894.A

EG/98/894

FACULTEIT DER ELEKTROTECHNIEK

Vakgroep Elektrische Energietechniek

Onderzoek naar de invloed van decentrale opwekking op het elektriciteitsnet.

L.W.A. Dorpmanns

EG/98/894.A

De Faculteit Elektrotechniek van de Technische Universiteit Eindhoven aanvaardt geen verantwoordelijkheid voor de inhoud van stage- en afstudeerverslagen.

Afstudeerwerk verricht 0.1. v.: Prof.ir. H.H. Overbeek Ir. R.B.J. Hes (ENW ) Ir. W.F.J. Kersten Eindhoven, Oktober 1998.

TECHNISCHE UNIVERSITEIT EINDHOVEN

Samenvatting De laatste jaren is er in de elektriciteitsvoorziening een sterke opmars van decentrale opwekking waar te nemen. Door deze toename gaat het karakter van het transport/distributienet veranderen. Het huidige net is ontworpen op 'eenrichtingsverkeer', van grote centrales naar de gebruikers. Onderzocht dient te worden op welke punten de huidige ontwerpregels aangepast dienen te worden zodat de nieuwe situatie gerealiseerd kan worden. Het probleem wordt benaderd vanuit een bestaand ENW deelnet. In dit net zijn op verschillende manieren verschillende hoeveelheden decentrale opwekking aangebracht. Het niveau van aansluiten is gevarieerd; er is gekeken naar invoeding op de 10 kV rail, de 50 kV rail en invoeding op een nieuw 50 kV station. Daamaast zijn verschillende manieren van invoeding beschouwd; de opwekeenheden leveren werkzaam vermogen en vragen of leveren daamaast blindvermogen of draaien met cos

Pagina i

Voorwoord Hierbij wil ik ENW E-Trans bedanken voor de mogelijkheid die mij geboden is om bij E-Trans mijn afstudeerprojekt uit te voeren.Het is voor mij een interessante en leerzame tijd gebleken op de afdeling Beleid & Netplanning. Met name de medewerkers van B&N hebben hiertoe bijgedragen. Ik wi! vooral mijn begeleider bij E-Trans, Rob Hes, hartelijk danken voor de uitstekende begeleiding en de tijd die hij voor mij vrij wilde maken. Onze soms stevige maar open discussies zijn zeer nuttig geweest voor het verloop van mijn opdracht. Hij is een uitstekende vraagbaak die over zeer veel onderwerpen informatie te voorschijn weet te halen. Ook mijn TV begeleider Wim Kersten wi! ik danken voor aIle opbouwende kritiek, met name voor het commentaar op mijn verslaglegging. Ook wi! ik mijn collega afstudeerder van de TV Delft, Peter Kolfoort, bedanken. Enerzijds voor de nuttige discussies, correctiewerk en commentaren (dit alles wederzijds). En anderzijds voor de ontspannen en gezellige werksfeer gedurende de tijd dat we samen gewerkt hebben (op ons 'kamertje'). Daamaast wi! ik enkele ENW medewerkers danken voor de informatie die ik van hen heb gekregen. Dit zijn: Harrie Struik van WKON voor de gegevens van de draaiuren van warmtekrachteenheden en Richard Simon en Gerard Hoogeland van E-Trans voor hun informatie over beveiligingen. Tot slot wens ik iedereen veel leesplezier toe bij het doomemen van dit verslag,

Alkmaar, oktober 1998 Luc Dorpmanns

Pagina ii

Inhoud i

Samenvatting

Voo~oord .....•••....••.......•.••.......•••....•..•.....••••.......••........••••............•••........•••.......•....••..............••••.•.•....... ii

iii

Inhond 1. Inleiding

1

2. Probleembenadering

2

3. Inpassing decentrale opwekking 3.1 Beschrijving deelnet 3.2 Prognose belasting en hoeveelheid decentrale opwekking 3.3 Beschouwde varianten 3.4 Aannames voor beschouwing

3 3 3 4 5

4. Loadflowanalyse en kortsluitberekeningen 4.1 Spanningshuishouding 4.1.1 72 MW decentrale opwekking 4.1.2 32 MW decentrale opwekking 4.1.3 Resultaten 4.2 Kortsluitvermogen 4.2.1 72 MW decentrale opwekking 4.2.2 32 MW decentrale opwekking 4.2.3 Resultaten 4.3 Blindvermogenshuishouding 4.3.1 Geen decentraJe opwekking 4.3.2 72 MW decentrale opwekking 4.3.3 32 MW decentrale opwekking 4.3.4 Resultaten blindvermogenshuishouding 4.4 lnvesteringen 4.4.1 72 MW decentrale opwekking 4.4.232 MW decentrale opwekking 4.4.3 Resultaten 4.5 Samenvatting en conclusies

7 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 10 11 11 11 12 13 14 15

5. Betrouwbaarheidsanalyse 5.1 Betrouwbaarheid van elektriciteitsnetten 5.2 Werking van het programma RAMSES 5.3 Aannames en modellering in RAMSES 5.4 Resultaten betrouwbaarheidsanalyses 5.4.1 Variant Stnd met toevoeging van decentrale opwekking 5.4.2 Varianten met decentrale opwekking 5.4.3 Bespreking resultaten 5.5 Conclusies en aanbevelingen betrouwbaarheidsberekeningen

17 17 18 20 20 21 21 25 26

6. Diverse aspecten 6.1 Beveiligingen 6.2 Stabiliteit 6.3 Samenvatting

27 27 28 28

7. Samenvatting en bespreking resultaten van de diverse analyses

29

8. Conclusies en aanbevelingen

32

Pagina iii

Literatuurlijst

34

Bijlagen: Bijlage A: Conventie definities

36

Bijlage B: Gegevens deelnet Haarlemmermeer

37

Bijlage C: Verschakelbaar vermogen

40

Bijlage 0: Smoorspoelen ter beperking van het kortsluitvermogen

41

Bijlage E: Berekeningen investeringsbedragen varianten

43

Bijlage F: Analyse van de windenergielevering

47

Bijlage G: Modellering in RAMSES

49

Bijlage H: Betrouwbaarheidsgegevens van componenten

53

Bijlage I: Betrouwbaarheid van een groep opwekeenheden

56

Bijlage J: Resultaten betrouwbaarheidsanalyses variant Stnd met toevoeging van decentrale opwekking

58

Bijlage K: Resultaten betrouwbaarheidsanalyses varianten met decentrale opwekking

61

Bijlage L: Gedrag van generatoren

68

Pagina iv

Inleiding

1. Inleiding Mijn 5 jarige studie elektrotechniek aan de Technische Universiteit Eindhoven wordt afgesloten met een afstudeerprojekt. Mijn afstudeerprojekt heb ik uitgevoerd bij ENW E-Trans N.V. ENW E-Trans is een van de business-units van de holding Energie Noord West. Energie Noord West (ENW) verzorgt de energievoorziening in het Noordwestelijk gedeelte van Nederland inclusief Amsterdam. Het concern levert elektriciteit aan 1,2 miljoen klanten en gas aan 800.000 klanten. Naast ENW E-Trans bestaat de holding uit vijf regionale distributiebedrijven en de business-unit ENW Services. ENW E-Trans is verantwoordelijk voor het transport van elektriciteit. ENW E-Trans bestaat uit een aantal hoofdafdelingen, namelijk Netbeheer & Uitvoering, Nieuwbouw & Renovatie, Ontwikkeling & Bedrijfsvoering, Commerciele Zaken, Financien & Informatie en Personeel & Organisatie. Mijn afstudeerprojekt heb ik uitgevoerd bij de hoofdafdeling Ontwikkeling & Bedrijfsvoering, bij de afdeling Beleid & Netplanning. Doel van het afstudeerprojekt was een onderzoek verrichten naar een aantal eventuele gevolgen van decentrale opwekking voor het elektriciteitsnet. De laatste jaren is er in de elektriciteitsvoorziening een sterke opmars van decentrale opwekking waar te nemen. Deze decentrale opwekking is zeer divers van karakter: warmtekrachtinstallaties, windmolens, zonneceIlen, brandstofcellen enz. Door deze toename gaat het karakter van het transport/distributienet veranderen. Het huidige net is ontworpen op 'eenrichtingsverkeer', van grote centrales naar de gebruikers. De toename van decentrale opwekking leidt ertoe dat het elektriciteitsnet niet meer de energie in een richting moet kunnen transporteren, maar ook in de tegengestelde richting. Dit moet mogelijk zijn op aIle punten in het middenspanningsnet. Ais eindsituatie zou wellicht een net kunnen ontstaan, dat niet meer zuiver gericht is op transport en distributie, maar meer een toegevoegde waarde heeft voor de eindgebruiker. Het transportnet kan dan zorgen voor spanningshuishouding, stabiliteit, synchroniteit, onderdrukking van hogere harmonischen enz. en vervult zo een soort koppelfunctie tussen de distributiedeelnetten. De huidige ontwerpregels zijn aIleen gericht op het energie transport van de centrales naar de klant. Onderzocht dient te worden op welke punten de huidige ontwerpregels aangepast dienen te worden zodat de nieuwe functie van het net gerealiseerd kan worden. Het onderzoek kan plaatsvinden vanuit verschillende invalshoeken, b.v. vanuit een fictief net, vanuit de techniek (aansluitvoorwaarden, spanningshuishouding, kortsluitvermogen, e.d.), vanuit de financien enz. Enkele aspecten zijn niet beschouwd, b.v. stabiliteitsberekeningen vanwege de complexiteit van de modellering. Besloten is het probleem te benaderen vanuit een bestaand ENW deelnet. In dit net worden op verschillende manieren verschillende hoeveelheden decentrale opwekking aangebracht. Uitgegaan wordt van een geprognosticeerde belastingssituatie rond 2020. De verschillende varianten worden onderzocht op de gevolgen voor belastingsgroei, investeringen, netontwerp enz. Deze gevolgen zullen gernventariseerd worden op een centraal thema. Hieruit kunnen dan nieuwe ontwerpcriteria voor inpassing van decentrale opwekking aan het licht komen.

Pagina 1

Probleembenadering

2. Probleembenadering De toename van decentrale opwekking heeft diverse gevolgen in het elektriciteitsnet. Er zijn verschillende typen decentrale opwekking (b.v. zonnecellen, windmolens, warmtekrachtkoppelingen) met elk hun eigen beschikbaarheid, harmonische vervuiling, uitvalkans, uitvalduur enz. Door deze verschillende typen decentrale opwekking zijn er veel aspecten waar rekening mee gehouden moet worden. Enkele aspecten die bernvloed worden door een toename van decentrale opwekking zijn: harmonischen in de netspanning, spannings- en blindvermogenshuishouding, betrouwbaarheid van de levering, investeringen in het net, beveiliging, statische en dynamische stabiliteit, afstemming vraag en opwekking. Het is niet mogelijk al deze aspecten tot in detail te beschouwen, omdat er dan te veel varianten bestudeerd zouden moeten worden. Er worden daarom slechts enkele van de bovengenoemde aspecten belicht. In eerste instantie wordt er gekeken naar de investeringen die nodig zijn voor een toekomstige belastingssituatie (rond 2020), indien er verschillende hoeveelheden decentrale opwekking in het net aanwezig zijn. Daarnaast wordt ook gekeken naar de gevolgen voor het kortsluitvermogen dat in deze gevallen op de installaties aanwezig is. Vervolgens wordt er van de gevonden varianten een betrouwbaarheidsanalyse gemaakt. Hiervoor wordt het betrouwbaarheidsprogramma van de TU Aken, RAMSES, gebruikt. Bij deze analyse wordt nagegaan wat de invloed van de opwekeenheden en de manier van aansluiten is op de betrouwbaarheid bij netten waar bij het ontwerp rekening gehouden is met deze opwekeenheden. Tenslotte zullen nog enkele andere aspecten van de problematiek kort besproken worden. Deze aspecten zijn beveiliging en stabiliteit.

Pagina 2

Inpassing decentrale opwekking

3. Inpassing decentrale opwekking 3.1 Beschrijving deelnet Het probleem wordt benaderd vanuit een bestaand ENW deelnet. Gekozen is voor het deelnet Haarlemmerrneer (zie Figuur I). Dit is een 50 kV deelnet dat gevoed wordt vanuit het 150 kV station Haarlemmerrneer (HMM). In dit deelnet zijn nog drie 50/10 kV stations aanwezig; te weten Hoofddorp (HFD), Nieuw Vennep (NVP) en Rozenburg (RZB). In HMM wordt voor de voeding van het 10 kV net gebruik gemaakt van de tertiaire 10 kV wikkeling van de 150/50/10 kV transforrnatoren. Deze wikkeling kan maximaal 25 MVA voeren, de primaire en secundaire wikkelingen 95 MVA. De gedetailleerde gegevens van dit deelnet zijn opgenomen in Bijlage B.

-"""--'"""'r-- HMM150 HMMIO 95 MVA

95MVA 25MVA

..,.....L..r--....L-r-

18MVA

HMM50

RZBIO

RZB50

40MVA 40MVA

40MVA

36MVA

18MVA 36MVA 18MVA 30MVA 40MVA

HFDIO

HFD50 NVP50

36MVA

36MVA

_ ......_ ......._NVPIO

Figuur 1: Het ENW-deelnet Haarlemmerrneer 3.2 Prognose belasting en hoeveelheid decentrale opwekking Om de situatie in 2020 te bestuderen dienen de belasting en de hoeveelheid decentrale opwekking in dat jaar bekend te zijn. Als belasting wordt de geprognosticeerde belasting in 2017 aangenomen. Deze is overgenomen uit [Kui97] en is verrneld in Bijlage B. Er wordt geen rekening gehouden met verschakelbaar verrnogen I. Een uitgebreide motivatie hiervoor is te vinden in Bijlage C. Er wordt uitgegaan van een constante verrnogensvraag. De prognose voor de hoeveelheid decentrale opwekking wordt op twee manieren bepaald. De eerste manier is via de regeringsdoelstelIingen. De regering heeft doelstelIingen geforrnuleerd met I Verschakelbaar vermogen is vermogen dat door 10 kV strengen die bij een calamiteit op een ander station geschakeld kunnen worden, gevraagd wordt.

Pagina 3

Inpassing decentrale opwekking betrekking tot de voor 2020 in Nederland op te stellen hoeveelheid duurzame energiebronnen. Er wordt gestreefd naar 3000 MW opgesteld windvermogen waarvan 1500 MW op het land en 1500 MW in zee. Daamaast wordt emaar gestreefd dat 20% van het totale in Nederland opgewekte vermogen (12 GW) in 2020 decentrale opwekking is (exclusief windenergie); dit is dus 2400 MW. Indien aangenomen wordt dat ENW 10% van de totale opwekking in Nederland verzorgt, voigt: bij ENW in 2020 240 MW decentrale (warmtekracht, WK) opwekking en 150 MW windvermogen, in totaal 390 MW. Aangezien niet elk 50 kV station geschikt is voor invoeding wordt dit gemiddeld zo'n 10 MW per 50 kV station, bestaande uit 6 MW WK opwekking en 4 MWwindvermogen. Bij de tweede manier is er navraag gedaan bij ENW Duurzaam (windenergie) en ENW Power (decentrale opwekking) naar verwachtingen en/of doelstellingen die zij hebben. Hieruit bleek het volgende: ENW Duurzaam: Men verwacht tot 2020 een toename van het opgestelde windvermogen met 750 MW voor het ENW gebied. Dit komt neer op 15 MW per 50 kV station. Deze hoeveelheden worden waarschijnlijk in grote windparken (75 - 300 MW) geplaatst, die dan op 150 kV niveau dienen in te voeden. ENWPower: Men heeft geen duidelijk beeld van de mogelijkheden voor en/of de vraag naar WK opwekeenheden en men is niet bereid hier een studie naar uit te voeren. Wei is er een algemene ENW doelstelling waarin gestreefd wordt naar 100 MW nieuw op te stellen WK vermogen in de komende 5 jaar. Indien deze prognose lineair voortgezet wordt naar 2020 (20 MW per jaar), dan kan in 2020 zo'n 450 MW WK vermogen verwacht worden. Dit komt neer op zo 'n 9 MW per 50 kV station. Uitgaande van beide bovenstaande prognoses, is er voorlopig uitgegaan van gemiddeld 10 MW windvermogen en 8 MW decentrale opwekking per 50 kV station. In totaal is dit dus 18 MW per 50 kV station. Betere getallen dan de hierboven genoemde zijn niet verkregen. Op basis van deze prognoses zijn twee scenario's gekozen: 1) 18 MW decentrale opwekking per station, dus 72 MW in totaal 2) 8 MW decentrale opwekking per station, dus 32 MW in totaal In het eerste scenario wordt ervan uitgegaan dat er continu 18 MW per station geleverd kan worden. Aangezien er bij windenergie niet gesproken kan worden van een minimale continue levering (zie Bijlage F), wordt er bij het tweede scenario uitgegaan van aileen warmtekracht levering. Het eerste scenario wordt toch beschouwd aangezien hiermee de invloed van een grotere hoeveelheid decentrale opwekking bestudeerd kan worden. De gestelde 18 MW per station kan ook geleverd worden door andere decentrale opwekeenheden.

3.3 Beschouwde varianten Er is besloten een beperkt aantal varianten voor de inpassing van decentrale opwekking in het net te beschouwen. Aan de hand van de resultaten van deze beschouwingen wordt het vervolg van het onderzoek bepaald. Aile varianten worden vergeleken met de bestaande situatie in 1997 (Huidig). De verschillende varianten zijn Stnd: belastingprognose in 2017, geen decentrale opwekking lOR: belastingprognose in 2017, decentrale opwekking aangesloten op de 10 kV Rail 50R: belastingprognose in 2017, decentrale opwekking aangesloten op de 50 kV Rail 50S: belastingprognose in 2017, decentrale opwekking aangesloten op een nieuw 50 kV Station Bij variant 50S wordt een nieuw 50 kV station aangebracht in de bestaande verbinding RZB-NVP. Het nieuwe station komt op een afstand van 4000m van NVP en 7500m van RZB. In de gevallen met decentrale opwekking (lOR en 50R) wordt een grote synchrone machine per station aangesloten.

Pagina 4

Inpassing decentrale opwekking Deze wordt rechtstreeks aangesloten op de rail. In variant 50S wordt een grote machine op het nieuwe station (INV) aangesloten (72 MW resp. 32 MW). Van elk van de varianten met decentrale opwekking worden nog enkele subvarianten bekeken2 : G: decentrale opwekking met Geen afgifte of opname van blindvennogen cos <jl = 1 L: decentrale opwekking die blindvermogen aan het net Levert met cos <jl = 0,9 0: decentrale opwekking die blindvermogen uit het net Opneemt met cos <jl = 0,95 De aanduiding van de varianten wordt dan als voigt: b.v. belastingprognose in 2017, decentrale opwekking aangesloten op de 50 kV rail met opname van blindvermogen uit het net met cos <jl = 0,95 wordt variant 50R-0 genoemd. De synchrone machines zijn op een constante cos <jl en een constant werkzaam vermogen ingesteld. Het blindvennogen is dus ook constant. Door de verschillende varianten kan de invloed van het blindvennogenstransport duidelijk bestudeerd worden. Het leveren van blindvennogen door de op dit moment in het net aanwezige wanntekrachteenheden is geen probleem, zie Bijlage L. 3.4 Aannames voor beschouwing

Er worden loadflowanalyses gemaakt met behulp van het programma VISION van de Kema. Voor de loadflowanalyses wordt een maximale overbelasting van 5% toegestaan voor de transfonnatoren en de kabels. Er wordt uitgegaan van handhaving van het n-l criterium; d.w.z. indien I component nietbeschikbaar is, moet de gevraagde energie geleverd kunnen worden bij maximale netbelasting zonder dat er een component overbelast raakt. Deze regel wordt niet zo strikt gehanteerd aangezien er nog twee aanvullende regels zijn, namelijk een component mag maximaal 2 uur 120% belast worden en continu mag een component 5% overbelast worden. Vitval van decentrale opwekeenheden wordt in eerste instantie niet meegenomen in de beschouwing. Bij de betrouwbaarheidsanalyses wordt de uitval van eenheden wei meegenomen. Hierbij wordt wei aangenomen dat de eenheden bij een fout in het net in bedrijf blijven. Bij deze betrouwbaarheidsanalyses worden ook iets andere criteria bij overbelastingen gebruikt, zie paragraaf 5.3. Aile 50/1 0 kV transformatoren zijn bij de loadflowanalyses uitgevoerd met een spanningsregeling; deze regelt de 10 kV spanning tussen 10,400 en 10,800 kV. Deze regeling regelt rechtstreeks op de hoogte van de spanning en dus niet aan de hand van de belastingsstroom (zoals bij compounderingen wei het geval is). In de praktijk zijn de 150 kV transformatoren ook geregeld. Een transformator regelt de 10 kV spanning door verstelling van de tapstand in de primaire wikkeling, de andere parallelstaande transfonnatoren volgen. De 150 kV transformatoren worden in VISION met de hand ingesteld waarbij de 10 kV spanning eveneens tussen de bovengenoemde grenzen gehandhaafd wordt. Aangezien de 150 kV transfonnatoren parallel staan kan het loadflowprogramma VISION deze niet regelen. Tijdens de beschouwingen wordt meegenomen dat de tapstanden van de 150 kV transformatoren kunnen wijzigen indien een verandering in het net optreedt. Bij de betrouwbaarheidsanalyses zijn de transformatoren niet geregeld, maar zijn vast in gesteld op de nominale tapstand. De decentrale opwekeenheden zijn gemodelleerd als synchrone generatoren met een cos <jl-regeling en hebben een nominale spanning van 10 kV. In het 72 MW scenario zijn de eenheden ingesteld op het leveren van 18 MW en hebben ze een schijnbaar vermogen van 25 MVA. De subtransiente synchrone reactantie bedraagt 0,2 p.u.. In variant 50S heeft de eenheid een schijnbaar vennogen van 100 MVA en deze eenheid is ingesteld op 72 MW. Indien in een station twee 10kV installaties aanwezig zijn (drie transformatoren, zie ook Bijlage B), wordt er per installatie een invoedende eenheid aangesloten. Dit zijn dan eenheden van 12,5 MVA welke ingesteld zijn op 9 MW.

2

Voor generatoren wordt gebruik gemaakt van de /everingsconventie, zie Bij/age A.

Pagina 5

Inpassing decentrale opwekking In het 32 MW scenario zijn de vermogens van de eenheden kleiner. Ze hebben dan een schijnbaar vermogen van 11 MVA en zijn ingesteld op het leveren van 8 MW. In variant 50S heeft de eenheid een grootte van 44 MVA en is ingesteld op 32 MW. Indien er twee 10 kV installaties in een station aanwezig zijn, hebben de eenheden een schijnbaar vermogen van 5,5 MVA en zijn ingesteld op 4MW. Er wordt vanuit gegaan dat de eenheden bij een storing in het net in bedrijf blijven. Dit is op dit moment in de praktijk niet het geval, dit wordt kort besproken in paragraaf 6.1. De huidige windmolens hebben asynchrone generatoren en zijn rechtstreeks met het net gekoppeld. Deze leveren dus een bijdrage aan het kortsluitvermogen. De nieuwe modeme windmolens hebben vaak een DC-koppeling met het net met een gelijkspannings- of gelijkstroomtussenkring. In dat geval leveren ze geen bijdrage tot het kortsluitvermogen. Afhankelijk van het type omzetter in de DC-koppeling kunnen ze blindvermogen opnemen en leveren. Er zijn ook omzetters, met natuurlijke commutatie, die aIleen blindvermogen uit het net kunnen opnemen.

