Analiza wpływu źródeł PV i akumulatorów na zdolności integracyjne sieci nn dr inż. Krzysztof Bodzek

Transkrypt

1 Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Konwersatorium Inteligentna Energetyka Energetyka prosumencka na jednolitym rynku energii elektrycznej OZE Analiza wpływu źródeł PV i akumulatorów na zdolności integracyjne sieci nn dr inż. Krzysztof Bodzek Gliwice, 26 września

2 Współczynnik jednoczesności w bloku mieszkalnym Liczba odbiorców Współczynnik jednoczesności 2 do do 9 0,78 10 do 14 0,63 15 do 19 0,53 20 do 24 0,49 25 do 29 0,46 30 do 34 0,44 35 do 39 0,42 40 do 49 0,41 50 i więcej 0,40 Współczynnik jednoczesności Współczynnik jednoczesności rozdzielnic Liczba odbiorców Współczynnik jednoczesności 2 i 3 0,9 4 i 5 0,8 6 do 9 0,7 10 i więcej 0,6 Wyznaczenie mocy szczytowej Schneider Electric: Poradnik inżyniera elektryka Mieszkania: A nie posiadających zaopatrzenia w ciepłą wodę z zewnętrznej, centralnej sieci grzewczej, B posiadających zaopatrzenie w ciepłą wodę z zewnętrznej, centralnej sieci grzewczej, C wariant opcjonalny dla instalacji modernizowanych 2

3 Moc, kw Roczny profil zapotrzebowania i produkcji PV dla sieci nn Zapotrzebowanie 36 MWh/rok Produkcja PV 36 MWh/rok Produkcja PV Zapotrzebowanie Czas, h 3

4 Symulator rozpływu mocy w sieci nn 15-minutowy profil mocy źródeł PV Przykładowe 15-minutowe profile odbiorców Bilansowanie energii w węzłach Przepływ w odcinkach linii nn 4

5 Symulator rozpływu mocy w sieci nn Kierunek przepływu mocy od stacji SN/nN do stacji SN/nN odcinki linii nn z maksymalnym przepływem Dane referencyjne Węzeł Suma PV, kw Pobór, MWh/rok , ,

6 Wpływ źródeł PV na sieć nn Uporządkowany rozkład mocy w odcinkach linii bez źródeł PV (PV = 0 kw) Maksymalny przepływ w odcinkach linii dla różnych mocy źródeł PV 6

7 Uporządkowany rozkład mocy w stacji SN/nN dla różnej mocy źródeł PV Wpływ źródeł PV na sieć nn Charakterystyka maksymalnej mocy w linii nn 7

8 Saldo energii w sieci nn (OK2) 8

9 Wpływ akumulatorów na pracę sieci nn Bilans mocy w OK1 nr 9 ( r) 9

10 Współczynnik generacji maksymalna moc zwracana do KSE przez OK2 (transformator SN/nN) maksymalna moc pobierana do KSE przez OK2 (transformator SN/nN) 10

11 Strategie sterowania pracą akumulatora Maksymalizacja wykorzystania produkcji źródła PV SOC=100 % bilans OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh Saldo, MWh/rok -2,7-2,0-1,5-1,1-0,9-0,7-0,6 Nadwyżka, MWh/rok 20,9 17,8 15,2 13,3 12,0 11,3 10,8 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, %

12 Wpływ akumulatorów na pracę sieci nn Uporządkowany bilans OK2 (transformator SN/nN) dla źródła PV=36 kw i różnej pojemności akumulatorów 12

13 Strategie sterowania pracą akumulatora Produkcja tylko na potrzeby własne brak zwrotu energii do sieci nn (Współczynnik netmeteringu = 0) SOC=100 % bilans OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh Saldo, MWh/rok -23,6-19,9-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Nadwyżka, MWh/rok 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,9-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, %

14 Zwrot do sieci z mocą mniejszą od 0,5 PV Strategie sterowania pracą akumulatora SOC=100 % PV= 0,5 PV n bilans OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh Saldo, MWh/rok -3,5-2,9-2,4-1,9-1,6-1,4-1,2 Nadwyżka, MWh/rok 20,0 16,9 14,4 12,5 11,3 10,6 10,2 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, %

