Duwen en trekken aan het distributienet. 15 december 2010

Duwen en trekken aan het distributienet

15 december 2010

Ontwikkelingen • Verduurzaming energie: ‘better city, better life’ • Toename e-vraagkant: – Warmtepompen in plaats van gasketels – E-auto in plaats van benzineauto

• Toename aanbodkant: – Kleinschalig: Micro-WKK en PV-systemen – Grootschalig: Decentrale opwekking en windturbines

• Grootste impact in de LS- en MS-netten • Ongelijktijdigheid vraag en aanbod (netbelasting) • Spanningskwaliteit (grootte, dips, harmonischen)

Trendbreuk in de groei (CBS) Elektriciteitsverbruik 1938 - 2008 140000

Verbruik (TWh/jaar)

120000 100000 80000 60000 40000

CBS 2010

Berekend Trendbreuk

20000 0 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Groei: 2,4 % per jaar, lineair Elektriciteitsverbruik 1995 - 2008 140000

Verbruik (TWh/jaar)

120000 100000 80000 CBS 2010

60000

Trendlijn

40000 20000 0 1994

1996

1998

2000

2002

2004

2006

2008

2010

Zomer en winter in 2008 Landelijk verbruik per maand Verbruik (TWh/maand)

14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 jan-08

feb-08

apr-08

mei-08

jul-08

sep-08

okt-08

Kassengebied, 3 weken in september Uurgemiddelden belastingen in een streng (kassengebied) 1,000

0,000

Belasting (MW)

-1,000

-2,000

-3,000

-4,000

-5,000

-6,000 1-sep

3-sep

5-sep

7-sep

9-sep

11-sep

Tijd (dag)

13-sep

15-sep

17-sep

19-sep

21-sep

Ontwikkeling decentrale opwekking

Windenergie

• JUWI – – – – – –

windturbine 7,5 MW 135 m hoog Rotor: 126 m diameter Fabrikant: Enercon Locatie: Rheinland-Pfalz

Micro-WKK • Remeha HRe eVita – Stirling motor – Lineaire generator – 1 kW elektrisch

• Netinpassing geen probleem

PV-systemen in soorten en maten

PV-opwekking • Installatie: 2 daken met 16x7 panelen • 20 kW

PV-conversie

• Vermogen: 20 kW

E-opslagsystemen • Redox-flow batterij: 100 kWh, 10 kW

Omslag • Stelling: een toenemend deel van de elektriciteitsvraag zou de niet-beïnvloedbare productie moeten volgen • Smart Cities, Smart Cars, Smart Homes: – Geven aan wat hun status is en kunnen op afstand worden beïnvloed – Uitgesteld/gepland laden van e-auto’s – Beïnvloedbare belastingen – Elektrische ruimteverwarming: grote tijdconstanten – Batterijsystemen – Vliegwielsystemen

Mogelijkheden • Integreer duurzame energiebronnen op efficiënte wijze en maak gebruik van load management • Besteed aandacht aan peak shaving – Handhaaf power quality en betrouwbaarheid

• Ontwikkel opslagsystemen als essentiële onderdelen van intelligente netten

Huishoudens • Duwen – – – –

PV: 2 kW per huishouden (20 panelen  20 m2); 50% Micro-WKK: 1kW per huishouden; 50% Wind: geen bijdrage Decentrale opwekking: geen bijdrage

• Trekken – Warmtepompen: 2,2 kW per huishouden; 50% – Elektrisch bijverwarmen: 6 kW per huishouden; 50% – E-auto: 0,8 kW per auto (8 uren laden); 10%

• Batterijsystemen

MS-net • Duwen – Wind: 1 ... 5 MW per aansluiting – Decentrale opwekking: 100 ... 630 kW per aansluiting

• Trekken – Snellaadstation E-auto: 50 kW per auto (30 minuten)

• Batterijsystemen

Voorbeeld: een streng in het MS-net 5 km kabel 3x95 Cu en 3x50 Cu 10 netstations met gemiddeld 140 klanten Belasting per netstation: 160 kW gemiddeld MS10 10 kV Voeding 110 kV