Pagina 6

Loadflowanalyse en kortsluitberekeningen

4. Loadflowanalyse en kortsluitberekeningen Voor de genoemde varianten zijn loadflowanalyses en kortsluitberekeningen uitgevoerd. De decentrale eenheden leveren 18 MW of 8 MW per station. Bij de netten die bestudeerd worden, is bij het ontwerpen het n-l criterium gehandhaafd. De resultaten zijn onderverdeeld in een aantal aspecten: spanningshuishouding, kortsluitvermogen, blindvermogenshuishouding en investeringen. Deze aspecten worden besproken in de volgende paragrafen.

4.1 Spanningshuishouding Bij elke loadflowanalyse is nagegaan of de spanningen op de 50 en 10 kV installaties gehandhaafd kunnen worden. Voor de 50 kV spanningen wordt uitgegaan van 52,5 kV ±I 0%, voor de 10 kV spanningen gelden de grenzen 10,400 kV en 10,800 kV Ook is er gekeken of er nog voldoende regelruimte overblijft bij de 50/10 kV transformatoren. Ook voor een spanningsafwijking van -10% en + I0% op de ISO kV installatie is de spanningshuishouding gei"nventariseerd. Daamaast is nagegaan of er bij een spanningsafwijking op de ISO kV installatie overbelastingen in een n-l situatie optreden. Er wordt vanuit gegaan dat de ISO kV transformatoren geregeld worden om overbelastingen te voorkomen. Oit kan door de spanning te verhogen; hierdoor neemt namelijk de stroom door de componenten af.

4.1.1 72 MW decentrale opwekking In alle varianten kunnen de 10 kV spanningen goed gehandhaafd worden binnen de gestelde grenzen indien de spanning op HMM150 150 kV bedraagt. Ook de 50 kV spanningen blijven binnen de grenzen (52,5 kV ±10%). Oit geldt ook voor de n-l situaties, zelfs dan is er nog voldoende regelruimte op de 5011 0 kV transformatoren. Indien de spanning in HMM 135 of 165 kV bedraagt treden er in enkele gevallen spanningsproblemen op. Slechts in 1 geval treedt bij een spanning van 135 kV op HMMl50 een overbelasting op in een n-l situatie (lOR-G). Ais in variant 10R-L de 150150/10 kV transformatoren in de hoogste tapstand staan (dus de laagste tertiaire spanning), is de spanning op HMMI0 nog te hoog (10,889 kV), gegeven dat de spanning op HMMl50 165 kV bedraagt. Deze spanningsverhoging aan de 10 kV zijde zou geen problemen mogen opleveren. Indien een van de 150 kV transformatoren uitvalt, wordt deze spanning wei goed (lager dan 10,800 kV). Oe 150 kV transformatoren hebben bij de spanningen van 135 kV en 165 kV op HMM150 nog weinig regelruimte, maar de 5011 0 kV transformatoren hebben in aile situaties nog regelruimte genoeg. Zelfs als er een component uitvalt (een 150 kV transformator of een 50 kV kabel) kunnen de spanningen in vrijwel aile situaties in aile varianten nog gehandhaafd worden. Er zijn enkele situaties met een spanning van 135 kV op HMM 150 waarbij dit niet meer kan: 10R-G: Indien een 150 kV transformator uitvalt wordt de andere transformator overbelast (10%) en wordt de spanning op HMMI0 te laag: 10,021 kV. De transformator staat al in de laagste tapstand en kan dus niet meer verder regelen. De spanningen in het 50 kV net worden ook wat lager: 49 a 50 kV, maar de spanningen op de 10 kV rails van de overige stations (HFO, NVP, RZB) blijven binnen de grenzen omdat de 50/1 0 kV transformatoren nog voldoende regelruimte hebben. lOR-a: Indien een 50 kV kabel uitvalt, blijven aile spanningen in orde. Indien een 150 kV transformator uitvalt worden de spanningen op HMMI0a en HMMI0b te laag: 10,365 kV resp. 10,307 kV. 50R-O: Indien een 50 kV kabel uitvalt, blijven aile spanningen in orde. Indien een 150 kV transformator uitvalt wordt de spanning op HMMI0b te laag: 10,375 kV.

Pagina 7

Loadflowanalyse en kortsluitberekeningen De bovengenoemde situaties zullen waarschijnlijk zelden tot nooit optreden. Er moet namelijk aan drie voorwaarden tegelijkertijd voldaan worden: 1. zeer lage spanning, 135 kV, op HMM150 2. maximale belasting in het net 3. uitval van een 150 kV transformator De kans dat deze drie voorwaarden tegelijkertijd optreden is zeer klein.

4.1.2 32 MW decentrale opwekking Ook voor dit scenario is de spanningshuishouding nagegaan. Indien de spanning op HMM 150 150 kV bedraagt, kan de spanning in het hele deelnet goed gehandhaafd worden. De gevallen met 10% spanningsafwijking op HMM150 zijn ook beschouwd. Uit deze beschouwing blijkt dat de spanning in aIle gevallen goed te handhaven is. In n-l situaties bij afwijkende spanning op HMM 150 treedt slechts in 1 geval een overbelasting op. Indien in geval 508-0 de spanning op HMM150 135 kV bedraagt en de verbinding HFD-NVP uitvalt, wordt de verbinding INV-RZB 106% belast. Dit zou in de praktijk geen problemen op moeten leveren. De kans dat deze combinatie onder maximale belasting optreedt is bovendien klein.

4.1.3 Resultaten In aIle varianten is voldoende regelruimte op de transformatoren om de spanningen in het net te kunnen handhaven. In enkele gevallen waarbij de spanning op HMM150 10% afwijkt, kunnen problemen ontstaan bij n-l situaties. De kans dat een dergelijke situatie zich voordoet is zeer klein. Er kan dus gesteld worden, dat er geen problemen met de spanningshuishouding te verwachten zijn. Bij compounderingsregelingen kunnen weI problemen ontstaan indien de decentrale opwekking op 10 kV niveau aangesloten is. Dit aspect is in de bovenstaande beschouwing niet meegenomen.

4.2 Kortsluitvermogen

'1

1

Voor de verschillende gevallen wordt nagegaan wat het kortsluitvermogen op de verschillende installaties wordt. Een decentrale opwekeenheid zal een bijdrage leveren aan het kortsluitvermogen op de installatie waar de opwekeenheid op aangesloten is. Dit kortsluitvermogen mag de kortsluitvastheid van de installatie niet overschrijden. De kortsluitvastheid is het maximale kortsluitvermogen dat toegelaten mag worden op de installatie zonder dat er problemen ontstaan. Indien het kortsluitvermogen te hoog wordt, dienen er maatregelen genomen te worden. Enkele voorbeelden zijn: het vervangen van de installatie door een installatie met een grotere kortsluitvastheid, gebruik maken van smoorspoelen, gebruik maken van een vermogenselektronische aankoppeling met een gelijkspanning/stroom tussenkring.

4.2.1 72 MW decentrale opwekking In de meeste varianten blijft het kortsluitvermogen onder de kortsluitvastheid van de installaties (250 MVA). AIleen in de gevallen 10R-G en 10R-L wordt op enkele 10 kV installaties het toegelaten kortsluitvermogen overschreden (NVP 12%, RZB 12% resp. 13% en HMM 31%). Ook in geval 10R-0 vindt dit plaats (NVP 13%, RZB 13% en HMMI0a 6%). Dit kan bijvoorbeeld opgelost worden door het aanbrengen van smoorspoelen (in Bijlage D is dit uitgewerkt). Indien de decentrale opwekeenheden lager in het 10 kV net opgesteld zijn, is de bijdrage aan het kortsluitvermogen op de 10 kV rail in het 50 kV station kleiner. Dit komt door de tussenliggende impedantie van het 10 kV net. Op de installatie waarop de opwekeenheid aangesloten is en op naburige installaties kunnen weI nog overschrijdingen van de kortsluitvastheid optreden.

4.2.2 32 MW decentrale opwekking In aIle varianten blijft het kortsluitvermogen onder de toegestane kortsluitvastheid. De decentrale opwekeenheden dragen minder bij tot het kortsluitvermogen aangezien dcze een kleiner schijnbaar vermogen hebben dan in het vorige scenario.

Pagina 8


4.2.3 Resultaten Over het algemeen treden geen overschrijdingen van de kortsluitvastheid op. Aileen indien relatief grate decentrale opwekeenheden aangesloten worden op de 10 kV instaIIatie kan er een te hoog kortsluitvermogen optreden. Oorzaak hiervan is enerzijds de graotte van de eenheid anderzijds de beperkte kortsluitvastheid van de 10 kV instaIIatie (250 MVA). Dit probleem kan op verschiIlende manieren opgelost worden. Er kunnen installaties met een hogere kortsluitvastheid gebruikt worden of er dienen maatregelen genomen te worden die de kortsluitstroom beperken, bijvoorbeeld smoorspoelen. Indien er (meerdere) kleine eenheden gebruikt worden, wordt het kortsluitvermogen eveneens beperkt. Deze beperking ontstaat enerzijds door de, in verhouding, hogere subtransiente reactantie van kleine eenheden en anderzijds door de spreiding van de decentrale opwekeenheden in het 10 kV net. De impedantie van het 10 kV net beperkt ook het kortsluitvermogen.

4.3 Blindvermogenshuishouding Voor aile varianten wordt nagegaan hoe de blindvermogenshuishouding in het net is. Er wordt nagegaan welke componenten blindvermogen opnemen of leveren en hoeveeI. Ook de eenheden leveren blindvermogen of nemen het op afhankelijk van de variant. Eerst wordt de variant zonder decentrale opwekking beschouwd. Vervolgens worden de andere varianten met deze variant Stnd vergeleken. De gevolgen van de verschiIlen in blindvermogenshuishouding worden ook besproken. In deze paragraaf wordt uit het net opgenomen blindvermogen positief gerekend en aan het net geleverd blindvermogen negatief. De aantallen componenten in de verschiIlende varianten zijn niet gelijk; een uitgebreid overzicht hiervan is te vinden in Bijlage E.

4.3.1 Geen decentrale opwekking Eerst wordt een blindvermogenshuishouding gemaakt voor variant Stnd (geen decentrale opwekking). In een elektriciteitsnet zijn er componenten die blindvermogen opnemen en componenten die blindvermogen leveren. ~fQr!!!..~toren nemelJ allijd. hliQi\ygm~.!!....QP. Kabels leV@FiR iR dej!!aktijk aItijd blindvermogen; In deze studie zijn de belastinsen inductiefJ?E.J.lemen ze dus !!ltii51 Jili.!:!dvermogen op. In deze Stnd variant zijn geen decentrale opwekeenheden. De blindvermogenshuishouding is weergegeven in Tabel 1.

Tabel 1: Blindvermogenshuishouding voor variant Stnd kabels 50/1 0 kV transformatoren ] 50/50/1 0 kV transformatoren belasting 150 kV net

totale blindvermogen Q (Mvar) -10,2 19,7 14,4 47,0 -70,9

Vit de tabel voigt dat het door de transformatoren gevraagde blindvermogen slechts voor 30% geleverd wordt door de kabels. De rest en de blindvermogensvraag van de belastingen moet door het 150 kV net geleverd worden.

Pagina 9


4.3.2 72 MW decentrale opwekking Voor dit scenario is voor de verschillende varianten een blindvermogenshuishouding gemaakt. Deze is weergegeven in Tabel 2. Tabel2: Blindvermogenshuishouding voor 72 MW decentrale opwekking (waarden in Mvar) Stnd Kabels 50/1 0 kV transf. 150150/10 kV transf. Belasting Opwekking 150 kV net cos

-10,2 19,7 14,4 47,0 0,0 -70,9 0,91

lOR G 0 L -8,8 -7,1 -8,3 10,6 8,2 13,5 6,9 5,5 6,3 47,0 47,0 47,0 0,0 -34,5 23,7 -55,7 -19,1 -82,2 0,83 0,98 0,72

Variant 50R 50S G L 0 G L 0 -8,4 -8,5 -8,2 -11,2 -10,3 -12,0 20,0 20,1 19,9 19,9 20,3 20,1 5,9 7,2 8,6 7,0 5,9 8,3 47,0 47,0 47,0 47,0 47,0 47,0 0,0 -34,5 23,7 0,0 -34,5 23,7 -65,8 -30,0 -91,0 -62,7 -28,4 -87,1 0,79 0,94 0,68 0,80 0,95 0,70

In de tabel is ook de Stnd variant weergegeven. Vit de tabel blijkt duidelijk dat het 150 kV net het minste blindvermogen hoeft te leveren indien de decentrale opwekeenheden blindvermogen aan het net leveren (variant L). Verder blijkt dat indien de decentrale opwekeenheden laag in het net aangesloten worden, lOR, het door de 50/1 0 kV transformatoren gevraagde blindvermogen vee I lager is dan in variant Stnd. Dit is het gevolg van de lagere belasting van deze transformatoren doordat al laag in het net een belastingscompensatie plaatsvindt. In de varianten Stnd en 50S wordt er door de kabels meer blindvermogen geleverd dan in de andere varianten doordat in deze varianten het aantal kabels hoger is. In variant 50S wordt 40% van het door de transformatoren gevraagde blindvermogen door de kabels geleverd. Oorzaak hiervan is het grate aantal kabels in deze variant. In de varianten lOR wordt 42 tot 52% van het door de transformatoren gevraagde blindvermogen door de kabels geleverd. Oorzaak hiervan is de lagere belasting van de transformatoren waardoor deze minder blindvermogen opnemen. Indien in een deelnet meer kabels aanwezig zijn, wordt dit effect groter. Een voordeel hiervan is dat er in het 150 kV net minder blindvermogenstransport plaatsvindt; dit is ook te zien aan de cos

Pagina 10


4.3.3 32 MW decentrale opwekking Voor dit scenario is de blindvennogenshuishouding weergegeven in Tabel3.

Tabel3: Blindvennogenshuishouding voor 32 MW decentrale opwekking (waarden in Mvar) Stnd Kabels 50/10 kV transf. 150/5011 0 kV transf. Belasting Opwekking 150 kV net cos

-10,2 19,7 14,4 47,0 0,0 -70,9 0,91

lOR L G 0 -9,4 -9,4 -9,5 16,8 19,2 17,4 9,4 8,8 10,0 47,0 47,0 47,0 0,0 -15,5 10,5 -63,8 -50,1 -75,4 0,89 0,93 0,86

Variant 50R 50S 0 G L G L 0 -9,6 -9,6 -9,4 -9,6 -9,6 -9,6 19,8 20,1 19,9 19,9 20,3 19,9 10,6 10,0 11,3 10,6 10,0 11,0 47,0 47,0 47,0 47,0 47,0 47,0 0,0 -15,5 10,5 0,0 -15,5 10,5 -67,8 -52,0 -79,3 -67,9 -52,2 -78,8 0,88 0,92 0,84 0,88 0,92 0,85

Ook hier is te zien dat indien de decentrale opwekeenheden laag in het net aangesloten worden, het door de 50110 kV transfonnatoren gevraagde blindvennogen lager is dan in de variant Stnd. In dit geval is het verschil kleiner dan in het vorige scenario doordat de opwekeenheden in dat scenario groter zijn. Ook het door de kabels geleverde blindvennogen is in aile varianten vrijwel even groot. Dit is het gevolg van de kleinere opwekeenheden in dit scenario. Daardoor moet er nog een redelijk aandeel van het gevraagde vennogen door het 150 kV net geleverd worden en via het 50 kV net verdeeld worden. Hiervoor dienen dan voldoende kabels aanwezig te zijn. Indien er door de decentrale opwekeenheden meer vennogen geleverd wordt, zoals in het vorige scenario, hoeft er minder vennogen in het 50 kV net getransporteerd te worden en zijn er minder kabels nodig. In aile varianten wordt zo'n 30 tot 35% van het door de transfonnatoren gevraagde blindvennogen door de kabels geleverd. In variant lOR is de oorzaak hiervan de hoge belasting van de transfonnatoren doordat slechts een klein gedeelte van de belasting door de decentrale opwekeenheden gecompenseerd wordt. In de andere varianten is de belasting van de transfonnatoren hoog doordat het door de belasting gevraagde vennogen volledig door de 50110 kV transfonnatoren getransporteerd moet worden.

4.3.4 Resultaten blindvermogenshuishouding Van aile varianten is een blindvennogenshuishouding gemaakt. Daaruit blijkt dat het blindvennogenstransport in het 50 kV net het laagst is indien de decentrale opwekeenheden laag in het net aangesloten worden en blindvennogen leveren. Doordat het blindvennogenstransport laag is kunnen de kabels en transfonnatoren meer werkzaam vennogen transporteren. Indien de decentrale opwekeenheden blindvennogen opnemen, moet dit voornamelijk door het 150 kV net geleverd worden. Het blindvennogen dat door de kabels geleverd wordt, bedraagt in het gunstigste geval de helft van het door de transfonnatoren gevraagde blindvennogen. Indien de decentrale opwekeenheden hoger in het net aangesloten worden, wordt er veel blindvennogen gevraagd door de 50110 kV transfonnatoren aangezien deze hoog belast zijn.

4.4 Investeringen Bij aile varianten blijft het n-l criterium gehandhaafd. Er is uitgegaan van de geprognosticeerde belasting in 2017. Om deze belasting volgens het n-l criterium te kunnen voorzien zijn uitbreidingen in het net nodig. De investeringen worden bepaald aan de hand van de uitbreidingen die nodig zijn in een bepaalde variant ten opzichte van het huidige net (1997). De investeringen voor de varianten met decentrale opwekking worden vergeleken met de investeringen voor de variant zonder decentrale opwekking, variant Stnd.

Pagina 11

Loadflowanalyse en kortsluitberekeningen 4.4.1 72 MW decentrale opwekking In de diverse varianten zijn de volgende uitbreidingen in de infrastructuur nodig (zie Bijlage E):

Stnd uitbreiding 50 kV station 150 kV transf. 95 MVA 50 kV transf. 36 MVA 10kV installatie 50 kV kabel

lOR L

G

-

-

1 2 3 4

-

-

-

-

2

1

0

variant 50R L G

0

-

-

-

-

1

1 2+4 3 2

1 2+4 3 2

1 2+4 3 2

1 2

G 1 1 2 3 4

50S L 1 1 2 3 3

0 I 1 2 3 5

De 18 MVA transforrnatoren die vrij komen in HFD kunnen gebruikt worden in NVP en RZB. Bij de invoeding op de 50 kV rail (50R) dient tussen de opwekeenheid en de rail nog een 50110 kV transforrnator (36 MVA) geplaatst te worden. Deze dient 36 MVA te zijn, aangezien in dit geval het nominale verrnogen van de decentrale opwekeenheden 25 MVA bedraagt. Deze transforrnator is in de loadflowberekeningen niet meegenomen. De transforrnator beperkt tevens het kortsluitverrnogen op de 50 kV rail. Bij de investeringen is deze wei meegenomen. Deze vier transforrnatoren zijn verrneld achter het plusteken in bovenstaande tabel. In geval lOR dient het kortsluitverrnogen op een drietal installaties beperkt te worden. Een mogelijkheid hiervoor is het plaatsen van smoorspoelen (zie Bijlage D). Voor variant 10R-O zullen de kosten hiervoor waarschijnlijk iets lager uitvallen aangezien hier een opwekeenheid 12,5 MVA groot is (bij 10R-G en 10R-L hebben de eenheden met een smoorspoel een grootte van 25 MV A). De totale investeringsbedragen in het 50 kV net en de 50 kV stations voor de diverse varianten zijn geschat, zie Bijlage E. In de investeringskosten zijn geen kosten meegenomen voor bouwkundige activiteiten, secundaire installaties, beveiligingen enz. De resultaten staan in Tabel 4 en Figuur 2 (bedragen in MLN NLG). Tabel 4: Investeringen bij 72 MW decentrale opwekking variant cos q> Stnd lOR 50R 50S

G 1,00 16,935 5,180 13,685 28,360

L 0,90

2,480 13,685 26,110

0 0,95

9,015 13,685 31,060

Duidelijk blijkt dat variant lOR het goedkoopst is. Hierbij dient wei opgemerkt te worden dat in deze variant de kortsluitverrnogens op enkele 10 kV installaties de kortsluitvastheid overschrijden. In de berekeningen is ervan uitgegaan dat direct op de 10 kV rail ingevoed wordt. Het kortsluitverrnogen moet beperkt worden bijvoorbeeld door smoorspoelen. De kosten voor deze smoorspoelen zijn wei meegenomen in de investeringen en zijn geschat (zie Bijlage D) op 230.000 NLG. Hoewel deze schatting vrij grof is, wordt voor de 10R-varianten dit bedrag gebruikt.

Pagina 12


~ ~~ t=---------~-=--=--=-----~--r--I:~ z 25 + - - - - - - - - - - -l

!!

DO

20 + - - - - - - - - - - -

.~~ 15 ~

10 5

.5

0

-r--r----=-11 -

.--

-

-t--

-

10R

Stnd

50R

50S

Figuur 2: Investeringen bij 72 MW decentrale opwekking Variant 50S is de duurste aangezien er in dit geval een nieuw 50 kV station gebouwd moet worden met diverse extra kabelverbindingen. De voordelen van invoedende eenheden die blindvermogen leveren blijken ook uit de tabel, met name voor variant 10R-L. 4.4.2 32 MW decentrale opwekking In de diverse varianten zijn de volgende uitbreidingen in de infrastructuur nodig (zie Bijlage E):

G

lOR L

0

variant 50R G L

-

-

-

-

-

-

-

I 2

1 2

I 2

1 2

-

-

-

-

3 4

2 3

1 3

2 3

1 2 0+4 3 3

1 2 0+4 3 3

I 2 0+4 3 3

Stnd uitbreiding 50 kV station 150 kV transf. 95 MVA 50 kV transf. 36 MVA 50 kV transf. 18 MVA 10kV installatie 50 kV kabel

0

G 1 1 2

50S L 1 I 2

0 1 1 2

-

-

-

3 3

3 3

3 3

De 18 MVA transformatoren die vrij komen in HFD kunnen ook hier, indien nodig, gebruikt worden in NVP en RZB. Bij de invoeding op de 50 kV rail (50R) dient tussen de opwekeenheid en de rail nog een 50/1 0 kV transformator van 18 MVA geplaatst te worden aangezien het nominale vermogen van een eenheid in dit scenario 12,5 MVA bedraagt. In de tabel worden deze vier transformatoren achter het plusteken vermeld. Deze transformatoren zijn in de VISION berekeningen niet meegenomen. Deze transformatoren beperken tevens het kortsluitvermogen op de 50 kV rail. Bij de investeringen zijn ze wei meegenomen. Het kortsluitvermogen is in geen enkele variant een probleem; dit blijft overal onder de toegestane kortsluitvastheid. De totale investeringsbedragen in het 50 kV net en voor de 50 kV stations voor de diverse varianten zijn geschat, zie Bijlage E. In deze kosten zijn geen kosten meegenomen voor bouwkundige activiteiten, secundaire installaties, beveiligingen enz. De resultaten staan in Tabel 5 en Figuur 3 (bedragen in MLN NLG). Tabel5: Investeringen bij 32 MW decentrale opwekking variant cos

G 1,00 16,935 14,185 16,085 27,685

L 0,90

13,685 16,085 26,785

0 0,95

14,185 16,085 26,785

Pagina 13

Loadflowanalyse en kortsluitberekeningen Variant 50S is ook hier de duurste aangezien in dit geval er een nieuw 50 kV station gebouwd moet worden met diverse extra kabelverbindingen. De voordelen van decentrale opwekking die blindvermogen aan het net levert ten opzichte van geen decentrale opwekking, zijn met 32 MW decentrale opwekking marginaal ten opzichte van het scenario met 72 MW decentrale opwekking. In dit laatste geval zijn veel minder investeringen nodig in het net.

