Cross-bonding jako technologia wpisująca się w Pakiet Energetyczno-Klimatyczny 3 x 20 Opracowanie: Artur Stawiarski Janusz Jakubowski Marek Kibler Maciej Paśniewski RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 1
Pakiet Energetyczno Klimatyczny - Cele do roku 2020 > 20% wzrost efektywności zużycia energii 3 x 20 > 20% udziału OZE w bilansie energetycznym > 20% mniej emisji CO 2 Jak je realizujemy? Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 2
Działania RWE Stoen Operator, wpisujące się w pakiet Energetyczno Klimatyczny 3x20 > Poprawa przepustowości sieci dystrybucyjnej poprzez modernizację linii kablowych o małych przekrojach > Optymalizacja majątku sieciowego oraz układu pracy sieci > Gospodarka transformatorami nastawiona na zmniejszenie strat i poziomu hałasu > Wykorzystanie w stacjach RPZ ciepła strat transformatorów mocy do ogrzania budynków stacji > Termoizolacja budynków stacyjnych oraz biurowych > Zmniejszenie strat w liniach kablowych WN i SN przy równoczesnym zwiększeniu ich obciążalności poprzez zastosowanie cross-bondingu Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 3
Cross-bonding jest technologią prowadzącą do redukcji strat technicznych w liniach kablowych Cross-bonding polega na zmianie sposobu połączenia żył powrotnych kabli i wynikającego z tego zmniejszeniu natężenia prądu indukowanego w tych żyłach, co daje w efekcie zmniejszenie strat w linii kablowej. Cross-bonding wymaga zastosowania specjalnych muf kablowych umożliwiających przeplatanie ze sobążył powrotnych sąsiednich faz linii kablowej. Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 4
Zastosowanie cross-bondingu w sieci RWE Stoen Operator > Pojęcie cross-bondingu znane jest na świecie od wielu lat, ale w założeniu była to metoda stosowana w sieciach wysokich napięć, > W sieci RWE Stoen Operator cross-bonding zastosowano po raz pierwszy w 2005 roku podczas modernizacji linii kablowej RPZ Grochów RPZ Wschodnia. Od tej pory stosowany jest on we wszystkich nowobudowanych liniach kablowych 110kV > W latach 2008 2010 wprowadzono cross-bonding w istniejących liniach kablowych 110kV na terenie Śródmieścia. > W 2009 roku, jako projekt pilotażowy, po raz pierwszy zastosowano cross-bonding w sieci 15kV Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 5
Cross-bonding prowadzi do redukcji wypadkowego prądu indukowanego w żyle powrotnej L1 L1 I ind 60 0 L2 L2 ~60 0 I ind I ind L3 L3 żyła powrotna 1 l 3 2 l 3 żyła robocza Założenia teoretyczne: > Straty w linii kablowej bez cross-bondingu wynoszą: 3 [(I 2 R trob ) + ((20%I) 2 R tpow )] W linii kablowej bez cross-bondingu w żyle powrotnej indukuje się prąd o wartości 20% prądu roboczego powodujący dodatkowe straty techniczne > Straty w linii kablowej z połówkowym cross-bondingiem wynoszą: 3 [(I 2 R trob ) + ((0,5 20%I) 2 R tpow )] Redukcja strat w granicach 75% (0,5 2 =0,25 co daje 75% strat mniej w żyle powrotnej) > Straty w linii kablowej z pełnym cross-bondingiem wynoszą: 3 [(I 2 R trob ) + ((0,05 20%I) 2 R tpow )] Pełny cross-bonding prowadzi do niemal całkowitej redukcji prądu indukowanego w żyle powrotnej (0,05 2 =0,0025 co daje 99% strat mniej w żyle powrotnej) Straty w żyle roboczej Straty w żyle powrotnej generowane przez U ind Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 6
Cross-bonding w liniach 110kV > Co do idei cross-bonding w liniach SN i NN niczym się nie różni > W praktyce, w sieciach SN nie stosuje się skrzynek połączeniowych, które są standardem w liniach 110kV Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 7
