Transcript ppt - VLab

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Retele inteligente de distributie
a energiei electrice. [Smart Grids]
2 x 14 = 28 ore curs;
1x 14 =14 ore laborator;
INTELLICIS ACTION IC0806
program: marti 18-20 EB105
laborator: miercuri EB105
consultatii: miercuri 16-18 EB129
Examinare scrisa – probleme si teorie
Nota finala: 0.5examen+0.3laborator + 0.2teme de casa (+ 0.1lucrari curs);
Titular curs: Prof.dr.ing. Mihaela Albu
Laborator: s.l. dr. ing. Valentin Boicea
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
noi teme in energetica:
masurari sincronizate; PMU
contoare inteligente (smart metering);
INTELLICIS ACTION IC0806
automobile
electrice;
generarea intermitenta a energiei electrice;
stocare
microretele [microgrids]
retele active de distributie a energiei
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
INTELLICIS ACTION IC0806
Storage
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Stocarea energiei electrice
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
•
densitatea de energie (raportul energie stocata/masa bateriei).
•
puterea specifica (raportul putere stocata/masa bateriei).
•
eficienta ciclului incarcare/descarcare (raportul dintre produsul curentx timp la
incarcare maxima si produsul curentx timp cind s-a atins pragul de descarcare completa )
•
raportul energie stocata/cost.
•
starea de incarcare minima
[Minimum
State ofIC0806
Charge / Cut off voltage]
INTELLICIS
ACTION
•
viteza de descarcare [Self-discharge rate],
•
durata de utilizare (numarul de cicluri complete descarcare/incarcare pina cind
bateria atinge 80% din capacitatea nominala initiala)
•
durata de viata calendaristica (timpul scurs pina cind bateria devine inutilizabila,
indiferent daca a fost utilizata sau nu)
•
probleme specifice de siguranta in functionare
•
tensiunea nominala, minima si maxima – pentru o celula
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
IEC White paper – oct. 2011
Electrical Energy Storage
IEA Energy Outlook 2014:
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
INTELLICIS ACTION IC0806
IEC White paper – Oct. 2011 – Electrical Energy
SISTEME
Storage ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Terminologie
Acronim
Semnificatie [en]
Definitie [ro]
BMS
Battery management system
Sistem de management al
transferului de energie in acumulator
CAES
Compressed air energy storage
Sistem de stocare cu aer comprimat
CHP
Combined heat and power
Generator cu ciclu combinat (energie
electrica si agent termic)
CSP
INTELLICIS
IC0806de generare cu sistem de
Concentrated solar
power ACTION
Element
focalizare a energiei solare
DLC
Double layer capacitor
Condensator cu dublu strat
EES
Electrical energy storage
Stocarea energiei electrice
EMS
Energy management system
Sistem de management al energiei
EV
Electric vehicle
Vehicul (automobil) electric
FB
Flow battery
Acumulator cu coloane de reactie
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Terminologie
Acronim
Semnificatie [en]
Definitie [ro]
FES
Flywheel energy storage
Element de stocare a energiei cu
volant
HFB
Hybrid flow battery
Acumulator hibrid (cu coloane de
reactie)
LA
Lead acid
Pb-H2SO4
Li-ion
INTELLICIS ACTION
IC0806 cu Li-Ion
Lithium ion (battery)
Acumulator
Me-air
Metal-air
Acumulator cu reactie metal-aer
NaS
Sodium sulphur
Acumulator cu sulfura de sodiu
NiCd
Nickel cadmium
Acumulator cu NiCd
NiMH
Nickel metal hydride
Acumulator cu NiMH
PCM
Phase change material
Material cu schimbare de faza
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Terminologie
Acronim
Semnificatie [en]
RFB
Redox flow battery
SMES
Superconducting magnetic
energy storage
SNG
Definitie [ro]
Synthetic natural gas
INTELLICIS ACTION IC0806
V2G
Vehicle to grid
V2H
Vehicle to home
VRFB
Vanadium redox flow battery
Zi-air
Zinc air
SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2014-2015
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Necesitatea includerii stocarii
energiei in sistemele de energie:
Functionalitati relevante pentru DSO:
- Deplasarea in timp a virfului de
consum/generare;
- Calitatea energiei electrice (control
P-f, U-Q etc.)