~ ~~ ,--------------------1:~ I :5 25 . D~ ~ 20·

~ 15

.;:

.sIII

10 ~ 5

l:

.-

0 Stnd

10R

50R

50S

Figuur 3: Investeringen bij 32 MW decentrale opwekking Voor de varianten lOR en 50R is het verschil met variant Stnd zeer klein. Het verschil ontstaat doordat er I a 2 kabels meer gelegd dienen te worden in variant Stnd en dat in de varianten lOR en 50R enkele stations niet uitgebreid hoeven te worden met een 18 MVA transformator met bijbehorende 10 kV rail (De extra 18 MVA transformatoren komen niet terug in de kosten aangezien ervan uitgegaan wordt dat hiervoor de vrijgekomen transformatoren uit HFD gebruikt kunnen worden). Voor de varianten lOR en 50R geldt dat deze slechts weinig afwijken van de variant zonder decentrale opwekking.

4.4.3 Resultaten Er zijn verschillende mogelijkheden voor het inpassen van decentrale opwekking in het net met elkaar vergeleken. Dit is gedaan voor een tweetal scenario's. Vit deze vergelijking voIgt dat het zeer kostbaar is de decentrale opwekking aan te sluiten op een nieuw station in het net. Daarnaast zijn de voordelen zeer klein. De varianten met een verdeling van decentrale opwekking over de stations zijn investeringskosten besparend. De gunstigste varianten op basis van de investeringen zijn de varianten met decentrale opwekeenheden laag in het net. Hierdoor vindt op een laag spanningsniveau al een belastingscompensatie plaats, waardoor er in het 50 kV net minder investeringen nodig zijn. Indien de decentrale opwekeenheden op 10 kV niveau aangesloten worden, wordt er zelfs bespaard op uitbreidingen in de 5Oil 0 kV stations. Bovengenoemde besparingen zijn groter naarmate de decentrale opwekeenheden groter zijn. Vit de vergelijking van de twee scenario's blijkt dat er bij een bepaalde hoeveelheid decentrale opwekking veel minder investeringen nodig zijn. Er is niet gekeken naar een scenario waarbij teruggeleverd wordt aan het 150 kV net. De opname/afgifte van blindvermogen door de decentrale opwekeenheden heeft weinig invloed op de investeringen. In enkele varianten kan er net een extra component nodig zijn als de opwekeenheid blindvermogen opneemt, maar dit is mede afhankelijk van de belasting van deze component zonder decentrale opwekking.

Pagina 14


4.5 Samenvatting en conclusies In de voorgaande varianten zijn twee scenario's voor decentrale opwekking beschouwd met elk een aantal varianten. Deze varianten zijn vergeleken met een variant zonder decentrale opwekking. Het is in aile varianten geen probleem de spanningen op nominaal niveau te handhaven. In enkele n-l situaties en in enkele situaties met een afwijkende 150 kV spanning, zijn er kleine spanningsafwijkingen op de 10kV installatie of kleine overbelastingen. Hierbij dient opgemerkt te worden dat de kans op dergelijke situaties gering is. WeI kunnen er problemen ontstaan met spanningsregelingen (compoundering). Verder blijkt uit de vergelijking van de varianten met de variant zonder decentrale opwekking het volgende: • Laag in het net aansluiten van decentrale opwekeenheden heeft voordelen voor de blindvermogenshuishouding en bespaart investeringen. Verder worden componenten lager belast. Het is het gunstigst de decentrale opwekeenheden zo laag mogelijk in het net aan te sluiten. Hierdoor wordt in het bovenliggende net het getransporteerde werkzame vermogen beperkt. Ook het blindvermogenstransport wordt beperkt doordat de 50/1 0 kV transformatoren minder blindvermogen opnemen omdat ze lager belast worden. Omdat er in het 50 kV net minder vermogen getransporteerd hoeft te worden, zijn er minder kabels nodig of worden ze lager belast. Dit effect neemt toe indien de decentrale opwekeenheden blindvermogen leveren. • De blindvermogenshuishouding wordt verbeterd indien decentrale opwekeenheden blindvermogen aan het net leveren. Ook worden hierdoor investeringen kleiner. Een beperking van het blindvermogenstransport kan bereikt worden door de decentrale opwekeenheden blindvermogen aan het net te laten leveren. De sturing van deze blindvermogenslevering door de beheerder / bedrijfsvoerder van het net moet nog bestudeerd worden. Indien de decentrale eenheden werkzaam vermogen aan het net leveren en blindvermogen opnemen (bijvoorbeeld asynchrone generatoren), kan dit in extreme gevallen ertoe leiden dat het bovenliggende net voornamelijk blindvermogen moet leveren. •

Indien decentrale opwekeenheden veel blindvermogen opnemen, kunnen er compounderingsproblemen ontstaan door te grote faseverschillen tussen spanningen en stromen. Indien bijvoorbeeld de decentrale opwekeenheden op 10 kV niveau aangesloten zijn en blindvermogen opnemen, wordt de 50/10 kV transformator anders belast dan in andere varianten. In dit geval neemt het werkzame vermogen door de transformator af, maar het blindvermogen toe. Hierdoor wordt het faseverschil tussen spanning en stroom groter. Er zijn compounderingen en metingen die hoekafhankelijk zijn en dus problemen kunnen veroorzaken. • Aansluiten van decentrale opwekeenheden op een nieuw 50 kV station brengt hoge investeringen met zich mee en levert weinig voordelen op voor de blindvermogenshuishouding. Duidelijk blijkt dat het inpassen van decentrale opwekking in het net met een nieuw station te duur is en weinig voordelen oplevert met betrekking tot spanningshuishouding en blindvermogen. • Het kortsluitvermogen kan de kortsluitvastheid overschrijden indien grote eenheden laag in het net aangesloten worden. Een nadeel van het laag in het net aansluiten van decentrale opwekeenheden is de bijdrage tot het kortsluitvermogen. De installaties op 10 kV niveau hebben een lage kortsluitvastheid en de toelaatbare verhoging van het kortsluitvermogen is daarom gering. Indien de decentrale opwekeenheden redelijk groot zijn kan er een overschrijding van het toelaatbare kortsluitvermogen optreden. Hiervoor dienen dan maatregelen genomen te worden. Een andere mogelijkheid is gebruik te maken van meerdere kleine eenheden verdeeld in het 10 kV net. Enkele andere oplossingen hiervoor zijn: installaties met een hogere kortsluitvastheid gebruiken, smoorspoelen gebruiken of

Pagina 15

Loadflowanalyse en kortsluitberekeningen aansluiten van een decentrale opwekeenheid met een DC-koppeling. Bij de laatste oplossing draagt de eenheid niet bij aan het kortsluitvermogen. Enkele van bovengenoemde aspecten zijn in tegenspraak met elkaar. Hiermee moet goed rekening gehouden worden. Het laag in het net aansluiten van decentrale opwekeenheden heeft voordelen voor de investeringen en blindvermogenshuishouding, maar is nadelig met betrekking tot het kortsluitvermogen op de installaties. Ook kan de invloed op de metingen en compoundering niet verwaarloosd worden. Indien decentrale opwekeenheden op een nieuw 50 kV station aangesloten worden, brengt dit hoge investeringen met zich mee en levert dit weinig voordelen voor de blindvermogenshuishouding. Er zijn dan geen compounderingsproblemen. Dit laatste geldt ook bij het aansluiten van de decentrale opwekeenheden op de 50 kV rail. Deze variant brengt ook minder investeringen in kabels met zich mee dan de variant met een nieuw 50 kV station. Wei zijn er nog hoge investeringen nodig in de 50/10 kV stations, met name in transformatoren.

Pagina 16

Betrouwbaarheidsanalyse

5. Betrouwbaarheidsanalyse In het voorgaande hoofdstuk is een aantal varianten voor de inpassing van decentrale opwekeenheden bestudeerd. Deze varianten zijn met elkaar vergeleken op spanningshuishouding, kortsluitvermogen, blindvermogenshuishouding en investeringen. In dit hoofdstuk zal ingegaan worden op de betrouwbaarheid van de levering in deze varianten. Dit wordt gedaan aan de hand van het betrouwbaarheidsanalyseprogramma van de TV Aken, RAMSES 3 • De beschouwde varianten zijn in RAMSES ingevoerd behalve de varianten met de decentrale opwekking op een nieuw 50 kV station (50S). Deze varianten zijn hebben zeer hoge investeringen en maar relatief weinig voordelen. Belangrijk is in het oog te houden dat de varianten niet zomaar onderling vergelijkbaar zijn. Bij de verschillende varianten zijn verschillend opgebouwde netten ontstaan. Eerst zal kort ingegaan worden op het begrip betrouwbaarheid. Daama wordt de werking van RAMSES en de modellering van de varianten besproken. Vervolgens worden de resultaten besproken. Het hoofdstuk wordt afgesloten met conclusies die volgen uit de analyse.

5.1 Betrouwbaarheid van elektriciteitsnetten Het doel van een elektriciteitsbedrijf is het leveren van elektrische energie op een veilige manier en zo betrouwbaar mogelijk. De betrouwbaarheid van een systeem wordt uitgedrukt in een aantal kengetallen. Deze zijn gebaseerd op statistische gegevens. Bij een betrouwbaarheidsberekening wordt getracht een kwantitatieve uitspraak te doen over de betrouwbaarheid met behulp van het kansbegrip. De betrouwbaarheid van een systeem wordt in die zin gezien als de waarschijnlijkheid dat het systeem de gevraagde functie gedurende een vastgestelde periode vervult. De statistische gegevens over elektriciteitsnetten worden verzameld aan de hand van de 'nietbeschikbaarheids-enquetes voor netten' van EnergieNed. Van deze enquetes worden overzichtsrapporten gemaakt, zie bijvoorbeeld [Onv97]. Vit deze rapporten kan de betrouwbaarheid van de elektriciteitsnetten bepaald worden. Ook kunnen uit deze rapporten gegevens over de betrouwbaarheid van componenten gehaald worden. Daamaast kunnen specifiekere gegevens bepaald worden aan de hand van de storingsregistratie van een elektriciteitsbedrijf, bijvoorbeeld [Bra98]. Niet elke storing in een elektriciteitsvoorzieningssysteem leidt tot uitval van een component of onderbreking van de levering. Er wordt daarom onderscheid gemaakt tussen [Ene96, bIz. 260]: • storing: elke onvoorziene verstoring die in het e1ektriciteitsvoorzieningssysteem optreedt • niet-beschikbaarheid van een component: elke storing die tot gevolg heeft dat een component in het elektriciteitsvoorzieningssysteem tijdelijk niet kan worden gebruikt • onderbreking van de levering: elke storing die tot gevolg heeft dat aan een of meer klanten tijdelijk geen elektriciteit kan worden geleverd De karakteristieke kentallen die de betrouwbaarheid van de levering beschrijven kunnen afhankelijk van de uitgangspunten op verschillende manieren gedefinieerd worden. In dit verslag gelden de volgende definities: • onderbrekingsverwachting E in aantal malen per jaar • gemiddelde onderbrekingsduur T in minuten per onderbreking • jaarlijkse uitvalduur (E*T) in minuten per jaar • niet geleverde energie NGE in kWh per jaar

J

RAMSES staat voor "Reliability Analysis Methods for Electrical Power Systems"

Pagina 17

Betrouwbaarheidsanalyse De in het net aanwezige componenten worden eveneens beschreven door een aantal kentaBen. Oeze zijn als voIgt gedefinieerd: • faaltempo A, aantal malen uitval van een component per jaar • reparatieduur e, tijd in uren die nodig is voor repareren ofvervangen van de component • onderhoudsduur 't, tijd in uren dat het periodieke onderhoud duurt • onderhoudstempo OT, aantal malen onderhoud per jaar. 5.2 Werking van bet programma RAMSES In het programma worden als invoer de nettopologie, de elektrische gegevens van de componenten en de betrouwbaarheidskentaBen van de componenten gebruikt. Ook worden in een aparte invoerfile eventuele herstelstrategieen ingevoerd. Oit zijn strategieen waarmee in geval van een uitval bepaalde schakelhandelingen uitgevoerd kunnen worden. RAMSES leest eerst de invoerfiles en controleert deze op onjuistheden in de invoer. Vervolgens worden voor aBe voorkomende fouten de netgedeelten bepaald, die na beveiligingsacties of schakelacties afgeschakeld zijn. RAMSES introduceert in de falende component een kortsluiting en gaat na welke beveiligingen deze kortsluiting detecteren en afschakelen. ABe vermogensschakelaars hebben een beveiliging. Hierbij wordt in RAMSES aangenomen dat de beveiliging richtingsgevoelig is in de richting waar de component zit waartoe de schakelaar behoort. Oit betekent dat indien een kabel faalt de schakelaars aan beide zijden van de kabel (indien aanwezig) reageren. Als echter een railfout optreedt reageren niet de schakelaars in de afgaande velden maar de schakelaars aan de andere zijde van de componenten aan deze rail. Ous de rail en aBe componenten verbonden met deze rail worden spanningsloos. RAMSES heeft de mogelijkheid voor railsystemen een differentiaal beveiliging toe te voegen of aBe beveiligingen van de schakelaars aangesloten op de rail in beide richtingen te laten reageren ("R-Schutz"). Beide opties zijn tijdens de analyses niet gebruikt4 • RAMSES gaat er van uit dat beveiligingen momentaan reageren op een kortsluiting. Ook indien een beveiliging weigert wordt er van uit gegaan dat de reservebeveiliging direct reageert. Na de beveiligingsacties worden eventueel overbelaste componenten automatisch afgeschakeld. Dit wordt bepaald aan de hand van loadflowanalyses. In een fout-effekt-analyse (0: Fehlereffektanalyse, FEA) worden vervolgens herstelhandelingen uitgevoerd die trachten de fout te isoleren en zoveel mogelijk belastingen weer te voorzien. Voor deze herstelstrategieen zijn in RAMSES enkele procedures voorgeprogrammeerd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van de eventueel in de invoer opgegeven herstelstrategieen. Vooral indien RAMSES bepaalde herstelacties niet vindt, moeten deze in de invoer meegegeven worden. Bij de FEA wordt onderscheid gemaakt tussen ver- en handbediende schakelacties. Er zijn dus in RAMSES drie afschakelbereiken: de eerste is de beveiligingsactie; dit zijn de beveiligingen die de kortsluitingen detecteren en de beveiligingen die de overbelastingen detecteren. Vervolgens het verbediende schakelbereik; dit wordt bepaald door aBe componenten die van afstand bedienbaar zijn. Het laatste bereik is het handbediende bereik, dit wordt bepaald door aBe componenten die handbediend zijn. De ver- en handbediende tijd kunnen ingesteld worden.

~ De inv/oed van deze richtingsgevoe/igheid is niet merkbaar omdat er geen schake/veld/outen aanwezig zijn. Indien deze wei meegenomen zouden worden, kunnen er bij de driewikke/ingstrans/ormatoren en eventuee/ aanwezige aftakkingen prob/emen ontstaan.

Pagina 18

Betrouwbaarheidsanalyse De afschakelbereiken worden toegelicht aan de hand van een voorbeeld met een fictief net, zie Figuur 4. In deze figuur is een schematisch 50 kV net weergegeven. Dit net wordt gevoed vanuit het 150 kV net met twee transformatoren. In het net zijn zeven 50/10 kV stations opgenomen (A tot en met G). In de figuur worden schakelaars aangegeven met een vierkantje en scheiders met een rondje. Een open scheider wordt aangegeven met een open rondje, een gesloten scheider met een gesloten rondje. Indien bij een scheider een H staat, is deze scheider handbediend. Indien er niets bij een scheider staat is deze van afstand bedienbaar (verbediend). 150kV

1 :

"r---

I

I

.

I

I

I I

=.:. --"---= : :.--": .:

. -'

_. _....50kV

-Ysl-"

I

VS2

I

H

: A(])

G

I

I I

l

,

: I

:

F

,

c(])

H

.

~_.

.

E

I

_._. _. _._. _. _. _. _._ ~E

~

Figuur 4: Afschakelbereiken in RAMSES Tussen de stations C en D is een netscheiding aangebracht; scheider Sb staat open. Er wordt nu een fout ge"introduceerd in de verbinding tussen de stations A en B. Omdat in RAMSES aile schakelaars beveiligd zijn, opent RAMSES vermogensschakelaar VS 1. De fout is dan uit het net geschakeld en de stations A, B en C zijn spanningsloos. Dit is het bereik na de beveiligingsactie, in de figuur aangegeven met een streep-stippellijn. Vervolgens wordt de fout verder ge"isoleerd. De verbediende scheider Sa wordt geopend en vervolgens kunnen de stations B en C weer gevoed worden door scheider Sb te sluiten. Aileen station A is nu nog spanningsloos. Dit is het verbediende bereik, weergegeven met een streeplijn. Daama wordt de fout met handbediende componenten verder ge"isoleerd. In de figuur wordt dan scheider Sc geopend, waardoor de fout volledig ge"isoleerd is en kan station A door het sluiten van vermogensschakelaar VS I weer gevoed worden. Het handbediende bereik, weergegeven met een stippellijn, wordt nu slechts nog gevormd door de gestoorde verbinding tussen de stations A en B. Bij het bepalen van deze bereiken worden geen overbelastingen boven de opgegeven grenzen toegestaan. De toegestane overbelastingen van componenten kunnen in RAMSES per groep componenten aangegeven worden. Indien een component hoger belast wordt dan aangegeven in deze grenzen, wordt deze component bij het bepalen van het ver- en handbediende bereik direct door RAMSES uitgeschakeld. Het ver- of handbediend zijn van een component moet per component opgegeven worden.

Pagina 19

Betrouwbaarheidsanalyse Na het bepalen van de afschakelbereiken, worden door RAMSES zogenaamde minimale sneden bepaald. Deze minimale sneden bestaan uit de belastingsknooppunten die bij een bepaalde fout uitvallen. Bij combinaties van twee enkelvoudige fouten kunnen extra belastingsknooppunten uitvallen die niet in de minimale sneden van deze enkelvoudige fouten voorkomen. Deze extra knooppunten vormen dan ook weer een minimale snede. Daarnaast worden voor het ver- en handbediende bereik met een "maximum flow" algoritme de belastingsknooppunten bepaald die in dat schakelbereik niet verzorgd kunnen worden. Vervolgens wordt met een Markov-analyse met gebruikmaking van de bovengenoemde resultaten de betrouwbaarheid van aile belastingsknooppunten berekend. Tijdens de berekeningen worden maximaal tweevoudige fouten beschouwd. Bij deze groep horen ook overlappingen van uitval van opwekeenheden met enkelvoudige fouten. Aan de hand van de FEA en de opgegeven faalgegevens van de componenten worden de betrouwbaarheidskentallen bepaald. RAMSES geeft als resultaat onder andere per belasting de verwachte onderbrekingsverwachting, de gemiddelde onderbrekingsduur, de jaarlijkse uitval duur en de jaarlijkse niet-geleverde energie. De niet-geleverde energie wordt in dit verslag niet beschouwd. Het totale resultaat wordt in een uitvoerfile gezet. Voor een meer gedetailleerde uitleg van de berekeningen in RAMSES wordt verwezen naar [Ram97].

5.3 Aannames en modellering in RAMSES Bij de modellering in RAMSES is een aantal problemen opgetreden. In Bijlage G wordt uitgebreid op de modellering en de ontstane problemen ingegaan. In de analyses wordt een aantal aannames gemaakt: • De voedingen naar de 150 kV rail in HMM zijn 100% betrouwbaar verondersteld. • De beveiliging wordt faalvrij verondersteld. • De verbediende tijd is ingesteld op 5 minuten en de handbediende tijd op 1 uur. • Er zijn geen verschakelbare vermogens in het net aanwezig (zie ook Bijlage C). • Tijdens normaal bedrijf mogen componenten maximaal 100% belast worden. Dit wordt gerealiseerd door, indien een overbelasting optreedt, de belasting iets te verlagen, maar de cos q> gelijk te houden. • Tijdens langdurige calamiteiten mogen componenten maximaal 120% belast worden en tijdens kortdurende (maximaal de verbediende tijd, 5 min.) calamiteiten 140%. • Bij de transformatoren wordt de spanning niet geregeld. Dit is in RAMSES niet mogelijk bij driewikkelingstransformatoren en kost veel rekentijd. De in RAMSES gebruikte betrouwbaarheidsgegevens van de componenten staan in Bijlage H. Deze zijn overgenomen uit [Sch98]. Binnen E-Trans wordt nog gewerkt aan vernieuwde betrouwbaarheidsgegevens, maar deze waren op het moment van dit onderzoek nog niet beschikbaar. In RAMSES worden de decentrale opwekeenheden gemodelleerd als een grote eenheid per station. De faaltempo's en uitvalsduren zijn bepaald aan de hand van gegevens van de WKON, zie Bijlage H. In de praktijk zal het totale decentraal opgewekte vermogen verdeeld zijn over een aantal eenheden. De betrouwbaarheid hiervan zal beter zijn dan die van een grote eenheid. Dit wordt afgeleid in Bijlage I.

Vit de gegevens van de WKON is gebleken dat er een verschil is in betrouwbaarheid tussen opwekeenheden met en zonder warmteopslagtank. De simulaties in RAMSES zijn voor beide typen opwekeenheden gemaakt. De beschouwde varianten zijn de varianten met de decentrale opwekeenheden aangesloten op de 10 kV rail en op de 50 kV rail. De varianten met een nieuw 50 kV station zijn niet beschouwd omdat in het vorige hoofdstuk gebleken is dat de investeringen voor een dergelijke oplossing zeer hoog zijn. De beschouwde varianten worden vergeleken met de betrouwbaarheid in het huidige net (Huidig) en met de standaard variant (Stnd).

Pagina 20


5.4 Resultaten betrouwbaarheidsanalyses Deze paragraaf wordt verdeeld in een aantal subparagrafen. In elke subparagraaf worden de resultaten per groep besproken. De resultaten worden per 10 kV station besproken. De resultaten worden vergeleken met de resultaten van de varianten Huidig en Stnd; deze hebben beide geen decentrale opwekeenheden. De variant Stnd heeft een iets lagere betrouwbaarheid dan de variant Huidig. Tot nu toe wordt bij de netplanning het n-l criterium als voldoende betrouwbaar beschouwd. Vanwege deze reden zul1en betrouwbaarheden die vergelijkbaar zijn met de varianten Huidig en Stnd als goed beschouwd worden.

