Možnosti inteligentních sítí při zajištění funkcí ostrovních provozů Blackout v ČR

Transkript

1 1 Možnosti inteligentních sítí při zajištění funkcí ostrovních provozů Blackout v ČR Petr Šlechta (ENcontrol s.r.o.)

2 2 Obsah 1. Obecné možnosti zajištění nezávislosti 2. Koncept pokročilého řízení 3. Nástroje a komponenty ENcontrol 4. Praktické zkušenosti 5. Kontakt

3 Historické a technické důvody ostrov. provozu Účinnost, efektivita, snižování rizik 3 Co může být ostrovem tj. nezávislým provozem? 1. Planeta/kontinent 2. Stát 3. Region (např. kraj) 4. Mikroregion (např. obec) 5. Objekt (budova, areál)

4 Jednoduchost, ověřenost, nezávislost na okolí Účinnost, efektivita, operativnost 4 Možnosti zajištění nezávislosti Záložní zdroje Akumulace Pokročilé řízení, kooperace v mixu spotřeb a zdrojů

5 5 Pokročilé řízení spotřeb a zdrojů Průmyslové provozy Domácí spotřebiče Veřejné osvětlení FVE Větrné elektrárny Kogenerace Baterie Akumulační spotřebiče Elektromobily

6 6 Pokročilé řízení spotřeb a zdrojů Řídí se mix spotřebičů (skupin, podřízených systémů) a zdrojů (velkých a malých) Spotřeba se do jisté míry operativně podřizuje aktuální dostupnosti zdrojů (odložení, absolutní snížení) Výkon zdrojů se do jisté míry operativně přizpůsobuje aktuální potřebě dodávky (baterie, kogenerace, apod.) Dotažení možností plynulé regulace až do výroben a odběrných míst Maximum energie se spotřebuje poblíž svého vzniku Kooperace objektů, regionů

7 7 Cíl pokročilého (smart) řízení Zvyšovat soběstačnost a nezávislost regionů / objektů (autonomie) Minimalizovat rozdíl mezi lokální spotřebou a lokální výrobou energie Snižovat technické ztráty (minimalizovat tok energie mezi hladinami), zvyšovat reálnou přenosovou kapacitu Modelovat stavy sítě, přesněji predikovat Minimalizovat pravděpodobnost poruch a předcházet výpadkům Absolutně snižovat spotřebu energie * průzkum provedený ve Španělsku 2009 ** průzkum provedený v Holandsku 2010

8 Jednotková potřeba záložní energie [%] Cena komplex. řešení Účinnost, efektivita 8 Efektivita základních možností 1. Záložní zdroje 2. Akumulace 3. Pokročilé řízení mixu zdrojů a spotřeb Počet objektů / velikost regionu

9 9 Otevřené otázky Kdo a co by měl řídit a jakým způsobem? Co by mělo být řízeno přímo a co nepřímo? Do jaké míry by měly být ovládané prvky (subsystémy) nezávislé? Jaké by se měly použít technologie pro řízení (tj. měření a ovládání)? Jaké by se měly použít komunikační technologie pro řízení a sběr informací? Jak odběratele a dodavatele motivovat k přijetí systému Jak to vše skloubit s legislativou?

11 11 4 základní principy zajištění nezávislosti 1. Stromové řízení v hierarchických vrstvách 2. Autonomie regionů / objektů 3. Spotřeba v místě výroby energie 4. Kooperace (poskytování vyrovnávacího výkonu)

12 12 Stromové řízení ve vrstvách Systém řízení musí podchytit všechny významné spotřebiče (např. bojlery a mrazáky) a všechny významné výrobny (např. 2 KWp FVE) Musí sestávat z autonomních částí a být odolný proti selhání jednotlivých částí Řízení bude existovat jak tvrdé (viz. dnešní HDO), tak i měkké (motivující doporučení) Řízení musí být hierarchicky rozloženo (žádný CML) Např. vrstva na úrovni rozvodny bude řídit prvky na úrovni DTS Prvky v DTS budou např. řídit řídící jednotky lokálních objektů Řídící jednotky objektů budou řídit jednotlivé spotřebiče a lokální zdroje Musí být motivující (tedy výhodné) pro všechny účastníky

13 13 Stromové řízení ve vrstvách Dotažení plynulé regulace až do jednotlivých výroben a OM Zvýšení soběstačnosti a nezávislosti regionů, předcházení výpadkům, snížení ztrát a zvýšení reálné přenosové kapacity Reálné zohlednění požadavků spotřebitelů (priority, časy) Malé nároky na datové přenosy Koncept hierarchického systému řízení Povely z nadřazené vrstvy typu Sniž celkový příkon o X%! CENTRÁLNÍ ŘÍZENÍ Centrální systémy řízení DS Informace o stavu v podřízené vrstvě AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ REGIONU AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ REGIONU Například DTS AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ OBJEKTU AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ OBJEKTU AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ OBJEKTU AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ OBJEKTU Domy, areály

