Jiří Roubal, Senior Specialist, Divize výrobků a systémů pro energetiku, ABB s.r.o. Zařízení výkonové v energetických sítích Energie pro budoucnost Efektivní distribuce a spotřeba elektřiny v průmyslu Výstaviště v Brně, Kongresové centrum, sál B, 14. září 2010 October 11, 2010 Slide 1
Obsah Výkonová elektronika včera, dnes a výkonové včera, dnes a výkonové Akumulátory v SVC Light SVC Light October 11, 2010 Slide 2
v energetických sítích Včera a dnes Výkonová elektronika včera, dnes a výkonové Hovořili-li jsme o výkonové elektronice v energetických sítích dříve, šlo především pouze o stranu spotřeby (např.pohony), případně o specifická zařízení, nikoliv však spojená přímo s primárních technologií sítí První aplikace, směrované do oblasti primárních technologií byly především DC přenosy (např. HVDC podmořská a dálková propojení) v přenosových sítích Další rozšíření bylo směrováno do oblasti zařízení pro dodávku jalového výkonu zejména do distribučních sítí Významné rozšíření bylo vázano na příchod nových generací technologií polovodičových prvků (IGCT tyristorů). Zlepšilo parametry a funkce všech typů zařízení a umožnilo zahájit úvahy o standardním vysokovýkonovém zdroji DC/AC umístěného v distribuční síti, například pro zařízení akumulující elektrickou energii October 11, 2010 Slide 3
v energetických sítích Dnes a Výkonová elektronika včera, dnes a výkonové October 11, 2010 Slide 4 Současné technologie IGCT prvků umožňují realizovat širokou škálu uvedených aplikací (regulované HVDC přenosy, regulované zdroje jalového výkonu, rozhraní systémů pro akumulaci AC/DC/AC) Nevýhoda tyristorových systémů (značný podíl vyšších harmonických a z toho plynoucí vyšší náklady na filtraci či izolace vodičů) či neschopnost práce některých zařízení (ve funkci generátorů) v pasivních sítích, byly odstraněny použitím nového typu prvků - IGBT tranzistorů Technologie IGBT umožňuje řešit všechny dosud uvažované aplikace s daleko vyšší mírou funkční kvality a použitelnosi (nízká úroveň vyšších harmonických, možnost práce v pasivních sítích) Konstrukční technologie klíčových částí (IGBT Power Electronics Building Block PEBB) přináší možnosti realizace škálovatelných (napětí, výkon) od kompaktních aplikací až po velmi rozsáhlé systémy
Aplikace výkonové Stabilita, kvalita, bilance, výkon včera, dnes a výkonové FACTS Systémová stabilita a bilanční řízení Dynamická stabilita Oscilace výkonu Řízení napětí Bilance výkonů Řízení toků výkonů SC TCSC SVC SVC Light HVDC Light Kvalita parametrů Provoz pasivních sítí Kompenzace flikrů Kvalita napětí Přerušovaná dodávka Nesymetrický odběr Aspekty Smart Grids Zvýšení stability přenosových systémů Zvýšení kvality parametrů Zvýšení možností řízení toků a konfigurace October 11, 2010 Slide 5 FACTS - Flexible AC Transmision Systems
StakPack - IGBT PEBB používaného ABB včera, dnes a výkonové StakPack IGBT Power Electronics Building Block SVC Light ABB STATCOM (statický komponzátor) October 11, 2010 Slide 6
ABB Light Technologie Komerční s IGBT tranzistory včera, dnes a výkonové ABB Light používá IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) tranzistory Dvě základní skupiny aplikací: Paralelně připojovaný prvek s funkcemi STATCOM (statický kompenzátor) SVC Light Sériově vkládaný prvek s funkcemi stejnosměrného přenosu HVDC Light. Specifickým případem je stejnosměrný přenos na nulovou vzdálenost - funkce regulace výkonu a/nebo asynchronního oddělení soustav. Typickým pro obě aplikace je možnost současného využití řady funkcí. Např. SVC Light může současně realizovat funkce - zásobník, kompenzátor, stabilizátor parametrů sítě,... October 11, 2010 Slide 7
ABB Light Technologie Další význačné aspekty včera, dnes a výkonové Ve funkci zásobníku el.energie je schopný na pozici jediného zdroje v segmentu sítě zajistit start ze tmy Výrazná minimalizace zařízení pro filtraci Aktivní přínos pro zlepšení zejména napěťových poměrů oscilace napětí (větrné elektrárny), eliminace flikrů,... Velmi dobré možnosti škálovatelnosti díky konceptu StakPack Fyzikální princip umožňuje v jednom zařízení vytvořit více funkcí - doplnění SVC Light zařízení ve funkci STATCOM (statický kompmenzátor) sadou akumulátorů se změní ve zdroj nejen jalového, ale i činného výkonu October 11, 2010 Slide 8