5.4.1 Variant Stnd met toevoeging van decentrale opwekking In de variant Stnd is bij het netontwerp geen rekening gehouden met de aanwezigheid van decentrale opwekking. Om de invloed van eventueel aanwezige opwekeenheden op de betrouwbaarheid te bestuderen zijn er berekeningen uitgevoerd aan deze variant waarbij er wei decentrale opwekking aangebracht is. De decentrale opwekeenheden worden aangesloten op verschillende manieren. Er is al1een gerekend aan het scenario met 72 MW decentraal opgewekt vermogen, omdat dan eventuele effecten het duidelijkst waameembaar zijn. De opwekeenheden zijn aangesloten op de 10 kV rail en op de 50 kV rail en dan op drie manieren, namelijk opname van blindvermogen (0), leveren van blindvermogen (L) en noch leveren noch opnemen van blindvermogen (G). Deze berekeningen zijn gemaakt voor beide typen opwekeenheden, met en zonder warmteopslagtank. Uit de berekeningen is gebleken dat bij de Stnd variant met decentrale opwekking de onderbrekingsverwachting vrijwel gelijk blijft ten opzichte van de variant Stnd zonder decentrale opwekking, zie Bijlage J. Dit is niet afuankelijk van het type opwekeenheid noch van de manier van aansluiten van deze eenheden. De onderbrekingsduur neemt af indien opwekeenheden in het net voorkomen. Dit geldt voor al1e varianten waarin decentrale opwekeenheden aangesloten zijn. Als namelijk in het net een n-2 situatie optreedt, kan de aanwezigheid van een opwekeenheid ervoor zorgen dat de levering niet onderbroken wordt. Indien de eenheden aangesloten worden op de 10 kV rail is de onderbrekingsduur korter dan indien de eenheden aangesloten zijn op de 50 kV rail. Bij de varianten waarbij de eenheden aangesloten zijn op de 50 kV rail blijkt dat, indien de eenheden blindvermogen opnemen de onderbrekingsduur zo'n 30% groter is dan indien de eenheden blindvermogen leveren of noch blindvermogen opnemen noch leveren. De oorzaak hiervan is de hogere (over)belasting van transformatoren als er blindvermogen geleverd moet worden. Uit de berekeningen blijkt ook dat de 10 kV rail in het 150 kV station HMM het meest betrouwbaar is. Dit komt doordat deze rail rechtstreeks gevoed wordt vanuit de driewikkelingstransformatoren. Een uitval van de 50 kV rail in HMM heeft geen invloed op de 10 kV rail in HMM maar wei op de overige stations in het net. Deze fout blijkt een grote invloed te hebben op de betrouwbaarheid.

5.4.2 Varianten met decentrale opwekking Voor de varianten lOR en 50R met drie typen decentrale opwekking (G, L en 0) zijn voor beide opwekscenario's, 32 MW en 72 MW, berekeningen uitgevoerd. In eerste instantie is uitgegaan van de volgende, 'huidige' bedrijfsvoering5; een reserve transformator in een station wordt aileen ingeschakeld indien een van de in bedrijf zijnde transformatoren in dat station gestoord raakt. De varianten worden vergeleken met de betrouwbaarheid in de variant Huidig en die in variant Stnd. Beide typen opwekeenheden, met en zonder warmteopslagtank, zijn meegenomen. De resultaten worden per station besproken. Indien in een station de belasting in RAMSES gemodelleerd is als twee belastingen, wordt bij de betrouwbaarheidsgetallen het gemiddelde gegeven. Indien er grote verschillen zijn tussen de beide belastingen wordt dit vermeld. In de praktijk wordt de reserve transformator, in bepaaid gevallen, wei ingeschakeid om overbeiastingen te voorkomen op de andere transformatoren.

5

Pagina 21

Betrouwbaarheidsanalyse 10 kV rail in NVP De betrouwbaarheden van de 10 kV rail in station NVP voor de verschillende varianten zijn weergegeven in drie figuren. In Figuur 5 is te zien dat de 50R varianten een betrouwbaarheid hebben die vergelijkbaar is met de betrouwbaarheid van de varianten Huidig en Stnd. Oit geldt voor beide scenario's met 72 MW en 32 MW decentrale opwekking. Voor deze varianten is er geen verschil te zien voor de verschillende typen opwekeenheden (met en zonder warmteopslagtank).

10

_.-- .. _.

- . - - - - - j - - - - - - - ~--------" . .~ =-----+---------t--,-._---._I

:c-~1_1_-----+-------j'---l---------+---------'~-----r--··

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

1 minfJr

0,14

E (/jr)

Figuur 5: Betrouwbaarheid 10 kV rail in NVP met decentrale opwekking De lOR varianten verschillen onderling. Dit is te zien in Figuur 6 (met warmteopslagtank) en Figuur 7 (zonder warmteopslagtank). Vit deze grafieken blijkt dat de varianten met warmteopslagtank een lagere onderbrekingsverwachting hebben, doordat deze eenheden een kleiner faaltempo hebben. Ook blijkt dat met name de varianten met 72 MW decentrale opwekking een veel slechtere betrouwbaarheid hebben dan de overige varianten. De oorzaak hiervan is, dat de transformatoren ver overbelast worden indien een opwekeenheid uitvalt. Indien in de bedrijfsvoering toegestaan wordt, dat de reserve transformator ook ingezet mag worden indien geen van de in bedrijf zijnde transformatoren gestoord raakt, blijkt de betrouwbaarheid van deze varianten te verbeteren. Deze bedrijfsvoering zal aangeduid worden als 'nieuwe bedrijfsvoering'6. De verbetering van de betrouwbaarheid is aangegeven met de pijlen in Figuur 6 en Figuur 7. Deze pijlen geven aan hoe de betrouwbaarheid van die varianten verbetert indien de nieuwe bedrijfsvoering toegestaan wordt. Duidelijk blijkt dat de lOR varianten met 72 MW decentrale opwekking een slechte betrouwbaarheid hebben, zelfs bij de nieuwe bedrijfsvoering. Voor de varianten IOR-G en IOR-O met 32 MW decentrale opwekking blijkt de betrouwbaarheid goed te worden, omdat de transformatoren niet meer overbelast raken. Ook zijn er geen verschillen meer te zien tussen de twee typen opwekking, met en zonder warmteopslagtank. Het verschil tussen variant lOR-L en de varianten IOR-G en IOR-O bij 32 MW decentrale opwekking ontstaat, doordat in de laatste twee varianten in NVP twee Hierbij wordt toegestaan dat RAMSES in bepaa/de gevallen transformatoren parallel schake/t op 10 kV niveau. Dit is in de praktijk niet toegestaan in verband met de korts/uitvast.lleid van de 10 kV installaties. Om dit in RAMSES te verbieden moet een ingewikke/de herste/strategie meegegeven worden. Aangezien het in de praktijk a/tijd moge/ijk is de transformatoren op gescheiden rails te schake/en wordt het paralle/schake/en in RAMSES toege/aten. Deze 'nieuwe' bedrijfsvoering wordt in de praktijk in sommige gevallen a/ toegepast. 6

Pagina 22

Betrouwbaarheidsanalyse transformatoren in bedrijf zijn en in variant IOR-L maar een. Indien in deze laatste variant de opwekeenheid uitvalt, wordt de transformator (36 MVA) overbelast aangezien de belasting 42,4 MVA bedraagt. In de andere twee varianten is ten eerste de opwekking van 18 MW verdeeld over twee eenheden van elk 9 MW en ten tweede zijn er twee transformatoren van in totaal 54 MVA (36 + 18) in bedrijf.

Figuur 6: Betrouwbaarheid 10 kV rail in NVP met decentrale opwekking met warmteopslagtank

Figuur 7: Betrouwbaarheid 10kV rail in NVP met decentrale opwekking zonder warmteopslagtank

Pagina 23


10 kV rail in HMM In Bijlage K zijn de betrouwbaarheidskentallen voor de 10 kV rail in station HMM weergegeven. Hier is in Figuur 18 te zien dat de meeste varianten een betrouwbaarheid hebben die vergelijkbaar is met de varianten Huidig en Stnd. Er is vrijwel geen verschil tussen de beide typen opwekking. AIleen de varianten lOR verschillen onderling nogal, zie Figuur 19 en Figuur 20. Hier zijn de varianten IOR-G en IOR-L met 72 MW decentrale opwekking slechter in betrouwbaarheid. De betrouwbaarheid van variant IOR-O is hier goed, doordat in deze variant een derde driewikkelingstransformator in HMM aanwezig is. Indien de nieuwe bedrijfsvoering toegestaan wordt, blijkt bij de varianten IOR-G en IOR-L met 72 MW decentrale opwekking de betrouwbaarheid te verbeteren. Het verschil in type decentrale opwekking komt in deze twee varianten weer naar voren. Bij de nieuwe bedrijfsvoering blijft dit verschil in betrouwbaarheid tussen deze twee typen opwekking zichtbaar. 10 kV rail in HFD De betrouwbaarheid van de 10 kV rail in station HFD is ook weergegeven in Bijlage K. Ook hier blijken de 50R varianten een goede betrouwbaarheid te hebben met beide bedrijfsvoeringen, zie Figuur 21. De varianten lOR decentrale opwekking blijken onderling te verschillen. Bij de lOR varianten blijkt de betrouwbaarheid te verbeteren indien de nieuwe bedrijfsvoering toegestaan wordt, zie Figuur 22 en Figuur 23. De betrouwbaarheid van de varianten met 32 MW decentrale opwekking wordt zelfs goed. Bij de varianten met 72 MW decentrale opwekking krijgt aIleen variant IOR-O een goede betrouwbaarheid Bij de nieuwe bedrijfsvoering blijkt weI de onderbrekingsduur van de varianten IOR-L en 10R-G met 72 MW decentrale opwekking te verbeteren. 10 kV rail in RZB In de laatste drie figuren in Bijlage K is de betrouwbaarheid van de 10 kV rail in RZB weergegeven. Hieruit blijkt dat voor beide bedrijfsvoeringen de betrouwbaarheid van de 50R varianten met 32 MW decentrale opwekking goed is, zie Figuur 24. Ook is de invloed van het type decentrale opwekking niet waameembaar. AIle lOR varianten hebben ook hier weer een slechte betrouwbaarheid, zie Figuur 25 en Figuur 26. De invloed van het type opwekker is bij de lOR varianten ook goed merkbaar. Indien de nieuwe bedrijfsvoering toegestaan wordt, blijkt de betrouwbaarheid in deze varianten te verbeteren. De lOR varianten met 32 MW decentrale opwekking krijgen zelfs een goede betrouwbaarheid. De 50R varianten met 72 MW decentrale opwekking hebben een vrij slechte betrouwbaarheid. Het verschil tussen de beide typen opwekeenheden is ook duidelijk waameembaar. De oorzaak van de slechte betrouwbaarheid voor deze varianten is het verschil in maximale belasting van de twee voedende kabels naar station RZB (30 en 40 MVA). In dit station staan een 18 en een 36 MVA transformator in bedrijf en een 36 MVA transformator is reserve. De belasting op de 10 kV rail is in RAMSES verdeeld naar rata van het transformatorvermogen. Indien de opwekeenheid van 18 MW uitvalt en een van beide kabels ontstaat er een probleem. Indien de 30 MVA kabel uitvalt kan de volledige belasting nog gevoed worden. Als de 40 MYA kabel uitvalt, wordt de 30 MVA kabel overbelast. RAMSES schakeIt dan de belasting achter de 36 MVA transformator uit. Vit de berekeningen bleek dat de onderbrekingsverwachting van deze belasting veel groter is dan die van de andere 10 kV belasting in dit station. Deze belasting heeft een betrouwbaarheid vergelijkbaar met de varianten Huidig en Stnd. Indien er in plaats van de 30 MVA kabel een 40 MVA kabel aangebracht wordt, blijkt de betrouwbaarheid voor beide belastingen in dit station goed te worden 7•8• Dit geldt voor aile 50R varianten met 32MW decentrale opwekking, met en zonder warmteopslagtank.

7 Hieruit blijkt het be/ang van een goede aanpassing van het transportvermogen van een kabel op het transformatorvermogen in het station. S In de praktijk kan een overbelasting voorkomen worden door belasting in het 10 kV net naar een ander station te schake/en ofdoor op 50 kV niveau een koppeling te maken met een ander 50 kV net. Beide mogelijkheden zijn niet in RAMSES gemodelleerd

Pagina 24


5.4.3 Bespreking resultaten Duidelijk wordt uit de berekeningen dat bij de 'huidige' bedrijfsvoering de 50R varianten een goede betrouwbaarheid hebben. Aileen de 50R varianten met 72 MW decentrale opwekking hebben in RZB een minder goede betrouwbaarheid. Dit is in de voorgaande paragraaf uitgebreid toegelicht. De varianten lOR met 72 MW hebben een slechte betrouwbaarheid. Indien de bedrijfsvoering aangepast wordt blijken deze varianten een betere betrouwbaarheid te hebben. In enkel gevallen wordt deze zelfs goed, bijvoorbeeld in variant 10R-O in HFD en HMM. De lOR varianten met 32 MW decentrale opwekking hebben bij de 'huidige' bedrijfsvoering een slechte betrouwbaarheid (behalve in HMM). Indien in deze varianten de nieuwe bedrijfsvoering toegestaan wordt, krijgen al deze varianten een goede betrouwbaarheid. De 50R varianten blijken ongeacht de hoeveelheid opwekking een goede betrouwbaarheid te hebben. De lOR varianten hebben aileen een goede betrouwbaarheid indien er 32 MW decentrale opwekking aanwezig is en indien de nieuwe bedrijfsvoering toegestaan wordt. De oorzaak hiervan ligt in het aanwezige transformatorvermogen in de stations. Bij een grote hoeveelheid opwekking op 10 kV niveau zijn er minder investeringen nodig in transformatoren in deze stations. Indien een opwekeenheid uitvalt, raakt de transformator snel overbelast omdat er geen ruimte meer aanwezig is. Bij de varianten met 32 MW decentrale opwekking op 10 kV niveau is er weI voldoende transformatorvermogen aanwezig evenals in de 50R varianten. Aile variimten zijn n-l ontworpen bij een 100% betrouwbaar veronderstelde opwekking. Indien dus een opwekeenheid uitvalt is het net niet meer altijd n-l veilig. Deze 100% betrouwbaarheid van de opwekeenheden blijkt een grote invloed te hebben op het netontwerp. Er zijn in het net veeI minder investeringen nodig. Hierdoor wordt het net 'te dun' indien er opwekeenheden uitvallen, de betrouwbaarheid verslechtert. Indien er rekening gehouden wordt met minder opwekking, blijkt de betrouwbaarheid goed te blijven. Indien in de toekomst bij het netontwerp rekening gehouden wordt met de aanwezige decentrale opwekking, moet goed in de gaten gehouden worden hoe de betrouwbaarheid be"invloed wordt. De betrouwbaarheid van de opwekeenheden is van grote invloed op de betrouwbaarheid van de levering vooral in dunne netten. Uit de resultaten blijkt dat het type opwekeenheid weinig invloed heeft op de betrouwbaarheid. Bij de opwekeenheden is aangenomen dat het decentraal opgewekte vermogen per installatie door een eenheid geleverd wordt. Dit zal in de praktijk niet het geval zijn; er zullen dan meerdere eenheden aangesloten zijn. Aangezien de betrouwbaarheid van meerdere kleine eenheden groter is dan enkele grote (zie Bijlage I), zal de in de praktijk voorkomende betrouwbaarheid van decentrale opwekeenheden beter zijn dan bij deze berekeningen aangenomen is. De totale betrouwbaarheid zal dan waarschijnlijk gelijk blijven of nog iets verbeteren. Bij het aansluiten van opwekeenheden op 10 kV niveau, worden de eenheden tot nu toe vaak op een of enkele strengen geschakeld. Indien dan een kortsIuiting optreedt, wordt de hele streng uitgeschakeld en dus aile in die streng aanwezige opwekeenheden. Vooral in netten met veel decentrale opwekking waar bij het netontwerp rekening gehouden wordt met de aanwezige decentrale opwekking, is het gunstiger uit betrouwbaarheidsoogpunt de opwekeenheden te verde len over meerdere strengen. Dit is in de berekeningen niet meegenomen.

Pagina 25


5.5 Conclusies en aanbevelingen betrouwbaarheidsberekeningen Uit de berekeningen voor de diverse varianten kunnen de volgende conc1usies getrokken worden: • De 10 kV verdeler in het 150 kV station heeft een betere betrouwbaarheid dan die in de 50 kV stations. Belangrijkste oorzaak hiervan is de invloed die een 50 kV rail storing heeft op de stations in het 50 kV net. • De varianten met invoeding op de 50 kV rail hebben een betrouwbaarheid die te vergelijken is met de varianten met de het huidige n-1 criterium, Huidig en Stnd. • De varianten met decentrale opwekking op de 10 kV rail hebben een slechtere betrouwbaarheid dan de overige varianten. Dit geldt voor de 'huidige' bedrijfsvoering. • Indien de bedrijfsvoering van de reserve transformator aangepast wordt, krijgen de lOR varianten met 32 MW decentrale opwekking een goede betrouwbaarheid, omdat de transformatoren dan minder vaak overbelast worden. • Het verschil tussen de twee typen opwekking, met en zonder warmteopslagtank, blijkt weinig invloed te hebben op de betrouwbaarheid indien de betrouwbaarheid vergelijkbaar is met de varianten Huidig en Stnd. In RZB is deze wei merkbaar in de 50R variant met 72 MW decentrale opwekking. De oorzaak hiervan ligt in de netstructuur, zie paragraaf 5.4.2. Voor verder onderzoek is het aanbevolen de volgende aspecten nader te beschouwen. • De opwekeenheden zijn gemodeIleerd als een grote eenheid. In werkelijkheid zal het opgestelde vermogen verdeeld zijn over meerdere kleinere eenheden die gezamenlijk een hogere betrouwbaarheid zuIlen hebben. • De betrouwbaarheid van de levering van de opwekeenheden is gebaseerd op het gedrag tijdens plateau-uren in de maand december. Onderzocht moet worden hoe de eenheden zich gedurende het hele jaar gedragen, dus ook tijdens daluren en tijdens zomerse periodes. Ook dient nagegaan te worden wat de invloed is van common cause uitvaIlen op deze opwekeenheden (bijvoorbeeld spanningsdips). • De belasting en de levering zijn constant verondersteld. In de praktijk zijn er belasting- resp. levering-duurkrommen op te stellen. RAMSES kan deze meenemen in de analyse. Het is aan te beve1en hier een uitgebreide studie van te maken.

Pagina 26

Diverse aspecten

6. Diverse aspecten In dit hoofdstuk wordt kort ingegaan op enkele belangrijke aspecten waar gezien de tijd niet uitgebreid op ingegaan kon worden. Dit hoofdstuk geeft een indicatie van enkele problemen en aandachtspunten, maar heeft niet het doel volledig te zijn. Er zal ingegaan worden op de invloed die decentrale opwekeenheden kunnen hebben op achtereenvolgens beveiligingen en stabiliteit.

6.1 Beveiligingen Het aanbrengen van decentrale opwekeenheden in het elektriciteitsnet zal een invloed hebben op de beveiligingen in dit net. In deze paragraaf zal ingegaan worden op enkele problemen die kunnen ontstaan. Elke decentrale opwekeenheid heeft een eigen beveiliging. Doel van deze beveiliging is beschadiging van de installatie te voorkomen. Enkele voorbeelden zijn maximale temperatuur beveiliging, trillingsbeveiliging, aardfoutbeveiliging, snelheidsbeveiliging bij windmolens bij kritische windsnelheden enz. Deze beveiligingen zijn niet primair van belang voor de invloed op het net. Er zijn soms ook beveiligingen aanwezig die weI invloed kunnen hebben op de netbeveiligingen. Een voorbeeld hiervan is een maximumstroomtijdrelais. Indien een kortsluiting optreedt, reageert dit relais en schakeIt de machine van het net. Indien de fout aan de machinezijde van de beveiliging zit, hoeft de netbeveiliging niet te reageren. Het probleem is dat meestal niet bekend is welke beveiligingen bij de opwekeenheid aangebracht zijn en wat de instellingen van deze beveiligingen zijn, omdat deze vaak gei'ntegreerd zijn in de besturingseenheid. De beveiligingen in het net moeten dan toch dergelijke storingen kunnen detecteren en afschakelen. Zoals uit de vorige paragraaf bleek zijn er extra beveiligingen in het net nodig, aangezien onbekend is hoe de beveiligingen van de opwekeenheid reageren. Op dit moment worden de opwekeenheden meestal als voIgt beveiligd (naast de eigen installatie beveiligingen). • onderspanningsbeveiliging. Indien een kortsluiting in het net optreedt zakt de spanning in en wordt de eenheid van het net geschakeId zodat deze niet meer op de fout kan voeden. • terugleverbeveiliging, om te voorkomen dat de eenheid als motor gaat draaien • frequentiebeveiliging of frequentieveranderingsbeveiliging (zgn. df/dt beveiliging), ter voorkoming van eilandbedrijf. • maximumstroomtijdbeveiliging. Indien in de opwekeenheid een kortsluiting optreedt die niet door de beveiliging van de eenheid gedetecteerd wordt, zorgt deze beveiliging ervoor dat de eenheid afgeschakeld wordt. Indien in de toekomst bij het netontwerp rekening gehouden wordt met veel decentrale opwekeenheden, zijn er minder investeringen in het net nodig. Zoals in de voorgaande hoofdstukken gebleken is, kan de situatie ontstaan dat het dan aanwezige net de gevraagde belasting niet meer kan voeden. In een op die manier ontworpen net, mogen opwekeenheden niet meer van het net geschakeld worden indien in het net een kortsluiting optreedt. Dan is het taak de beveiligingen in het net en bij de opwekeenheden goed te coordineren, bijvoorbeeld door registratie of via de aansluitvoorwaarden, en ervoor te zorgen dat kortsluitingen selectief afgeschakeld worden. De opwekeenheden kunnen ook een directe invloed hebben op de werking van beveiligingen in het net. Met name bij distantierelais kunnen problemen ontstaan indien bijvoorbeeld op een aftakking ingevoed wordt of op een tussenliggend station een opwekeenheid aangesloten is. Op deze problemen zal hier niet verder ingegaan worden, maar meer informatie kan gevonden worden in [Rij97, Hfst. 4]. Indien een eenheid in eilandbedrijf komt in een van het voedende net gescheiden netdeel, is het mogelijk dat de eenheid dit netdeel blijft voeden. Dit kan zelfs gebeuren met asynchrone

Pagina 27

Diverse aspecten opwekeenheden, zie Bijlage L. Een nadeel hiervan is dat bepaalde netgedeelten ongemerkt onder spanning kunnen blijven staan. Ook kan er een asynchroniteit ontstaan van het eilandnet met het voedende net. Voor het koppelen van beide netten is dan synchronisatieapparatuur vereist, omdat anders bij te grote faseverschillen ingeschakeld kan worden. Een ander probleem kan de aarding in het net zijn. Indien in het eilandnet na de scheiding met het voedende net geen sterpunt meer aanwezig is, kan er indien er een eenfasefout optreedt, een verhoogde spanning op de niet-gestoorde fasen komen te staan. Indien bij de isolatiecoordinatie hiennee geen rekening gehouden is, kunnen componenten beschadigd of vernield worden of meer-fasesluitingen ontstaan. De genoemde eenfasefout kan zelfs de oorzaak zijn van de netscheiding. Indien eilandbedrijf optreedt, blijkt meestal de frequentie te veranderen, zodat een frequentiebeveiliging de eenheid kan uitschakelen.

