Sammanfattning och framtid. Elenergiteknik Industriell Elektroteknik och Automation

Transkript

1 Sammanfattning och framtid Elenergiteknik Industriell Elektroteknik och Automation

2 Översikt Kursen Elenergiteknik Utveckling Trygg elförsörjning Förnyelsebar elproduktion El för transporter Energilager Smarta elnät/ lokala energisystem Fortsättningskurser Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 2

3 Kursen Elenergiteknik = ~

4 Kursen i korthet Energi och miljö Elenergi nu och prognos Beräkningsprinciper Verkningsgrad Fulleffekttimmar Tidssimulering Trefas växelspänning/-ström Aktiv och reaktiv effekt Flödesreglering Energi för uppvärmning B-fält från kraftledning Switchad elenergiomvandling Funktionsprinciper Kraftverk Energilager Synkrongenerator Frekvensdynamik Kraftledning Transformator Jordfelsbrytare Kraftelektronik Likströmsmotor Synkronmotor Asynkronmotor

5 Trygga elförsörjningen Kärnkraft Effekthöjningar i befintliga svenska verk Förnyelsebar elproduktion Vindkraft och solceller 100 % förnybart i Sverige kräver exv naturgaskraftverk Öka tillförlitligheten i elförsörjning Kabel ersätter luftledning Risk- och sårbarhetsanalys Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 5

6 Förnyelsebar elproduktion Vindkraft Storlek på enskilda verk och parker växer fortfarande Långt ut till havs i DC-nät Solel I Tyskland jämförbar med vindkraften Exploderade i Danmark 2012 ökar stadigt Ökar i Sverige Vågkraft Stor potential, men ännu litet Bränsleceller Gör el av exv vätgas/metan (från vind/sol) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 6

7 Utvecklingen av sollcellseffekt installerad effekt [MW] Sverige Nätanslutna centraliserade system Nätanslutna lokala system Fristående kommersiella system Fristående privata system Danmark Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 7

8 Kostnader för solcellsanläggningar Installation Utrustning Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 8

9 Vindkraftgeneratorer - huvudtyper Asynkrongenerator + växellåda enkel (gamla Vestas) PMSM + AC/DC/AC 100% effekt bra men tung (Enercon, Siemens, Vestas 3 MW) DFIG AC/DC/AC 30 % effekt kompromiss (Vestas 2 MW, Nordex) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 9

10 Vindkraftgeneratorer - storlek Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 10

11 HVDC High Voltage Direct Current ~ = = ~ 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 Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 11

12 Sydvästlänken Hallsberg-Barkeryd AC Barkeryd-Hurva DC klar 2017? Struken: Barkeryd-Oslo DC DC Transistorteknik Markkabel 2x600 MW Början på ett svenskt HVDC-nät Först i Världen? Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 12

13 Tysklands Energiewende Kärnkraften läggs ner, påverkar särskilt i södra Tyskland Vindkraft i Nordsjön byggs ut (norra Tyskland) Mer nätkapacitet behövs SuperGrid med HVDC Källa: IEEE Spectrum Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 13

14 Desertec vision: Förnyelsebart + HVDC Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 14

15 European Wind Energy Association vision Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 15

16 El för transporter Elhybridfordon Laddning via återmatning och förbränningsmotorn Ingen koppling till elnätet Plug-in elhybrid (laddhybrid) Laddning via återmatning och förbränningsmotorn Kan laddas via elnätet Fullelektriska bilar Återmatning Laddning via elnätet Kontinuerlig elförsörjning Återmatning Med och utan batteri Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 16

17 El för transporter - elvägar Källa: Ny Teknik Lösningar med konduktiv och induktiv överföring Källa: Ny Teknik Matning via luftburen elledning testas utanför Gävle på 2 km Matning via elskena testas utanför Arlanda (ska bli 2 km) Skenor mer rimliga för personbilar Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 17

18 El för transporter - batteridriven Källa: Svensk Energi Källa: Ny Teknik Batterierna dyra och platskrävande Batterikapacitet ökar (idag oftast kwh, kommande generationer kwh) Utmaning för tunga lastbilar Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 18

19 Energilager På hushållsnivå och i större skala Ökar självförbrukning från egenproducerad el Förbättring av elkvalitén (klarar kortare avbrott) På elmarknaden som balanskraft Power Circle rapport 2016 Förutser stor framtid för lokalenergilagring med batterier Exempel: Gemensamt batteri om 0,8 1,3 kwh per lägenhet kan minska en flerfamiljsfastighets toppeffekt med 40 procent Frigöra effekt i elnätet V2G och V2H elbilar används som energi lager och återmata till nätet Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 19

20 Energilager lagringstekniker Källa: IVA (2015) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 20

21 Energilager kapacitet och tider Källa: School of Engineering, RMIT University (2015) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 21

22 Energilager kostnader för batterier Källa: Nature Climate Change 5, (2015) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 22

23 Elnätet Elproduktion förflyttas geografisk och i spänningsnivå Elproduktion varierar mer mer balanskraft, laststyrning (DSR) Elkonsumtion förändras (och ökar?) Värmepumpar, elektrifiering av transportsektorn, energieffektivisering Ökad grad av nätautomation (t ex spänningsreglering, reaktiv effekt hantering, aktiv effekt reglering) Fler mätvärden behövs (stora datamängder, kräver analys) Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 23

24 Smart och lokalt Lokalt energisystem LES Simris, E.ON, Skåne Lokal elproduktion, laststyrning, ödrift 500 kw 440 kw 480 kw 800 kw 330 kwh kontrollsystem 600 kw 1,2 GWh/år Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 24

25 Smart och lokalt Norra Djurgårdsstaden Energismart stad Norra Djurgårdsstaden (Fortum, Energimyndigheten mm, Stockholm) Bl a Automation i hemmet, energieffektivisering, prisflexibilitet Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 25

26 Smart och lokalt Smart Grid Gotland Vattenfall mm, Gotland Bl a prissignaler för laststyrning, energilager, elkvalité Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 26

27 Elenergikurser Elkraftsystem (IEA) Vindkraftsystem (IEA) Kraftelektronik (IEA) med styrning av elektriska maskiner Elmaskinkonstruktion (IEA) Hybrida fordonsdrivsystem (IEA) Mekatronik (IEA) Solel Projektkurs efter fortsättningskurs Examensarbete + energisystemanalys och miljö Energi & miljö + reglerteknik och automation Reglerteknik & automation Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 27

28 Sammanfattning Det finns mycket att göra inom elenergiteknik Kursen Elenergiteknik en början Det finns fler kurser Det finns jobb Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 28

29 Dugga 2 Onsdagen 1/3 kl 8-10 i M:A 90 minuter dugga + genomgång efteråt 4 uppgifter (totalt 16p) Minst 8p för att få godkänd på duggan Godkänd dugga ger 5p till sluttentamen (totalt 60p) Registrerad på ESSF15 för förstå gången VT17 för att kunna tillgodoräkna duggorna Material fr o m A1 Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare Kursbok Eget formelark enligt anvisningar (se kursens hemsida) TEFYMA eller liknande formelsamling Lunds universitet/lth/bme/iea - Elenergiteknik 29

30