Přínosy možných SVC Light aplikací Farmy větrných elektráren včera, dnes a výkonové Potlačení vlivu náhlých změn výkonu Regulace napětí Stabilita sítě při i po poruchách Regulace frekvence October 11, 2010 Slide 9
Přínosy možných SVC Light aplikací Průmyslová výroba včera, dnes a výkonové Kompenzace jalového výkonu Eliminace negativních důsledků zpětného vlivu zařízení průmyslové výroby Pokrytí kritické dodávky po výpadku napájení ze sítě do doby náběhu záložního zdroje October 11, 2010 Slide 10
Přínosy možných SVC Light aplikací Železniční trakce včera, dnes a výkonové Odstínění špiček odběru/rekuperce při rozjezdu/brždění souprav October 11, 2010 Slide 11
Přínosy možných SVC Light aplikací Použití v rámci Smart Grids konceptu včera, dnes a výkonové Úroveň skupin zdrojů (fragment konceptu virtuální elektrárny) Doplnění zdroje nebo skupiny zdrojů s nepravidelnou výrobou systémem akumulace Krátkodobobé a střednědobé vyrovnání diagramu výroby Překrytí přechodových stavů výpadek jedné skupiny zdrojů a následné spuštění jiné Úroveň oblastní (distributor, firma, obec, komunita) sítě Doplnění lokálního zdroje nebo skupiny zdrojů s nepravidelnou výrobou systémem akumulace Krátkodobobé a střednědobé vyrovnání výkonové bilance oblasti Překrytí přechodových stavů výpadek napájení z nadřazení sítě či výpadek lokálního zdroje či zdrojů a následné spuštění jiných Zajištění zdroje pro funkci napájení v krizových situacích Ekonomicky optimální využití nakupované October 11, 2010 Slide 12
alektrické energie Uplatnění pro ABB Light technologie včera, dnes a výkonové Nejčastěji používaná forma akumulace (přečerpávací elektrárny) el.energie, změna potenciální energie masy vody + (čerpádlo)/změna potenciální energie masy vody (turbína), el.energie fáze změny z a do probíhá v klasických rotačních generátorech Většina ostatních systémů pro akumulaci elekrické energie používá pro vlastní proces akumulace jiný druh energie, fáze změny z a do probíhá přes jinou formu (DC s často proměnnými parametry) než v jaké je transportována v elektrické síti (AC se stabilnímí parametry U/f) je nutná konverze, většinou AC/DC úloha pro SVC Light October 11, 2010 Slide 13
Akumulace Oblasti typických aplikací Přečerpávací elektrárny včera, dnes a výkonové Kondenzátory Setrvačníky Akumulátory Sekundy Minuty Minuty až hodiny Hodiny až dny Čas čerpání energie SVC Light 5 až 60 minut 5 až 50 MW October 11, 2010 Slide 14
Akumulátory Nedílná součást SVC Light současnosti včera, dnes a výkonové Akumulátor v Článek Modul Prostor s akumulátory # 1 # 2 # 2 # n String Storage October 11, 2010 Slide 15
SVC Light Elektrické schéma včera, dnes a výkonové nabízeného systému SVC Light October 11, 2010 Slide 16
Akumulace, špičkový zdroj P a kompenzace Q Pohled na typické společnosti ABB včera, dnes a výkonové nabízeného systému SVC Light Tři základní části Budova SVC Light a kondenzátorů Budova akumulátorů Vnější plocha filtrace, transformace, vyvedení výkonu, chlazení Parametry Napětí distribuční sítě 130kV Trvalá jalová dodávka +/- 30 MVAr Špičková činná dodávka 20MW 15min Zastavěná plocha 3000m 2 October 11, 2010 Slide 17
Úvod Význam systémů akumulace v elektrických sítích Akumulace elektrické energie v konceptu Smart Grids Metody a technologie akumulace elektrické energie Příklady realizovaných systémů Zařízení výkonové díky propracované technologii výroby IGBT tranzistorů, konceptu jejich použití (PBBE) a parametrům komerčně dostupných zařízení SVC Light vytváří do budoucna široké pole využití Celá dlouhá historická řada nevýhod a omezení je v současné generaci těchto a podobných zařízení již minulostí Koncept relativně nezávislého AC/DC části a akumulace umožňuje další rozvoj nových technologií akumulace (např.na bázi supravodivosti, palivových článků, apod.) a celkového využití dnes i v budoucnosti Light technologie vytváří takévelmi příznivou pozici pro další rozvoj DC energetiky v úrovni přenosových sítí (Super Grid) October 11, 2010 Slide 18
Kontakty Jiří Roubal Senior Specialist Divize výrobků a systémů pro energetiku ABB s.r.o. jiri.roubal@cz.abb.com October 11, 2010 Slide 19
October 11, 2010 Slide 20