Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar Elektrotechnikai-Elektronikai Intézeti Tanszék
Villamosmérnöki szak Villamos energetikai szakirány
Háztartási méretű kiserőművek hálózati visszahatásának vizsgálata
Szakdolgozat
Kovács Zoltán GC5MIX 2015
Eredetiségi nyilatkozat
Alulírott Kovács Zoltán (neptun kód: GC5MIX) a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy a Háztartási méretű kiserőművek hálózati visszahatásának vizsgálata című szakdolgozatom saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályi szerint történt. Tudomásul veszem, hogy plágiumnak számít: - szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; - tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; - más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén a szakdolgozat visszavonásra kerül.
Miskolc, 2014. november 19. Kovács Zoltán
2
Záródolgozat saját munka igazolás (külső konzulens esetén)
Alulírott (név)
, mint (beosztás)
igazolom, hogy (hallgató neve)
, (neptun kód:
),
szakos hallgató a(z) (cégnév)
-nél 1
készített komplex feladatában/ szakdolgozatában/ diplomamunkájában a saját munka terjedelmi részaránya minimum
%, és a dolgozatban a vállalattól kapott adatok
megfelelő hivatkozással szerepelnek. Miskolc, dátum
(hallgató név)
(külső témavezető név)” (beosztás)
3
Tartalomjegyzék Tartalomjegyzék ............................................................................................................4 1
Bevezetés ...............................................................................................................5
2
Háztartási méretű kiserőművek...............................................................................8
2.1 Erőművek ........................................................................................................8 2.2 Háztartási méretű kiserőmű jogszabályi keretek ..............................................9 2.3 HMKE-k csoportosítása ................................................................................ 10 3 Háztartási méretű kiserőművek hálózatra csatlakoztatása ..................................... 13 3.1 Védelmek ......................................................................................................13 4 Napelemes termelő berendezés ............................................................................. 16 4.1 A Nap mint energiaforrás .............................................................................. 16 4.2 A napelemes termelő egység részei ............................................................... 19 5 Háztartási méretű kiserőművek hálózati hatásai .................................................... 25 5.1 Kisfeszültségű hálózat alapjai ........................................................................ 25 5.2 HMKE hatása a kisfeszültségű hálózat feszültségviszonyaira ........................ 26 6 Mintahálózati számpélda ...................................................................................... 29 6.1 Mintahálózat felépítése .................................................................................. 29 6.2 Mintahálózat számításai HMKE termelések nélküli ....................................... 32 6.3 Mintahálózat számításai HMKE termelésekkel .............................................. 34 6.4 Mintahálózat számítási értékeinek bemutatása ............................................... 35 7 Regiszteres mérések és eredményeik .................................................................... 39 7.1 Mérés előkészítése ........................................................................................ 39 7.2 A mérés időszaka .......................................................................................... 42 7.3 Egy mérés kiértékelése .................................................................................. 42 8 Következtetések ................................................................................................... 46 9
Összefoglaló......................................................................................................... 48
10 Summary.............................................................................................................. 50 11 Köszönetnyilvánítás ............................................................................................. 52 12 Irodalomjegyzék................................................................................................... 53 13 Mellékletek ..........................................................................................................54
4
Bevezetés
1
A háztartási méretű kiserőművek népszerűsége töretlenül nő, napjainkban egyre többen döntenek ezek telepítése mellett. Ennek több oka is lehet. Egyrészt ezek a megújuló energiaforrásokon alapuló berendezések nem terhelik, illetve fogyasztják a környezet értékeit, így környezetvédelemi szempontból használatuk roppant előnyös. Másrészt a beruházást követően a berendezés minimális költséggel üzemeltethető, a jelenlegi megtérülési idővel, és az eszközök élettartamával számolva a megtermelt energia a fogyasztónak kb. feleannyiba kerül, mintha a villamos energiarendszerből vásárolná. A 2007-ben megjelent villamos energiáról szóló LXXXVI törvény új erőmű kategóriát vezetett be, a háztartási méretű kiserőművet. A háztartási méretű kiserőművekben
termelt
villamos
energia
elszámolására
egyszerű
villamos
energiaszaldót, az elszámolási időszakban a szaldóképzés után maradó, hálózatra adott többletenergiára pedig a villamos energiakereskedőknek átvételi kötelezettséget írt elő. A szaldóelszámolás a termelés időbeli egyenetlensége alapján a kiserőmű tulajdonosa számára előnyös, mert pl. éves elszámolás esetén a teljes éves termelés kerül szembeállításra a teljes éves fogyasztással (a nyáron megtermelt energiát, így télen is felhasználhatja). A telepített háztartási méretű kiserőművek zöme napelemes berendezés, ezek speciális, de jól modellezhető termelési jellemzőkkel rendelkeznek. A telepítés célja az éves villamos energiaigény részbeni, vagy teljes megtermelése. A termelés egyenetlensége, és a helyben illetve a közvetlen környezetben jelentkező fogyasztások ingadozása miatt, a termelő berendezés hálózati hatásának, vagyis feszültségemelésének mértéke is folyamatosan változik. A napelemes berendezés a szükséges villamos energiát napközben és az év napos időszakaiban termeli meg. A termelés és a fogyasztás nem fedi egymást. A többletenergia betáplálása a csatlakozási ponton és a közcélú hálózaton a feszültséget emeli. Az esti csúcsidőszak a napelemes berendezések már nem termelnek, vagy termelésük minimális a hálózaton a terhelés feszültségesést hoz létre. Napelemes rendszerek nélkül a transzformátor induló feszéltségének emelésével biztosítják a legnagyobb terhelésű állapotban a szabványos feszültséget. A napelemes rendszerek napközben a kisebb terhelési állapotban a rendszer feszültségét megemelik. 5
A hálózatok méretezésénél már nemcsak a feszültségesést, hanem a termelő berendezések feszültségemelését is figyelembe kell venni. Mivel egyre több az ilyen erőmű, ezért e problémák elemzése egyre fontosabb és időszerűbb feladat. Háztartási méretű kiserőművek (db) [1] Napenergia E.ON Észak-Dunántúl E.ON Dél-Dunántúl E.ON Tiszántúl ELMŰ ÉMÁSZ EDF-DÉMÁSZ Összesen:
2008 9 8 6 74 9 1 107
2009 25 16 14 89 12 9 165
2010 58 39 25 122 22 26 292
2011 154 111 87 168 38 71 629
2012 431 288 284 467 143 269 1 882
2013 1 023 745 785 1 255 417 630 4 855
1. táblázat Háztartási méretű kiserőművek darabszáma Háztartási méretű kiserőművek (kW) [2] Napenergia E.ON Észak-Dunántúl E.ON Dél-Dunántúl E.ON Tiszántúl ELMŰ ÉMÁSZ EDF-DÉMÁSZ
2008 21 20 11 282 19 10
2009 71 39 49 245 39 24
2010 170 142 92 418 72 97
2011 762 495 567 535 149 375
2012 2 575 1 841 2 619 1 919 810 2 761
2013 6 275 4 620 6 426 5 844 2 624 5 421
363
465
992
2 883
12 525
31 210
Összesen:
2. táblázat Háztartási méretű kiserőművek beépített kapacitása
MW
Háztartási méretű kiserőművek beépített teljesítménye 35
31,21
30 25 20
15
12,53
10 5 0,36
0,47
0,99
2,88
0 2008
2009 2010 2011 2012 1. ábra Háztartási méretű kiserőművek terjedése
2013
6
Szakdolgozatomban először a háztartási méretű kiserőművek jellegzetes típusait fogom bemutatni. Ezek után a termelők hálózatra csatlakoztatásáról, majd a napelemes termelő berendezés főbb részeiről, valamint a napenergia hasznosítás alapjairól szeretnék képet adni. Az érdemi részt a kisfeszültségű hálózat bemutatásával, a termelő berendezés által keltett hatások leírásával kezdem. A hatásokat először egy mintahálózat számpéldáján szemléltetem, végül valós regiszteres mérésék eredményeit fogom értékelni. A szakdolgozattal az a célom, hogy bemutassam a háztartási méretű kiserőművek hálózatra gyakorolt hatását, és következtetésként néhány megoldást javasoljak ennek csökkentésére.