6.2 StabiJiteit Een belangrijk aspect in netten met veeI decentrale opwekeenheden is de stabiliteit. Er zijn twee typen stabiliteit, statische en dynamische. Statische stabiliteit beschouwt langzame veranderingen in het vennogen dat een generator levert. Dynamische stabiliteit beschouwt het gedrag bij kortsluitingen in het net en extreme vennogensveranderingen die optreden bij uitval van opwekeenheden of afschakeling van belastingen. Om een goede statische analyse te kunnen maken is, het noodzakelijk rekening te houden met de grootte van de in het net opgestelde eenheden en de aanwezige vermogensreserve. Ook is de invloed van de op de generatoren aanwezige regelingen van belang. Dergelijke analyses zijn te ingewikkeld om tijdens dit onderzoek op in te gaan. De dynamische stabiliteitsberekeningen zijn nog omvangrijker. Hiervoor zijn gedetailleerde, meestal niet-Iineaire, modellen van de generator, bekrachtiging, aandrijvende eenheid en het gedrag van het net nodig. Dergelijke analyses moeten uitgevoerd worden door gespecialiseerde instanties. Ook deze analyses vallen buiten dit onderzoek. Op dit gebied wordt al onderzoek verricht. Bijvoorbeeld uit [Don96] blijkt dat het type bekrachtiging en de bijbehorende regeling een grote invloed heeft op de stabiliteit. In het in dit artikel beschreven net is een grote hoeveelheid decentrale opwekking aangebracht. Afhankelijk van het type bekrachtiging bij de decentrale eenheden, trad een verbetering dan weI een verslechtering van de stabiliteit op ten opzichte van de situatie zonder decentrale opwekking. Voor een goede analyse is het dus nodig inzicht te hebben in de typen bekrachtiging van de afzonderlijke eenheden naast de gegevens van de generator, het net en de aandrijvende eenheid.

6.3 Samenvatting De in de voorgaande paragrafen besproken aspecten moeten nog onderzocht worden. De invloed hiervan kan niet genegeerd worden. Er zullen grondige studies verricht moeten worden naar de gevolgen, omdat er met eenvoudige analyses geen goede uitspraken over te doen zijn. Ook zal er onderzoek verricht moeten worden naar compounderingsproblemen (spanningsregelingt In een later stadium kunnen andere aspecten aan bod komen die in dit verslag niet behandeld zijn. Deze zullen waarschijnlijk geen grote problemen opleveren, hoewel studie naar de invloed van en op de decentrale opwekeenheden nog vereist is. Deze aspecten zijn hannonischen, netverliezen, toonfrequent-installaties.

Op dit moment wordt er bij ENW Kop Noord-Holland in samenwerking met de TV Delft een onderzoek uitgevoerd naar spanningshandhaving met compoundering in netten met decentrale opwekeenheden. Daarnaast loopt er nog een onderzoek naar de dynamische kortsluitstromen in dergelijke netten. 9

Pagina 28

Samenvatting en bespreking resultaten van de diverse analyses

7. Samenvatting en bespreking resultaten van de diverse analyses In dit hoofdstuk worden de resultaten uit de voorgaande hoofdstukken besproken en aan elkaar gekoppeld. Aan de hand van deze beschouwing worden conclusies en aanbevelingen opgesteld die in het volgende hoofdstuk vermeld worden. Tot nu toe worden de elektriciteitsnetten ontworpen volgens het n-l criterium. Bij dit ontwerpen wordt er geen rekening gehouden met de eventueel in het net aanwezige decentrale opwekking. Er is bij dit onderzoek uitgegaan van het bestaande ENW deelnet Haarlemmermeer met een geprognosticeerde belasting in 2017. Tijdens het onderzoek zijn diverse varianten met elkaar vergeleken. Deze kunnen in drie groepen verdeeld worden, namelijk: 1. De standaard variant (Stnd); dit is het net dat ontstaat in 2017 indien de huidige ontwerpregels gehandhaafd blijven. Bij het ontwerpen van dit net wordt dus geen rekening gehouden met decentrale opwekking 2. Hetzelfde net als bij 1. maar nu met decentrale opwekking toegevoegd. Er wordt aIleen met het 72 MW scenario gerekend aangezien dan de effecten op de betrouwbaarheid het duidelijkst zijn. 3. Diverse varianten waar bij het ontwerpen weI rekening gehouden wordt met de in het net aanwezige decentrale opwekking. Deze decentrale opwekking wordt bij het netontwerp 100% betrouwbaar verondersteld en er wordt met twee scenario's gerekend; in totaal 32 MW en 72 MW. De opwekking wordt op drie verschillende manieren aangesloten (nieuw 50 kV station (50S), op de 50 kV rail (50R) en op de 10 kV rail (lOR)). Bij de decentrale opwekeenheden (groep 2. en 3.) wordt op drie verschillende manieren het blindvermogensgedrag meegenomen (leveren (L), opnemen (0) of noch leveren noch opnemen (G), zie ook paragraaf3.3). Bij de analyses zijn verschillende aannames gemaakt. Deze worden hier kort vermeld: Bij het netontwerp: • Een maximale overbelasting van 5% wordt toegestaan. • De eenheden worden 100% betrouwbaar verondersteld. • AIle 10 kV spanningen worden geregeld, aan de primaire zijde van de transformatoren, op de hoogte van de spanning. Dit geldt ook tijdens calamiteiten. • Het net wordt volgens het n-l criterium ontworpen. Bij de betrouwbaarheidsanalyses: • De eenheden blijven in bedrijf indien een fout in het net optreedt. • De voedingen naar de 150 kV rail in HMM zijn 100% betrouwbaar verondersteld. • De beveiliging wordt faalvrij verondersteld net als de koppelschakelaars. Er treden geen schakelveldfouten op. • De verbediende tijd is ingesteld op 5 minuten en de handbediende tijd op 1 uur. • Er zijn geen verschakelbare vermogens in het net aanwezig. • Tijdens normaal bedrijf mogen componenten maximaal 100% belast worden. • Tijdens langdurige calamiteiten mogen componenten maximaal 120% belast worden en tijdens kortdurende (maximaal de verbediende tijd, 5 min.) calamiteiten 140%. • De kans op niet-leveren van de opwekeenheden en de duur hiervan is gebaseerd op tuinbouweenheden tijdens plateau-uren in de maand december.

Pagina 29

Samenvatting en bespreking resultaten van de diverse analyses Bij beide analyses: • De eenheden worden gemodelleerd als synchrone generatoren met een cos

Samenvatting en bespreking resultaten van de diverse analyses betrouwbaarheid in het oog gehouden worden. Het blijkt geen probleem de nu aanwezige warmtekrachteenheden blindvermogen te laten leveren. WeI moet er onderzoek verricht worden naar de sturing van deze blindvermogenslevering door de beheerder van het transportnet. Het opnemen van blindvermogen door de opwekeenheden heeft als nadeel dat netcomponenten hoger belast worden ten opzichte van de situatie dat de eenheden blindvermogen leveren of met cos

Vit het bovenstaande blijkt dat indien er bij het netontwerp rekening gehouden wordt met een grote hoeveelheid decentrale opwekking er problemen kunnen ontstaan bij de kortsluitvastheid en de betrouwbaarheid van de levering. Door bij het netontwerp rekening te houden met een kleinere hoeveelheid decentrale opwekking blijken deze problemen minder groot te zijn. Indien er in het net meer decentrale opwekking aanwezig is dan waarmee rekening gehouden is, zal de betrouwbaarheid verbeteren net als bij de Stnd variant met toevoeging van decentrale opwekking. De verbetering van de betrouwbaarheid in de vorige paragraaf treedt aIleen op indien ervan uitgegaan wordt, dat bij een fout in het net aIle opwekeenheden in bedrijf blijven. Dit is op dit moment in de praktijk nog niet het geval. Om dit te realiseren zijn ingrijpende veranderingen nodig in het beveiligingssysteem, mede gezien de veiligheidsaspecten na het optreden van een fout. Er is aangenomen dat er een maximale belasting in het net is en de eenheden maximaal en continu leveren. De eenheden zijn gemodelleerd als een oftwee grote eenheden per station. De reden hiervoor is, dat bij deze aannames de invloed van het niet-Ieveren van een opwekeenheid het grootst is. In de praktijk zullen er in plaats van enkele grote eenheden meerdere kleine eenheden in het net aanwezig zijn. Hierbij is de kans dat een groot deel van de opwekeenheden uitvalt klein (afgezien van reactie van de beveiliging op fouten in het net). Ook in situaties waarin er minder belasting en veel opwekking is, zullen er weinig problemen zijn. Eventuele problemen die ontstaan bij lage opwekking zullen verder onderzocht moeten worden. Dit kan het beste gebeuren door gebruik te maken van levering-duurkrommen voor de opwekeenheden en belasting-duurkrommen voor de belastingen in de stations.

Pagina 31

Conclusies en aanbevelingen

8. Conclusies en aanbevelingen Er is onderzoek gedaan naar de invloed van verschillende hoeveelheden decentrale opwekking op het elektriciteitsnet. Bij het ontwerpen van de netten in de verschillende opwekkingsvarianten is rekening gehouden met decentrale opwekking. De wijze van invoeding is gevarieerd: er is gekeken naar invoeding op de 10 kV rail, de 50 kV rail en invoeding op een apart 50 kV station. Daamaast zijn verschillende manieren van invoeding beschouwd: de opwekeenheden leveren werkzaam verrnogen en vragen of leveren daamaast blindverrnogen of draaien met cos

Pagina 32

Conc1usies en aanbevelingen Voordat daadwerkelijk' bij het netontwerp rekening gehouden kan worden met de aanwezigheid van decentrale opwekeenheden moeten de volgende aspecten nader bestudeerd worden. • Bij de betrouwbaarheidsanalyses is de opwekking in een station gemodelleerd als een of twee grote eenheden. In de praktijk zullen er meerdere kleine eenheden opgesteld zijn, die gezamenlijk een hogere betrouwbaarheid hebben. • Er is bij aile analyses aangenomen dat de belasting en de levering constant zijn en maximaal. Extra onderzoek is nodig naar de invloed van belastingen levering-duurkrommen. • De kans dat eenheden niet leveren is gebaseerd op het gedrag van tuinbouweenheden tijdens plateau-uren. Er is nader onderzoek nodig naar de opbouw van deze kans op niet leveren ook tijdens de daluren. Het is nodig een splitsing te maken tussen storingen in de eenheid, niet-Ieveren door bedrijfsvoering en common cause uitvallen (bijvoorbeeld spanningsdips). • Ook zijn er gedetailleerde onderzoeken nodig naar de spanningsregeling (compoundering) en stabiliteit. Bij de stabiliteit lijkt het type bekrachtiging en de regeling die hierbij hoort, van grote invloed te zijn. Indien de decentrale opwekeenheden gebruikt gaan worden voor de blindvermogensregeling in het net, moet onderzoek verricht worden naar de manier van regelen. In een later stadium kan gekeken worden naar harmonischen, invloed op toonfrequent-gedrag, netverliezen enz. • Indien toch asynchrone generatoren aangesloten worden, moet het kortsluitgedrag hiervan bestudeerd worden. Oit kan van grate invloed zijn op het dynamisch gedrag van het net (stabiliteit) en op de beveiliging. • In dit onderzoek is uitgegaan van een ringvormig net. Het verdient de aanbeveling dit onderzoek ook uit te voeren voor andere netstructuren zoals bijvoorbeeld een meervoudig vermaasd net.

Pagina 33

Literatuurlijst [Bra98] Braan, E.A.; Damstra, R.D.; Brugge, A.F. ter "Jaarrapportage storingsregistratie 1997" jun. 1998; intern rapport ENW E-Trans N.V.; B&N98003 [Doh21] Doherty, R.E.; Williamson, E.T. "Short-circuit current of induction motors and generators" jan. 1921; Journal of the American Institute of Electrical Engineers; Vol. XL, No.1, p. 1-11 [Don96] Donnely, M.K.; Dagle, J.E.; Trudnowski, OJ.; Rogers, GJ. "Impacts of the distributed utility on transmission system stability" mei 1996; IEEE Transaction on Power Systems, p. 741-746 v. 11(2) [Ene96] EnergieNed "Elektriciteitsdistributienetten" nov. 1996; EnergieNed; Arnhem; Kluwer Techniek [Hof97] Hoff, T.E.; Wenger, HJ., Herig, C.; Shaw, Jr., RW. "Distributed generation and micro-grids" sep. 1997; 18th USAEE/IAEE; San Francisco [Hop97] Hopman, M.A. "Betrouwbaarheidsanalyses. Vergelijking van betrouwbaarheidsanalyses met de storingsregistratie." mei 1997; Hogeschool Alkmaar, Sector Techniek en Chemie; afstudeerverslag, or. E73-EE-97 [Kui97] Kuiken, EJ. "Belastingprognose 1997-2017" sep. 1997; intern rapport ENW E-Trans N.V.; B&N97T003 [Nai83] Nailen, R.L. "Spooks on the power line? - Induction generators and the public utility" nov.ldec. 1983; IEEE Transactions on Industrail Applications; Vol. IA-18, No.6 gepresenteerd op "Industrial and Commercial Power Systems Technical Conference 1982" [Onv97] "Onvoorziene niet-beschikbaarheid in netten van 50 kV ... 150 kV in 1996" mei 1997; EnergieNed; Arnhem; vertrouwelijk, verschijnt elkjaar [Ove94] Overbeek, prof.ir. H.H. "Elektriciteitsopwekking, -transport en -distributie I" feb. 1994; collegedictaat TU Eindhoven, or. 5691 [Ram97] Clemens, G.; Czauderna. C.; Fipper, M.; Katzfey, J.; Montebaur, A.; Vossiek, P. "RAMSES, Benutzerhandbuch" mrt. 1997; IAEW, TU Aken; gebruikershandboek

Pagina 34

[Rij97]

Rijanto, prof.dr.-ing. H.; Kersten, ir. W.F.J "Beveiliging van transport- en distributienetten" nov. 1997; PATO-cursus, TU Eindhoven

[Sch98] Schaik, G.M. van "Gebruikershandleiding voor het programma RAMSES" jan. 1998; Hogeschool Alkmaar, Sector Techniek en Chemie; afstudeerverslag, or. E31-ER-98

Pagina 35

Bijlage A: Conventie definities In deze bijlage wordt ingegaan op de gebruikte conventies voor generatoren en belastingen (zie ook [Ove94]. De gebruikte waarden zijn effectieve waarden. Deze worden weergegeven met hoofdletters. De onderstreepte symbolen zijn fasoren in het complexe vlak. Vermogens (effectieve): complexe vermogen werkzaam vermogen (kW, MW) blindvermogen (kvar, Mvar)

-S=V·r' -p = Re(~) = VI cos
schijnbaar vermogen (kVA, MVA)

S

Q = Im(~)

= VI sin
= I~I = VI

Conventies:

Verbruikersconventie

Leveringsconventie

Gen. I==+.s. ~

u ~ ==+.s.1 verbr.1

I

I

u werkzaam vermogen

leveren opname

opname Ieveren

POSITIEF NEGATIEF

overbekrachtigde generator, Ievert blindvermogen

__

• U

~

~

positief blindvermogen

~!

inductieve belasting, neemt blindvermogen op

naijlende stroom

negatief blindvermogen

onderbekrachtigde generator, neemt blindvermogen op

"",,~:::.......-_---,--,-
!

voorijlende stroom

Pagina 36

......

u

capacitieve belasting, Ievert blindvermogen

Bijlage B: Gegevens deelnet Haarlemmermeer In deze bijlage wordt een gedetailleerd overzicht gegeven van de gebruikte gegevens van kabels, transformatoren en belastingen in het deelnet Haarlemmermeer (HMM). In onderstaande figuur is het deelnet getekend. In de figuur zijn de vermogens van de transformatoren en de maximale transportvermogens van de kabels weergegeven. In de tekening Iijkt het alsof aile transformatoren parallel staan. Dit is in de praktijk aileen het geval bij de 150/50 kV transformatoren. De 10 kV zijden van de driewikkelingstransformatoren staan niet parallel in verband met het kortsluitvermogen. Indien er twee driewikkelingstransformatoren in het 150 kV station aanwezig zijn, wordt de 10 kV installatie gevoed via een 10 kV wikkeling, de 10 kV wikkeling van de andere transformator blijft open. Indien er drie driewikkelingstransformatoren aanwezig zijn, worden er twee 10 kV installaties geplaatst die elk door een 10 kV wikkeling gevoed worden. De 10 kV wikkeling van de derde transformator wordt als reserve voor de beide 10 kV installaties gebruikt. Deze is aangesloten via een vork-schakeling lO • _.,..._ _.....,._ _ HMM150 HMM10 95MVA

-_

95 MVA

25MVA

............ 18MVA

........,....- HMM50 RZB50

40MVA 40MVA

40MVA

RZB10 36MVA

18MVA 36MVA 18MVA 30MVA 40MVA

HFDIO

HFD50 .....L.,....._..,...-I_NVP50

36MVA

36MVA

_.l-_.l-_NVP10

Figuur 8: Deelnet Haarlemmermeer De 50/10 kV transformatoren staan evenmin parallel. Indien er in een 50 kV station drie transformatoren staan, dan worden er twee 10 kV installaties elk door een transformator gevoed. De derde transformator is reserve en eveneens aangesloten met een vork-schakeling. Indien in een 50 kV station twee transformatoren staan, wordt een 10 kV installatie via een transformator gevoed en is de tweede transformator reserve. Een 10 kV installatie mag niet door twee transformatoren gevoed worden omdat dan het toelaatbare kortsluitvermogen overschreden wordt.

10 Een vork-schakeling is een constructie waarbij de reserve transformator op een van beide 10 kV installaties aangesloten kan worden. De secundaire zijde van de transformator is aangesloten op een hulprail. Vanuit deze hulprail zijn twee (kabel)verbindingen aangebracht, elk naar een 10 kV installatie. 1n deze verbindingen zijn vermogensschakelaars opgenomen waarmee de transformator op een van beide 10 kV installaties aangesloten kan worden.

Pagina 37

Van aBe componenten worden hieronder de gegevens in tabellen weergegeven. lndien netten uitgebreid worden met extra kabels, dan krijgen deze kabels dezelfde eigenschappen als de hieraan parallellopende kabel(s). Voor uitbreidingen met 150 kV transformatoren geldt deze regel ook. Voor de uitbreiding met transformatoren in de 50/10 kV stations gelden de volgende regels: • lndien er drie 18 MVA transformatoren staan (waarvan een reserve) dan worden twee 18 MVA transformatoren vervangen door twee 36 MVA transformatoren. Een van deze 36 MVA transformatoren wordt dan als reserve gebruikt. Het veilig stationsvermogen neemt dan toe van 2x 18 MVA naar 18 + 36 MVA. • lndien er twee 36 MVA transformatoren staan, dan wordt een 18 MVA transformator toegevoegd. Ook hier wordt een 36 MVA transformator als reserve gebruikt. Hier neemt het veilig stationsvermogen dan toe van 36 MVA naar 18 + 36 MVA. lndien er in een station drie transformatoren staan, is er altijd een reserve en deze is dan op de 10 kV instaBaties aangesloten met een vork-schakeling. Aile transformatoren zijn uitgevoerd met een regelschakelaar. Deze zit altijd in de primaire wikkeling en wordt altijd geregeld aan de hand van de spanning aan de secundaire, 10 kV, zijde van de transformator.

Netvoeding HMM150 lk"

= 11,547 kA, Sk" = 3000 MVA, Unom = ISO kV.

Totale belastingen op 10,5 kV niveau, prognose 2017 Station S (MVA) cos

50 kV kabels R(O) Verbinding Lengte (m) X (0) C (flF) lnom (A) NVP-RZB 11.500 1,507 1,909 3,439 345 HFD-NVP 5.945 0,458 0,761 1,243 462 HMM-HFD (2x) 5.000 0,385 0,640 1,255 462 HMM-RZB 0,616 1,024 8.000 1,672 462 De homopolaire grootheden zijn niet opgegeven, aangezien deze in de beschouwing niet gebruikt worden. Aile verbindingen zijn 3x I fase 400 mm 2 Aluminium XLPE kabels behalve de verbinding NVP-RZB. Dit is een gecombineerde kabel bestaande uit 10.500 m 3x Ifase 400 mm 2 Aluminium XLPE en ongeveer 1000 m 3 fasige 120 mm 2 Koper (massa)kabel.

Tweewikkelingstransformatoren circuit

type

Snom Unomwl Unomw2 MVA kV kV HFDTRI Smit 18 50,5 10,5 HFDTR2 Smit 18 50,5 10,5 HFDTR3 Smit 18 50,5 10,5 NVPTRI Smit 36 51,4 11,5 NVPTR2 Schorch 36 51,4 11,5 RZBTRI Smit 36 51,4 11,5 RZBTR2 Smit 36 51,4 11,5 ABe tweewikkelingstransformatoren hebben de

Pagina 38

tap Pk Uk % kW mm 10, I 79,4 0 10,1 78,8 0 10,67 70,9 0 19,84 107,4 0 19,9 109,8 0 19,66 107,2 0 19,66 107,6 0 schakeling Dyn7.

tap tap max nom 16 8 16 8 16 8 23 13 23 13 23 13 23 13

tapgrootte kV 0,634 0,634 0,634 0,6 0,6 0,6 0,6

Driewikkelingstransformatoren type Snomwl Snomw2 Snomw3 Unomwl Unomw2 Unomw3 kV kV kV MVA MVA MVA 52,5 11,1 25 150 Smit 95 95 52,5 11,1 95 25 150 AEG-ETl 95

type

tap mm 0 0

tap max 23 23

tap tapgrootte kV nom 12 1,5 1,5 12

Pk,13 Pk,23 Pk,12 kW kW kW 97,1 98 Smit 11,35 14,46 10,91 244,7 76,6 12,23 190,6 78 AEG-ETI 11,59 16 AIle driewikkelingstransformatoren hebben schakeling YyOd5. Uk,12

Uk, 13

Uk,23

%

%

%

Kortsluitvastheid installaties Spanningsniveau Kortsluitvastheid (MVA) 10 kV 250 50 kV 2500 150kV 8000

Pagina 39

Bijlage C: Verschakelbaar vermogen Stations mogen normaal gesproken een maximale belasting hebben die gelijk is aan het veilig transformator vermogen. Is de belasting hoger dan dit veilig transformator vermogen, dan wordt gebruik gemaakt van verschakelbaar vermogen. Dit is het vermogen dat door strengen die in geval van een calamiteit op een ander station geschakeld kunnen worden, gevraagd wordt. Zo kan de stationsbelasting in geval van een calamiteit verlaagd worden. Bij het ontwerpen van het net wordt hiermee geen rekening gehouden; er wordt niets over vermeld in de netontwerp criteria. De grootte van het verschakelbaar vermogen wordt bepaald door de mate van overschrijding van het veilig transformator vermogen maar ook door de ruimte die op de andere stations, waarop de belasting geschakeld wordt, aanwezig is. Stel station A heeft een bepaalde hoeveelheid verschakelbaar vermogen dat op station B overgenomen kan worden. Indien de belasting op station A toeneemt moet het verschakelbaar vermogen ook toenemen, maar het verschakelbaar vermogen wordt beperkt door de ruimte in station B. Indien op station B de belasting toeneemt, wordt het verschakelbaar vermogen in station A kleiner aangezien de ruimte op station B afgenomen is. Voor lange termijn planningen kan het verschakelbaar vermogen dus niet meegenomen worden, aangezien dit niet aileen afuankelijk is van de overschrijding op het eigen station maar ook van de ruimte op andere stations. Deze ruimte neemt af indien de belasting op deze stations toeneemt. Wordt op zo'n station een extra transformator geplaatst dan ontstaat er weer meer ruimte en kan het verschakelbaar vermogen weer toenemen. Aangezien deze situaties op de lange termijn niet goed te voorspellen zijn, kan het verschakelbaar vermogen in de lange termijn planning niet meegenomen worden. In de korte termijn planning en tijdens calamiteiten kan uiteraard wei gebruik gemaakt worden van het verschakelbaar vermogen. Indien bijvoorbeeld een extra kabel gelegd moet worden omdat anders tijdens een calamiteit de bestaande verbinding overbelast wordt, kan deze investering wellicht uitgesteld worden door vermogen te verschakelen indien deze calamiteit optreedt. De beschouwingen in deze studie zijn allemaallange termijn studies en dus wordt, op grond van het bovenstaande geen verschakelbaar vermogen meegenomen. Opmerking: Hieronder valt ook de verbinding RZB-UHN die eveneens beschouwd kan worden als een verschakel mogelijkheid. Daarnaast geldt op grond van de netontwerp criteria dat elk deelnet n-l veilig dient te zijn. Indien dit zo is kan uitval van een component altijd door het eigen deelnet opgevangen worden. Indien er een n-2 situatie optreedt, kan uiteraard wei van de genoemde verbinding gebruik gemaakt worden. Dit laatste aspect wordt niet meegenomen in de studies voor dit onderzoek.

