Elkraftnätet. Bortom. Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 1

Transkript

1 Elkraftnätet Bortom Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 1

2 Innehåll Transmission & Distribution HVDC Normaldrift och felfall Spänningskvalitet Elräkningen Utveckling nu Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 2

3 Infrastrukturer Vägnät Kraftnät Överbrygga avstånd Nå adresser Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 3

4 Överbrygga avstånd Transmission Avstånd hundratals km Effekt hundratals MW Ekonomiskt V 15 P SE: 130, 220, 400 kv Höga tillförlitlighetskrav Svenska Kraftnät äger Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 4

5 Nå adresser Distribution Avstånd några km SE: 10, 20, 50 kv Kommunalt elbolag (Lunds Energi) äger i staden Regionelbolag (E.ON) äger på landsbygden Stad Landsbygd 0,4 kv Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 5

6 Distribution Trädform En inmatning Många uttag Tillförlitlighet Varje fel ger strömavbrott Radiellt nät Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 6

7 Maskat nät Transmission Maskning Flera inmatningar Många uttag Många strömvägar Tillförlitlighet Inget ensamt ledningsfel ger strömavbrott Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 7

8 Bygg maskat Driv radiellt Tillförlitlighet Varje fel ger strömavbrott Snabb omkoppling Stadsnät Mellanting Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 8 Modell

9 High Voltage Direct Current Baltic Cable Arrie, Sverige byggt 1994 HVDC classic med tyristorer Transmission 400 kv DC, 600 MW Ultra HVDC 800 kv DC HVDC Light med transistorer T & D, kv, MW Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 9

10 Varför HVDC? ~ = = ~ Långa avstånd AC-kabel ej möjlig (för mycket reaktiv effekt) Luftledning DC billigare än trefas AC Mellan system med olika frekvens Japan har 50 och 60 Hz Norden - kontinentaleuropa Goda styrmöjligheter jämfört med AC Kostnad för stationer dock hög Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 10

11 HVDC i Norden Existerar Planeras

12 HVDC light Anslutning vindkraftverk (offshore) Koppla ihop system billigt (Australien) Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 12

13 Tidiga HVDC-projekt i Sverige 1954 Gotland-fastlandet HVDC Luleälven-Hallsberg? Nej, 380 kv AC i drift 1952 Aktuell idag: Sydvästlänken Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 13

14 Sydvästlänken Hallsberg-Nässjö AC Nässjö-Hörby DC Nässjö-Norge DC DC Transistorteknik Markkabel 1200 MW Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 14

15 AC 30 m och DC 30 cm 400 kv AC luftledning, högst kapacitet MW & Mvar +/- 300 kv HVDC light markkabel, styrbar effekt Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 15

16 Sydvästlänken tidplan Samråd 1890 remissvar Tidplanen följs för Hallsberg-Nässjö Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 16

17 Vision om nät till havs Currently existing (red), currently planned (yellow), under study (green), under study with EWEA recommendation (blue), EWEA recommended grids by 2020 (grey), and EWEA recommended grids by 2030 (orange) Source: EWEA, Oceans of opportunity, 2009 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 17

18 Produktion vid normaldrift Elgenereringen följer belastningen Baslast enligt prognos från gårdagen Grovjustering varje kvart Primär f-reglering för små avvikelser Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 18

19 Plötslig MW-förändring Generator/import bort ger lägre f Belastning bort ger f-ökning Automatisk primärreglering Manuell sekundärreglering Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 19

20 Serie-x överallt Stort X ger svagt nät Generator Ledning Transformator Ström genom x ger spänningsfall Spänningen blir strömkänslig Begränsar kortslutningsström Grannar som delar x påverkar varandra Större gemensamt x större påverkan Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 20

21 Förbrukning MWh/h julidag i Sverige Spänningsreglering Eliminera lastinverkan på spänningen Koppla in/ur C och L manuellt (fjärr), 3%V/steg Automatiska lindningskopplare, 1%V/steg Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 21

22 Kortslutning i elnätet Spänningen låg i område runt felet Detektera felström Koppla bort felet snabbt Minimera feldrabbat område Kunder på granngren återställs Ta bort felet Återinkoppla Efter <1 s vid blixtnedslag Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 22 Modell

23 Detektera felström Reläskydd Mäter U och I Detekterar fel Styr effektbrytare Jordfelsbrytare Reläskydd + mindre brytare Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 23

24 Bryta ström Säkring Mäter ström! Byts manuellt Frånskiljare Öppet brytställe Bryter lastström Klarar inte kortslutningsström Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 24

