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 2017 1
Współczynnik jednoczesności w bloku mieszkalnym Liczba odbiorców Współczynnik jednoczesności 2 do 4 1 5 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
Moc, kw Roczny profil zapotrzebowania i produkcji PV dla sieci nn Zapotrzebowanie 36 MWh/rok Produkcja PV 36 MWh/rok 35 30 25 20 Produkcja PV Zapotrzebowanie 15 10 5 0 0 1250 2500 3750 5000 6250 7500 8750 Czas, h 3
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
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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Suma PV, kw 0 6 0 2 0 0 5 2 3 18 Pobór, MWh/rok 3 6 2 4 4,5 2 5 3,5 6 36 5
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
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
Saldo energii w sieci nn (OK2) 8
Wpływ akumulatorów na pracę sieci nn Bilans mocy w OK1 nr 9 (29.06.2015r) 9
Współczynnik generacji maksymalna moc zwracana do KSE przez OK2 (transformator SN/nN) maksymalna moc pobierana do KSE przez OK2 (transformator SN/nN) 10
Strategie sterowania pracą akumulatora Maksymalizacja wykorzystania produkcji źródła PV SOC=100 % bilans OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh 0 12 24 36 48 60 72 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, % 172 172 172 172 157 157 157 11
Wpływ akumulatorów na pracę sieci nn Uporządkowany bilans OK2 (transformator SN/nN) dla źródła PV=36 kw i różnej pojemności akumulatorów 12
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 0 12 24 36 48 60 72 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, % 0 0 0 0 0 0 0 13
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 0 12 24 36 48 60 72 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, % 100 100 100 100 100 100 100 14
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
Strategie sterowania pracą akumulatora Sterowana produkcja w źródłach PV przez OSD, OHT lub sterownik OK2 bilans OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh 0 12 24 36 48 60 72 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, % 100 100 100 100 100 100 100 16
Porównanie bilansów energii OK2 dla różnych strategii pracy osłon OK1 Sumaryczna pojemność akumulatorów w OK2, kwh 0 12 24 36 48 60 72 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, % 172 172 172 172 157 157 157 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, % 0 0 0 0 0 0 0 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, % 100 100 100 100 100 100 100 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, % 100 100 100 100 100 100 100 17
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 > 100 200 3- fazowo z maksymalną różnicą w poszczególnych fazach do 4,6 kw 18
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
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
Algorytm sprawdzania warunków technicznych 21
Algorytm sprawdzania warunków technicznych 22
Przykładowe, istniejące rozwiązania automatyki dla sieci nn Strażnik mocy http://www.convert.com.pl http://www.apator.com pomiary, akwizycja, prognozowanie obciążenia https://www.sabur.com.pl i produkcji, sterowanie odbiornikami, protokoły komunikacyjne, informowanie użytkownika http://www.sma-solar.pl http://www.zawex.pl/ Falowniki solarne możliwość pracy off-grid i on-grid, kompensacja http://www.etsolar.pl 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
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 2017 24