Innehåll. Elkraftnätet. Infrastrukturer. Överbrygga avstånd

Transkript

1 Bortom Elkraftnätet Innehåll Transmission & Distribution HVDC Normaldrift och felfall Spänningskvalitet Elräkningen Utmaningar Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 1 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 2 Vägnät Infrastrukturer Kraftnät Överbrygga avstånd Nå adresser Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 3 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

2 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 Distribution Trädform En inmatning Många uttag Tillförlitlighet Varje fel ger strömavbrott Radiellt nät 0,4 kv Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 5 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 6 Maskat nät Transmission Maskning Flera inmatningar Många uttag Många strömvägar Tillförlitlighet Inget ensamt ledningsfel ger strömavbrott Bygg maskat Driv radiellt Tillförlitlighet Varje fel ger strömavbrott Snabb omkoppling Stadsnät Mellanting Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 7 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 8

3 High Voltage Direct Current 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 Baltic Cable Arrie, Sverige byggt 1994 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 Nordel - kontinentaleuropa Goda styrmöjligheter jämfört med AC Kostnad för stationer dock hög Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 10 Kontiskan SE-DK HVDC classic i Norden FennoSkan SE-FI (inom Nordel) HVDC light Skagerrack NO-DK FI-RU Baltic Cable SE-DE Kontek DK-DE Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 11 Gotland, SE (inom Nordel) SwePol, SE-PL Anslutning vindkraftverk (offshore) Koppla ihop system billigt (Australien) Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 12

4 Tidiga HVDC-projekt i Sverige 1954 Gotland-fastlandet HVDC Luleälven-Hallsberg? Nej, 380 kv AC i drift 1952 Sydlänken Hallsberg-Hörby 400 km AC eller DC Fyra stråk har studerats Två AC, två DC Ett AC har strukits Aktuell idag: Södra länken Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 13 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson m eller 30 cm? Sydlänken tidplan 400 kv AC luftledning, högst kapacitet MW & Mvar +/- 300 kv HVDC light markkabel, styrbar effekt Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 15 Samråd 1890 remissvar Teknikval kräver generaldirektör Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 16

5 Produktion vid normaldrift Plötslig MW-förändring Elgenereringen följer belastningen Baslast enligt prognos från gårdagen Grovjustering varje kvart Primär f-reglering för små avvikelser Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 17 Generator/import bort ger lägre f Belastning bort ger f-ökning Automatisk primärreglering Manuell sekundärreglering Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 18 Stort X ger svagt nät Serie-x överallt 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 19 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 20

6 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 Detektera felström Reläskydd Mäter U och I Detekterar fel Styr effektbrytare Jordfelsbrytare Reläskydd + mindre brytare Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 21 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 22 Bryta ström Effektbrytare Säkring Mäter ström! Byts manuellt Frånskiljare Öppet brytställe Bryter lastström Klarar inte kortslutningsström Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 23 Source:ABB Bryter kortslutningsström Upp till 63 ka på 40 ms Släcker ljusbåge Tryckluft, vakuum, olja Fjärrstyrd av reläskydd Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 24

7 Spänningskvalitet Spänningsdipp Frekvensvariation Spänningsdipp Flicker Transienter V Tillfälligt låg spänning Orsak uppåt i nätet Kortslutning Orsak nedåt i nätet Motorstart Avbrott Förklaring Övertoner Start t Svagt nät Delar x Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 25 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 26 Grannen påverkar Flicker Motorstartström stor Spänningen sänks uppströms Stort Z=R+jX i svagt nät ΔV=Z I Spänningsvariation Syns också på lampor Grannens spänning sänks Ljuset svagare Startförlopp över Strömmen minskar Spänningen normal Ljuset normalt M Orsak Svetsning, ljusbågsugn Vindkraft Förklaring Som dipp Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 27 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 28

8 Avbrott Sekunder Pappersindustri Minuter Ventilation i stallar, stålindustri Timmar Telenät Dygn Vattenförsörjning Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 29 Datorer Computer & Bussiness Equipment Manufacturer Association Transienter Halvledartillverkning ITIC-kurvan f.d. CBEMA Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 30 Övertoner Spänningskvalitet 1 Elektronik Hackar sinus Mer än sinus Fourier-serie! Apparater Dimmer Datornätdel HVDC Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 31 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 32

9 Spänningskvalitet 2 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 33 Elräkningen Energiavgift till valfri elleverantör Säkringsavgift motsvarar maxeffekt Förbrukade kwh Förhandlingsbar Energiskatt 24.1 öre per kwh (jan 2004) Nätavgift till nätbolag (Lunds Energi) Säkringsavgift (maxeffekt) Förluster i nätet från dina kwh Elcertifikatsavgift för förnybar el Moms Se Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 34 Distribuerad Generering - DG Elproduktion i distributionsnätet Småskaligt Förnyelsebart: Vindkraft, solel Små kraftvärmeverk, bränsleceller, bilar 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 35 Kraftvärme och vind 2001 DG i Danmark vind + CHP 400 V och kv 5000 vindkraft, 1900 MW 800 kraftvärme, 1100 MW 60 kv 50 vindkraft, 32 MW 17 kraftvärme, 570 MW 150 och 400 kv 8 kraftverk, 3200 MW Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 36

10 Utmaningar med mycket DG Elproduktionen mindre styrbar Vind och sol bestämmer Värmebehov bestämmer Frekvensreglering? Vindprognoser! Hur handla med kanske-el? Prognoser Temperaturprognoser Bra, styr dagens kraftsystemdrift Vindprognoser Svårare, blir mycket viktiga Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 37 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 38 Fler utmaningar Idag enkelriktat distributionsnät Dimensionering Spänningsfall Skydd mot kortslutningar Placering av mätare Dubbelriktat med DG Som transmission! Sammanfattning Transmission & Distribution olika HVDC användbart Viktigt hantera kortslutningar Spänningskvalitet värst i svagt nät Elräkningen DG och förnyelsebart ger utmaningar Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 39 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 40