarcină: 66 GW Consum: 400 TWh Populaţie: 65 mln
NORDEL
ATSOI UKTSOA Capacitate: 631 GW Vârf de sarcină: 390 GW Consum: 2530 TWh Populaţie: 450 mln
Capacitate: 337 GW Vârf de sarcină:215 GW Consum: 1285 TWh Populaţie: 280 mln
UPS/IPS
UCTE Cabluri HVDC HVDC B2B Linii HVAC
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Interconectarea sistemelor electroenergetice Dezvoltarea interconexiunilor UCTE asincron sincron
Inelul mediteranean
Interconectarea sistemelor electroenergetice
Producţ ie
Solidaritate
Încredere
Consum
Interes comun
Curba de sarcină a SEN
Preal Pprog Pnot
Curba de sarcină a SEN în data de 20.10.2005
Reglajul frecvenței in sistemele electroenergetice Reglaj primar (automat)
f nom
P reglaj primar
P dispecerizat +
P programat
+
+
+
P planificat
ă
+
-
Regulator de viteză
Generatoare
+ P produs
P reglaj ter ţ iar
ă
Reţea interconectată f
f
Reglaj terţiar P reglaj secundar
P linii de interconexiune Reglajul secundar f consemn frecvenţăputere activă P programat linii de interconexiune
Reglaj secundar (coordonat direct de OTS)
Frecvenţă comună
Controlul tensiunii şi al puterii reactive Reglajul ierarhizat de tensiune 1.09 1.08 1.07 1.06 1.05 1.04 1.03
Reglaj primar de tensiune
Acţiunea reglajului ter ţiar de tensiune iniţ iat la t = 300 s
Măărimi rimi m măăsurate surate M (U, P, P, Q) Q) (U,
Operator de de transport transport şşii sistem sistem Operator
Acţiunea reglajului secundar
0
100
200
300
400
500
t [s]
Semnalizăăriri Semnaliz
Reglaj ter ter ţţiar iar Reglaj optimizat optimizat
Efectul reglajului primar
1.08 1.07 1.06 1.05 1.04
Reglaj Reglaj secundar secundar
1.03 0
2
4
6
8
Zona de reglaj 1 G
Reglaj Reglaj secundar secundar
G Nod pilot
G G
Reţea electrică de transport
Reglaj Reglaj secundar secundar
Nod pilot
Zona de reglaj 2
Zona de reglaj 3
G G
Nod pilot
G
Sunt sistemele electroenergetice vulnerabile? Marea varie din SUA-Canada 2003
Sunt sistemele electroenergetice vulnerabile? Marea avarie din Italia 2003
Italia în beznă
Tensiunea continuă (HVDC): soluţia pentru interconectarea sistemelor electroenergetice î n asincron Scoase din funcţiune (B2B) Dürnrohr Wien SO Etzenricht
550 MW 550 MW 600 MW
Legături HVDC existente Cross Channel 2000 MW Skagerrak 940 MW Baltic Cable 600 MW Kontek 600 MW Gotland 260 MW Fenno Skan 500 MW Konti Skan 550 MW Vyborg 355 MW Moyle 2 x 250 MW Swepol 600 MW Finland-Estonia 350 MW NorNed 600 MW
(B2B)
Interconexiuni în curs de realizare UK-Netherlands 1200 MW Ireland Wales 400 MW Viking Cable 600 MW
Opţiuni Euro Link Great Belt Norway-UK Iceland-UK
4000 MW (TEN Studies) 600 MW 1200 MW 1100 MW
Proiectul legăturii la tensiune continuă Romania – Turcia
Păr ţi 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
China – un “buldozer” în ascensiune Beijing: 17 mil. Tianjin: 11,7 mil. Shijiazhuang: 9,4 mil.
