Elkraftnätet Bortom Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 1
Innehåll Transmission & Distribution HVDC Normaldrift och felfall Spänningskvalitet Elräkningen Utveckling nu Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 2
Infrastrukturer Vägnät 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
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
Distribution Trädform En inmatning Många uttag Tillförlitlighet Varje fel ger strömavbrott Radiellt nät Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 6
Maskat nät Transmission Maskning Flera inmatningar Många uttag Många strömvägar Tillförlitlighet Inget ensamt ledningsfel ger strömavbrott Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 7
Bygg maskat Driv radiellt Tillförlitlighet Varje fel ger strömavbrott Snabb omkoppling Stadsnät Mellanting Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 8 Modell
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, 20-150 kv, 50-350 MW Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 9
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
HVDC i Norden Existerar Planeras
HVDC light Anslutning vindkraftverk (offshore) Koppla ihop system billigt (Australien) Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 12
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
Sydvästlänken Hallsberg-Nässjö AC Nässjö-Hörby DC Nässjö-Norge DC DC Transistorteknik Markkabel 1200 MW Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 14
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
Sydvästlänken tidplan Samråd 1890 remissvar Tidplanen följs för Hallsberg-Nässjö Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 16
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
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
Plötslig MW-förändring Generator/import bort ger lägre f Belastning bort ger f-ökning Automatisk primärreglering Manuell sekundärreglering Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 19
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
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
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
Detektera felström Reläskydd Mäter U och I Detekterar fel Styr effektbrytare Jordfelsbrytare Reläskydd + mindre brytare Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 23
Bryta ström Säkring Mäter ström! Byts manuellt Frånskiljare Öppet brytställe Bryter lastström Klarar inte kortslutningsström Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 24
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
Spänningskvalitet Frekvensvariation Spänningsdipp Flicker Transienter Avbrott Övertoner Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 26
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
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
Flicker Spänningsvariation Syns också på lampor Orsak Svetsning, ljusbågsugn Vindkraft Förklaring Som dipp Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 29
Sekunder Avbrott Pappersindustri Minuter Ventilation i stallar, stålindustri Timmar Telenät Dygn Vattenförsörjning Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 30
Transienter ITIC-kurvan f.d. CBEMA Datorer Computer & Bussiness Equipment Manufacturer Association Halvledartillverkning Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 31
Övertoner Elektronik Hackar sinus Mer än sinus Fourier-serie! Apparater Dimmer Datornätdel HVDC Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 32
Spänningskvalitet 1 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 33
Spänningskvalitet 2 Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 34
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
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
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
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 www.elradgivningsbyran.se Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 38
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 www.whispergen.com www.compower.se Elenergiteknik G5 - Olof Samuelsson 39
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
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
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