Pagina 40

Bijlage D: Smoorspoelen ter beperking van het kortsluitvermogen In de variant met aansluiting van de eenheden op de 10 kV rail (lOR) is er het probleem dat de decentrale opwekeenheden op de 10 kV rail ervoor zorgen dat het kortsluitvermogen op de 10 kV rail de kortsluitvastheid (250 MVA) overschrijdt. Ter beperking van dit kortsluitvermogen zijn als voorbeeld smoorspoelen aangebracht. Er zijn ook andere manieren die het kortsluitvermogen beperken. Indien bijvoorbeeld een decentrale opwekeenheid aangesloten worert;net een DC-koppeling (gelijkspannings- of gelijkstroomtussenkring), levert de eenheid geen bijdrage tot het kortsluitvermogen. De grootte van deze smoorspoelen is als voIgt berekend. Er wordt uitgegaan van een synchrone generator met een subtransiente synchrone reactantie X~. Voor deze waarde is in VISION 0,2 p.u. genomen. Indien deze waarde hoger blijkt te zijn, is dit voordelig voor het kortsluitvermogen; dit neemt afbij grotere reactanties. Voor de bijdrage aan het kortsluitvermogen op de rail Sk.gen kan de volgende formule afgeleid worden: Sk,gen

Sn

U~

Xd,pu

Xd

= 1,1-"- = 1,1-"

(D-l)

Het kortsluitvermogen kan gereduceerd worden door tussen generator en rail een smoorspoel te plaatsen met impedantie Xs ' In bovenstaande formule dient X~ dan vervangen te worden door X~ + X s ' Aan de hand van de kortsluitvastheid (250 MVA) en het kortsluitvermogen op de 10 kV rail zonder decentrale opwekking kan de toelaatbare verhoging van het kortsluitvermogen, Sk,gen max bepaald worden. Door deze waarde eveneens in bovenstaande formule in te vullen en gebruik te

" maken van de betrekking X d

= X "U~ d •pu S

kan de volgende formule voor de waarde van de

n

smoorspoel impedantie afgeleid worden: X

= s

U 2(

1,1

n Sk,genmax

_

X~,puJ

(D-2)

Sn

Uit VISION bleek voor de kortsluitvermogens zonder decentrale opwekking met cos

Pagina 41

Met deze waarden voor de smoorspoelen blijkt met VISION het kortsluitvermogen als voIgt te zijn: 248 MVA HMM lOa: NVPI0: 246 MVA RZBIO: 246 MVA Deze kortsluitvermogens liggen onder de kortsluitvastheid van de 10 kV instalIaties. De uiteindelijke waarden zijn iets hoger dan de in de berekening aangenomen waarde voor het kortsluitvermogen, 240 MVA. De oorzaak hiervan zijn afrondingen in de impedanties van de smoorspoelen en in de waarden voor de door VISION berekende kortsluitvermogens. De kosten van de smoorspoelen zijn geschat. Een 10 kV 3 fasen spoel van 1 Q, 1000 A kost 55.000 NLG. De kosten van de hierboven genoemde spoe1en worden geschat op 230.000 NLG voor aile drie de spoe1en. Hierboven is aileen gekeken naar decentrale opwekking met cos

NVP

HMM cos

~U(V)

+755 -171 -164

hoek (0) 10,2 10,9 2,6

~U(V)

+224 +8 -173

RZB hoek CO) 2,4 2,3 2,9

~U(V)

+254 +7 -180

hoek (0) 2,7 2,4 3,0

In de tabel zijn de spanningsverschillen en de hoekverdraaiingen van de aansluitpunten van de decentrale opwekeenheid (vanuit het net achter de smoorspoel) ten opzichte van de 10 kV rail in het station gegeven. Duidelijk is te zien dat er bij een cos

Pagina 42

Bijlage E: Berekeningen investeringsbedragen varianten Voor de in paragraaf 3.3 genoemde varianten zijn de investeringsbedragen berekend. In deze bijlage zijn de gedetailleerde berekeningen weergegeven. Er is uitgegaan van de volgende richtbedragen in Nederlands guldens (NLG): 13.000.000 50 kV station 450 50 kV kabel I m 150/501l 0 kV transformator 3.335.000 650.000 50/10 kV transformator, 36 MVA 350.000 50/1 0 kV transformator, 18 MVA 500.000 10kV installatie 3 smoorspoelen (zie Bijlage D) 230.000 Voor de volledigheid wordt in Tabel 7 en Tabel 8 het aantal componenten per variant weergegeven. Hierin is ook het huidige net vermeld waarop de investeringen gebaseerd zijn. Het aantal kabels is opgegeven en de totale lengte hiervan afgerond op hele kilometers. Bij de investeringen voor de kabels worden aIleen de nieuwe kabels meegenomen. In variant 50-S wordt het nieuwe station in een bestaande kabel aangesloten. Deze kabel wordt als twee kabels in Tabel 7 en Tabel 8 vermeld, maar er worden geen investeringen aan toegekend. Achter de plustekens zijn de transformatoren vermeld die nodig zijn voor de aansluiting van de decentrale opwekeenheden.

Tabel 7: Aantal componenten voor varianten met 72 MW decentrale opwekking Variant

kabel aantal

Huidig Stnd G lOR L 0 G 50R L 0 G 50S L 0

5 9 7 6 7 7 7 7 10 9 11

lengte (km) 35 59 46 40 46 46 46 46 56 51 62

150 kV transf. 95MVA 2 3 2 2 3 3 3 3 3 3 3

Varianten met hoeveelheid decentrale opwekking 72 MW: Stnd: Ix 150 kV transf. 95 MVA 3.335.000 2x 50 kV transf. 36 MVA 2x 650.000 3x 10 kV installatie 3x 500.000 2x 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) 2x 5000x 450 Ix 50 kV kabel HMM-RZB (8000m) 8000x 450 Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) 6000x 450 totaal

50kV transf. 36MVA 4 6 4 4 4 6+4 6+4 6+4 6 6 6

50kV transf. 18MVA 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

3.335.000 1.300.000 1.500.000 4.500.000 3.600.000 2.700.000 16.935.000 NLG

Pagina43

10R-G: Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) smoorspoelen totaal 10R-L: Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) smoorspoelen totaal 10R-0: Ix 150 kV transf. 95 MVA Ix 10kV installatie Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) smoorspoelen totaal 50R-G, 50R-L, 50R-0: Ix 150 kV transf. 95 MVA 6x 50 kV transf. 36 MVA 3x 10 kV installatie Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) totaal 50S-G: 50 kV station Ix 150 kV transf. 95 MVA 2x 50 kV transf. 36 MVA 3x 10 kV installatie Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) Ix 50 kV kabel RZB-INV (7500m) 2x 50 kV kabel INV-NVP (4000m) totaal 50S-L: 50 kV station Ix 150 kV transf. 95 MVA 2x 50 kV transf. 36 MVA 3x 10 kV installatie Ix 50 kV kabel RZB-INV (7500m) 2x 50 kV kabel INV-NVP (4000m) totaal 50S-0: 50 kV station Ix 150 kV transf. 95 MVA 2x 50 kV transf. 36 MVA 3x 10 kV installatie Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) Ix 50 kV kabel RZB-INV (7500m) 2x 50 kV kabel INV-NVP (4000m) Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) totaal

Pagina 44

5000x 450 6000x 450 230.000

2.250.000 2.700.000 230.000 5.180.000 NLG

5000x 450 230.000

2.250.000 230.000 2.480.000 NLG

3.335.000 500.000 5000x450 6000x 450 230.000

3.335.000 500.000 2.250.000 2.700.000 230.000 9.015.000 NLG

3.335.000 6x 650.000 3x 500.000 5000x 450 6000x 450

3.335.000 3.900.000 1.500.000 2.250.000 2.700.000 13.685.000 NLG

13.000.000 3.335.000 2x 650.000 3x 500.000 5000x 450 7500x 450 2x4000x 450

13.000.000 3.335.000 1.300.000 1.500.000 2.250.000 3.375.000 3.600.000 28.360.000 NLG

13.000.000 3.335.000 2x 650.000 3x 500.000 7500x 450 2x 4000x 450

13.000.000 3.335.000 1.300.000 1.500.000 3.375.000 3.600.000 26.110.000 NLG

13.000.000 3.335.000 2x 650.000 3x 500.000 5000x 450 7500x 450 2x 4000x 450 6000x 450

13.000.000 3.335.000 1.300.000 1.500.000 2.250.000 3.375.000 3.600.000 2.700.000 31.060.000 NLG

Tabel 8: Aantal componenten voor varianten met 32 MW decentrale opwekking Variant

Huidig Stnd G lOR L 0 G 50R L 0 G 50S L 0

kabel aantal lengte (km) 35 5 9 59 54 8 54 8 54 8 54 8 54 8 54 8 54 9 52 9 52 9

150 kV transf. 95MVA 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3

Varianten met hoeveelheid decentrale opwekking 32 MW: Stnd: Ix 150 kV transf. 95 MVA 3.335.000 2x 50 kV transf. 36 MVA 2x 650.000 3x 10 kV installatie 3x 500.000 2x 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) 2x 5000x 450 Ix 50 kV kabel HMM-RZB (8000m) 8000x 450 Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) 6000x450 totaal 10R-G, 10R-O: Ix 150 kV transf. 95 MVA 3.335.000 2x 650.000 2x 50 kV transf. 36 MVA 2x 10 kV installatie 2x 500.000 Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) 5000x450 Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) 6000x450 Ix 50 kV kabel HMM-RZB (8000m) 8000x 450 totaal 10R-L: Ix 150 kV transf. 95 MVA 3.335.000 2x 50 kV transf. 36 MVA 2x 650.000 Ix 10 kV installatie 500.000 Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) 5000x 450 Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) 6000x 450 Ix 50 kV kabel HMM-RZB (8000m) 8000x 450 totaal 50R-G, 50R-L, 50R-O: Ix 150 kV transf. 95 MVA 3.335.000 2x 50 kV transf. 36 MVA 2x 650.000 4x 50 kV transf. 18 MVA 4x350.000 3x 10 kV installatie 3x 500.000 Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) 5000x 450 Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) 6000x 450 Ix 50 kV kabel HMM-RZB (8000m) 8000x 450 totaal

50kV transf. 36MVA 4 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6

50 kV transf. 18MVA 3 3 2 1 2 3+4 3+4 3+4 3 3 3

3.335.000 1.300.000 1.500.000 4.500.000 3.600.000 2.700.000 16.935.000 NLG 3.335.000 1.300.000 1.000.000 2.250.000 2.700.000 3.600.000 14.185.000 NLG 3.335.000 1.300.000 500.000 2.250.000 2.700.000 3.600.000 13.685.000 NLG 3.335.000 1.300.000 1.400.000 1.500.000 2.250.000 2.700.000 3.600.000 16.085.000 NLG

Pagina 45

50S-G: 50 kV station Ix 150 kV transf. 95 MVA 2x 50 kV transf. 36 MVA 3x 10kV instal1atie Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) Ix 50 kV kabel HFD-NVP (6000m) Ix 50 kV kabel HMM-RZB (8000m) totaal 50S-L, 50S-0: 50 kV station Ix 150 kV transf. 95 MVA 2x 50 kV transf. 36 MVA 3x 10 kV instal1atie Ix 50 kV kabel HMM-HFD (5000m) Ix 50 kV kabel INV-NVP (4000m) Ix 50 kV kabel HMM-RZB (8000m) totaal

Pagina 46

13.000.000 3.335.000 2x 650.000 3x 500.000 5000x 450 6000x450 8000x 450

13.000.000 3.335.000 1.300.000 1.500.000 2.250.000 2.700.000 3.600.000 27.685.000 NLG

13.000.000 3.335.000 2x 650.000 3x 500.000 5000x 450 4000x 450 8000x 450

13.000.000 3.335.000 1.300.000 1.500.000 2.250.000 1.800.000 3.600.000 26.785.000 NLG

Bijlage F: Analyse van de windenergielevering Er is onderzocht of er voor windenergie een minimaal geleverd vermogen of een bepaalde leveringsbetrouwbaarheid aangegeven kan worden. Verwacht werd dat de windenergielevering onvoorspelbaar is. Er is uitgegaan van metingen uit het EMS (Energie Management Systeem). In dit EMS worden meetwaarden van stromen in verbindingen en transformatoren in het net opgeslagen. Van transformatoren wordt ook het geleverde werkzame en blindvermogen opgeslagen. Er zijn metingen gebruikt van twee groepen windmolens. Deze groepen worden in het vervolg aangeduid als windpark. Een windpark ligt in de buurt van Enkhuizen (enk), het andere bij Medemblik (mbk). Deze parken zijn aangesloten op een eigen 10 kV streng op het 50 kV station enk (streng V157) resp. mbk (streng VI59). In Enkhuizen staan 7 windmolens van elk 250 kW (Houtribdijk). In Medemblik staat 1 molen van 1 MW, 4 van 500 kW (windpark Lely) en 5 van 600 kW (windpark Wagendorp). In Enkhuizen kan dus maximaal 1,75 MW teruggeleverd worden en in Medemblik maximaal 6 MW. De cos

2000 , - - - - - - - - - - - - - - - : : - 7 = - - - . 1800 1600 ~ 1400 ... 1200 i 1000 E 800

80

~

...c

60

E

40

..

20 .'

.. 0

~

-------l

0

---+-1

0

100

300 stroom mbk (A)

400

~ :~~ +

20~ 1--+--+---+--+---+-1-----; o

200

400

600

800

1000

1200

stroom mbk (A)

Figuur 9: Correlatie tussen de stroomsterktes van de windleveringen (links) en de belastingen (rechts) in Enkhuizen (vert.) en Medemblik (hor.) Er zijn ook histogrammen gemaakt van de geleverde stromen; deze staan in Figuur 10. Hiertoe zijn er een aantal deelintervallen gemaakt. Vit deze histogrammen blijkt dat de verdeling van de geleverde energie vrij willekeurig is. Dit blijkt eveneens uit het gemiddelde en de standaarddeviatie van de stromen, zie Tabel9.

Pagina 47

B ~

500 400

r-~-----------------, ~enkl

300

~

200

i

~ 400

-------~------,

500

B c III III

300 200

100

100

o

0

~

0 N

0

(0

0

0 ......

..,.......

0

0

co ......

oN N

0

(0

N

0 0

0 ..,.

0

C')

C')

C')

co

stroom (A)

stroom (A)

Figuur 10: Histogrammen van de geleverde stroom in Enkhuizen (links) en Medemblik (rechts) Tabel 9: Statistische waarden van de stroomlevering in beide windparken Gemiddelde (A) Standaarddeviatie (A)

Enkhuizen 37,4 24,7

Medemblik 125,9 94,4

Ais er windenergie geleverd wordt, neemt de netto vraag naar werkzaam vermogen vanuit het net af, maar indien er asynchrone generatoren gebruikt worden stijgt de netto vraag m~ar blindvermogen. Vooral in die gevallen waarbij het teruggeleverde werkzame vermogen van de windmolens in dezelfde orde grootte ligt als het door de belasting gevraagde werkzame vermogen, kunnen er problemen optreden. Doordat het netto door het bovenliggende net geleverde werkzaam vermogen afneemt, maar het blindvermogen toeneemt (asynchrone generatoren), treden er zeer slechte cos

Pagina 48

Bijlage G: Modellering in RAMSES Voor de betrouwbaarheidsberekeningen wordt gebruik gemaakt van het programma RAMSES van de TV Aken. Dit programma berekent aan de hand van de opgegeven netwerktopologie en de betrouwbaarheidsgegevens van de gebruikte componenten de betrouwbaarheid van de levering voor de belastingen. In de analyses worden een aantal aannamen gemaakt. Een totaal overzicht is te vinden in paragraaf 5.3. Op enkele van de aannames en op andere modelleringsproblemen zal in deze bijlage ingegaan worden. Voor de duidelijkheid zal hier een overzicht gegeven worden van de door RAMSES gebruikt invoerfiles: • Topo-file, *.top: Hierin wordt de nettopologie opgegeven, dus de stations, verbindingen, transformatoren, schakelaars, belastingen, opwekeenheden enz. • Vierpol-file, *.vie: In deze file worden de elektrische gegevens van de gebruikte componenten opgegeven. Voor kabels bijvoorbeeld de weerstand, inductiviteit, capaciteit, verliesgeleiding enz. per lengte, voor transformatoren vermogen primaire en secundaire spanning, kortsluitspanning, verliezen, tapstanden enz. • Zuvkenn-file, *.zuv: Hierin staan de betrouwbaarheidsgegevens van de in het net gebruikte componenten. Een overzicht van de bij de analyse gebruikte gegevens staat in Bijlage H. • Wiederversorgung-file, *.wvs: In deze file kunnen eventuele herstelstrategieen en automatische omschakelingen aangegeven worden. Ook kunnen bepaalde componenten geblokkeerd worden zodat RAMSES deze zelf niet gebruikt bij herstelacties. • Leistungszustand-file, *.Izu: In deze file kunnen bepaalde belasting-duurkrommen opgegeven worden. Deze optie is bij de analyses voor dit onderzoek niet gebruikt.

100% belastbaarheid in normaal bedrijf Tijdens normaal (ongestoord) bedrijf mogen componenten maximaal 100% belast worden. Aan deze eis kon in enkele gevallen aIleen voldaan worden indien de belastingen in RAMSES iets lager genomen werden dan in VISION. De belastingen zijn dan zover verlaagd totdat er geen overbelasting meer optrad; hierbij zijn de cos cp waarden van de belastingen gehandhaafd. Bij de kortsluitberekeningen en de loadflowanalyses in VISION is er namelijk vanuit gegaan dat componenten continu 5% overbelast mogen worden. De belastingen zijn in RAMSES rechtstreeks aangesloten op de 10 kV rail. In deze tak is geen schakelaar aanwezig; weI kan de belasting aan een dubbelrailinstallatie aan beide rails gehangen worden. Het falen van een afgaand schakelveld wordt dus niet meegenomen. Dit kan in RAMSES weI gemodelleerd worden, maar dit is vrij omslachtig. De grootte van de belastingen is, net als bij de loadflowberekeningen in VISION (hoofdstuk 4), gebaseerd op de belastingprognose voor 2017. Koppelschakelaars In aIle stations worden dubbelrailinstallaties gebruikt. In de praktijk zijn de koppelschakelaars in deze installaties van afstand bedienbaar. Indien er een railfout optreedt, wordt de rail door de beveiliging spanningsloos geschakeld. De uitgevallen verbindingen worden pas in bedrijf genomen nadat er geschouwd is. Dit schouwen houdt in dat er in het station door iemand gekeken wordt, wat er precies gebeurd is. Dit schouwen duurt enige tijd, de schouwtijd. In RAMSES kunnen ook handbediende schakelaars en scheiders gemodelleerd worden. Schakelaars in RAMSES zijn altijd beveiligd. Dus indien een railfout optreedt, zou de koppelschakelaar door RAMSES geopend worden. In de praktijk gebeurt dit niet omdat de koppelschakelaars op 50 kV en 10 kV niveau niet beveiligd zijn. De koppelschakelaars in een station worden daarom gemodelleerd

Pagina 49

door handbediende scheiders waarbij de handbediende tijd gelijk genomen wordt aan de schouwtijd, I uur. De verbediende tijd van de schakelaars wordt ingesteld op 5 minuten. Driewikkelingstransformatoren Bij de berekening van de basisloadflow (Grundlastfluss) in RAMSES bleek er een probleem op te treden bij de driewikkelingstransformatoren. In RAMSES wordt gebruik gemaakt van een stervormig vervangingsschema bestaande uit drie tweewikkelingstransformatoren. Van deze tweewikkelingstransformatoren moeten de kortsluitspanningen opgegeven worden. Aangezien afgeleid kan worden dat in het impedantie vervangingsschema een kleine capaciteit voorkomt in de 50 kV tak, moet in het vervangende schema een negatieve kortsluitspanning voor de 50 kV tak ingevuld worden. Dit was in eerste instantie niet toegestaan. Na contact opgenomen te hebben met de TU Aken is deze fout na enkele weken hersteld. Verder bleken er problemen op te treden bij de spanningen van de transformatoren. Bij nader inzien bleek RAMSES als voIgt te rekenen met de transformatoren; Bij de transformatoren worden in het Vierpol-bestand de ontwerpspanningen van de transformator per wikkeling opgegeven. In het Topologie-bestand wordt aangegeven welke spanningsniveau's er in het net voorkomen. Voor het bepalen van de overzetverhouding van de tweewikkelingstransformatoren worden de ontwerpspanningen uit het Vierpol-bestand gebruikt. Maar voor het bepalen van de overzetverhouding van de driewikkelingstransformatoren worden de netspanningen uit het Topologiebestand gebruikt. (De ontwerpspanningen worden bij aile transformatoren gebruikt voor de bepaling van de belastbaarheid van de wikkelingen). In het ingevoerde net trad het probleem op bij de 10 kV spanning van de 150 kV transformator: deze wordt te laag omdat de netspanning 10,5 kV bedraagt terwijl de ontwerpspanning 11,1 kV is. Een oplossing hiervoor is het invoeren van een extra spanningsniveau op 11,1 kV en dit te gebruiken voor de 10 kV installatie in het 150 kV station. Dit is ook zo in RAMSES uitgevoerd. Door invoering van een extra spanningsniveau van 11, I kV voor de 10kV installatie in HMM, stemmen de resultaten van RAMSES en VISION met elkaar overeen. Dit probleem is eveneens kenbaar gemaakt aan de TV Aken is na enkele weken opgelost. De bovengenoemde modellering in RAMSES is gehandhaafd. Dubbelrailsysteem Ook bleek RAMSES een fout te maken indien er een fout optrad in een dubbelrailinstallatie met twee secties per rail. Deze fout trad aileen op indien er een belasting aangesloten was op de tweede sectie van de tweede rail. Deze fout wordt verduidelijkt aan de hand van Figuur 11. Slack

11 H ;.J12!:.--Q------.

last

Figuur 11: Dubbelrailinstallatie met twee secties in RAMSES

In deze figuur is een dubbelrailinstallatie getekend, die gevoed wordt met twee faalvrije voedingen vanuit de slack-bus. De koppelingen tussen de secties zijn gemodelleerd met handbediende (H) scheiders (rondje). De voedingen zijn aangesloten op de rail met twee railscheiders, een vermogensschakelaar (vierkantje) en een scheider aan de kabelllijnzijde (niet afgebeeld in figuur). Dichte rondjes duiden op gesloten scheiders en open rondjes op geopende scheiders; dit geldt analoog voor schakelaars. De railsecties worden door RAMSES als voIgt genummerd. Het eerste cijfer geeft de

Pagina 50

sectie aan en het tweede de rail. Dus rail 21 duidt op de tweede sectie van de eerste rail. Er is een belasting aangebracht op rail 22 (de tweede sectie van de tweede rail). Indien in deze situatie in de praktijk een railfout optreedt op een rail, bijvoorbeeld rail 12, dan wordt de voeding naar deze rail, de rechtse in de figuur, door de beveiliging geopend. Vervolgens wordt er geschouwd en daama wordt de gestoorde railsectie vrijgeschakeld (openen koppelschakelaar tussen rail 12 en rail 22). Vervolgens wordt de niet gestoorde railsectie, rail 22, weer in bedrijf genomen. Indien op rail 22 een railfout optreedt, wordt deze rail na uitschakelingen door de beveiliging en na de schouwtijd eveneens vrijgeschakeld. Maar in dit geval wordt de belasting overgenomen op de ander rail, rail 21. In beide gevallen wordt de belasting 1 uur niet verzorgd (gedurende de handbediende tijd). RAMSES maakte de fout door in dit geval bij een fout op rail 12, 1 uur uitvaltijd te berekenen, maar bij een fout op rail 22, 5 minuten uitvaltijd te berekenen. Dit laatste klopt niet. Indien de belasting op een andere railsectie aangesloten werd (rail 11, 12 of 21) berekende RAMSES steeds een uitvaltijd van 1 uur bij een fout op sectie 1 en ook bij een fout op sectie 2 van dezelfde rail. Over deze fout is contact opgenomen met de TU Aken en deze fout is na enkele weken hersteld. In de huidige RAMSES-versie treedt deze fout niet meer op.