Shanghai: 19 mil. Hangzhou: 6,7 mil Nanjing: 7,6 mil Changzhou: 3,5 mil
Hong Kong: 7 mil. Guangzhou: 10 mil
China – un “buldozer” în ascensiune Proiectul Three Gorges
Proiectul Three Gorges
China – un “buldozer” în ascensiune Hami – C. China 800kV, 6400 MW, 2018
Ningxia - Tianjing
NEPG
Heilongjiang
Humeng - Tianjing 800kV, 6400 MW, 2016 Hulunbeir (Inner Mongolia) - Shenyang 3000 MW, 2010
NW-Sichuan (Baoji – Deyang)
3000 MW, 2011
Inner Mongolia Gansu
NWPG
Xizang
Liaoning Beijing Tianjin Hebei
Shanxi
Ningxia
Qinghai
Jinsha River II – East China 800kV, 6400 MW, 2016
Shaanxi Sichuan & Chongqing
BtB Northeast-North (Gaoling) 1500 MW, 2008
Shandong
Humeng – Jinan (Shandong) 800kV, 6400 MW, 2015
Jiangsu Henan Anhui North Shaanxi-Shandong ECPG CCPG Shanghai 3000 MW, 2011 Hubei Zhejiang
800kV, 6400 MW, 2012
Jiangxi Hunan
Jinsha River II – East China 800kV, 6400 MW, 2019
Fujian Taiwan
Guizhou
SCPG
Guangxi
Yunnan
Jinsha River II - Fujian 800kV, 6400 MW, 2018 Nuozhadu-Guangdong 800kV, 5000-6000 MW, 2015
Jilin
NCPG
Xinjiang
Xiluodu - Hubei 800kV, 6400 MW, 2014
Jingping – East China
Humeng - Liaoning 800kV, 6400 MW, 2018
Rusia
3000 MW, 2009
Xianjiaba – Shanghai 800kV, 6400 MW, 2011 Xiluodu - Hanzhou 800kV, 6400 MW, 2015
Irkutsk (Rusia) - Beijing 800kV, 6400 MW, 2015
Bangkok
Jinghong-Thailand Hainan 3000 MW, 2013
BtB Shandong - East 1200 MW, 2011 BtB North - Central 1000 MW, 2012
Goupitan - Guangdong 3000 MW, 2016 Yunnan - Guangdong 800kV, 5000 MW, 2009
Guangdong
m 5 . 0 4
m 1 . 0 4
Comparaţ ie între un stâlp de 800 kV AC şi un stâlp de ±500 kV DC, având aceeaşi capacitate de transport (2000 MW). 480 MVA
1440 MVA
acelaşi stâlp aceeaşi fundaţie
220 kV AC
380 kV DC
Transformarea unui stâlp de la 220 kV AC la ±380 kV DC.
Soluţii inteligente prin aplicaţii ale electronicii de putere: dispozitive FACTS şi legături HVDC Centrală electrică
Interconectarea centralelor eoliene
Reglajul puterii reactive
Controlul circulaţiei de puteri
Controlul tensiunii Menţinerea stabilităţii
Creşterea capacităţii de import
Control interzonal Sistem electroenergetic vecin
Îmbunătăţirea calităţii energiei electrice
Creşterea capacităţii de transport
Sistem electroenergetic vecin
Sur sa sa: Mitsubishi Electric Power Produces Inc.
Evoluţia către o infrastructur ă robustă
“Smart evolution”
Evoluţia de la “reţelele pasive” spre “reţelele active”
“Smart evolution”
Reţele pasive = reţele dependente de intervenţia operatorului uman
Sisteme de comunicaţii Monitorizare în timp real Acţionare de la distanţă
Reţele active = reţele capabile să r ăspundă (să se adapteze) în timp real la evenimente complexe
Integrarea surselor de generare: o mare provocare
Micro-hidro centrale Hidrocentral ă CTE cu 0 emisii
Central ă eoliană “off-shore”
Central ă fotoelectric ă
Biomasă
Controler local
Microre ţea
Transformator
Energia valurilor
Panouri fotoelectrice
Panouri fotoelectrice Nod de comunicaţie
μStocare de energie electrică
CHP Stocare de energie termcă
SMES
Managementul consumului
Pile cu combustibil
Stocare de hidrogen
Crearea conceptului de SmartGrids – Reţele Inteligente SMART-GRIDS Viziune pentru viitor – o reţea a microreţelelor integrate care se pot monitoriza şi auto-cicatriza
Aparate inteligente Delestaj voluntar de sarcină ca r ăspuns la dezechilibru de puteri Panouri fotoelectrice
Managementul consumului La vârf de sarcină, consumul poate fi asigurat din surse proprii pentru a economisi bani Locuinţe
Birouri
Procesoare Sisteme digitale de protecţie ce acţionează în microsecunde
Senzori
Perturbaţie în reţea
Detectează condi ţii nefavorabile de funcţionare şi pot semnala zone care pot fi izolate autocicatrizare
Stocare Energia generată la gol de sarcină poate fi stocată în baterii pentru utilizare ulterioar ă
Centrală eoliană
Microreţa izolată
Generare distribuită Energia provenită din surse de producţie proprie, de mică putere, conduc la creşterea independenţei energetice şi la reducerea costurilor
Clădire industrială
Flexibilitate Accesibilitate
Siguranţă
Centrală electrică de putere mare
Economicitate
Reţele inteligente (SmartGrids) … integrarea a doua infrastructuri
Infrastructura electrică
Infrastructura “Inteligenta”
Structura generală a unui sistem energetic
Combustibil, baraj şi lacuri de acumulare Centrale electrice Sistem electroenergetic
Reţ ele electrice de transport Reţ ele electrice de distribuţ ie Consumatori
Reţ eaua electrică
Noţiuni introductive ansamblu de instalaţ ii energetice care asigur ă procesul de producere (generatoarele, f ăr ă turbinele de antrenare), de transport (liniile şi staţ iile electrice) şi consum de energie (receptoarele electrice)
Sistemul
electroenergetic =
Sistemul energetic este ansamblul instalaţ iilor 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 consider ă şi mecanismele antrenate.