V 10250/400 V 630 kVA 630 kVA

MS1 10 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

MS2 10 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

10250/400 V 315 kVA 315 kVA

LS1 0,4 kV

10250/400 V 250 kVA 250 kVA

LS2 0,4 kV

LS10 0,4 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

MS-verdeelstation 10 kV

600 m 3* 50 CU XLPE 6/10 (50 Cu)

6000 m 3*240 CU XLPE 6/10 (240 Cu)

MS-onderstation 10 kV

MS3 10 kV

MS4 10 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

10250/400 V 250 kVA 250 kVA

LS3 0,4 kV

MS5 10 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

10250/400 V 250 kVA 250 kVA

LS4 0,4 kV

MS6 10 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

10250/400 V 250 kVA 250 kVA

LS5 0,4 kV

MS7 10 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

10250/400 V 630 kVA 630 kVA

LS6 0,4 kV

MS8 10 kV

600 m 3* 95 CU XLPE 6/10 (95 Cu)

10250/400 V 630 kVA 630 kVA

LS7 0,4 kV

MS9 10 kV

600 m 3* 50 CU XLPE 6/10 (50 Cu)

10250/400 V 400 kVA 400 kVA

LS8 0,4 kV

10250/400 V 315 kVA 315 kVA

LS9 0,4 kV

Belasting per netstation • Pmax,n = Vn + (Vn)  Pmax,140 = 160 kW

Profiel van standaard stedelijke belasting P=1,2 kW per woning gemiddeld

Belasting nettransformatoren

50%

0%

Belasting van MS-kabels 40%

20%

0%

Spanning MS-net

10,3 kV

10,2 kV

10,1 kV

Spanning op de LS-knooppunten

400 V

390 V

Stedelijke belasting met micro-WKK • Maximum verbruik per huishouden: 1,2 kW • Vermogen per micro-WKK: 1 kW – Geschatte bijdrage micro-WKK tijdens koude dag: 50% per huishouden

Spanning MS-net 10,5 kV

10,4 kV

10,3 kV

Spanning LS-knooppunten 410 V

400 V

Vergelijken spanningen MS

Knooppuntspanningsband

MS1 MS2 MS3 MS4 MS5 MS6 MS7 MS8 MS9 MS10

10,1

10,2

LS

10,3 Umin...Umax (kV)

10,4

10,5


LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 LS6 LS7 LS8 LS9 LS10

0,39

0,395


0,405

0,41

Vergelijken belastingen Takbelastingsband : MS-v erdeelstation - MS1 : MS1 - MS2

kabels

: MS2 - MS3 : MS3 - MS4 : MS4 - MS5 : MS5 - MS6 : MS6 - MS7 : MS7 - MS8 : MS8 - MS9 : MS2 - MS10 : MS1 - LS1 : MS2 - LS2

transformatoren

: MS3 - LS3 : MS4 - LS4 : MS5 - LS5 : MS6 - LS6 : MS7 - LS7 : MS8 - LS8 : MS9 - LS9 : MS10 - LS10

5

10

15

20

25 30 35 belasting min...max (%)

40

45

50

55

60

Stedelijke belasting met micro-WKK en PV • Maximum verbruik per huishouden: 1,2 kW • Vermogen per micro-WKK: 1 kW – Geschatte bijdrage micro-WKK tijdens koude dag: 50% per huishouden gemiddeld

• Vermogen per PV-installatie: 2 kW – Geschatte bijdrage tijdens zonnige dag: 25% per huishouden gemiddeld

Spanning in het MS-net 10,6 kV

10,5 kV

10,4 kV

10,3 kV

Spanning op de LS-knooppunten

410 V

400 V

Vergelijken spanningen MS


MS1 MS2 MS3 MS4 MS5 MS6 MS7 MS8 MS9 MS10

10,1

10,2

10,3 Umin...Umax (kV) Knooppuntspanningsband

LS

10,4

10,5


0,39

0,395


0,405

0,41

0,415

Vergelijken belastingen Takbelastingsband : MS-v erdeelstation - MS1 : MS1 - MS2 : MS2 - MS3

kabels

: MS3 - MS4 : MS4 - MS5 : MS5 - MS6 : MS6 - MS7 : MS7 - MS8 : MS8 - MS9 : MS2 - MS10 : MS1 - LS1 : MS2 - LS2

transformatoren


5

10

15

20


40

45

50

55

60

Teruglevering met micro-WKK en PV

100 kW

0 kW

-100 kW

Mogelijke inzet van opslag • Teruglevering: 100 kW • Teruglevering gedurende de dag:

P

h 6..18

transformator, h

 350 kWh

• 10 storage units van 10 kW piek • Huidige stand van techniek biedt meer dan voldoende energieopslag (1000 kWh met voorbeeld-opslagsysteem)

Stedelijke belasting met warmtepompen • Maximum verbruik per huishouden: 1,2 kW • Vermogen per warmtepomp: 2,2 kW – Geschatte bijdrage warmtepomp tijdens koude dag: 50% per huishouden gemiddeld – Model: continue belasting 1 kW

• Voedingstransformator trapstand: 2 trappen hoger

Belasting nettransformatoren

100%

50%

0%

Vergelijking belasting MS-kabels en nettransformatoren Takbelastingsband : MS-v erdeelstation - MS1 : MS1 - MS2 : MS2 - MS3 : MS3 - MS4

kabels

: MS4 - MS5 : MS5 - MS6 : MS6 - MS7 : MS7 - MS8 : MS8 - MS9 : MS2 - MS10 : MS1 - LS1 : MS2 - LS2

transformatoren


10

20

30

40


80

90

100

110

120

Vergelijken spanningen MS Knooppuntspanningsband MS1 MS2 MS3 MS4 MS5 MS6 MS7 MS8 MS9 MS10

10

10,1


LS

10,3

10,4



0,375

0,38

0,385


0,395

0,4

Toevoeging bijverwarming • Maximum verbruik per huishouden: 1,2 kW • Vermogen per warmtepomp: 2,2 kW – Geschatte bijdrage warmtepomp tijdens koude dag: 50% per huishouden gemiddeld – Model: continue belasting 1 kW

• Vermogen: 6 kW – Geschatte bijdrage tijdens koude dag: 50% per huishouden gemiddeld

Belasting nettransformatoren 300%

200%

100%

0%

Vergelijken spanningen Knooppuntspanningsband MS1 MS2 MS3 MS4 MS5 MS6 MS7 MS8 MS9 MS10

9


10

Knooppuntspanningsband LS1 LS2 LS3 LS4 LS5 LS6 LS7 LS8 LS9 LS10

0,32

0,34


0,38

0,4

Spreiden van de bijverwarming • In de ochtend twee gescheiden pieken van halve grootte • In de avond overlap gedurende één uur

Belasting van nettransformatoren 300%

200%

100%

0%

Mogelijke inzet van opslag • • • • • •

100 huishoudens: 150 kW pieken 1 hr ‘s-ochtends en 2 hr ‘s-avonds Energievraag voor de pieken: 450 kWh 15 storage units van 10 kW piek Tijdspreiding vermogen: 450 /24 = 19 kW Huidige stand van de techniek levert voldoende energieopslag • Alternatief: grotere transformator en dikkere kabels

En in het LS-net • • • •

4 LS-secties van 100 m Toegepaste kabel: 95 Al en 50Al 10 vrijstaande woningen per sectie Totale belasting 103 kW, 82 A 10471 V

V

235 V

3A 82 A 10250/400 V 400 kVA 14 %

82 A 10 vrijstaande woningen 63 A 4* 95 VVMvKsas/Alk 44 %

231 V

229 V




Knooppuntspanningsband LS A1 A2 A3 A4

210

215

220

228 V

233 V

225 Umin...Umax (V)

230

235

240

Toepassing warmtepompen • Elektrisch vermogen: 2,2 kW • Bijverwarming: 6 kW • Gelijktijdigheid is groot – Winter: warmtepomp met bijverwarming – Zomer: alleen warmtepomp (koeling)

Woonwijk met warmtepompen • Elektrisch vermogen per aansluiting: 2,2 kW en cos()=0,9 • Gelijktijdigheid: 1 • Toegepaste kabel: 150, 95 en 50 Al 10420 V