Gebruik reserve transformator verbieden AIle stations zijn zodanig uitgevoerd dat er een reserve transforrnator aanwezig is, zie ook Bijlage B. Indien dus een transforrnator uitvalt kan, door de reserve transforrnator in te schakelen, het gevraagde verrnogen toch geleverd worden. Op een 10 kV installatie mogen nooit twee transforrnatoren parallel geschakeld zijn op dezelfde rail of op gekoppelde rails. Indien dit weI gebeurt wordt het kortsluitvermogen op de 10 kV installatie te hoog. De 10 kV installaties moeten dus altijd door een transforrnator gevoed worden. In de herstelstrategieen in RAMSES wordt hierrnee geen rekening gehouden. Het kan dus voorkomen dat indien een transforrnator uitvalt, RAMSES de reserve transforrnator inschakelt en de rails in een station gekoppeld worden. Deze koppeling kan rechtstreeks gebeuren door de koppelscheider te sluiten of via de vorkschakeling van de reserve transforrnator. Hetzelfde kan gebeuren bij uitval van een 10 kV railsectie in een station. De berekende betrouwbaarheid verandert hierdoor niet in de varianten zonder decentrale opwekking. Indien of een transforrnator of een 10 kV railsectie in een station uitvalt, is het altijd mogelijk de volledige belasting te voeden. Oat RAMSES een manier vindt die in de praktijk niet toegestaan is verandert niets aan de betrouwbaarheid. Slechts in een geval levert dit weI een probleem op. Indien in een station 2 transforrnatoren van 36 MVA en een van 18 MVA staan, staat een van de 36 MVA transforrnatoren reserve. Indien de 18 MVA transforrnator uitvalt, worden de beide 36 MVA transforrnatoren parallel geschakeld. Aangezien deze identiek zijn is dit geen probleem. Maar indien de 36 MVA transforrnator uitvalt wordt de reserve 36 MVA transforrnator parallel geschakeld met de nog in bedrijf zijnde 18 MVA transforrnator. Aangezien deze een verschillende kortsluitspanning hebben, ontstaat er een ongelijke verrnogensverdeling over de transforrnatoren. Indien de transforrnatoren niet te hoog belast zijn, is dit in RAMSES geen probleem. Maar indien de transforrnatoren hoog belast zijn, wordt de 18 MVA transforrnator overbelast. Oit komt in enkele gevallen voor in station HFD. Hiervoor zijn maatregelen genomen in de Wiederversorgungsfile. Het parallelschakelen van de transforrnatoren is niet in aIle gevallen verboden, maar aIleen indien een dergelijke overbelasting zich voordeed. Het is namelijk moeilijk een eenduidige schakelactie voor te schrijven die toch voldoet en verder niet merkbaar aanwezig is.

Pagina 51

Het blokkeren van de reserve 10 kV wikkeling van de driewikkelingstransforrnatoren in HMM gaf nog een probleem. In de Wiederversorgungsfile kan aangegeven worden welke takken door RAMSES niet gesloten mogen worden. Van deze takken moet een begin- en een eindknooppunt aangegeven worden. Het probleem ontstaat nu bij het definieren van het beginknooppunt van de 10 kV wikkeling. In het vervangingsschema in RAMSES wordt een hulpsterpunt ingevoerd, maar naar dit sterpunt kan niet gerefereerd worden. De oplossing van dit probleem is het invoeren van een hulpknooppunt in de tak van de 10 kV wikkeling naar de 10 kV rail. Dit is weergegeven in Figuur 12. De 10 kV wikkeling wordt rechtstreeks aangesloten op deze hulprail en de hulprail wordt met een korte hulpkabel en een schakelveld aangesloten op de 10 kV installatie. Deze laatste tak tussen hulprail en 10 kV installatie kan dan geblokkeerd worden. HMMIO

11

HMMIO

H

12 hulprail

HMMl50

HMMl50

---{

---{

Oud

Nieuw

Figuur 12: Aangepaste modellering voor blokkering van de 10 kV wikkeling van driewikkelingstransforrnator Bij de 'huidige' bedrijfsvoering worden alle reserve transforrnatoren geblokkeerd in de stations. Ze worden alleen ingeschakeld indien een van de in bedrijf zijnde transforrnatoren uitvalt. Bij de nieuwe bedrijfsvoering worden aileen transforrnatoren geblokkeerd indien er problemen ontstaan met een ongelijke belastingsverdeling, zoals boven beschreven. Dit wordt gebaseerd op de enkelvoudige fouten simulatie in RAMSES. Bij enkelvoudige fouten mogen alleen maar uitvalsduren van 5 minuten of 1 uur voorkomen. In de varianten met 32 MW decentrale opwekking op de 10 kV rail was volgens de enkelvoudige analyse geen blokkering nodig. Maar bij de tweevoudige analyse bleek er een groot verschil op te treden tussen de beide 10 kV belastingen in HFD. Door hier de reserve transforrnator te blokkeren, was dit probleem opgelost.

Pagina 52

Bijlage H: Betrouwbaarheidsgegevens van componenten In deze bijlage wordt een overzicht gegeven van de gebruikte betrouwbaarheidsgegevens die gebruikt zijn in het programma RAMSES. Deze gegevens zijn gebaseerd op [Sch98]1l. Alleen de gegevens die voor het bestudeerde net relevant zijn worden in Tabel 10 weergegeven.

TabeIIO: Betrouwbaarheidsgegevens van de componenten in RAMSES AT (u.) 't (u.) A (/jr.) 8 (u.) 8,ne! (u.) OT (/jr.) Component 5 1,35 100,14 160 2 72 2 150 kV rail * 1,75 to,2 47,92 0,2 21 8 150 kV schakelaar 2,92 to,4 4 0,2 8 72 2 50 kV rail * 1,75 to,2 40,92 0,2 4 20 50 kV schakelaar 9,21 10-5 4 2 0,2 8 72 10 kV rail * 1,75 to,2 4 40,92 0,2 20 10 kV schakelaar 2 1,75 100,34 21 4 452 72 Transformator 3 9,39 to24 0,2 8 3 72 50 kV kabel * Deze faalgegevens zijn opgegeven per schakelveid. Om het faaltempo per railsectie te bepalen wordt dit getal in RAMSES vermenigvuldigd met het aantal schakeivelden op deze sectie. In deze tabel is A het faaltempo van de component, 8 de reparatieduur, 8,ne} de versnelde-reparatieduur, OT het onderhoudstempo, 't de onderhoudsduur en AT de afbreektijd van dit onderhoud (= teruggavetijd). Bij E-Trans is het reparatiebeleid als voigt: indien een component faalt wordt deze gerepareerd, gedurende deze reparatietijd (8) is het systeem n-veilig. Indien nog een component faalt waardoor de levering uitvalt, wordt een van beide componenten versneld gerepareerd met een duur gelijk aan de versnelde-reparatieduur 8,nel' RAMSES kent geen versnelde reparatie. Wei kan in RAMSES kort- en langdurend onderhoud opgegeven worden. Bij de invoer van bovengenoemde gegevens in RAMSES een omrekening gebruikt, zie [Hop97, biz. 34]. Deze omrekening wordt aan het einde van deze bijlage uitgelegd. Uit de gegevens blijkt dat scheiders en koppeischakelaars faalvrij verondersteld zijn. Ook het onterecht aanspreken of het weigeren van een beveiliging wordt niet meegenomen. WeI is het common mode falen van railsystemen meegenomen, zie Tabel 11.

TabeIll: Common mode falen van railsystemen Railsysteem 150 kV 50 kV 10 kV

A (/jr.) 1,75 10-4 1,75 10-4 1,75 10-4

8 (u.) 2 4 4

De gegevens in [Sch98] zijn gedee/te/ijk overgenomen uit [Hop97]. De gegevens zijn gebaseerd op de EnergieNed gegevens uit 1993 (faa/tempo) en gesprekken met E-Trans werknemers (onderhoud en reparatie gegevens). II

Pagina 53

Warmtekrachteenheden Aan de hand van gegevens van de WKON I2 is een analyse gemaakt van de op dit moment aanwezige opwekeenheden in het hele ENW-net. In deze analyse komen aileen de door WKON beheerde opwekeenheden naar voren. Dit is geen probleem aangezien het merendeel van de in het ENW-net aanwezige opwekeenheden bij de WKON beheerd wordt. Uit deze analyse volgen gegevens in Tabel 12. Tabel12: Gegevens opgestelde decentrale opwekeenheden van de WKON Type Tuinbouw Zorg Woningbouw Zwembaden Industrie Utiliteit Totaal

Opgesteld vermogen (kW) 37.683 5.949 2.974 2.465 1.215 858 51.144

Percentage t.o.v. totaal (%) 73,7 11,6 5,8 4,8 2,4 1,7 100,0

Opmerkingen

niet op het net niet op het net

Duidelijk is dus dat het merendeel van de opwekeenheden bij de tuinbouw staat, zo'n 74%. Besloten is van een aantal van deze eenheden het uitvalstempo en -duur te bepalen. Met het uitvalstempo wordt in dit geval het niet-Ieveren van energie bedoeld. Dit niet-Ieveren ontstaat voornamelijk ten gevolge van de bedrijfsvoering. Een klein gedeelte wordt bepaald door storingen in de opwekeenheid. De verhouding tussen beide is niet vastgesteld. Hiervoor zijn uitgebreidere analyses nodig van de opwekeenheden. Deze zijn gezien de tijd niet uitgevoerd. Daarnaast is een eventuele gemeenschappelijke oorzaak, bijvoorbeeld een spanningsdip, niet beschouwd. Ook hiervoor zijn uitgebreidere analyses nodig. De eenheden bij de WKON draaien voornamelijk tijdens de plateau-uren, dus van 8.00u tot 20.00u (van maandag tot en met vrijdag). Er is een selectie van een aantal tuinbouw eenheden gemaakt en van deze selectie is in de maand december 1997 het aantal malen niet-Ieveren en de duur per keer geYnventariseerd tijdens de plateau-uren. Hiervoor is gekozen aangezien er uitgegaan wordt van een maximale belasting in het net Bij de inventarisatie wordt een splitsing gemaakt in twee typen opwekeenheden; met en zonder warmteopslagtank (WOT). Een eenheid met een warmteopslagtank draait zoveel mogelijk tijdens plateau-uren omdat dan de terugleververgoeding het hoogst is. De dan opgewekte warmte wordt opgeslagen en gedurende de nacht gebruikt. Deze eenheden draaien dus vrijwel continu tijdens de plateau-uren. De eenheden zonder warmteopslagtank vertonen een wat grilliger gedrag. Bij de WKON zijn 90 opwekeenheden bij tuinbouw opgesteld waarvan er 54 een warmteopslagtank hebben. De verwachting is dat in de toekomst de eenheden allemaal een warmteopslagtank hebben en voornamelijk tijdens plateau-uren zullen draaien.

/2 WKON is een onderdeel van ENW Power en plaatst en beheert warmtekrachtinstallaties in een gedeelte van het ENW gebied

Pagina 54

In de analyses in RAMSES worden voor de decentrale opwekeenheden de gegevens van de tuinbouweenheden met en zonder wannteopslagtank gebruikt. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen de eenheden met en zonder wannteopslagtank, zodat de invloed hiervan op de betrouwbaarheid bepaald kan worden. Vit de gegevens van de WKON kan voor elk type eenheid het faaltempo, oftewel het tempo van niet-Ieveren, en de uitvalsduur, oftewel de duur van niet-Ieveren, bepaald worden. Deze staan in Tabel 13. Tabel 13: Faalgegevens opwekeenheden met en zonder wannteopslagtank gem. faaltempo (lu.) gem. faaltempo (/jr.) gem. uitvalsduur (u.)

met WOT 0,024 206,3 4,462

geen WOT 0,062 546,2 2,685

Vit de tabel blijkt dat de eenheden met wannteopslagtank een kleiner faaltempo hebben maar weI een grotere uitvalsduur. Omrekening faalgegevens Zoals in de eerste paragraaf aangegeven is er een omrekening gemaakt voor de RAMSES invoer gegevens. Dit is gedaan om het versneld repareren van een component mee te nemen in RAMSES. Er wordt aangenomen dat het net n-l veilig is. Een uitval van een component heeft dan geen invloed op de niet-beschikbaarheid. Zogenaamde tweede-orde uitvallen zullen weI een bijdrage hebben in de niet-beschikbaarheid. Dit is bijvoorbeeld een uitval van een component als een ander component al gefaald is of een uitval tijdens onderhoud van een component. De niet-beschikbaarheid ten gevolge van falen kan dan beschreven worden door: NB = A2(A I S I)S snel 2 De 2e component wordt versneld gerepareerd. Bovenstaande vergelijking kan omgeschreven worden tot NB=A 2 {A 1 (Ssnel,1 +Sl -Ssnel,I»)esnel,2 =A 2 {AlSsnel,1 +A1(SI -Ssnel,I»)esnel,2 Door nu in RAMSES bij component 1 als reparatieduur Ssnet,1 in te vullen en naast het onderhoud uit TabellO een tweede onderhoudsactie in te voeren met tempo AI en duur SI-Ssnel,l, worden de nietbeschikbaarheden correct. De verhouding tussen niet-beschikbaarheid ten gevolge van onderhoud en ten gevolge van falen klopt niet meer, maar de totale niet-beschikbaarheid weI. Ook de duur ten gevolge van enkelvoudig falen klopt niet meer, maar dit is geen probleem aangezien uitgegaan wordt van een n-l veilig net.

Pagina 55

Bijlage I: Betrouwbaarheid van een groep opwekeenheden In deze bijlage wordt ingegaan op de betrouwbaarheid van meerdere kleine eenheden. Dit is gebaseerd op [Hof97]. Stel er wordt een maximale totale belasting Pg in het net gevraagd. Voor de voeding zijn N decentrale opwekeenheden beschikbaar. Elke eenheid heeft een uitvalkans 'A. Verder worden de eenheden identiek verondersteld. Stel dat het totale opgestelde vermogen van de eenheden gelijk is aan T (T > Pg). De grootte van een eenheid, L, bedraagt dan L = T / N. De kans dat er x eenheden in bedrijf zijn (en dus N-x eenheden uit bedrijt), gedraagt zich volgens een binominale kansdichtheidsfunctie f(x): P(x eenheden in bedrijf) = f(x)

=

(:)(1- 'Ay

'AN - x

(1-1)

De belasting kan gevoed worden indien minstens X min eenheden in bedrijf zijn. De kans dat minimaal dit aantal eenheden in bedrijf is, kan dan geschreven worden als N

Fx

= If(n)

(1-2)

Dit kan ook geschreven worden als xm",-I

Fx

= 1-

(1-3)

I fen) n=O

De rechterterm van het rechterlid is gelijk aan de binominale kansverdelingsfunctie voor successen in N trekkingen bij een kans op succes van l-'A.

X,nin-I

1.2

1 T---------==:::::::t"""....,.

rOLl

F( 100) 0.8 F(20) 0.6 F(5) 0.4 0.2

o

20

40

60

80

100

120

P

Figuur 13: Kans F dat een gevraagd vermogen P geleverd kan worden Indien er in een net N eenheden met een totaal vermogen van 100 MW opgesteld zijn ziet de kans op leveren, F, van een bepaald gevraagd vermogen, P, eruit zoals weergegeven in Figuur 13. In de grafiek is de kans uitgezet voor drie waarden van N namelijk 5, 20 en 100.

Pagina 56

Stel dat de gewenste kans op het niet kunnen leveren van het gevraagde verrnogen, kleiner moet zijn dan q. De kans dat de belasting gevoed kan worden, Fx , moet dan voldoen aan Fx > I - q (1-4) Combinatie van (3) en (4) geeft: x m11l

-1

(1-5)

2)(n)
Er geldt dus ook

If(n) ~q

(1-6)

n=O

Het gewenste minimale aantal eenheden, "min' kan dan aan de hand van (6) bepaald worden. Vervolgens kan het maximaal (met de gewenste betrouwbaarheid) te leveren verrnogen, Pmax' bepaald worden aan de hand van: Pmax = x mm.. L (1-7) Indien de belasting Pg bedraagt, kan de gewenste (minimale) eenheidgrootte, L g, berekend worden met:

Pg

Lg =-

(1-8)

x min

Bijvoorbeeld: Stel de belasting Pg is 100 kW. De kans dat niet geleverd wordt moet kleiner zijn dan 1 dag in 10 jaar, oftewel q= 1/3650. De uitvalskans Avan een eenheid is 0,05. Indien N=100 is de minimale eenheidgrootte 1,16 kW, bij 25 eenheden 5,26 kW en bij 5 eenheden 50 kW. Het totale opgestelde verrnogen in deze gevallen is dan 116 kW, 131,5 kW resp. 250 kW. Er is dus een overcapaciteit aanwezig van 16%, 31,5% resp. 150%. Vit dit voorbeeld blijkt duidelijk dat het uit het oogpunt van uitvalskans gunstiger is om een in het opgesteld verrnogen te verdelen over veel kleine eenheden in plaats van over enkele grote.

Pagina 57

Bijlage J: Resultaten betrouwbaarheidsanalyses variant Stnd met toevoeging van decentrale opwekking In deze bijlage worden de resultaten gegeven van de analyses van variant Stnd waaraan decentrale opwekking is toegevoegd. De manier van aansluiten van decentrale opwekking wordt weergegeven met de afkortingen zoals gedefinieerd in paragraaf 3.3. Bij de analyses in deze bijlage hebben deze afkortingen aileen betrekking op de manier van aansluiten van de decentrale opwekeenheden. De numerieke waarden zijn weergegeven in Tabel 14. De resultaten van de 10 kV installaties worden weergegeven in de vier figuren in deze bijlage. Tabel14: Betrouwbaarheidsgegevens variant Stnd met toevoeging van decentrale opwekking Variant Huidig Stnd G L lOR

0 50R

G L

0 30,00

-----~I---I

I

--r,

\

"

20,00

I

I ..

"

\

25,00

St~'~'

I. __ .1 '\..

RZB E (jr.) T (min.) 0,060 18,65 0,065 23,00 0,064 17,11 0,064 16,62 0,064 19,98 0,065 17,53 17,04 0,065 0,065 21,33

\

\. \

'.

\

'.

----T.-,-,-,-----+------ - - - - - - --------+---.,'-''---"-k-- - - - \ - - - - - + - - - 1

'.

v~..... '. '\

C

NVP E (jr.) T (min.) 0,061 20,09 0,071 27,16 0,065 17,45 0,065 17,45 17,45 0,065 0,065 17,89 0,065 17,89 0,065 21,65

"

---~\-------

\

§.

HFD E (jr.) T (min.) 0,062 19,76 0,067 24,75 0,066 18,31 0,066 18,31 0,066 18,31 0,067 19,97 0,067 19,97 0,067 23,63

HMM E (jr.) T (min.) 0,040 10,43 0,043 18,57 0,042 7,74 7,74 0,042 0,043 7,86 11,94 0,043 0,043 11,94 0,043 18,39

..... -

' ...

50R-O

,

----Ir---~'",--+-----+--".'"7-,,---+------+-----+---_______.::-+---1

15,00

I-

....

-. 2 minljr

......... "'" ,50R-L

Huidig--?

10,00

~:-" 50R-G

...

10R-G 10R-L\.-----> • 10R-O!

---

- - 1

min~r

5,00 +------+----+------+----J-------=-"-'-+~--_+----+_____j

-- -'-

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

~---

0,12

E (/jr)

Figuur 14: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HMM in Stnd variant met toevoeging van decentrale opwekking

Pagina 58

- - - 0,5

0,14

min~r

1-----[\

30,00

25,00

~~~-.~.~~-~,---

~

I

--

'~\'l-~~--l---

I

J',

- - - - - -"-1 . - - -

~-

\

, ,

20,00

\

,,

c

\

~

'-

10,00

'. , ,

... ...

'-

'.

... ... '-,

"

~- ------~t---

L-------L-0,02

... ...

", ... ...

...

"- ...

'p~,

- -- . ... . -- '- --

- ... . '. -

-=r

'-

'-

-

2 min~r

"

~-~~t

1 min~r

-

-.~-.

-

0,5 min~r

I

- - - - -

0,04

'-

'

'-

0,00

... ,

"

" , ---+-------"... ... ...

-------

5,00

,

I -,

10R-L \ 10R-Q

'-

'-

"', '-

'~;~ "

'-~""t'.

15,00

"....

50R-G

'.

\

g

.'

'\"

~

"'"

50R~L

\H uidig

I

.~--

50R~O ~_, •

0,08

0,06

0,10

0,12

0,14

E (Ijr)

Figuur 15: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HFD in Stnd variant met toevoeging van decentrale opwekking 30,00

\.. -

I--~-\r

I ,

'

I , j

25,00

-------l

sln~"o",

'

", ".

--~-----f----,,~----t----~-----t.--,,-----"

\.... '.

., Huidig

--~\\

20,00

1

'::~,'t~·(;;

§.

'.....

-+-'--

1

...

.... ......

'.

-- -----+--------I----~~ ~ ......

'.0

.-.

'~'--"-"'--,.-,-

j - _\1,-'"''1 ["""" =--l~------ -------'j::::. 'm.,

15,00

~

10,00

",,-

10R-~) "

\

~

"-

~

...

---I----""... ~_c.-,-_ .-.-.,---f------+----1

- ... -

.......

[----1------+-----1----,.-_' _'._.

- t-------_.• -__----1-_-_-

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

- -'-..

~~-. ~~~1~~ - -

0,12

::,

0,14

E (IJr)

Figuur 16: Betrouwbaarheid 10 kV rail in NVP in Stnd variant met toevoeging van decentrale opwekking

Pagina 59

30,00

\,-r-

1- --T-- \T- -I

-r---r1

25,00

20,00

C

II-

15,00

10,00

5,00

r

~

' ' '~G, : ":"""'

,'"\. i '\1

1

• "

""1--

\

,,

-

~I

- -

I. • _ _

I

"

,

-

2 min~r

,~

+------+-----+---''''-c-,-+-----+-----~--~_:_.,-_---+------c---...........

-----r----

___-I_I ~ _

f----

0,00

--, , ..........

-._--

.... -

--._-

--- ... _-- - - 1 minfJr

..... -

-

---+------+---~~r==--__+_---___+----

0,02

0,04

- -+---I_ . 0,06

0,08

L----T·--~~-L--Io'm""

0,10

0,12

E (ljrl

Figuur 17: Betrouwbaarheid 10 kV rail in RZB in Stnd variant met toevoeging van decentrale opwekking

Pagina 60

0,14

Bijlage K: Resultaten betrouwbaarheidsanalyses varianten met decentrale opwekking In deze bijlage worden de resultaten van de betrouwbaarheidsanalyses gegeven van de varianten met decentrale opwekking. Van aile stations worden de resultaten in tabellen gegeven en van de stations HMM, HFD en RZB ook de grafieken. De grafieken van station NVP staan in paragraaf 5.4.2. In de tabellen staan de gegevens voor beide bedrijfsvoeringen (bedr. voer.). Indien er geen waarden ingevuld zijn in de kolom "nieuwe bedr. voer." waren er geen verschillen tussen de beide bedrijfsvoeringen (bijvoorbeeld bij aile 50R varianten). Aile gegevens zijn numerieke gemiddelden van de betrouwbaarheidsgetallen van de in het station aanwezige 10 kV belastingen

Tabel15: Betrouwbaarheidsgetallen 10 kV rail in NVP Variant Huidig Stnd lOR met WOT

G L

0 72MW

lOR zonder WOT

G L

0 50R

G L

0 lOR met WOT

G L

0 32MW

lOR zonder WOT

G L

0 50R

G L

0

'huidige' bedr. voer. T (min.) E Ur.) 0,061 20,09 0,067 24,75 183 267,5 200 249,3 183 267,6 443 161,0 540 142,0 442 161,1 0,065 19,71 0,065 17,51 0,069 25,82 0,221 97,16 183 267,5 0,221 97,31 0,445 86,17 443 161,0 0,445 86,25 0,065 22,45 0,065 23,89 0,065 24,34

nieuwe bedr. voer. T (min.) E Ur.)

-

-

184 3,21 0,522 446 163 1,13

6,78 39,98 161,6 6,16 15,91 118,6

-

-

0,064 0,516 0,065 0,064 1,13 0,065

-

-

-

23,71 162,8 24,05 23,69 119,0 24,44

-

Pagina 61

Tabel16: Betrouwbaarheidsgetallen 10 kV rail in HMM 'huidige' bedr. yoer. T (min.) E Gr.) 0,040 10,43 0,043 18,57 354 96,12 267,7 183 0,041 10,33 72,65 1110 442 161,1 0,041 10,33 0,042 12,13 0,042 12,13 0,042 18,77 16,69 0,042 0,042 16,70 0,042 16,70 0,043 17,12 0,043 16,39 0,043 18,57

Variant Huidig Stnd G L

lOR met WOT

0 72MW

G L

lOR zonder WOT

0 G L

50R

0 G L

lOR

0

32MW

G L

50R

0 30 .-.

-

--- ---- ,-----------,-.-

nieuwe bedr. yoer. T (min.) E Gr.)

-

-

183 0,656 0,041 444 1,54 0,041

5,67 193,1 11,83 5,44 132,0 11,83

-

-

-

-

-

-

-

---------,--~--,------------~----- --.-~-,----_____,

\\

\

I.

'.

I

\,

'. '.

'.

'.

4 min!)r

" \ I

25 + - - - - _ _ _ _ _ j - - - - - - ' ' \ - - - - - - - + - - - - - - ' 4 c - - - - - + - - - - - + - - - - f - - - - - - - i \ \ \

'.

50R·O 72 '.

1\

20 +---------+---

'2

§. ~

'~1

~"nn ~ ~. \ Sind

4lt - /

10R.G, 32\ 10R.O,32 \ 10R-L, 32/

•

L

'

r......................

50~'G, :>

"-

"

~.;c- 50R·L, ;j~,

....

....

15 +---------t------+-----+-~--+_--~f__--__t--'-..:.,', " '.. -

"-

•

Huidilt-_~

""

2 min!)r

• "', ( 50R·G, 72 5OR·L,72

+-----f__-------'f-----+----1---------~---+_---+--_____j

10

-

.... ...

---.

..

5 .---.---- --.---+----f__-----+------+-----1----+-----I

o

~----_____j-----+---_+_-----l-----_+_---+-----I___----.J

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

E(/jr)

Figuur 18: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HMM met decentrale opwekking

Pagina 62

1 min!)r

I

-~_~,':"" ~\ "m•• ~m'""l-;~_~

2~

,

,

I

I

I ~

I ,

1

I

.-J)

I

..

\............

........ ,.

10R-L, 72

............1

-----r\-\- - - - + - - - - - + - - - - - - - + - - - - -

_\\1 \

L------\.- ---l

IcI-

I

i

'" l-\--LI---\~l-"" 150

.... -

..........

I i "..... I

i I

I

...

--------~--~-----~-------

- - - 1 '

\

~---~- ----------4----------+-----------1

"

t

l

"

"

\

\

\

100

\ \-"---1\' \ -" t\"

l

-----\----+-------t---~--_+-----____i

r\minfjr \

\\~

\. ..

"

50----'''\',Stn'd-

'.,J

HUidig

\

..

~.....

.~

....... ,

• ..2'.:0-1. R-O, 72

o

\\

\

_.c,.

40R-G,72 I I

'......

',,__

',,__,,;, ...,...::.:::..=-"'~_~.....::.., ·_._0

=..:.

,:"- -'- _ _

0,10

-I---,.L'----+----

..

''',

""'_

- -••• - _ . -

om

I

1,00

10,00

f-------

1000,00

100.00

10000,00

E(/jr)

Figuur 19: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HMM met decentrale opwekking met warmteopslagtank - --~nfjr -- ---t

_____1..

250

\ 60 minfjr

I 600 minfjr

\

!

+

---f--------i..-------+---

I ,

I

,

i

-+

_

I \

,

I

,

i

- ---- .. ------1,------ -- -----.,,----+------,.-----+-------+-------1--------

200

\

i \,

,

\

i i \ I

---

\

---

__ 0

0-<'- - -',- - - --'OR-L, 72 \

,

\

\

\

\ \

\

100 \1 minfjr

\

\

\

\ t'", \

\

50 -t----\c---\

\"

", Sind

......1/.

I Huidig --, •

+

0,01

I

\ \

\

,

\

----t-;\.,-------t-'
1-~?3 ",--",-- --

0,10

I

I

"',

';:"1<1~

o

"

\

'

.....

0.....

O

I.

\

\

"

"

-._-

1,00

..,

"

.... ,

10R.G,71

""

' ~ I

_0 ......

.'n~~':" ..· · - -.....,~___+~...;,:;;;""'-'=~_-+------___1

10,00

100.00

1000,00

10000,00

E(/]r)

Figuur 20: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HMM met decentrale opwekking zonder warmteopslagtank

Pagina 63

Tabel17: Betrouwbaarheidsgetallen 10 kV rail in HFD 'huidige' bedr. voer. E (ir.) T (min.) 0,062 19,76 0,067 24,75 183 267,3 267,6 183 183 267,6 443 161,0 442 161,1 443 161,1 0,065 19,07 0,065 18,93 0,065 22,83 0,257 101,2 0,240 99,44 0,257 101,2 0,531 87,90 0,488 87,18 0,531 87,90 0,066 23,12 0,066 25,00 0,066 24,97


lOR met WOT

0 G L

lOR zonder WOT

72MW

0 G L

50R

0 G L

lOR met WOT

0 32MW

G L

lOR zonder WOT

0 G L

50R

0

30

r-----T~~ --+

25 f-

'\

20

c

§.

15

-

,

50R-O.72

\,

-

-

-

-

0,065 0,065 0,065 0,065 0,065 0,065

24,32 24,35 24,32 24,32 24,35 24,32

-

..........

'

... ...

".J 4 min~r

---l-----+----+-------j

V-,,-- SInd'" "'c-50R-G, 2 -',

1_7-

. . ',.

I

-',

_ _ _ J-~ -1--_R=r,'~=~1'

i'

I', I

'"

....

10

5,88 5,01 20,31 5,58 5,00 20,25

-

".

I-

-

183 183 0,065 445 443 0,065

';il~-L' 3

~.*I .~_ _1\5.0R- -. o='Q:.~: \

nieuwe bedr. voer. T (min.) E (ir.)

,

...... ~

I

I

- - - J.2 min~r

..... I i

~..

I i

I i

-....

-._--~,

-~

5 I

'i

'I

'I

'I

,~;;----.~;;_---~:--------:~------J------l----J-----lI

o0,00

0,02

0,04

0,06

!

"

0,06

.

0,10

.

0,12

J

0,14

E (ljrl

Figuur 21: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HFD met decentrale opwekking

Pagina 64

1 min~r

--r~~~I.

I .. 250

[

60 minfJr

\

//:

I

1

I

\

\

///

\

:

i

10R-O,]2'//

'.--_ .. --------.-----+----T----.---+--/+/-----+---"-I- - - - - - - j

200

\

\.

\

\

\

//

\

\

,

\

150

- 1 \ 6 0 0 minfJr

.- -.---,- - - ~·---'-----+--~-·---+--------/~---TI·---------1

\

\

_-+

- . - - - - -...\

\ \

\

!-

\

'..,

/

/

"

/ \

\

//

\

/

_

/

.+~.

i

,

10R-G,72 10R-L,72

,//

.__--.-l_.

1

'1

/

'\

/

/

\

100

,1 minfJr

,

, .. .

'.

.,

E(/jr)

Figuur 22: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HFD met decentrale opwekking met warmteopslagtank - . - . - - " - . - - - - - - ..-.. -._-'- - - . - - ~ - - - 4 - - - - - , _ - - - ~ - - - - . ~ - - - - - - - ~

~ minfJr

\ 600 minljr

\. 60 minfJr

!

---------\-------+----+c------!----'------+-----------j---------j

250

I

., \

i

\

'

1

I

""1-·_··--_--:\'\-----+------\--+----+',,-,- - - - + - - - - - - - - ! - - - - - - - - - I

, c

150

\

\

\ \

§.

\

\

\ \

\

,..

\

\ \

"I

I-

10R-O, 72,..,..,..,..,.. \

....................

\

\.,

'.

100 ··•. 1 minfJr

\

10R-G, \~ OR.L, 32/ /

\

\

10

\

v..... I

I 10R-G,72 1 10R-L,721

,..,.. \

33/ \

,..,..,..,..

\

\~ ,.. ,.. ,..

-~32//

1 :

,..,..

..------+--+,'c-/---",.L---hc--------r':--------f------+---I

50

......

Stnd ,,/ ',...................... \,,/.............

" ......

If:...... .....

. . . . . IL"

'...."'....

I I I I

~"

~...

"... ...

-.

Huidig~ ........._ . . . . . . . . . .

".......

".. . . .

. ....

o _______-+_--_-_.._.._=.===~~~~ ... -'" -. - ",_","':::':::';:._"...;.-'=-:-::C:::'-_=~~---!_~.....::c:::...::c-=-O'-"t~. 0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

~---I 1000,00

E(ljr)

Figuur 23: Betrouwbaarheid 10 kV rail in HFD met decentrale opwekking zonder warmteopslagtank

Pagina 65

Tabel 18: Betrouwbaarheidsgetallen 10 kV rail in RZB 'huidige' bedr. yoer. T(min.) E Ur.) 0,060 18,65 0,071 27,16 183 267,8 0,851 187,4 183 267,6 443 161,1 1,97 129,2 442 161,1 0,110 68,37 0,110 67,64 0,116 71,50 0,176 59,88 0,175 59,27 0,181 63,06 185,3 1,13 0,202 94,88 1,13 185,3 2,64 127,7 0,400 85,22 2,64 127,7 0,064 21,91 0,064 22,88 0,064 22,86


lOR met WOT

0 G L

lOR zonder WOT

72MW

0 G L

50RmetWOT

0 G L

50R zonder WOT

0 G L

10RmetWOT

0 G L

lOR zonder WOT

32MW

0 G L

50R

0

nieuwe bedr. Yoer. T (min.) E Ur.)

..

1

.\,-----\\"J c

!.

...

40

\

,

'.

....,

30

, ,

-----'r- 1 - - - -

20 +----_+_

':-t 0,00

0,02

3~

-

22,48 20,55 22,48 22,48 20,55 22,48

-

-

-

-

I ""-'1Q! /7

,

"

#-

j

50R-O, 721

--J

50R-L, 72

"

,,

,

I

", "

,

31 "".

,

0,06

'

,

_

---- --0,08

'-- --.. ......... '- ,

,32 '-'. , "

-- - '-.

0,10

,

- -'- -- ---.

--- - - --. --'---. _- - _- _-----

4 minljr

-~'-

._--

-

0,12

-..,

..

...

0,14

....

.. -

0,16

"-_. - ....

2 minljr

_---. 1 min/jr

0,18

E (lJr1

Figuur 24: Betrouwbaarheid 10 kV rail in RZB met decentrale opwekking

Pagina 66

8 min/jr

" "

<E- 50R-

- -----

................

~

"

HUi~i~'1-

0,04

-

0,063 0,063 0,063 0,063 0,063 0,063

'-

Sb '

~

5~-O,

-

-

-

50R-G,72

,,

'"

... " 50R.L,

-

"- " " "

,

I

192,5 141, I 156,0 130,6 110,0 116,6

'

-

I\~+-~ "~

,

-

r: : : -r- r"

50R-G, 2 -;"

..

-

1,84 0,236 0,387 4,34 0,479 0,821

\1 I~ 1-'\~ ~~~p',.,,~n >iQ! I

-

0,20

min~r -

-1\ \8

250

I

\60

I

\ \

,

\ ~

\\~--~l

---t-------I

I

--O-l::------t"

I I

l~

__

0,

0

\

'.

min~r

"

\

I

'"

lOFi-O, 72 I

I

, ---

.J

\ I

l,

I

'\.

" 10R-L, 3~ - - -".;-I

50

I

r--- \

I I

--~

I

~o

,

",

,

;

I

\ f

\ '.

100 [ 1

;

\-T~=-

.1----f

\/

\

;

;

\

I

\

\

;

;

;

;

\

1---------,,----+ ----w-\-~ ,

;

I

i

,r"i~

\

;

I

;

; ; ; loR-G, 72

I I

10R-L.72 \ _ - - - 0 0

\

150

;

I

\

\

i

i

\

l

;0

; ;

"

\

\

--------

~\:600 min/jr

I -';-

I

200

min~r_11 _

\\

\

"

\

J

'\

f"

\ / --\-------I;---+"'-.o,--------1-'-c---------1-------Sfd "_ f10R-G,32 " ""

\

~:,;_tt_ -~~~.J:~~~~t_::~ >:: 1->:::.:--=,,~~1

,1_ 0,01

0,10

1,00

10,00

100,00

1000,00

E (ljr)

Figuur 25: Betrouwbaarheid 10 kV rail in RZB met decentrale opwekking met warmteopslagtank

250

~=----'\--m-in-~-r-~-l

_\_\6_0

~

\

\

_

\

"

\I

I

,

-+-

1 I

\

200

~i:~_r _-+_ _ \~OO min_lj_r_-+-

\

\

i

\

150

\

\

----~

1:

0

\

"

r - -'.- TOR:[, 32 \

I I

,

'....

--\-"-..

\

-..__

: ~

\

/

,

SInd

'-

10R-O, 7~

-_/

/

\

X..

\ \

"

/fOR-G,3 ";, -"'OR-O, 32

- -..,

d/

----------

\

/

'\

·.. . . f<-

Huidig /~

/

//

/

"\

__ 0

/

O\k-

/

\

"

0

---~---\--/ '

0

0\

\

'\1 min~r

1°~~,22------

\

10R\L,~

\".

50

I

'" - - - - - - - - - ' . , - - - -,----~----_+-----'---_+-_......---c ....=_----~.j--~=-----c'--__1 \

100

\

\ I

\

... ...

"

'.. o +----- --------I----=--=-==-~+__~----'''-== 0,01

--~~-

0,10

1.00

10,00

100,00

1000,00

E (fjr)

Figuur 26: Betrouwbaarheid 10 kV rail in RZB met decentrale opwekking met warmteopslagtank

Pagina 67

Bijlage L: Gedrag van generatoren In deze bijlage zal een beschrijving gegeven worden van het gedrag van twee typen generatoren, de asynchrone en de synchrone generator. De asynchrone generator wordt vooral gebruikt in windmolens. De synchrone generator komt vooral voor in warmtekrachteenheden. De twee typen generatoren hebben een zeer verschillend gedrag tijdens normaal bedrijf maar ook tijdens kortsluitingen. Normaal bedrijf De asynchrone generator neemt tijdens normaal bedrijf blindvermogen op uit het net. Vaak wordt de blindvermogensopname vanuit het net beperkt door bij de generator condensatoren te plaatsen. Deze voorzien dan, gedeeltelijk, in de blindvermogensvraag van de generator. Vooral bij de modeme windmolens wordt hiervan gebruik gemaakt. Deze eenheden worden aanzienlijk gecompenseerd totdat er bijna geen blindvermogen meer uit het net opgenomen wordt (cos

Een synchrone generator heeft dergelijke problemen niet. Theoretisch kan een synchrone generator blindvermogen opnemen en leveren. Dit gedrag is afhankelijk van de mate van bekrachtiging van de machine. Voor het opnemen van blindvermogen is een grotere bekrachtigingsstroom nodig. Tot nu toe worden de eenheden meestal zo ingesteld dat ze geen blindvermogen leveren. Naar aanleiding van een gesprek met een generator importeur 13 is gebleken dat de warmtekrachteenheden die bij de WKON in bedrijf zijn (zie ook Bijlage H) meestal blindvermogen opnemen. Aangezien de generatoren bij deze eenheden ongeveer 30% overgedimensioneerd zijn ten opzichte van de aandrijvende gasmotor, kan de generator ook blindvermogen leveren aan het net. Dit kan over het algemeen tot een arbeidsfaktor van 0,9 vanuit de machine gezien en afhankelijk van de eenheid en de generator nog verder. Eilandbedrijf Een synchrone generator kan in eilandbedrijf draaien omdat deze blindvermogen kan leveren. Een asynchrone generator heeft blindvermogen uit het net nodig en kan over het algemeen niet in eilandbedrijf draaien. Indien het net voldoende capaciteit bevat, bijvoorbeeld doordat er veel kabels aanwezig zijn, is het toch mogelijk dat een asynchrone generator in eilandbedrijf komt. Eilandbedrijf in een van het voedende net gescheiden deelnet heeft als voordeel, dat dit deelnet nog gevoed blijft. Een nadeel is de veiligheid; er mag niet vanuit gegaan worden dat het deelnet na gescheiden te zijn van het voedende net spanningsloos is. Een ander nadeel is dat er een faseverschil kan ontstaan tussen het deelnet in eilandbedrijf en het voedende net. Om beide netten te koppelen is dan een synchronisatie nodig. Meestal is een net in eilandbedrijf statisch niet stabiel, de frequentie verandert. Door een frequentie(veranderings)beveiliging kan dit gedetecteerd worden waama de eenheid uitgeschakeld wordt. In netten met een groot aandeel decentrale opwekking kan het noodzakelijk zijn een deelnet, bij een storing in het voedende net, in eilandbedrijf te houden. Indien aile eenheden uitgeschakeld zouden worden, ontstaat er een onderbreking bij een groot aantal klanten die niet eenvoudig te herstellen zal zijn. Dit effect wordt groter naarmate er bij het netontwerp meer rekening gehouden wordt met de aanwezige decentrale opwekking. Na herstel van de storing zal het deelnet weer gekoppeld moeten worden met het voedende net. Voor deze koppeling is dan synchronisatie apparatuur vereist en moeten de decentrale opwekeenheden regelbaar zijn. Daamaast is het belangrijk dat de frequentie in het deelnet tijdens het eilandbedrijf niet te veel verandert. /3 R. van der Graafvan CALDIC techniek B. v., importeur van Stanford generatoren. Deze generatoren worden geplaatst in de warmtekrachteenheden van de WKON.

Pagina 68

Kortsluitingen Decentrale opwekeenheden dragen bij in de kortsluitstroom die in een net kan optreden. Door de beperkte kortsluitvastheid van de installaties moeten hier vaak maatregelen voor genomen worden. Dit is besproken in paragraaf 4.2. Ook kunnen decentrale opwekeenheden tijdens kortsluitingen in het net de beveiligingen bernvloeden, zie paragraaf 6.1. Daamaast is er vooral bij windmolens nog het probleem van lage kortsluitstromen. Doordat de windmolen ook bij lage windsnelheden kan draaien, kan de situatie ontstaan dat de kortsluitstroom die de generator levert kleiner is dan de nominale generatorstroom. Om deze dan toch te detecteren zijn geavanceerdere beveiligingen nodig.

Het gedrag van synchrone machines bij een kortsluiting is vrij goed bekend. Van asynchrone machines is weinig bekend. Bij een driefasefout zal de invloed waarschijnlijk klein zijn aangezien de bekrachtiging van de machine wegvalt door de lage spanning [Doh21]. Bij een- en tweefasefouten kan de bekrachtiging in stand gehouden worden door de niet-gestoorde fasen. Van het gedrag van een asynchrone generator in deze situatie is weinig bekend. Hiervoor zijn gedetailleerde berekeningen nodig met uitgebreide modellen van het dynamische gedrag van de asynchrone machine. Aangezien er plannen zijn voor grootschalige windparken, is een dergelijk onderzoek aan te bevelen. Volgens [Nai83] zullen een- en tweefasenkortsluitingen te detecteren zijn door de asymmetrische stromen die dan optreden. Hoe groot deze asymmetrieen zijn, wordt niet aangegeven. Hiervoor is eveneens extra onderzoek aan te bevelen.

Pagina 69

894.A

Recommend Documents