7
2
Háztartási méretű kiserőművek
2.1 Erőművek Mióta felfedezték a villamos energiát, azóta egyre jobban növekszik az ezen alapuló gépek, berendezések, technológiák száma, aránya. Az évtizedek során egyre növekvő energiaigény kielégítésére világszerte erőműveket hoztak létre. Ezekben elsősorban az adott földrajzi területre jellemző fosszilis primer energiahordozókat kezdték felhasználni. Ezek közül hármat fontos kiemelni, ezek a szén, a földgáz és a kőolaj. Mivel ezek sok területen nem álltak rendelkezésre, az erőmű üzemeltetése drága volt és sok káros anyag kibocsájtással járt, így létrejöttek a hasadó anyaggal működő atomerőművek. Ennek a hátramaradó veszélyes hulladékai viszont sok gondot, veszélyt okoznak. Az ásványi energiahordozók legnagyobb hibája viszont nem is a környezeti szennyezés, hanem hogy a rendelkezésre álló mennyiség véges. Ezért, illetve a fenntartható fejlődés miatt kezdtek el a megújuló energiaforrások irányába fordulni. A víz, a szél és a nap energiája korlátlan mennyiségben áll a rendelkezésünkre, a technológiák költsége folyamatosan csökken, így megfelelő mennyiségű megújuló energiapotenciál esetén célszerű erre alapozni az energiatermelést.
2. ábra Példa a nap-, víz és szélerőművekre Az itt létrehozott technológiák lettek az alapjai később a kisebb, egy háztartásnak megfelelő méretűvé alakított háztartási méretű kiserőműveknek.
8
2.2 Háztartási méretű kiserőmű jogszabályi keretek A 2007-ben megjelent villamos energiáról szóló LXXXVI törvény új erőmű kategóriát vezetett be, a háztartási méretű kiserőművet, későbbiekben HMKE. A HMKE főbb ismérvei:
közcélú kisfeszültségű hálózathoz, illetve kisfeszültségű magán- vagy összekötő vezeték hálózatra csatlakozik
erőművi névleges teljesítőképessége nem haladja meg a felhasználó rendelkezésre álló teljesítményének mértékét,
maximum 50 kVA erőművi névleges teljesítőképességű.
Ahhoz, hogy HMKE-t létesíthessünk, igénybejelentést kell benyújtani az elosztói engedélyesnek, mert a termelő kapacitás közcélú hálózathoz csatlakozik. A HMKE hálózatra csatlakoztatásának folyamata az alábbi: 3 Ügyfél: HMKE igénybejelentő nyomtatvány benyújtása Elosztó: Tájékoztatás a HMKE csatlakozásának műszaki feltételéről Ügyfél:
Csatlakozási
dokumentáció,
termelői
nyilatkozat,
üzemeltetési
megállapodás benyújtása Elosztó: Csatlakozási dokumentáció elbírálása, létesítés engedélyezése Ügyfél: Termelő berendezés kialakítása, készre jelentése Elosztó: Kétirányú mérő felszerelése/mérőprogramozás, üzembe helyezés, Hálózat használati szerződés módosítása HMKE csatlakozatása történhet egy- illetve háromfázisú hálózatra is. Egy fázisra csatlakozó termelő berendezés esetén a megengedett maximális teljesítmény 5 kVA akkor is, ha a felhasználónak az adott fázison nagyobb a rendelkezésre álló teljesítménye. Háromfázisú csatlakozás esetén rendelkezésre álló teljesítmény nagyságáig (de max. 50 kVA) létesíthető HMKE. A megtermelt valamint felhasznált energia mérése a csatlakozási ponton történik egy kétirányú mérőberendezéssel. Ez a mérő külön regiszterben méri a felhasznált és leadott energia mennyiségét, háromfázisú mérés esetén a mérés mindkét irányban fázisonként történik így minden esetben pontos lesz a termelt és vételezett értékek regisztrálása. Az elszámolás a mért adatok alapján történik a szerződésben rögzített éves vagy havi villamos energiatermelés- és fogyasztás szaldója alapján.
9
2.3 HMKE-k csoportosítása A háztartási méretű kiserőműveket alapvetően kétféleképpen tudjuk csoportosítani. Az első csoportosítás a hálózathoz való viszonyuk alapján történik: Szigetüzemű erőmű: Szigetüzemről akkor beszélünk, ha a termelő berendezés nem csatlakozik a kisfeszültségű elosztóhálózathoz, hanem a megtermelt energiát akkumulátorban tároljuk el. Ezekből az akkumulátorokból a későbbiekben a fogyasztóinkat elláthatjuk 12 vagy 24 V egyenfeszültséggel, de szükség esetén inverter segítségével 230 V váltakozó feszültséget is elő tudunk állítani és üzemeltetni a szükséges berendezéseket. Ezt a módszert elsősorban olyan helyen célszerű alkalmazni, ahol nincs lehetőség közcélú hálózatra csatlakozni.
3. ábra Napelemes szigetüzemű termelő berendezés elvi vázlata
10
Hálózati visszatáplálású erőmű: Ebben az esetben a megtermelt villamos energiát inverterek segítségével a közcélú hálózat feszültségjellemzőinek megfelelő váltakozó feszültséggé alakítjuk, a termelt energiát helyben felhasználhatjuk, de akár a közcélú hálózatra is adhatjuk. A közcélú hálózat feszültségének eltűnése esetén az inverter lekapcsol, szigetüzemre alkalmatlan.
4. ábra Napelemes hálózatra visszatápláló berendezés elvi vázlata A HMKE-k másik csoportosítási módja az energia forrása szerint történhet.
1,23% 97,22%
0,20%
2,78%
0,95% 0,27% 0,12%
Napenergia
Szélenergia
Vízenergia
Biogáz
Földgáz
Egyéb
5. ábra A HMKE-k energiaforrásuk szerinti megoszlása 4 Napelemes termelő berendezés: Jól látható, hogy a háztartások nagy részében napelemes berendezések találhatóak, ennek okai, hogy egyrészt a földrajzi viszonyokat
11
nézve ez a leghatékonyabban alkalmazható, egyszerű felépítésű, mozgó alkatrészt nem tartalmaz, nagy üzembiztonságú gyakorlatilag karbantartást nem igénylő, az ára pedig jelentősen lecsökkent. Szélturbinás termelő berendezés: Ez a HMKE egy tartószerkezetre szerelt függőleges, vagy vízszintes tengelyű szélturbinából, ezzel összekötött váltakozó- vagy egyenáramot termelő generátorból, valamint váltakozó áram esetén gerjesztés szabályzóból, egyenáram esetén inverterből áll. A berendezés nagy hátránya a napelemes HMKE-vel szemben, hogy nem statikus, mozgó alkatrészeket tartalmaz, tervezése kivitelezése bonyolultabb, karbantartási igénye magasabb. Az általa szolgáltatott energia az előzetes szélmérések alapján jósolható. Vízturbinás termelő berendezés: Elemei a szintkülönbség biztosító gátrendszer, függőleges vagy vízszintes turbina, egyen- vagy váltóáramú generátor, valamint a szélturbinás berendezéshez hasonlóan inverter vagy gerjesztés szabályzó. Ez a berendezés értelemszerűen nagy esésű vizek mentén lehet hatásos. Előzetes villamos energiabecslés a vízhozamból és az esésmagasságból készíthető. Motorhajtású termelő berendezés: Ez a rendszer belső vagy külsőégésű motorból, egyen- vagy váltakozó áramú generátorból és egyenáram esetén inverterből áll össze. A generátor által szolgáltatott villamos energia a befektetett energia csupán 30-50%-a, vagyis a hatásfoka rossz, viszont ha a veszteséghőt felhasználjuk, akkor összhatásfok akár a 90%-ot is elérheti. A napelemes termelő berendezés később a negyedik fejezetben külön tárgyalásra kerül, mert a későbbiekben ennek hálózati hatásaival fogok foglalkozni.
12
3
Háztartási méretű kiserőművek hálózatra csatlakoztatása HMKE csatlakoztatása esetén sok szabályt kell betartani, illetve sok védelmet kell
biztosítani. A szabályok közé tartozik a csatlakoztatható teljesítmény korlátozása is. Ezek szerint egy fázison 5 kVA, három fázison a rendelkezésre álló teljesítmény (max. 50 kVA) lehet a csatlakoztatott teljesítmény. Az 5 kVA-es korlátozás elosztói előírás, ugyanis az egyfázisú termelő berendezés a fázis- és a nullavezetőn is létrehozza a feszültségemelést (az 5 kVA-es egyfázisú berendezés hálózati hatása megegyezik a 30 kVA-es háromfázisú berendezéssel). lenne,
ha
az
inverter
Kiserőművi 5 kVA névleges teljesítménynél célszerű alkalmas
lenne
keresztirányú
feszültségszabályozásra
coskapacitív=0,8, cosinduktív=0,8 fázistolás között. A jelenleg forgalomban lévő inverterek alkalmatlanok feszültségszabályozásra, a termelt áram fázishelyzete általában cos=1.
3.1 Védelmek Komplex védelmi rendszerrel kell biztosítani a kezelő, a saját belső hálózat és a közcélú villamos hálózat biztonságát. A védelmi rendszer részei: HMKE érintésvédelme: A termelő berendezés érintésvédelménél a gyártó által javasolt, valamint a közcélú hálózatra a csatlakozási ponton megkövetelt előírásokat kell betartanunk.
Forgógépes áramátalakító: A termelő védelmét ebben az esetben a fogyasztó hálózatának saját lekapcsolási védelméhez kell illeszteni.
Inverteres berendezés: Mivel az inverter egyenáramú bemeneti feszültsége meghaladja a törpefeszültséget, ezért a DC oldalon általában kettős szigetelést használunk védelemre. Az alkalmazott kábeleket, csatlakozásokat ennek megfelelően kell kiválasztanunk. Az inverter egyenáramú oldalán kétsarkú szakaszolókapcsolót kell beépítenünk (Ez általában az inverterben már beépítésre kerül). Az inverterre figyelmeztető feliratot (Lásd 6. ábra) kell elhelyeznünk, hogy szakaszolókapcsoló lekapcsolása esetén is a DC oldal feszültség alatt állhat.
13
6. ábra DC oldali figyelmeztető felirat Az inverter váltakozó áramú oldalát a hálózat önálló lekacsolását ellátó védelméhez kell illesztenünk. Itt is leválasztó kapcsolót kell elhelyeznünk. Áramvédő kapcsoló használata esetén figyelembe kell vennünk az esetleg kialakuló egyenáramú komponenst. Védő egyen potenciálra hozó vezetőt a villámáram által indukált túlfeszültségek minimalizálása érdekében az egyenés váltakozó áramú kábelekkel párhuzamosan, azok közelében kell elhelyeznünk. HMKE túlfeszültségvédelme: Az elosztói szabályzatban foglaltak szerint minden esetben kötelező komplex túlfeszültségvédelmet kialakítani. A kialakított védelmet az épület villámvédelme határozza meg:
Villámvédelem nélkül az inverter egyen- és váltakozó áramú oldalán is 2. típusú túlfeszültségvédelmi készüléket kell elhelyeznünk
Villámvédelmi szabványnak megfelelő (MSZ EN 62305), a veszélyes megközelítés figyelembevételével kialakított rendszer esetén az inverter egyenáramú oldalán az előzőhöz hasonlóan 2. típusú túlfeszültségvédelmi készüléket kell elhelyeznünk. A váltakozó áramú oldalon legcélszerűbb egy kombinált 1. és 2. típusú védelmi készülék alkalmazása.
Villámvédelemmel rendelkező, de a villámvédelmi szabvány (MSZ EN 62305) által előírt veszélyes megközelítési távolság betartása nélkül kialakított rendszer esetén az inverter egyenáramú oldalán 1. típusú túlfeszültségvédelmi készüléket kell használnunk. A váltakozó áramú oldalon legcélszerűbb egy kombinált 1. és 2. típusú védelmi berendezést alkalmazni.
A közcélú hálózat minőségi paramétereit biztosító védelmek: A HMKE-nak a hálózat felé az alábbi biztonsági paramétereket kell betartania:
nem táplálhat a közcélú hálózati zárlatra 1,1In-nél nagyobb áramot
nem maradhat a közcélú elosztóhálózattal szigetüzemben
nem okozhat megengedettnél nagyobb feszültségváltozást
nem okozhat a szabványban előírttól eltérő feszültséget 14
nem okozhat zavaró mértékű aszimmetriát, harmonikus torzítást, villogást
nem táplálhat a közcélú hálózatra a KIF/KÖF transzformátort aszimmetrikus gerjesztési állapotba juttató egyenáramú komponenst
A feltételek biztosítása érdekében az alábbi védelmekről kell minimálisan gondoskodni:
rövidzárlati védelem
túlterhelési védelem
feszültségnövekedési védelem
feszültségcsökkenési védelem
frekvencianövekedési védelem
frekvenciacsökkenési védelem
elosztóhálózati-szigetüzem elleni védelem
földzárlati/testzárlati védelem
áramütés elleni védelem
egyenáramú védelem
15
4
Napelemes termelő berendezés Mivel a napelemes termelő berendezés a legelterjedtebb hazánkban, ezért ennek
bemutatása, valamint alapjaiban a napenergia külön fejezetben kerül bemutatásra.
4.1 A Nap mint energiaforrás A megújuló energiaforrások közül a nap nevezhető a legstabilabbnak, mivel a vízzel szemben mindenhol rendelkezésre áll, a széllel szemben jól kiszámítható módon, a napos óráknak megfelelően kalkulálható a termelés. A Nap sugárzásának az intenzitása közvetlenül a Napnál 70000-80000 kW/m². Ennek a föld légköréig csak a töredéke jut el, átlagosan 1370 W/m², ezt szokás napállandónak is nevezni. A Föld légkörén való áthatoláskor ennek további részei vesznek el, így körülbelül 1000 W/m² energia áll rendelkezésünkre. Ha a Napból a föld légköréhez érkező energiát 100%-nak tekintjük, akkor ennek a Föld légkörét elérő napsugárzásnak 23%-át a légköri gázok elnyelik és hővé alakítják át, míg a másik 26%-át a légkör visszaveri. Tehát a földfelszínre összesen 51%-nyi napsugárzás jut el, amiből csak 33%-a közvetlen sugárzás és 18% szórt sugárzás. A földfelszínt elérve a napsugárzás 10%-a visszaverődik, és itt is 5% elnyelődik, a megmaradó 5% a világűrbe távozik. Ezt a százalékos eloszlást a 7. ábra illusztrálja
7. ábra A napsugárzás energiájának eloszlása
16
A Napból érkező napsugárzásnak a földfelszínt elérve csak 49%-a lesz hasznos, ami a szórt és a direkt sugárzásból áll. Ezen szórt és direkt napfény évi eloszlását szemlélteti a 8. ábra.
8. ábra Szórt és direkt sugárzás Az ábrából látható, hogy nyáron, ezen belül is júniusban legintenzívebb a napsugárzás. Magyarországon a legtöbb besugárzás a Tiszántúl déli területein tapasztalhatunk, viszonylag nagyobb még a sugárzás a Dunántúlon illetve az Alföld déli vidékein. Legkevesebb besugárzásban a nyugati határsáv és az Északi-középhegység térsége részesül. Ezt a 9. ábra illusztrálja. A besugárzás területi eloszlását két tényező határozza meg: a földrajzi szélesség, valamint a felhőzet mennyisége.
9. ábra Magyarország globálsugárzása (Az ábrán látható MJ/ m² egységet szokás a napsugárzás estében megadni. Ezt egy egyszerű
számítással
át
tudjuk
váltani
kWh/m²-be.
Ennek
az
egyenlete:
1 kWh/m²/nap = 3,6 MJ/m²/nap) 17
Emellett korábbi mérések és tapasztalatok alapján azt is tudjuk, hogy mennyi a termelés éves és napi bontásban. Ezeket az adatokat prezentálja a 10. és 11. ábra: 100%
80%
60%
40%
20%
10. ábra Éves termelés (havi bontásban) 0% 100% Január
Március
Május
Július
Szeptember
November
75%
50%
25%
0% 1
6
11 Augusztus
16
21
December
11. Ábra Napi termelés (évszak függvényében) Az éves termelési diagram és a napsugárzási diagram összevetésből látszik, hogy nem teljesen, csak részben függ a napsugárzás mértékétől a létrejövő energia. Ennek oka a napelemek hőmérsékleti együtthatója, magas hőmérsékleten csökken a termelt teljesítmény (0,4-0,5 %/K)
18
A napi termelési diagramról az olvasható hogy legnagyobb energia a déli órákban termelődik, de természetesen ezt befolyásolja a napelemek tájolása. Az esti órákban, mind a beesési szög csökkenése, mind a napelemek tájolása miatt a termelés csökken. Ha a napelemek összeláncolt feszültsége nem éri el az inverter működéséhez szükséges küszöbértéket, az inverter lekapcsol. A napelemes termelés évszak-, tájolás-, dőlésszögés hőmérsékletfüggő.
4.2 A napelemes termelő egység részei A napelemes termelő berendezés szerkezetileg 5 elkülönülő részre tagolható. Napelem, a DC oldali csatlakozódoboz, az inverter, az AC oldali csatlakozó doboz valamint a hálózati csatlakozási pont (ezt illusztrálja a 12. ábra).
. 12. ábra Napelemes HMKE részegységei
19
Napelem: A napelem egy olyan eszköz, amelynek segítségével a nap sugárzását elektromos árammá alakíthatjuk át a fényelektromos jelenség segítségével. A napelem teljesítménye függ annak típusától, a méretétől, a sugárzás intenzitásától és a sugárzott fény hullámhosszától, valamint annak beesési szögétől. A szolár cellák két fajta anyagot tartalmaznak, ezeket szoktuk p-típusú és n-típusú félvezetőknek nevezni. Bizonyos hullámhosszú fény képes a félvezető atomjainak ionizációjára, ezáltal a beeső fotonok többlet töltéshordozókat hoznak létre. A pozitív töltéshordozók (lyukak) a p-rétegben, míg a negatív töltéshordozók (elektronok) az nrétegben lesznek többségben. A két ellentétes réteg töltéshordozói habár vonzzák egymást, csak egy külső áramkörön keresztül haladva képesek rekombinálódni, a köztük lévő potenciál lépcső miatt. Egy fotoelektromos cella leadott teljesítménye négy dologtól függ:
A cella mérete és típusa
A cella elhelyezése
A fény intenzitása
A fény hullámhossza
Mivel a cella mérete és elhelyezése telepítés után állandó, valamint a fény hullámhossza sem szokott általában változni, így a leadott teljesítmény szinte egyenesen arányos a fény intenzitásával. Fontos még, hogy a cellák feszültsége nem függ annak méretétől és a fény intenzitásától, így a leadott áramerősség lesz arányban ezekkel. A szolár cellák különböző méretűek és formájúak lehetnek, a felhasználási területnek megfelelően. A kisebb bélyeg méretűektől egészen a néhány 10 centiméteresig. A cellák összekapcsolásával szolár modulokat kapunk. Ezekből a modulokból állítják elő a felhasználó számára a szolár rendszert. Ezek mérete függ a napsugárzás mennyiségétől, az elhelyezéstől és a felhasználói igényektől. A cella elhelyezésétől sok minden múlik, egy jól beállított egység majdnem kétszer akkora hatásfokkal tud üzemelni, mint egy helytelenül beállított. A beállítási hatékonyságokat a 13. és 14. ábra szemlélteti. Ebből látszik, hogy a legoptimálisabb elhelyezés a déli tájolású és 40-45°dőlésszögben telepített rendszer.
20
100%
90%
80%
70%
60%
50% É
NY
D
13. ábra Termelés a tájolás függvényében
K
É
100%
90%
80%
70%
60% 90°
80°
70°
60°
50°
40°
30°
14. ábra Termelés a dőlésszög függvényében
20°
10°
0°
A napelemet alapvetően kétféle csoportba tudjuk osztani, ezek az amorf és kristályos napelemek. A kristályos napelemeket tovább tudjuk bontani a monokristályos és a polikristályos napelemekre. A következőkben ezek kerülnek ismertetésre.
Amorf napelem: A hatásfoka 4-10% között mozog, ami kevesebb, mint a kristályosoké. Mivel kicsi a hatásfoka ezért jóval nagyobb felületet kell ezzel borítani. Az amorf napelem a szórt fényt jobban felhasználja, mint a
21
közvetlen napfényt. Az élettartamuk csak 10 év körül van. Egyéb jellemzőjük 800x1600mm területnél: ~100 V; 1-1,5 A; 80-120 Wp; 12 m2/kW.
15. ábra Amorf napelem
Monokristályos napelem: Ez a napelem a legjobb hatásfokkal bíró napelem, aminek hatásfoka 15-18% között van. A monokristályos napelem a közvetlen napfényt hasznosítja jobban, de a szórt napfényben már kevésbé tudja jól felhasználni. Élettartama 30év körül van. Tulajdonságaik 800x1600mm-nél: 30-40 V; 7-10 A; 200-250Wp.
16. ábra Monokristályos napelem
Polikristályos napelem: Ennek a hatásfoka majdnem olyan jó, mint a monokristályosé, 10-16% közötti. Ez a monokristályossal ellentétben a szórt fényt jobban tudja hasznosítani, mint a közvetlent. Élettartama 25 év körüli. Egyéb jellemzői 800x1600mm-nél: 30-40 V; 7-10 A; 200-250Wp.
17. ábra Polikristályos napelem 22
DC oldali csatlakozódoboz: A DC oldali csatlakozódoboz a napelemek és az inverter között található. Tartalmazza szükség esetén string-biztosítékot, string-diódát, a DC oldali túlfeszültségvédelmet, a DC oldali szakaszolókapcsolót.
18. ábra DC oldali kapcsolódoboz Inverter: Az inverter a napelemes rendszer által szolgáltatott egyenáramú energiát, váltakozó áramúvá alakítja. Egyéb jellemzői pontokba foglalva:
széles bemeneti feszültségtartomány
automatikus munkapont keresés (MPPT)
kis harmonikustartalom
jó hatásfok
hosszú élettartam
DC oldali leválasztó kapcsoló
Integrált AC oldali védelem és kapcsoló berendezés
kommunikációs felület
19. ábra Inverter doboz
23
AC oldali kapcsolódoboz: Az AC oldali csatlakozódoboz az inverter és a fogyasztó belső hálózata között található. Tartalmazza az AC oldali túlfeszültségvédelmet, az AC oldali szakaszolókapcsolót, illetve az AC oldali túlterhelés- és zárlatvédelmet.
20. ábra AC oldali kapcsolódoboz
24
5
Háztartási méretű kiserőművek hálózati hatásai
5.1 Kisfeszültségű hálózat alapjai Ahhoz, hogy a későbbiekben tudjuk és értsük, milyen változásokat okoznak a napelemes kiserőművek a kisfeszültségű hálózatokon, fontos ismerni magát az elosztóhálózatot. Ebben az alpontban ezért a kisfeszültségű elosztóhálózat kerül bemutatásra, annak kialakítása, és a szolgáltatott villamos energia szabványos értékei. A kisfeszültségű hálózat szabványos villamos mennyiségei a következők: Un= 3x400/230V, f=50Hz A megengedett feszültségtűrés sáv: Un78%% egyhetes mérés 10 perces átlagértékeinek 95%-ban leágazási ponton. Un77,,55%% egyhetes mérés 10 perces átlagértékeinek 95%-ban csatlakozási ponton. 10% Un10 % egyhetes mérés 10 perces átlagértékeinek 100%-ban. 15% Un20 % egyhetes mérés 1 perces átlagértékeinek 100%-ban.
21. ábra Kisfeszültségű hálózat szabványos feszültségtűrése5 A kisfeszültségű hálózat kialakítása lehet szabadvezeték (csupasz, vagy szigetelt) vagy kábel. A hálózatkép általában sugaras rendszerű, ennek jellemzője, hogy egy táppontról indul, a fogyasztók áramai a táppont és a fogyasztók között egyetlen útvonalon jönnek létre. A sugaras hálózat elemei a gerincvezeték, és a szárnyvezetékek (leágazó vezetékek). A gerincvezeték a táppontból kiinduló fővezeték, erről ágaznak le 25
a szárnyvezetékek. Mind a szárnyvezetékekről, mind a gerincvezetékről indulhatnak csatlakozó vezetékek, melyek a felhasználók csatlakozási pontjára juttatják el a villamos energiát. Sugaras ellátás esetén a táppont induló feszültségével biztosítható, hogy a végpontokon a tűréssávon belül szabványos feszültség alakuljon ki. Kisfeszültségen nem jellemző, de kialakítható ún. íves-, gyűrűs hálózat, valamint az ún. lázán hurkolt hálózat. Erre a három kialakításra található példa az 1. mellékletben.
5.2 HMKE hatása a kisfeszültségű hálózat feszültségviszonyaira A legnagyobb probléma a HMKE-k használatával kapcsolatban, hogy jelentős betermelés esetén a csatlakozási ponton megemelik a hálózat feszültséget, ezzel átlépve a megengedett feszültségtűrési tartományt. Ennek megértéséért vizsgáljuk meg először a 22. és 23. ábrákat.
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Helyben felhasznált
Hálózatból vételezett
Hálózatra adott
22. Ábra Április havi napi termelés/fogyasztás megoszlása
26
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Helyben felhasznált
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hálózatból vételezett
Hálózatra adott
23. Ábra December havi napi termelés/fogyasztás megoszlása
Amint látható az energiatermelés a napsütéses időszakokra jellemző, mely évszaktól függően a reggeli óráktól a délutáni-esti órákig terjed. Ez azért jelent gondot, mivel nem ekkor lesz a legmagasabb az áramfelhasználás a tulajdonosoknál, így a termelt villamos energia nagyrészt a hálózatra kerül. Mivel ilyenkor a környező felhasználóknak is kisebb az energiaigénye, ezért a megtermelt energia hosszú hálózatszakaszon okoz feszültségemelkedést, kisebb kiterheletlen hálózat esetén akár a transzformátor energiairányát is megváltoztatja. Például 0,5-os hurokimpedancián 10V feszültségemelkedést okoz egy egyfázisú 5 kVA-es rendszernek megfelelő 20A-es betermelés. Ha figyelembe vesszük, hogy ugyanez a felhasználó, ha a napelemes rendszer üzemén kívül 20A-t a vételez, akkor 10V feszültségcsökkenést tapasztal. Összességében a csatlakozási ponton 20V-ot is változhat a feszültség. Kiterjedt KIF hálózaton eleve nagyobb induló feszültséget állítanak be a transzformátornál a csapoláskapcsolóval, erre emel még rá az inverter akár, így a csatlakozási ponton előírt tűréssáv tarthatatlanná válik. Az előbb említett probléma zömmel egyfázisú termelés esetén adódik, ugyanis az egyfázisú termelő berendezés a fázis- és a nullavezetőn is létrehozza a feszültségemelést (az 5 kVA-es egyfázisú berendezés hálózati hatása megegyezik a 30 kVA-es háromfázisú berendezéssel). 27
Végül figyelembe kell venni azt is, hogyha valaki HMKE-t létesít, akkor annak előnyeit látva a környező felhasználók is saját HMKE-t létesítenek, így termelési időszakban csökken a hálózatból igényelt villamos energia és nő a hálózati visszatáplálás.
28
6
Mintahálózati számpélda Először egy kisfeszültségű áramkör modelljén vizsgálom a hálózat terhelési
állapotát, és a hálózatra kapcsolódó HMKE-k hálózati hatásait. Ezt a kisfeszültségű áramköri modellt egy Excel táblázatban én hoztam létre, melynek függvényei és vezérlőelemei segítségével nagyszámú számítás végezhető. Ezt a táblázatot, és annak adatbeviteli mezejét a 24. ábra illusztrálja.
24. Ábra: Számító Excel táblázat
6.1 Mintahálózat felépítése Ezt a mintahálózatot a nyári gyakorlatom során hoztam létre, miután gyakorlatban is megismertem a kisfeszültségű hálózatok felépítését. Első lépésként létre kellett hozni magát a hálózatot. A mintahálózat egy sugaras rendszerű kisfeszültségű áramkör, ami az egyszerűbb számítás miatt szárnyvezetéket, elágazást nem tartalmaz. Mivel az áramkörök átlagos hossza 500m, 16 oszlopközt vettem fel. Az oszlopok a hálózat csomópontjai, ezekről indulnak a fogyasztók irányába a csatlakozóvezetékek, melyekkel nem számolunk. A csomópontok közti távolságot a VÁT-H4 típusterv alapján 30 méter közelébe vettem fel. (Az oszloptávolságok a 2. mellékletben találhatók.)
29
Kisfeszültségű hálózati gerincvezeték jellemző keresztmetszete 95 mm2 és 50 mm2. Az áramkörön két különböző keresztmetszetű műanyagszigetelésű kötegelt vezetéket vettem fel. Az első tíz szakasz 3x95/95mm2, míg a maradék 3x50/50mm2 keresztmetszetű. (A vezetékadatok a 3. mellékletben találhatók.) A hálózat létrehozása után a csomópontokon lévő fogyasztók beállítása következett. Fogyasztóként egy- vagy háromfázisú csatlakozású, lakossági vagy üzleti profil szerint vételező fogyasztók lettek felvéve. Egy csomóponton 3 fogyasztónál nem helyeztem el többet. (A csomópontokon lévő felhasználók számát és típusát a 4. melléklet tartalmazza.) Ezután ezeket a fogyasztókat szétosztottam a három fázison, úgy hogy megközelítőleg
egyenlő
arányban
helyezkedjenek
el,
majd
ezekhez
éves
energiafelhasználást rendeltem. Törekedtem arra, hogy a beállított értékek az átlagos 3000 kWh fogyasztási érték körül helyezkedjenek el (Ezen értékeket az 5. melléklet tartalmazza). Végül a feladat fontos elemekeként véletlenszerűen elhelyeztem 3 kiserőművet a hálózaton. Ebből kettő egyfázisú, a harmadik háromfázisú. Az első 5 kVA-es egyfázisú HMKE a 6. csomópont L1 fázisára került, a második, 3 kVA-es az utolsó csomópont L3 fázisára, míg a 10 kVA-es háromfázisú erőmű a 12. csomópontra. Ezek a mintahálózat számolótáblájában jelölő négyzet segítségével ki- és bekapcsolhatóak, így meg lehet vizsgálni, hogy milyen hatást fejtenek ki a hálózat feszültségviszonyaira. Az így kapott hálózatot, és az oszlopok különböző fázisain lévő üzleti és lakossági terhelések és termelések mennyiségét a 25. ábra mutatja:
30
25. Ábra: A mintahálózat egyvonalas sémája, a rajta található terhelésekkel termelésekkel 31
Következő feladat a fogyasztókhoz rendelt profilok meghatározása volt. Ezt egy külön munkalapra készítettem. Először az E.on honlapjáról letöltöttem, egy bárki által elérhető 2014. évi fogyasztói terhelési profil táblázatot.6 Ez megmutatja, hogy a különböző fogyasztó típusok (pl. Üzleti, lakossági) egész éves fogyasztásának mekkora része várható egy adott negyed órában. (A profiloknak a még részletesebb bemutatása az 6. mellékletben történik, ahol is az elosztói szabályzat ide vonatkozó leírásai olvashatóak.) A táblázatból kiválasztottam egy napot, 2014.06.29.-ét és ennek negyedórás adatait használtam a modellezéshez. Azért esett erre a nyári napra a választás, mivel a napelemes kiserőmű ekkor éri el a legnagyobb termelési állapotot, így a hálózatra ekkor gyakorolja a legnagyobb hatást. A negyedórás adatokat összegezve órás profilokat készítettem, modellvizsgálathoz ez is bőven elegendő volt. Konkrét mérési adatokat felhasználva 7 elkészítettem egy ideális tájolású napelemes termelő berendezés termelési profilját is. (Az órás terhelés/termelési adatokat az 7. melléklet tartalmazza). Az alap, számítási munkalapon létrehoztam egy legördülő menüt, melynek segítségével ki tudjuk, választani melyik órára vagyunk kíváncsiak. Ekkor az adott órára jellemző profilok töltődnek be. A fejlécben elhelyeztem a fogyasztói terhelések cosφ állítására alkalmas mezőt, mellyel az összes fogyasztó fázishelyzetét egyszerre tudjuk változtatni. Végül elhelyeztem még egy mezőt, melyben megadhatjuk a transzformátor induló feszültségét.
6.2 Mintahálózat számításai HMKE termelések nélküli Az alap, számítási munkalapon két számítási folyam található. Az első ebből a HMKE-k termeléseit nélkülöző hálózati értékek számítása. Erre azért volt szükség, mert később ezeket az értékeket használtam fel a betermelésnél kialakuló állapotváltozás meghatározásához. Szakaszteljesítmények számítása: Az első számítást a szakaszteljesítmények kiszámításával kezdtem. A csomópontok különböző fázisain lévő éves fogyasztásokat szorozzuk meg a már korábban kiválasztott órának megfelelő profilokkal, ügyelve arra, hogy a lakossági teljesítményeket a lakossági profillal, az üzletiket pedig az üzleti profillal szorozzuk. Végül az üzleti és a lakossági teljesítményeket összeadjuk. Mivel az utolsó szakaszt leszámítva nem csak
32
saját teljesítmény van az adott szakaszon, ezért az adott fázis aktuális csomópontja mögött lévő teljesítményeket hozzáadjuk a saját teljesítményhez. Szakaszáramok számítása: A szakaszteljesítményekből szakaszáramokat tudunk számolni: I szakasz
Sszakasz . U induló *cos
Ebben az egyenletben az induló feszültséget egységesen a valóságra jellemző 242V induló
értékre
állítottam be
(nem
számolunk a
feszültségesés/emelés által
csomópontonként kialakuló értékekkel, így itt egyszerűsítünk). Fázisvezetők feszültségesése: A fázisok szakaszáramaiból, illetve a hozzájuk tartozó vezeték és hossz adatokból tudunk fázisvezetőn hossz-, illetve keresztirányú feszültségeket számolni. A hosszirányú
U hossz I szakasz * R * cos X * sin .
feszültségesés:
keresztirányú
feszültségesés:
U kereszt I szakasz * X * cos R * sin .
A Ezeket
komplex számként össze tudjuk rakni egy közös mennyiségbe. A hosszirányú tag lesz a valós rész, míg a keresztirányú a képzetes. Az L2 és L3 fázishelyes feszültségesését úgy határozzuk meg, hogy a kiszámolt komplex feszültségesés értéket elforgatjuk 120°-kal, illetve -120°-kal. Ezt úgy érem el, hogy ezeket az értékeket megszorzom ’a’, valamint ’a2’
park
vektorokkal.
alábbiak: U L 2 U L 2120 U L 2 ( 0,5 j U L3 U L3 120 U L3 (0,5 j
Egyenletben
ezek
az
3 ); 2
3 ). 2
Nullavezető feszültségesése: Minderre azért volt szükség, hogy helyesen tudjuk a nulla vezetőn eső feszültséget számolni. Így ugyanis vektoriálisan összegezzük a három fázis feszültségesését, és a kapott értéket is vektoriálisan kapjuk meg, tehát helyes értékkel tudunk tovább számolni. Ezen fázis és nullaveztős feszültségesések könnyebb értelmezhetőségéért áramköri modellt, valamint egy ehhez tartozó vektorábrát helyeztem el a 8.a. és 8.b. mellékletben, melyen látszanak a 120°-os fáziseltérések, a hossz és keresztirányú feszültségesések, valamint minimálisan a nullán eső feszültség. 33
Végponti feszültségesés: A nullavezető szakaszon eső feszültségekkel vektoriálisan összeadhatók a fázisok feszültségesései, ekkor megkapjuk az adott csomópontra jellemző feszültségesést. A teljes végponti feszültségesés számításhoz ezeket a feszültségeséseket kell összeadni, úgy hogy egy adott csomópont végponti feszültségesése a rá jellemző feszültségesést és az előtte lévő hálózatrész feszültségeséseit tartalmazza. Így az utolsó csomópontoknál megkapjuk, hogy mekkora feszültség esik az adott fázis teljes szakaszán. Ha ezeknek az L2 és L3-as fázisértékeit visszaforgatjuk ’a’ és ’a2’ park vektorokkal, akkor azonos koordinátarendszerbe eső értékeket kapunk. Ezzel megkaptuk az egymással jól összehasonlítható, kisebb elhanyagolásoktól eltekintve viszonylag pontos végponti feszültségeséseket a teljes hurkon.
6.3 Mintahálózat számításai HMKE termelésekkel A második számítási szakaszban már a HMKE-k által termelt villamos energia is figyelembe van véve. Először is a korábban kiszámolt szakaszteljesítményeket felbontom
úgy,
hogy
a
különböző
fázisokon
lévő
csomópontok
saját
teljesítményigényét kapjuk eredményül. (Az így kapott értékeket a 9. melléklet tartalmazza.) A továbbhaladás érdekében figyelembe vesszük, hogy a termelt áram alapesetben
a
hálózat
mindkét
irányába
megindulhatna,
viszont
mivel
a
transzformátornál a feszültség szintje nagyobb, mint a hálózat végén, ezért az áram először a hálózat vége felé fog megindulni. Ha a kiserőmű nem a hálózat végén van, a termelő
mögötti
hálózatrészek
energia
igénye
változatlan
marad,
tehát
a
szakaszteljesítmény megmarad. Ahhoz pedig, hogy a termelő csomópontja mekkora energiaigénnyel bír, úgy kapjuk meg, hogy a kiserőmű termeléséből kivonjuk a mögötte lévő terheléseket, és ami megmarad érték az lesz a csomóponton. Az ezelőtt lévő csomópontok igényét pedig úgy kapjuk meg, hogy az adott csomópont, valamint a közte és a termelő csomópontja közt lévő igényeket összeadjuk a termelő csomópontján jelentkező értékkel. Ha ezek negatívak, az áram irány is az alap áramiránnyal ellentétes. Az így kapott szakaszteljesítmény táblázatból, ugyanazokkal a számításokkal, amiket az első számítássornál is elvégeztünk, megkapjuk a hálózaton eső/emelkedő feszültséget. Ennél a számítási folyamnál még plusz műveletként az így kapott komplex feszültség eséseket/emelkedéseket kivonjuk a beállított induló 242 V-ból. Az így kapott
34
eredményeknek
pedig
az
abszolút
értékét
vesszük,
így
kapunk
végponti
feszültségértékeket, melyeket a grafikonon ábrázolunk. Érdemes még megjegyezni, hogy a szakaszok feszültségesései, jellemzően a hálózat végén, lehetnek negatív értékűek. Ez akkor következhet be, amikor a három fázis terhelése jelentősen eltér, így nagymértékű aszimmetria jelentkezik.
6.4 Mintahálózat számítási értékeinek bemutatása Mivel a mintahálózattal - beállíthatósága miatt – nagy számú számítást lehet elvégezni, ki kell választani azokat a körülményeket, amelyek a leginkább megfelelnek a
valóságnak,
és
a
legszemléletesebb
eredményeket
adják.
Ezért
a
cosφ
teljesítménytényezőt 0,9-re választottam, az órát pedig 11 órára. Korábban bemutatott táblázatokból jól látszik, hogy ilyenkor a legnagyobb a napelemes kiserőmű termelése. Emellett egy 20 órára vonatkozó számítási sort is készítetem a későbbi összehasonlítás érdekében. Négy esetet vizsgáltam. Az első három 11 órára vonatkozó adat,
első, amikor nincs HMKE a hálózaton,
a második, mikor a két egyfázisú termelő rajta van az L1 és L3 fázisokon,
a harmadikban mindhárom napelem termel.
11. órakor az alábbi profilok jelentkeznek: Lakossági Üzleti Termelési
0,108151 0,174707 0,444521
A negyedik eset a 20. órára vonatkozó adat, ekkor már nem termel a napelem, viszont a terhelés ebben az időszakban a legnagyobb. A 20. órakor az következő profilok jelentkeznek: Lakossági Üzleti Termelés
0,154869 0,104411 0,000000
Először a szakaszteljesítményeket kapjuk meg wattban a három különböző állapot esetén. (Ezeket
a 10. Melléklet
szakaszáramokat. (Ezeket
tartalmazza.) Ezekből lehet
a 11. Melléklet
tartalmaz.)
kiszámolni a
Ezek után szakasz
feszültségesések meghatározása következett. A szakasz feszültségesési értékekből,
35
meghatározhatók a végponti feszültségesések. Ezek a feszültségesési értékek komplex értékek, így táblázataik átláthatóan nem mutathatóak be. Ha ezeket a feszültségesési értékeket a kisfeszültségű hálózat beállított induló feszültségéből rendre levonjuk, akkor megkapjuk a végponti feszültségértékeket. Ezek abszolút számértékei a 12. mellékletben megtalálhatóak, míg a belőlük készült feszültségdiagramok a hálózat mentén a következőek lesznek:
26.a. Ábra: 11. óra - Csomópontok feszültségei kiserőmű termelések nélkül
26.b. Ábra: 11. óra - Csomópontok feszültségei az egyfázisú kiserőművek termelésével 36
26.c. Ábra: 11. óra - Csomópontok feszültségei az összes kiserőmű termelésével
26.d. Ábra: 20. óra – Csomópontok feszültségei Az ábrákból jó pár információt le lehet szűrni a HMKE-ket tartalmazó hálózatokkal kapcsolatban. Ha csak a 11 órás fogyasztási állapotot vizsgáljuk, az történik, amire számítunk, a hálózaton a feszültség csökken mindhárom fázison. A második és harmadik ábrán viszont már a feszültségszintek ingadoznak, hol növekedni, hol csökkeni fognak. A korábban leírt negatív hatásokhoz kapcsolódon két dolgot fontos megjegyezni. Az egyik a fázisokon eltérő terhelésből adódó feszültségszint különbség. Erre a legjobb
37
példa a 23.c. ábra 16. csomópontja. Itt az L2-es és az L3-as fázis között 2,5 Volt lesz a különbség. A másik ilyen probléma, hogy mekkora eltérések adódhatnak egy fázis ugyanazon csomópontján mérhető feszültségértékek között. Ha megvizsgáljuk a 23.c. ás a 23.d. ábrákon az L3 fázisnak a 16. csomópontját, akkor láthatjuk, hogy a nappali és az esti értékek között több mint 3,5 Volt eltérés tapasztalható. Ezen problémák még dominánsabban jelentkezhetnek, ha nagyobbak a HMKE-k teljesítményei, a vezetékrendszer hosszabb vagy keresztmetszete alacsonyabb, esetleg kevesebb a fogyasztó, aki elfogyasztaná a megtermelt energiát.
38
7
Regiszteres mérések és eredményeik Ebben a fejezetben a napelemes kiserőművek valós körülmények közötti hatását
vizsgáljuk meg. Ehhez regiszteres mérések készültek a nyár folyamán, és ezen adatok kerültek kielemzésre.