Skuteczność technologii została potwierdzona testami na wytypowanym odcinku sieci SN RPZ Stegny c.3 3x1x240mm XUHAKXS RSM Orężna c.1 3x1x240mm XUHAKXS Zamontowano 2 komplety muf cross-bondingowych w 1/3 oraz 2/3 długości wytypowanego odcinka linii kablowej SN Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 8
Wyniki potwierdziły redukcję prądu żyły powrotnej o 93%, co zmniejsza straty na testowanym odcinku kabla o 9% Roczne straty przy normalnej pracy badanej linii o długości 2km bez crossbondingu to 113 MWh W normalnych warunkach pracy linii, prąd w żyle powrotnej osiąga wartość 19% prądu roboczego Roczne straty badanej linii pracującej z 1 kpl muf cross bondingowych to 106 MWh Redukcja strat o 6 MWh rocznie dla badanej linii o długości 2 km Zastosowanie jednego kompletu muf w 1/3 długości zredukowało prąd w żyle powrotnej o 42% Roczne straty badanej linii pracującej z 2 kpl muf cross bondingowych to 103 MWh Redukcja strat o 10 MWh rocznie dla badanej linii o długości 2 km Zastosowanie pełnego crossbondingu zredukowało prąd w żyle powrotnej o 93% Rejestr prąd w żyle prąd w żyle powrotnej roboczej średnia 18-05-2009 10:45:00 25,21 132,72 19% 18-05-2009 11:00:00 24,83 129,58 19% 18-05-2009 11:15:00 24,96 131,7 19% 18-05-2009 11:30:00 24,22 129,07 19% 18-05-2009 Linia 11:45:00 bez cross-bondingu 25,28 132,46 19% 18-05-2009 12:00:00 25 135,22 18% 18-05-2009 12:15:00 24,53 131,76 19% Prąd żyły powrotnej 18-05-2009 12:30:00 24,86 132,59 19% 18-05-2009 12:45:00 25,11 135,41 19% 18-05-2009 13:00:00 24,63 131,44 19% 18-05-2009 13:15:00 24,66 129,9 19% 21,18 24,66 30,01 Prąd żyły roboczej 115,75 130,41 160,97 Inp/Inr 18% 19% 19% 18-05-2009 13:30:00 25,38 131,63 19% 18-05-2009 13:45:00 23,95 127,6 19% 18-05-2009 14:00:00 24,53 132,85 18% 18-05-2009 14:15:00 24,61 132,27 19% 18-05-2009 14:30:00 24,73 133,49 19% 18-05-2009 14:45:00 23,92 131,57 18% 18-05-2009 15:00:00 24,3 130,93 19% 18-05-2009 15:15:00 24,91 134,26 19% 18-05-2009 15:30:00 24,8 132,21 19% 18-05-2009 15:45:00 24,84 136,31 18% 18-05-2009 16:00:00 25,73 135,35 19% 18-05-2009 16:15:00 25,73 133,42 19% 18-05-2009 16:30:00 25,19 132,66 19% Rejestr prąd w żyle pow rotnej prąd w żyle roboczej średnia 23.07.09. 13:31:00 24,2 232,19 10% 23.07.09. 13:46:00 24,1 226,88 11% 23.07.09. 14:01:00 23,6 225,47 10% 23.07.09. 14:16:00 23,7 223,48 11% 23.07.09. 14:31:00 23,5 222,96 11% połówkowy cross-bonding 23.07.09. 14:46:00 23,6 221,23 11% 23.07.09. 15:01:00 23,4 223,16 10% Prąd żyły powrotnej 23.07.09. 15:16:00 23,5 222,91 11% 23.07.09. 15:31:00 23,9 226,04 11% 23.07.09. 15:46:00 23,7 223,28 11% 23.07.09. 16:01:00 23,4 227,51 10% 12,1 14,2 17,0 Prąd żyły roboczej 116,7 130,41 161,48 Inp/Inr 10% 11% 11% 23.07.09. 16:16:00 23,6 222,14 11% 23.07.09. 16:31:00 23,6 223,16 11% 23.07.09. 16:46:00 23,6 225,98 10% 23.07.09. 17:01:00 23,3 220,73 11% 23.07.09. 17:16:00 23,1 223,16 10% 23.07.09. 17:31:00 23,0 217,52 11% 23.07.09. 17:46:00 22,8 215,54 11% 23.07.09. 18:01:00 22,6 216,31 10% 23.07.09. 18:16:00 22,7 211,89 11% 23.07.09. 18:31:00 22,6 214,64 11% 23.07.09. 18:46:00 23,0 213,3 11% 23.07.09. 19:01:00 22,9 218,68 10% 23.07.09. 19:16:00 23,0 221,69 10% Rejestr prąd w żyle pow rotnej prąd w żyle roboczej średnia 14-10-2009 13:15:00 3,658 295,47 1,2% 14-10-2009 13:30:00 3,63 289,58 1,3% 14-10-2009 13:45:00 3,583 293,55 1,2% 14-10-2009 14:00:00 3,576 292,08 1,2% 14-10-2009 14:15:00 3,587 284,65 1,3% 14-10-2009 14:30:00 3,576 286,06 1,3% 14-10-2009 14:45:00 3,626 287,98 1,3% Prąd żyły powrotnej 14-10-2009 15:00:00 3,591 284,97 1,3% 14-10-2009 15:15:00 3,578 288,87 1,2% 14-10-2009 15:30:00 3,624 287,85 1,3% 1,6 1,7 2,0 pełny cross-bonding Prąd żyły roboczej 116,5 129,4 160,4 Inp/Inr 1,4% 1,3% 1,3% 14-10-2009 15:45:00 3,606 287,27 1,3% 14-10-2009 16:00:00 3,622 286,89 1,3% 14-10-2009 16:15:00 3,656 295,28 1,2% 14-10-2009 16:30:00 