INTELLICIS ACTION IC0806
- Utilizare mai eficienta a retelelor
existente;
- Alimentarea sit-urilor izolate;
- Alimentarea de siguranta (rezerva)
a circuitelor de control si protectie;
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Necesitatea includerii stocarii energiei in sistemele de energie:
Functionalitati relevante pentru utilizatorul final [client]:
-Deplasarea in timp a energiei consumate pe paliere mai ieftine
(pret minim);
-Alimentarea de rezerva in caz de intrerupere a alimentarii
“normale”;
-Utiliarea extinsa a elementelor
stocare
din vehiculele elctrice
INTELLICIS de
ACTION
IC0806
pentru alimentarea aparatelor electrocasnice si incarcarea de la
sursele locale (PV);
Functionalitati relevante pentru proprietarul DG:
-Deplasarea in timp a energiei generate pe paliere mai avantajoase
(cost minim / pret maxim);
-Conectare eficienta la retea
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Clasificarea sistemelor de stocare a energiei in sistemele de
energie:
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Centrale hidroenergetice cu pompare: approx. 99% din
capacitatea de stocare in lume (120 GW), i.e. 3% din generarea pe
plan mondial
Doua optiuni constructive: baraje inalte intre lacuri; pentru
rezervoarele de la cota joasa se pot folosi mine inundate, alte cavitati
subterane sua chiar mari. De exemplu o central cu pompare a apei
de mare a fost construita in Japonia in 1999 (Yanbaru,30 MW)
INTELLICIS
ACTION
IC0806– 1890. Deja in in 1933
Primele centrale cu pompare:
in Itlia
si Elvetia
erau disponibile turbinele reverisible (pompa/generator)
Eficienta: 70 % ... 85 %. Avantaje: durata de viata foarte mare , numar
nelimitat de cicluri . Dezavantaje: fependenta de conditiile topografice
si blocarea unuei suprafete insemnate din teritoriu,
Cea mai mare centrala cu pompare: 2 100 Bath County, Virginia, USA
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Stocare prin aer comprimat (CAES)
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
-tehnologie utilizata inca din secolul 19 pentru diverse aplicatii
industriale. Daca e nevoie, aerul comprimat este amestecat cu gaz
natural, supus combustiei si expandat in turbine cu gaz. Locatii tipice:
pesteri sau mine abandonate; daca caldura rezultata din destinderea
aerului este dispiata (si nu stocata) aerul trebuie reincalzit  CAES
diabatic  eficienta totala < 50 %.
Tehnologia diabatica este
verificata, centralele au INTELLICIS ACTION IC0806
fiabilitate mare si sunt capabile
de black start, avantaj esential
CAES: capacitatea mare!
Dezavantaje: sit-uri limitate ;
eficienta mica a ciclului
complet; in prezent se
dezvolta CAES in ciclu
adiabatic
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Stocarea in volanti – energia cinetica ese stocataReţele
intr-un
, i.e.
inteligenterotor
de distribuţie
a energiei electrice
ciclindru masiv in miscare de rotatie. Energia este stocata prin
metinerea unei viteze de rotatie constante. Volantii de prima generatie
 1970  utilizau un volant din otel cu lagare mecanice; acum: mase
inertiale din filamente de carbon, suspendate prin lagare magentice, cu
viteze de rotatie de 20 000 …50 000 rpm intr-o incinta vidata.
Avantaje: durata mare
de viata, stabilitate
mare, numar mare de
INTELLICIS ACTION IC0806
cicluri de utilizare,
necesar mic de
mentenanta, densitate
mare de putere si
materiale inerte dpvd.
protectia mediului;
dezavantaje: eficienta
mica;
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Stocare electrochimica (baterii/ acumulatoare)
lead acid, NiCd/NiMH, Li-ion, metal air, sodium
sulphur and sodium nickel chloride; flow battery.
Acumulatoarele Pb-acid: cele mai folosite, comercializate
din 1890. Sunt folosite pentru aplicatii statice si mobile.
Aplicatii tipice: alimentare de rezerva, sisteme
independent cu PV, calitatea energiei. Foarte utilizate in
era electrificarii: (1910 …1945). Durata de viata tipica:
INTELLICIS ACTION IC0806
6…15 ani, 1500 cicluri ;a adincimea de descarcare 80%,
eficienta 80%...90%.
Dezavantaj major: capacitatea utila scade cind se
descarca la puteri mari: exemplu: descarcarea unei
baterii intr-o ora este disponibila doar approx. 50% din
SoC nominal.
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Baterii Li-Ion: importante in aplicatii mobile inca din 2000; Un/celula:
<=3.7V; costul scade dramatic (in 2011: 600 Usd/kWh); eficienta mare:
95%...98%.; numar de cicluri complete: 5000.
Dezavantaj: siguranta in utilizare (sunt instabile termic!)  unitate de
monitorizare de impiedicare a supraincarcarii sau descarcarii complete.
INTELLICIS ACTION IC0806
IEC
SISTEME
White
ELECTRICE
paper – AVANSATE
Oct. 2011 –– master
Electrical
2014-2015
Energy Storage
Li-ion battery supplying up to 12 MW of power at Los Andes substation in Chile
Stocarea chimica
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
– hidrogen si gaz natural, ca vectori secundari de energie; se utilizeaza
prin generarea hidrogenului utilizand “excesul” de energie electrica
[hidroliza]; apoi acesta este folosit ca atare sau ca gaz natural; vantaj”
capacitate de stocare mare (desi eficienta e mai scazuta decat la
baterii); mai mult, vectorii secundari poti fi utilizati in mai multe sectoare
(transport, energie electrica, termoficare, industrie chimica etc.);
Cwentrale pentru electroliza: 160 MW;
H20+energie electrica H2;
INTELLICIS ACTION IC0806
H2+CO2 (de ex. din instalatiile
de biogaz)  gaz metan (densitate mare
de energie);
Germania: conceptul “power to methane”  se folosesc retelele de gaz
metan deja existente!
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Stocarea chimica
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Tehologii de stocare - comparatie
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Tehologii de stocare - comparatie
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice
Tehologii de stocare - comparatie
INTELLICIS ACTION IC0806
SISTEME
ELECTRICE
2014-2015
IEC White
paper – AVANSATE
Oct. 2011 ––master
Electrical
Energy Storage
Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice