Aktiivisen verkonhallinnan hyödyt
Post on 13-Jan-2016
46 Views
Preview:
DESCRIPTION
Transcript
Aktiivisen verkonhallinnan hyödyt
• Johdanto
• Aktiivinen verkon hallinta
• Jännitteennousuefekti
• Aktiivinen jännitteen hallinta– Pätötehon rajoittaminen
– Loistehon hallinta
– Koordinoitu jännitteen säätö
• Aktiivisen verkonhallinnan hyödyt – case study
• Yhteenveto
Ontrei Raipala
Johdanto
• Jakeluverkot on perinteisesti suunniteltu toimimaan passiivisena välivaiheena siirtoverkosta jakeluverkon kautta pienjänniteverkkoon siirretylle sähköenergialle
• Jakeluverkot on suunniteltu determinististen periaatteiden mukaan kestämään pahimmat mahdolliset tilanteet pienimmällä mahdollisella ohjaustarpeella
• Hajautetun tuotannon (DG) määrän odotetaan kasvavan
• DG:n kasvun toteuttaminen saattaa edellyttää siirtymistä passiivisesta aktiiviseen verkonhallintaan
Aktiivinen verkon hallinta
• Aktiivinen verkonhallinta käyttää olemassa olevaa verkkoa optimaalisesti– käyttämällä älykkäästi aktiivisia resursseja, kuten generaattoreita,
käämikytkimiä, jännitteen- ja loistehon säätäjiä, sekä verkon kytkentätilan aktiivista hallintaa yhdessä integroidusti
• Aktiivinen verkonhallinta mahdollistaa suuremman hajautetun tuotannon kapasiteetin ilman verkon vahvistamista
• Tulevaisuudessa mahdollisesti saarekekäyttö => luotettavuus• Toimivat lisäpalvelumarkkinat olisivat välttämätön ehto aktiiviselle
jakeluverkon hallinnalle
Jännitteensäätö
• Jakeluverkon jännitteensäätö perustuu yleensä sähköaseman kiskon jännitteen vakiona pitämiseen (joskus myös kuormitustilanne huomioidaan säädössä)
• suunniteltu verkkoon jossa tehonsuunta on yksisuuntainen
• Kirjoittajien mielestä jännitteennousu on suurin este hajautetun tuotannon yleistymiselle maaseutuverkoissa
• Verkkoyhtiöt eivät halua verkkoonsa tuotantoa, koska se muuttaa jänniteprofiileja
• Hajautettua tuotantoa ei ole kuitenkaan usein taloudellisesti kannattavaa liittää korkeammille jännitetasoille
XQQQPPRUU CLGLG )()(12
•Passiivisesti hallitussa verkossa suurinta liitettävissä olevaa tuotantokapasiteettia arvioidaan suurimman mahdollisen
jännitteennousun mukaan.
•max tuotanto & min kulutus (PL=QL=0)
Oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi,
että ± QG ± QC = 0
max12 GPRUU
R
UUPG
1max2max
Pätötehon rajoittaminen ääritilanteissa
• Hetket, joina tuotanto on maksimissaan samaan aikaan kun kulutus on minimissään, ovat melko harvinaisia
• on usein taloudellisesti järkevämpää, ettei suurinta sallittavaa tuotantokapasiteettia arvioida tämän pahimman tapauksen mukaan vaan rajoitetaan pätötehon tuotantoa äärimmäisissä tilanteissa
• Ääritilanteissa (min kulutus & suuri tuotanto) sähkö on usein halpaa => pienentää menetettyä tuottoa
R
UUPP CurtGG
1max2max
Loistehon hallinta
• Ehkäistään jännitteennousua loistehon kompensoinnilla (STATCOM, SVC)• Tehokas menetelmä jännitteen nousun ehkäisemiseksi avojohtoverkoissa (suuri
reaktanssi)• Loistehon hallinta mahdollistaa tällöin alemman kaavan jälkimmäisen termin
osoittaman lisäkapasiteetin (11kV verkko ottaa 33kV verkosta loistehon Q import)• Menetelmä ei ole kovin tehokas kaapeliverkossa (X tyypillisesti noin 4 x
pienempi kuin avojohtoverkossa)
)( CLGimport QQQQ
R
XQ
R
UUP importG
1
max2max
Koordinoitu jännitteensäätö
• Perustuu päämuuntajan käämikytkimen aktiiviseen hyväksikäyttöön
• Menetelmä mahdollistaa suuremman tuotantokapasiteetin säätämällä sähköaseman jännitteen pienimpään mahdolliseen arvoonsa pitäen kaikki verkon jännitteet kuitenkin sallittujen rajojen sisäpuolella
• Puhtaasti kuormitusta sisältävien lähtöjen (ongelmana jännitteen alenema) ja merkittävästi tuotantoa sisältävien lähtöjen (ongelmana jännitteennousu) jännitteensäätö saattaa olla järkevää eriyttää toisistaan käyttämällä jännitteensäätäjiä.
• Edellyttää mittauksia avainasemassa olevista solmupisteistä ja sopivia kommunikaatioyhteyksiä
R
UUPG
min1
max2max
• Tarkasteltavassa verkossa 1 kuormituslähtö ja 1 tuotantoa sisältävä lähtö, sekä muita lähtöjä kuvaava kuorma
• Kuormitukset on muodostettu käyttäen sekoitusta kotitalous-, liiketila- ja
teollisuuskuormista perustuen tuntikohtaisiin keskiarvoihin => vuosikohtaiset kuormitusprofiilit (kuvaan merkitty max. kuormitustilanne)
• Tuuliturbiinin tuotantokäyrä perustuu tilastolliseen Markovin malliin
• 1) Min kuormitus max tuotanto - sallittava kapasiteetti 10MW (passiivinen hallinta)
• 2) Max kuormitus max tuotanto – sallittava kapasiteetti 6MW (passiivinen hallinta)
Casestudy
Jännitteensäätömenetelmien tehokkuus
Pf = 0,98 Pf = 0,95
• Tarkastellaan eri säätömenetelmien vaikutusta suurimpaan sallittavaan vuosituotantoon ja tarvittavaan pätötehon rajoittamiseen (MWh/a), U saa vaihdella ± 3 %
1. Hetkittäinen tuotannon rajoittaminen yhdistettynä eri tehokerroinvaatimuksiin (pf = 0,98 & pf = 0,95)
2. Loistehonkompensointi tuulipuiston liitäntäpisteeseen asennetuilla erikokoisilla SVC laitteistolla
Aluesäätöön perustuva käämikytkimen säätö
• Aiemmissa tapauksissa päämuuntajan käämikytkin oli asetettu pitämään kiskojännite vakioarvossa 1,0pu.
• Tässä casessa käämikytkin asetetaan optimoimaan kiskojännite mahdollisimman alhaiseksi
Aluesäätöön perustuva käämikytkimen säätö yhdistettynä tuotantolähdölle sijoitettuun jännitteensäätäjään
• Asetetaan jännitteensäätäjä tuulipuiston sisältävän lähdön alkuun antamaan OLTC:lle lisää pelivaraa
• Jännitteensäätäjä kykenee jatkuvasti säätämään jännitettä välillä 0,9pu..1,1pu
• Nyt mahdollista liittää 20MW tuulipuisto hyvin pienellä tuotannon leikkaustarpeella
Jännitteensäätömenetelmien vaikutus häviöihin
• Verkonhäviöt yleensä pienentyvät, kun verkkoon liitetään pieni määrä hajautettua tuotantoa
• Kun suuri määrä tuotantoa kytketään verkkoon, saattaa tehoa jäädä yli jolloin sitä syötetään kantaverkkoon => häviöt kasvavat
Jännitteensäätömenetelmien taloudelliset näkökohdat
• CBA (Cost Benefit Analysis) analyysiä voidaan käyttää arvioitaessa ylittävätkö projektien tuomat hyödyt niiden aiheuttamat kustannukset
• Edellä läpikäydyille säätömenetelmille tehtiin CBA analyysi, joka otti huomioon pääoma-, käyttö-, ylläpito- ja korjauskustannukset
• Tuottopuolelta CBA otti huomioon (kasvaneet) sähköenergian myyntitulot, suuruuden ekonomian tuomat säästöt ja ympäristöystävällisyyden kannustimet
• Menetelmiä voidaan vertailla laskemalla niille nykyarvot olettaen sopiva korkokanta ja voimalan käyttöikä
• Tarkasteltuun verkkoon voidaan liittää 6MW tuulipuisto ilmaan mitään säätötoimenpiteitä => käytetään tätä referenssitapauksena, jonka NPV = 1,0 pu.
• Aktiivisten säätömenetelmien käyttö on kannattavaa kun niiden NPV > 1
Yhteenveto
• Jännitteennousuefekti on ehkä suurin este hajautetun tuotannon määrän kasvamiselle– Ongelma voidaan ratkaista käyttämällä aktiivista verkonhallintaa
• Aktiivisen verkonhallinnan käyttö mahdollistaa suuremman hajautetun tuotannon määrän käyttämällä olemassa olevaa verkkoa tehokkaammin hyväksi– Investoinnit primääri verkostokomponenttien sijaan
sekundäärikomponentteihin: mittaukset, kommunikaatio ja tietojärjestelmien kehittäminen
• Aktiivinen jännitteensäätö: tuotannon ajoittainen rajoittaminen, generaattorien tehokertoimien muokkaaminen, loistehon kompensointi, aluesäätöön perustuva käämikytkimen käyttö yksinään tai yhdistettynä jännitteensäätäjiin
top related