15 Sterowana produkcja w źródłach PV przez OSD, OHT lub sterownik OK2 Sterowanie w dziedzinie mocy Sterowanie w dziedzinie energii OK2 OK3 OK4 Sterownik OK2 OHT OSD SN/nN P,Q OK1.n PME (SD W1 ) ON: CCR, IoT, Q ZOK1 OFF: CCR, IoT, U, f P ODB (IoT) Interfejs PME PME PV = P ZAS P PV P,Q OK1, P ODB Sterownik OK2 OK2 PME (SD W1 ) OK3 OK4 OHT OSD SN/nN E OK1 OK1 CCR, IoT E OK1 P ODB (IoT) PME Interfejs PME PV = E,P ZAS P PV P PV, P ODB E,P ZAS Użytkownik Osłona współzależna odbiorca OK2, OK3, OK4 - pobór energii - brak świadomy odbiorca (prosument) prosument z OZE prosument z OZE i AKU *opcja OK2, OK3, (OK4) OK2, OK3, OK4 OK2, OK3, (OK4) Funkcje Wymagania Warstwa sprzętowa Sterowanie - pobór energii - sterowanie mocą - pobór/produkcja energii - sterowanie mocą* - pobór/produkcja energii - sterowanie mocą* - wirtualny magazyn* - sterowane odbiorniki - źródła OZE - sterowane odbiorniki i/lub interfejs PME* - źródła OZE - sterowane odbiorniki i/lub interfejs PME* - akumulator - zabezpieczenie przedlicznikowe - programowalny strażnik mocy - programowalny strażnik mocy z inwerterem fotowoltaicznym i/lub - interfejs PME - programowalny strażnik mocy z inwerterem fotowoltaicznym i/lub - interfejs PME - brak - CCR - IoT - CCR* - IoT* - Q Z - U, f (off-grid) - CCR* - IoT* - Q Z - U, f (off-grid) 15

16 Strategie sterowania pracą akumulatora Sterowana produkcja w źródłach PV przez OSD, OHT lub sterownik OK2 bilans OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh Saldo, MWh/rok -3,5-2,9-2,4-1,9-1,6-1,4-1,2 Nadwyżka, MWh/rok 20,0 16,9 14,4 12,5 11,3 10,6 10,2 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, %

17 Porównanie bilansów energii OK2 dla różnych strategii pracy osłon OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh Maksymalizacja wykorzystania produkcji źródła PV Saldo, MWh/rok -2,7-2,0-1,5-1,1-0,9-0,7-0,6 Nadwyżka, MWh/rok 20,9 17,8 15,2 13,3 12,0 11,3 10,8 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, % Produkcja tylko na potrzeby własne brak zwrotu energii do sieci nn Saldo, MWh/rok -23,6-19,9-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Nadwyżka, MWh/rok 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,9-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, % Zwrot do sieci z mocą mniejszą od 0,5 PV Saldo, MWh/rok -3,5-2,9-2,9-1,9-1,6-1,4-1,3 Nadwyżka, MWh/rok 20,1 17,0 14,4 12,5 11,3 10,6 10,2 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, % Sterowana produkcja w źródłach PV przez OSD, OHT lub sterownik OK2 Saldo, MWh/rok -3,5-2,9-2,4-1,9-1,6-1,4-1,2 Nadwyżka, MWh/rok 20,0 16,9 14,4 12,5 11,3 10,6 10,2 Deficyt, MWh/rok -23,6-19,8-16,7-14,4-12,9-12,0-11,5 Współczynnik generacji, %