14 14 Způsob ovládání Tvrdé řízení (viz. dnešní HDO) bude minoritní, bude používáno spíše v době krizových stavů nebo předcházení výpadkům Majoritní bude měkké řízení Budou zohledňovány nejen potřeby nadřízených vrstev (např. potřeba rozkládání výkonu distributora), ale i omezení a preference jednotlivých odběratelů Příklad propagace řízení Zadání vrstvy např. z úrovně rozvodny pro konkrétní DTS: Nyní zajisti kladný přetok energie ve výši 50 kw Podřízená jednotka v DTS zašle zadání několika konkrétním objektům: Nyní zajisti kladný přetok energie ve výši 3 kw Podřízená jednotka v konkrétním objektu vezme v úvahu aktuálně běžící spotřebiče, aktuální výkon lokální FVE, nastavené priority a časová omezení spotřebitele (ohřev TUV je důležitější než mražení, ale mrazák nesmí nemrazit déle než 5 hodin) a zapne nebo zreguluje další vhodné spotřebiče

15 Přínosy 15 Technologie pro řízení Potřebné technologie dnes už existují Smart Metering sám o sobě nepřináší významnou hodnotu Náročnou investiční fázi lze rozložit a systém řízení budovat po částech Pozitivních efektů lze dosáhnout už od malých instalací Rozšířená působnost utilit Propojení poptávky a nabídky AMI Řízení distribuční sítě Investice Technologie Čas

16 16 Komunikační technologie Při stromovém uspořádání a hierarchickém způsobu řízení nejsou velké nároky na objemy dat a rychlost přenosu informací Lze využít různé existující komunikační kanály Internet GSM/GPRS PLC (HDO) Třetí rozhraní měřidel

18 18 Co nabízíme Poskytování automatizačního systému a služeb prováděných nad tímto systémem S pomocí našeho systému dosahujeme cílů tím, že: Instalujeme systémy automatizace objektů Komplexně měříme spotřebu objektů a jednotlivých spotřebičů a provádíme energetické poradenství Instalujeme systémy pro minimalizaci nákupu elektřiny (maximalizaci Zelených bonusů) pro majitele vlastních zdrojů Instalujeme systémy pro vzdálené ovládání a sledování Umožňujeme distribuované řízení spotřeby

19 19 Koncepce systému ENcontrol Napojení na nadřazené systémy

20 20 Základní funkce systému Monitorování spotřeby celého objektu / regionu a vybraných spotřebičů, archiv událostí a naměřených hodnot, následné analýzy Optimalizace provozu, aktuálně zapnuté spotřebiče, sazby, optimalizace celkového výkonu, spotřeby vůči výstupu z lokální elektrárny (např. FVE), velikosti jističe, sledování kvality dodávky, atd. Signalizace stavu a monitorování situace v objektu, alarmy Programování požadovaných událostí v objektu, dálkové změny Operativní a dálkové řízení objektu přes internet, mobil, HDO Rozšíření konceptu chytré sítě za měřidla

21 21 Hlavní řešené úlohy, zákazníci Automatizace objektů (kanceláří, veřejných prostorů, domácností, rekreačních objektů) Dálkové sledování a ovládání objektů internet, mobil, HDO Monitoring a optimalizace spotřeby v průmyslu (elektřina, voda, plyn) Optimalizace spotřeby využití vlastní energie (např. FVE, maximalizace zelených bonusů, snižování velikosti hlavního jištění) Sledování objektu, signalizace stavu a monitorování situace v objektu, alarmy Programování požadovaných událostí v objektu, dálkové změny Rozšíření konceptu chytré sítě za měřidla

22 22 Techn. řešení pro lokální objekty Systém se skládá z: Centrální jednotky Okolních účastnic. zařízení (spínačů / měřičů / detektorů) Systém může pracovat i bez centrální jednotky Sítě mohou být vystavěny hned vedle sebe, vzájemně se neovlivňují V jedné síti může pracovat až 1000 účastnic. zařízení Síť umožňuje automatickou výstavbu a dynam. rekonfiguraci

23 Automatická a nezávislá optimalizace = ENcontrol Power Balancer (PBS) 1. Minimalizace nákupu elektřiny tím, že v závislosti na aktuálním výkonu elektrárny se definované spotřebiče zapínají nebo vypínají. 2. Minimalizace nákupu elektřiny tím, že v závislosti na změnách tarifů se definované spotřebiče zapínají nebo vypínají. 3. Snížení hodnoty hlavního jističe objektu a tedy snížení stálé platby 4. Regulace odběru v ostrovním provozu 5. Operativní snížení/zvýšení celkového odběru objektu (např. ze strany distribuce) KONVENČNÍ ŘEŠENÍ BEZ BALANCERU (PŘÍKLAD ZELENÉ BONUSY) 23 Prodaná spotřebovaná Prodaná odvedená Nakoupená spotřebovaná NOVÉ ŘEŠENÍ S BALANCEREM? = zisk Prodaná spotřebovaná Nakoupená spotřebovaná Ušetřená

24 24 Power Balancer efekty Dopady do instalace v objektu 1. Žádná zařízení v objektu není třeba pro účely optimalizace nijak upravovat 2. Řídit lze všechny druhy běžných spotřebičů 3. Systém je bezdrátový, takže nasazení je velmi rychlé a jednoduché Přínosy 1. Řídit lze skokově nebo plynule se zohledněním mnoha uživatelských preferencí 2. Návratnost systému pro optimalizaci se pohybuje mezi 1 až 3 roky!