3,714 296,63 1,3% 14-10-2009 16:45:00 3,766 296,24 1,3% 14-10-2009 17:00:00 3,799 309,11 1,2% 14-10-2009 17:15:00 3,914 309,88 1,3% 14-10-2009 17:30:00 3,993 318,02 1,3% 14-10-2009 17:45:00 4,167 327,95 1,3% 14-10-2009 18:00:00 4,028 353,06 1,1% 14-10-2009 18:15:00 4,132 356,96 1,2% 14-10-2009 18:30:00 4,224 365,61 1,2% 14-10-2009 18:45:00 4,209 365,73 1,2% 14-10-2009 19:00:00 4,269 363,68 1,2% Średni prąd w żyle powrotnej (% prądu roboczego) 19% Średni prąd w żyle powrotnej (% prądu roboczego) 11% Średni prąd w żyle powrotnej (% prądu roboczego) 1,3% Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 9
Generalnie istnieją cztery sposoby realizacji cross-bondingu do sieci RWE Stoen Operator > Pełny cross-bonding zakłada zastosowanie dwóch kompletów muf. Prąd żyły powrotnej redukowany jest o 93% > Połówkowy cross-bonding zakłada zastosowanie jednego kompletu muf. Prąd żyły powrotnej redukowany jest o 42% > Wymiana aktywna zakłada zastosowanie muf cross-bondingowych na istniejącym już odcinku kabla SN > Wymiana pasywna odbywa się przy okazji budowy nowego odcinka linii kablowej lub modernizacji istniejącego. Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 10
Sposób realizacji i opłacalność zastosowania cross-bondingu, zależy od długości i obciążenia modernizowanego odcinka Dla typowej linii kablowej SN o przekroju 150mm 2 cross-bondingu oszczędności na 1km kabla cross-bonding granice opłacalności 3 000 zł 1500 2 500 zł 1250 roczna oszczędność na 1km kabla 2 000 zł 1 500 zł 1 000 zł długość odcinka [m ] 1000 750 500 pole opłacalności 500 zł 250 0 zł 0 50 100 150 200 obciążenie kabla 150mm [A] 0 0 50 100 150 200 250 300 obciążenie [A] oszczędność z zastosowania pełnego cross-bondingu oszczędnosci z zastosowania połówkowego cross-bondingu pełny aktywny cross-bonding połówkowy aktywny cross-bonding pełny pasywny cross-bonding Własność RWE połówkowy Stoen pasywny Operator cross-bonding Sp. z o.o. STRONA 11
Przy systematycznym stosowaniu cross-bondingu w liniach kablowych WN i SN, otrzymamy wymierne korzyści techniczne oraz ekologiczne > Poprawa efektywności poprzez zmniejszenie strat energii w liniach kablowych WN i SN średnio o 9% oraz zwiększenie ich obciążalności > W 2020r skumulowane oszczędności energii na poziomie 7 698 MWh, co stanowi ok. 3000 t węgla > Łączna Redukcja emisji CO 2 do 2020 roku na poziomie 7 557 t Plusy > Redukcja strat technicznych oraz zwiększenie obciążalności linii kablowych WN i SN > Wymierne korzyści finansowe przy niewielkich dodatkowych nakładach > Zgodność z wytycznymi Pakietu Energetyczno Klimatycznego 3x20 Minusy > Niestandardowa technologia wymagająca przeszkolenia brygad > Konieczność dodatkowego odwzorowania mufy cross-bondingowej w dokumentacji linii kablowej > Możliwość zastosowania tylko w sieciach docelowych (późniejsze wcinki w kabel znacznie zmniejszają efekt redukcji strat) Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 12
Podsumowanie > RWE Stoen Operator poszukuje i wdraża niestandardowe technologie umożliwiające poprawę efektywności energetycznej > Zastosowanie cross-bonding pomaga w osiągnięciu założeń pakietu Energetyczno-Klimatycznego 3x20 > Ostateczny efekt cross-bondingu, zależy od skali jego zastosowania i doboru odpowiednio obciążonych i długich linii > Inwestycje sieciowe WN i SN, polegające na wymianie transformatorów o wysokich stratach oraz ograniczaniu strat w liniach kablowych przez zastosowanie cross-bondingu, dają w 2020 roku skumulowane oszczędności na poziomie 70 731 MWh co przekłada się na zmniejszenie emisji CO2 łącznie o 69 322 t Własność RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 13
Dziękujemy za uwagę RWE Stoen Operator Sp. z o.o. STRONA 14