18 Zestawienie wymagań dla systemów generacji (TAURON) P max, kw 3,16 4,6 13,8 Zdalne sterowanie mocą czynną przez OSD Automatyczna regulacja mocy czynnej P= f(f) Regulacja mocy biernej wg. zadanej charakterystyki cosj = f(p) Układ zabezpieczeń NS: nad- i podnapięciowych, nad- i podczęstotliwościowych oraz od utraty połączenia z systemem cosj od 0,95poj do 0,95ind Sposób przyłączenia 1- fazowo lub 3- fazowo NIE TAK > 13,8 40 > 40 NIE TAK TAK lub cosj zadany przez OSD od 0,95poj do 0,95ind Zintegrowany z inwerterem lub centralny TAK lub cosj zadany przez OSD od 0,90poj do 0,90ind Centralny > fazowo z maksymalną różnicą w poszczególnych fazach do 4,6 kw 18

19 Zestawienie wymagań dla systemów generacji (TAURON) P/P M 1,0 50,2 HZ, PM W Wymagana charakterystyka P=f(f) wytwarzania mocy czynnej 0,8 0,6 0,48 0,4 Ograniczenie wytwarzania mocy czynnej P=40% P M /Hz 0,2 47,5 50,0 50,2 51,5 cosj Q/P Emax P > 0 wytwarzanie mocy czynnej Q > 0 wytwarzanie mocy biernej 0,95 ind 0,33 cosj ind = 0,95 Standardowa charakterystyka cosj=p(f) dla źródeł o mocach osiągalnych od 3,68 kw do 13,8 kw 1,0 0,0 0,2 0,5 1,0 P/P Emax 0,95 poj -0,33 cosj poj = 0,95 P > 0 wytwarzanie mocy czynnej Q < 0 pobór mocy biernej 19

20 Algorytm sprawdzania warunków technicznych Przygotowanie schematów i danych do obliczeń Sprawdzenie certyfikatów i zgodności z normami dotyczącymi migotania światła i emisji wyższych harmonicznych Tak Sprawdzenie zdolności do: regulacji mocy biernej wg. standardowej charakterystyki cosj - f(p) regulacji mocy czynnej wg. Charakterystyki P = f(f) Tak Nie Nie Odmowa Odmowa Sprawdzenie wprowadzanej asymetrii napięcia k u2 2% Tak Nie Zmniejszenie mocy źródła 1- fazowego Sprawdzenie ograniczeń wolnych zmian napięć D ua 3% Tak Nie Możliwe działania OSD, w celu spełnienia ograniczeń Sprawdzenie ograniczeń szybkich zmian napięć D umax 3% Tak Nie Możliwe działania OSD, w celu spełnienia ograniczeń Sprawdzenie długotrwałej obciążalności prądowej I max I dop Nie Możliwe działania OSD, w celu spełnienia ograniczeń Tak Sprawdzenie wytrzymałości zwarciowej I kmax I kdop Nie Możliwe działania OSD, w celu spełnienia ograniczeń Tak Sprawdzenie mocy znamionowej transformatora zainstalowanego w stacji SN/nN Nie Możliwe działania OSD, w celu spełnienia ograniczeń Tak Zgoda 20

21 Algorytm sprawdzania warunków technicznych 21

22 Algorytm sprawdzania warunków technicznych 22

23 Przykładowe, istniejące rozwiązania automatyki dla sieci nn Strażnik mocy pomiary, akwizycja, prognozowanie obciążenia i produkcji, sterowanie odbiornikami, protokoły komunikacyjne, informowanie użytkownika Falowniki solarne możliwość pracy off-grid i on-grid, kompensacja mocy, kilka modułów mppt, system zarządzania pracą akumulatora, zabezpieczenia antywyspowe, redukcja mocy w funkcji napięcia sieciowego Interfejs PME realizacja zadanych profili mocy czynnej i biernej, sterowanie odbiornikami, redukcja wpływu odbiorników na sieć, zarządzanie energią zasobnika i produkcją ze źródeł OZE Power optimizer Router OZE 23

24 Politechnika Śląska Centrum Energetyki Prosumenckiej Konwersatorium Inteligentna Energetyka Energetyka prosumencka na jednolitym rynku energii elektrycznej OZE Analiza wpływu źródeł PV i akumulatorów na zdolności integracyjne sieci nn dr inż. Krzysztof Bodzek Dziękuję za uwagę. Gliwice, 26 września