25 Effektbrytare Source:ABB Bryter kortslutningsström Upp till 63 ka på 40 ms Släcker ljusbåge Tryckluft, vakuum, olja Fjärrstyrd av reläskydd Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 25

26 Spänningskvalitet Frekvensvariation Spänningsdipp Flicker Transienter Avbrott Övertoner Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 26

27 Spänningsdipp V Start t Tillfälligt låg spänning Orsak uppåt i nätet Kortslutning Orsak nedåt i nätet Motorstart Förklaring Svagt nät Delar x Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 27

28 Grannen påverkar Motorstartström stor Spänningen sänks uppströms Stort Z=R+jX i svagt nät Grannens spänning sänks Ljuset svagare Startförlopp över Strömmen minskar Spänningen normal Ljuset normalt V=Z I M Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 28

29 Flicker Spänningsvariation Syns också på lampor Orsak Svetsning, ljusbågsugn Vindkraft Förklaring Som dipp Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 29

30 Sekunder Avbrott Pappersindustri Minuter Ventilation i stallar, stålindustri Timmar Telenät Dygn Vattenförsörjning Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 30

31 Transienter ITIC-kurvan f.d. CBEMA Datorer Computer & Bussiness Equipment Manufacturer Association Halvledartillverkning Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 31

32 Övertoner Elektronik Hackar sinus Mer än sinus Fourier-serie! Apparater Dimmer Datornätdel HVDC Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 32

33 Spänningskvalitet 1 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 33

34 Spänningskvalitet 2 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 34

35 Stora strömavbrott två typer Sydsverige/Själland 2003 Förlopp Enstaka komponent havererar Omständigheter försvagar systemet, stabilitetsgräns nås Dominoeffekt när skyddssystem kopplar bort ledningar/kraftverk Drabbar alla inom visst område med återställningstider på timmar Gudrun och Per 2005 Förlopp Naturkatastrof ger massförstörelse av elnätet Drabbar landsbygdskunder i skog med återställningstider på veckor

36 Reläskydd Driftsäkerhet Generatorer kopplas bort vid f<47,5 Hz Generatorer kopplas bort vid låg spänning (hög ström) Ledningar kopplas bort vid överbelastning Risk för domino-effekt som ger blackout Systemet måste uthärda störningar N-1 -kriterium för driftsäkerhet Ingakonsekvenser vid bortkoppling av godtycklig komponent Plus marginal till blackout

37 Driftsäkerhetskrav Kraftverk får inte kopplas bort för lätt Viktigt för driften av hela systemet Måste uthärda spännings-/frekvensdippar Fram till ~2005 enbart för större kraftverk Vindkraftverk inte stora men många Nu gäller liknande krav för dessa Low voltage ride through -krav

38 Elräkningen Energiavgift till valfri elleverantör Säkringsavgift motsvarar maxeffekt Förbrukade kwh Energiskatt 27 öre per kwh (jan 2008) Nätavgift till nätbolag (Lunds Energi) Säkringsavgift (maxeffekt) Förluster i nätet från dina kwh Förhandlingsbar Elcertifikatsavgift för förnybar el Moms Se Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 38

39 Distribuerad Generering - DG Elproduktion i distributionsnätet Småskaligt Förnyelsebart: Vindkraft (mycket i DK), solel Små kraftvärmeverk (mycket i DK), bränsleceller Micro-CHP för ett hushåll 0.5mx0.85mx0.6m, ansluts till 400 V In: Gas Ut: 1.2 kw el + 8 kw värme Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 39

40 Förnyelsebart och DG DG Icke DG Förnyelsebart Icke förnyelsebart Vind enskilda Solel CHP biogas CHP naturgas Vindpark Stor vattenkraft Kärnkraft Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 40

41 Smart Grids Nya aktörer i elsystemet Idé Storskalig vind ersätter annat Mikroproduktion (sol, vind, gas) Laddning av elfordon Använd befintligt elnät Lägg till kommunikation och styrning Styr allt och optimera = automation! På distributionsnivå är nya elmätare en viktig del Mätare = dator hos kunden + kommunikation till nätbolaget Sverige 100% täckning 2009 = Världsledande! Deltagande av kunden ( prosumer ) viktig

42 Sammanfattning Transmission & Distribution olika HVDC användbart Viktigt hantera kortslutningar Spänningskvalitet värst i svagt nät Elräkningen DG och förnyelsebart ger utmaningar Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 42