V

238 V

9A 217 A 10250/400 V 400 kVA 38 %

23 kVA 217 A 164 A 10 vrijstaande woningen 4*150 VVMvKsas/Alk 90 %

234 V

230 V

227 V


23 kVA 111 A 58 A 10 vrijstaande woningen 4* 95 VVMvKsas/Alk 60 %

58 A

224 V 23 kVA 0A 10 vrijstaande woningen 4* 50 VVMvKsas/Alk 48 %

• Belastingstroom stijgt van 82 naar 217 A (90%) Knooppuntspanningsband

LS A1 A2 A3 A4

210

215

220

225 Umin...Umax (V)

230

235

240

Warmtepompen en bijverwarming • Elektrisch vermogen per aansluiting: 2,2 + 6 kW en cos()=1 • Gelijktijdigheid: 1 • Toegepaste kabel: 150 Al 10410 V

V

237 V

22 A 543 A 10250/400 V 400 kVA 94 %


208 V

225 V

216 V

210 V



81 kVA 139 A 0A 10 vrijstaande woningen 4*150 VVMvKsas/Alk 58 %

• Belastingstroom stijgt van 82 naar 543 A (226%) Knooppuntspanningsband

LS A1 A2 A3 A4

210

215

220

225 Umin...Umax (V)

230

235

240

Warmtepompen en bijverwarming • Elektrisch vermogen per aansluiting: 2,2 + 6 kW en cos()=1 • Gelijktijdigheid bijverwarming: 0,5 • Toegepaste kabel: 150 Al 10438 V

V

239 V

15 A 370 A 10250/400 V 400 kVA 64 %


230 V

224 V

220 V



96 A

219 V 51 kVA 0A 10 vrijstaande woningen 4*150 VVMvKsas/Alk 40 %

• Belastingstroom stijgt van 82 naar 370 A (154%)

Alternatief ontwerp • Kortere lengtes • Minder aansluitingen per streng V

238 V

22 A 544 A 10250/400 V 400 kVA 94 %


231 V

225 V




4*150 VVMvKsas/Alk 114 %

275 A

Knooppuntspanningsband LS A1 A2 A3 A4

210

215

223 V

232 V

275 A

10415 V

220

225 Umin...Umax (V)

230

235

240

Elektrisch rijden • Prognose 2020: 200.000 of 1.000.000 elektrische auto’s? • Grootste impact in de LS-netten • Middelgrote impact in de MS-netten – Gemiddeld gebruik e-auto: 6,3 kWh/dag – Gemiddeld verbruik woning: 9,6 kWh/dag

Opladen e-auto • Laadtijd gemiddelde energie: – 2 hr: 3,2 kW – 8 hr: 0,8 kW – LS-aansluiting voldoet

• Snelladen volledige lading (30 minuten) – Kleine accu (16 kWh): 21 kW – Grote accu (36 kWh): 48 kW – Eigen MS-aansluiting, bijvoorbeeld 150 – 250 kW

Opladen E-auto in de daluren 10% huishoudens hebben E-auto

Takbelastingsband : MS1 - LS1 : MS2 - LS2 : MS3 - LS3 : MS4 - LS4 : MS5 - LS5 : MS6 - LS6 : MS7 - LS7 : MS8 - LS8 : MS9 - LS9 : MS10 - LS10

5

10

15

20

25


45

50

55

60

Opladen E-auto in de daluren 50% huishoudens hebben E-auto

Takbelastingsband : MS1 - LS1 : MS2 - LS2 : MS3 - LS3 : MS4 - LS4 : MS5 - LS5 : MS6 - LS6 : MS7 - LS7 : MS8 - LS8 : MS9 - LS9 : MS10 - LS10

5

10

15

20

25


45

50

55

60

Conclusies • Duwen: – Micro-WKK: geen probleem – PV-systemen: let op de spanningsverhoging

• Trekken: – E-auto: geen probleem, mits gespreid laden – Snellaadstation 150-250 kW: MS-ruimte – Warmtepompen: • Grootschalig alleen in nieuwe netten • Speciale aanleg LS-netten

– Elektrisch bijverwarmen: in tijd spreiden

Conclusies • Soms is de hoeveelheid te transporteren energie te groot voor een traditioneel aangelegd net • Voor studies is inzicht nodig in: – toekomstige energiestromen – flexibiliteit van de energievraag

Duwen en trekken aan het distributienet. 15 december 2010

Recommend Documents