Noţiuni introductive Receptor de energie electric ă: 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 electric ă: ansamblul instalaţ iilor electrice pentru alimentarea receptoarelor dintr-o înteprindere, construcţ ii etc. Instalaţ iile electrice dintr-un sistem electroenergetic se pot grupa: – Producere a energiei electrice (generatoarele); – Transport a energiei electrice (linii electrice aeriene şi subterane, staţ ii transformatoare) – Distribuţ ie (linii electrice aeriene şi subterane, posturi de transformare, tablouri de distribuţ ie) – Instalaţ ii la consumator.
Noţiuni introductive
MT
Generator de abur
ÎT V
U
ă
n i b r u T
GEN
V
V
U - tensiunea între faze V - tensiunea de fază
V V
U U
U
V
V
V
V
U
3V
U - tensiunea între faze V - tensiunea de fază
A Secundar
B
a
C
b
Primar
c
Legătura dintre tensiunea de faz ă V şi tensiunea între faze U
a
U ca V c c
U
3V
V a
U ab N
U bc
V b b
U = Uff - tensiunea între faze V = Ufp - tensiunea de fază
Definiţii 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 refer ă anumite caracteristici de funcţ ionare Tensiune normată (rated voltage) = o valoare cantitativă atribuită,
în general, de constructorul de echipamente pentru anumite condiţ ii de funcţ ionare ale unei componente, dispozitiv sau echipament din sistemul electroenergetic. Ex: tensiunea la bornele generatoarelor este diferită de tensiunea reţ elei electrice este 6,3 kV, 10,5 kV, 24 kV sau 35 kV.
Clasificarea reţelelor electrice
•
după nivelul de tensiune;
•
în funcţ ie de destinaţ ia şi extinderea geografică;
•
în funcţ ie de topologie;
•
în funcţ ie de situaţ ia neutrului faţ ă de pământ;
sisteme de transport la tensiune alternativ ă sau continuă
Clasificarea RE după nivelul de tensiune • Reţ ele 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
Clasificarea RE în funcţie de destinaţie şi extinderea geografică
• După destinaţie: – Reţ ele electrice de transport (ÎT, FÎT) – Reţ ele electrice de repartiţ ie (ÎT) – Reţ ele electrice de distribuţ ie (MT/JT)
• După extinderea geografică: – Reţ ele naţ ionale – Reţ ele zonale – Reţ ele locale
Clasificarea reţelelor electrice în funcţie de topologie • Reţ ele radiale, arborescente sau deschise
Reţ ea radială
Sta ţie de transformare ÎT / MT Posturi de transformare M T / JT
Reţ ea arborescentă
Clasificarea reţelelor electrice în funcţie de topologie
Structuri de reţ ele buclate
2
1
~
~
I
Întreruptor
Clasificarea reţelelor electrice în funcţie de topologie
Structuri de reţ ele complex buclate
I
I
I
~
~
I
~
a Reţ ea buclată complex
~
b
Modificarea topologiei unei reţ ele prin debuclarea în statiile de transformare: a) f ăr ă debuclare; b) cu debuclare