25 25 Pokročilé možnosti řízení systémem ENcontrol Detekce sazeb Možnost reagování na změny sazeb Jiný režim provozu spotřebičů při NT a VT Časové řízení Jiný režim v noci, o víkendech, apod. Automatická optimalizace může měnit svůj scénář na základě časového plánu Předpověď počasí Jiný režim při predikci vyšší spotřeby Jiný režim při predikci změny výroby, apod.

27 27 Optimalizace využití vlast. energie Měření v domě s FVE 5 KWp Bez řízení (minimum -1,4 KWh/h, maximum 7,1 KWh/h, celkový přetok energie 223 KWh) Plynulé řízení pomocí triaků (minimum -0,2 KWh/h, maximum 5,2 KWh/h, celkový přetok energie 42 KWh)

28 28 Projekt BIOZE Název: Výzkum a vývoj metod a nástrojů pro podporu rozhodování v procesu bezpečné integrace elektráren využívajících obnovitelných zdrojů energie (BIOZE) do elektrizační soustavy ČR Hlavní řešitelé: ZČU, ČVUT Podpora ČEZ, podpora TAČR Výstupy: a) Výpočtový model umožňující simulovat a predikovat chování regionální DS b) Navržené principy detekce nestandardních stavů v síti a způsob jejich časofrekvenčního zpracování c) Navržený způsob řízení lokálních zdrojů a spotřeb s cílem uřízení regionální distribuční sítě d) Ověření výše uvedeného v praxi v pilotním projektu v jedné lokalitě Pilotní projekt Průběžné měření elektrických veličin ve vybraných bodech sítě a jejich online zasílání do centra ke zpracování Automatické modelování a predikce stavu; navržení korekčních opatření Zasílání korekčních příkazů on-line do vybraných bodů sítě a jejich realizace Měření a regulace prováděna na prvcích systému ENcontrol

29 29 Základní komunikační schéma bezobslužná automatika měření a řízení spotřeby Ovládání bojlerů parametry pro lokální aplikaci proud, napětí, činný výkon Internet centrální server Sledování kvality dodávky elektřiny v odběrných místech distribuční soustavy, Řízení bojlerů za účelem lokální akumulace energie vyrobené FVE

30 30 Schéma řídicího systému Výkonová bilance trafostanice Predikce výroby zdrojů (FVE) Predikce spotřeby (neřízené) Odhad kapacity bojlerů Centrální server (optimalizátor) Pokyny k aktivaci nebo deaktivaci bojlerů Distribuované jednotky Zdroje nejistot Chyba výpočtu bilance trafostanice (není-li měřeno) Nepřesnost predikce počasí + rychlé fluktuace výroby = chyba predikce výroby Odhad spotřeby na základě typových diagramů Žádné měření spotřeby vody v domácnostech = hrubý odhad kapacity bojlerů

31 Internet 31 Lokální měřicí a ovládací systém ovládání spotřebičů napětí proudy výkony rozvaděčový modul meření 3 fází za hlavním jističem řídicí jednotka HDO ADSL Modem Lokální řídicí systém ohřívač vody

32 32 Princip řídicího algoritmu Predikce neovládané spotřeby Neovládaná spotřeba Neovládaná výroba Predikce neovládané výroby Optimalizátor Optimalizátor Hledá optimální rozvrh aktivace ovládané spotřeby Založen na smíšeném celočíselném lineárním programování (MILP) Optimalizace cyklicky spouštěna s aktualizovanými vstupy a predikcemi Princip podobný MPC snadné zahrnutí omezení Doba výpočtu jednoho kroku < 10s Ovládaná spotřeba Kritérium Výsledná bilance Minimalizace toků výkonu z a do oblasti (= maximalizace využití lokálně vyrobené energie) Omezení Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody) Omezení spínání bojlerů (zamezení nadměrnému opotřebení)

33 export Energie [kwh] Výkon [kw] import Výkon [kw] Ukázka výsledků (simulace, ovládány všechny bojlery v oblasti) Importovaná a exportovaná energie Výkonová bilance trafostanice Bilance po optimalizaci Původní bilance Dny Maximální import a export Efekty řízení Snížení importu a exportu energie o 40 % Snížení špičkového importu v průměru o 23 % Snížení špičkového exportu v průměru o 48 % Snížení rozsahu přenášených výkonů v průměru o 35 % Před optimalizací Dny Dny Po optimalizaci

34 34 Projekt BIOZE v 2012/2013 Plán další práce Extrapolace principů řízení na celou ES Vývoj decentralizovaných algoritmů řízení nezávislých oblastí Modelování a ověření akumulačních schopností domácností

36 36 Kontakt ENcontrol s.r.o. vývoj a výroba komponentů IČ: , DIČ: CZ Telefon: info@encontrol.cz Web: DataExpert s.r.o. prodej a distribuce komponentů IČ: , DIČ: CZ Telefon: obchod@dataexpert.cz Web: