Elektriska Energisystem 2011-10-20 13.15-16.00 Magnus Hedlund, Institutionen för teknikvetenskaper Avdelningen för Elektricitetslära http://www.el.angstrom.uu.se/ V ä r l d e n s s t ö r s t a s y s t e m!
Överföra energi med el In: 1e17 W Förbrukning: 1e13 W
Stånggång vs Elnät Förluster stånggång 20% / 1 km Elnät 3% / 1000 km
Omvandlingsförluster Three Gorges Dam: One conversion, 90% efficiency Typical coal power plant Two conversions 33% efficiency
Ett elkraftsystem Overview Generation Transmission Distribution
Ett elkraftsystem 2 El från vattenkraft till hushåll.
Ett elkraftsystem 3 Harsprånget, 1856.
Högspänningsbrytare Brytkammare Stödisolator Manöverdon
Delar
Delar Primärt kontaktsystem
Delar Primärt kontaktsystem Ljusbågskontakter
Delar Primärt kontaktsystem Ljusbågskontakter
Delar Primärt kontaktsystem Koppar PTFE (teflon) Ljusbågskontakter Koppar + Wolfram Försilvrat koppar
Brytförlopp Frånskiljare Brytare Induktiv last
Varför högspänning? Varför växelström?
Varför högspänning? Varför växelström?
Varför högspänning? Varför växelström? Överförd effekt P = U * I Förlorad effekt ΔP = R * I^2 R I U
Varför högspänning? Varför växelström?
Varför högspänning? Varför växelström? Överförd effekt P = U * I Förlorad effekt ΔP = R * I^2 R I U
Varför högspänning? Varför växelström? Överförd effekt P = U * I Förlorad effekt ΔP = R * I^2 R I Transformator Maxwells tredje ekv. U 2U, 1I 1U, 2I
Varför högspänning? Varför växelström? Överförd effekt P = U * I Förlorad effekt ΔP = R * I^2 R I Transformator Maxwells tredje ekv. U AC generator 2U, 1I 1U, 2I
Vilken frekvens?
Vilken frekvens? 2
3 Fas Växelström
Produktion == Konsumtion
Produktion == Konsumtion
Frekvensreglering
El Cykling - 100 W - 10 timmar / dag - 1 kwh 12 mån Tom Aug 2001: Vattenkraft: 78.5 TWh Kärnkraft: 62.4 TWh Öv Värmekraft: 8 TWh Tot: 151 TWh Förbrukat 148.5 TWh MW
El 2 Sammanhängande elnät Elanvändning, Okt 2009 Kraftnätet i Norden
Effekt Energi Nuclear power 1800 MW Dukovany, Czech Republic Hydro power 2000 MW Karun-3 dam, Iran Wind power 690 MW Tehachapi, California, USA
Utnyttjandegrad
HVDC
Powerformer -tekniken Högspänningskabel i elektriska maskiner Powerformer: Högspäningsgenerator Dryformer: Torr transformator Windformer: Vindkraftverk Motorformer: Högspänningsmotor Powerformer 155 kv, 75 MW Porsi, Sweden. Installed 1999
Vattenkraftverk A Damm B Kraftstation C Turbin D Generator E Intagsgrind F Tillopstub G Transformator H Avlopp
Vattenkraftverk 2 Itaipu, Brasilien - Paraguay 12.6 GW 94.7 TWh / år
Vertikalaxlad vindkraft Egenskaper Multidirektionell turbin Generator på marken Enkel konstruktion Ingen växellåda Experiment Modellering Generator modell Aerodynamisk modell 12 kw VAWT, byggt och testat av Avdelningen för elektricitetslära
Marin strömkraft Egenskaper Långsam energiomvandling Oceanströmmar, floder, tidvatten Golfströmmen Marin strömkraft försöks generator P/A=krv3 [kw/m2]
Vågkraft
Vågkraft 20 kw linjärgenerator
Vågkraft Montage och installation av vågkraftgeneratorer utanför Lysekil. Gustavsson et al Sub to Ocean Engineering
Vågkraft Bojar Utspänning Flora och fauna
Energilagring kontra el-lagring Det är svårt att lagra el! Reglerbar generering: vattenkraft, diselgen., gasturbin Från-elektricitet-till-elektricitet med hög verkningsgrad Mecanical Pumped hydropower CAES Compressed Air Energy Storage Flywheel Magnetic SMES: Superconducting Magnetic Energy Storage Chemical Supercapacitors Utility Battery Storage Fuel cell technology Se http://www.efcf.com/reports/
Pumpkraftverk Egenskaper Vatten pumpas från ett lägre vattenmagasin till ett högre Verkningsgrad < 0.8 370 MW, Bad Säckingen
CAES McIntosh Unit 1 Alabama, USA Togs i bruk 1991 110 MW Kombinerad med naturgas Verkningsgrad 0.5
Svänghjul Introduktion Rotating kinetic energy storage Reciprocating to rotary motion Industrial revolution Big slow metal wheels to small fast composite ones
Svänghjul - Schematisk bild Vaccumm chamber Composite rotor Electric machine Magnetic bearings
Svänghjul - Drivlina Primary mover Wheel motor Power electronics FLYWHEEL
Svänghjul - För elnätet Rim speed 2 * ljudhastigheten
Svänghjul - Farliga?
Svänghjul - Forskningsområden Power Electronics Material Elektriska Maskiner Magnetiska Lager Systemnivå
Svänghjul - Forskningsområden Power Electronics Halvledarelektronik som kan ändra frekvens, spänning och ström-förhållande, men hålla effekten konstant. P 0 P 0 I 1 I 2 U 1 U 2 f 1 f 2 AC-AC, AC-DC, DC-DC, DC-AC
Svänghjul - Forskningsområden Material Utveckla nya material som tillåter högre rotationshastigheter. Material Stål 800 Kolfiber 5000 Diamant 2800 Kolnanorör 50000 Grafen 130000 Ultimate Tensile Strength MPa Mer info? Googla: flywheel bolund et al
Svänghjul - Forskningsområden Elektriska Maskiner Konstruktion av motor/generator som klarar av höga rotationshastigheter, med låga förluster. Self-bearing Machines Hollow Cylinder Machines
Svänghjul - Forskningsområden Magnetiska Lager Minimera lagerfriktion, genom att lyfta svänghjulet med magnetiska krafter.
Svänghjul - Forskningsområden Systemnivå Fördelar Lång Livstid Hög effekt Inga kemikalier Nackdelar Dyr? Låg energidensitet Ej massproducerad
Svänghjul - Forskningsområden
Svänghjul - Forskningsområden
Svänghjul
Svänghjul
Svänghjul