7.1 Mérés előkészítése 2014 nyarán a kötelező szakmai gyakorlatomat az E.on Tiszántúli Áramhálózati Zrt.nél töltöttem. Itt lehetőségem nyílt rá, hogy regiszteres méréseket végezzünk Debrecenben olyan területeken, ahol az adott hálózaton több napelemes kiserőmű is található. Első lépésként ki kellett választani a megfelelő mérési területeket. Olyan utcák lettek keresve, ahol a hálózaton legalább három ilyen kiserőmű is található – a várhatóan nagyobb – hálózati hatások miatt. Így esett a választás három utcára Debrecenben, az első a Szepesi utca, a második a Gyolcsos utca, míg a harmadik a Kiss Ernő utca. Az első és harmadik területen három darab egyfázisú erőmű volt található, míg az utolsó, Gyolcsos utcában két darab egyfázisú, és két darab háromfázisú. (Ezeknek a területeknek a hálózati képe a 13. mellékletben található). Ezekre a hálózatokra július 26.-án kerültek fel a mérő regiszterek. Kétfajta regiszter lett használva, az egyik a Vertesz VHR 20, a másik a Vertesz VHR 21 mérő regiszter. Utóbbi a transzformátornál való mérésre volt alkalmas, itt az elmenő áramokat, valamint a transzformátor szekunder oldali feszültségét rögzítette a berendezés. A VHR 21 berendezés képét, valamint a transzformátorállomásba szeret állapotot a 24. ábrák mutatják.
39
27.a.
Ábra:
Vertesz
VHR 21
27.b. Ábra: 39163-as számú István úti 10/0,4kV-os transzformátor állomás a beszerelt VHR 21 regiszterrel
40
A VHR 20-as végponti feszültségek mérésére volt alkalmas, ezek a hálózatok oszlopaira lettek felszerelve, így mérték a hálózat adott pontján lévő fázisok feszültségértékeit. A VHR 20-as berendezés képét, illetve oszlopra szerelt állapotát a 25. ábrák mutatják.
28.a. Ábra: Vertesz VHR20
28.a. Ábra: A VHR 20 oszlopra szerelt állapotban
41
7.2 A mérés időszaka A mérőberendezések felszerelését követkő két hétben zajlott a mérés. A berendezések két kivételtől eltekintve perces adatokat gyűjtöttek, melyek tartalmazzák az adott időszak átlag értékeit, valamint minimum és maximum értékeit is. A kéttranszformátoros regiszternél a rögzítendő nagyobb adatmennyiség miatt csak tízperces értékeket lehetett gyűjteni. Ezeket a mérők hálózati kommunikáció segítségével el tudták küldeni a kiolvasásért felelős Reginfo programnak. Miután elsajátítottam a program használatát, fázisazonosítást kellett végezni a már megkapott adatok alapján. Erre azért volt szükség, mert a valóságban egy nem négy szál feszítésű hálózatnál nem könnyű beazonosítani , melyik vezeték melyik fázist viszi, emellett a hálózat létesítésénél az átkötéseknél sokszor nem ügyeltek a fázis azonosságra, így a mérőberendezések felszerelésénél is csak annyit lehetett tudni, hogy a bekötés forgásirány helyes-e. Ilyenkor a fázisazonosítást a már mért értékek alapján lehetett elvégezni, úgy hogy az adatokból készített görbéken jellegzetességeket kellett keresni, amik csak az adott fázisra jellemzőek, a másik kettőre nem. Miután már minden fázis be lett azonosítva, elkezdődhetett a kiértékelés. A következő elemzéseket készítettem: az átlagok mikor lépnek ki a különböző tűrési sávokból, mekkora feszültségesések tapasztalhatóak a transzformátortól a végpontig, milyen aszimmetriák adódnak és a legfontosabb, mennyivel változtatja meg a HMKE a feszültségértéket. Ez alapján ki lehetett választani, hogy melyik körzet melyik napja lesz a legalkalmasabb az elemzésre, bemutatásra.
7.3 Egy mérés kiértékelése Minden egyes mérési körzetből kiválasztottam egy vagy két teljes napot, amihez grafikont készítettem. Ebből most a legszemléletesebbet fogom bemutatni, a Gyolcsos utcai hálózat 2014. július 9.-ei napja. A grafikon elkészítéséhez először az aznapi mért adatokat importáltam ki. Ez öt darab regiszter mért értékeit jelenti, melyből négy végponti mérő, egy pedig a transzformátor állomásban elhelyezett regiszter. Ezekből az adatokból a jobb szemléltethetőség kedvéért negyedórás átlagokat készítettem. Majd hogy az adott napra és Debrecenre jellemző napelemes termelési adatokkal is rendelkezzek, a Sunny Portal oldalról8 egy debreceni napelemes rendszer (Lincos) termelési adatait használtam. 42
Ezekből meghatároztam, hogy az adott negyedórában milyen volt a napelemes termelés. Ezzel az értékkel, valamint a már ismert, hálózaton lévő napelemek teljesítményéből ki tudtam számolni mekkora lehetett a valós termelés. Ezzel csak annyi a gond, hogy ez a három fázisra jellemző termelés, nem fázisonkénti, ezért inkább csak szemléltetésre és összehasonlításra használható. Fázisonkénti kiszámításra azért nem volt mód, mivel az egyfázisú erőművek elhelyezése ismeretlen volt, valamint azt sem volt ismeretes, hogy az adott háztartások ezeknek mekkora részét használják fel. Miután ezek az adatok mind rendelkezésemre álltak, elkészítettem belőlük a három fázis grafikonjait, amelyek az alábbiak lettek:
29.a. Ábra: A Gyolcsos utca és körzetének ’R’ fázisának adatai
43
29.b. Ábra: A Gyolcsos utca és körzetének ’S’ fázisának adatai
29.c. Ábra: A Gyolcsos utca és körzetének ’T’ fázisának adatai
44
Ezekből a grafikonokból jól látszik, hogy amikor a napelem termel, vagyis 6:30-tól 14:00-ig, valamint 15:15-től 20:15-ig, jelentős kihatással van a hálózatra. Ilyenkor lecsökken a hálózatból igényelt áram, valamint a HMKE-k felszültség emelő hatása is érvényesül. Lesz olyan pont ahol a végponti feszültségek nagyobbak lesznek, mint a táppontban lévő feszültség. Erre példa az ’R’ fázis 17:00 időpontja, amikor a Gyolcsos utca végén lesz nagyobb a feszültség. A mérések során nem láttunk azt a nagymértékű feszültségemelést, amire számítottunk. Ennek oka az lehet, hogy az adott területeken sok fogyasztó helyezkedik el, viszonylag kis távolságra egymástól, így még ha az energia igény nappal kevesebb is, mint este, a megtermelt energia a napelemes termelő berendezés közvetlen környezetében elfogy, és nem hat ki a hálózat teljes egészére. Viszont korábbi, nem általam végzett mérések azt mutatják, hogy a probléma valós, a mintahálózatnál jóval gyengébb kisfeszültségű hálózatok is találhatók.
45
8
Következtetések Modellvizsgálat és mérések alapján, jelenleg egy átlagos, normál beépítettségű és
fogyasztási hálózaton még nem okoznak gondot a háztartási méretű kiserőművek. Ha a napelemes erőművek terjedése ugyanebben az ütemben halad, a vázolt problémák, vagyis a nagymértékű feszültségemelés és az aszimmetria általánossá válhatnak. Külföldön több példa is mutatja, hogy az alapállapotban centralizált energiatermelésből ugrásszerűen nem lehet áttérni a decentralizált energiatermelésre, a fogyasztásra kialakított hálózati struktúra miatt. Már most meg kell vizsgálni különböző megoldási lehetőségeket, esetleg új utat kell keresni. Legkézenfekvőbb és egyben a legdrágább megoldási lehetőség a hálózat rekonstrukció. Ilyenkor a hálózati engedélyes lecseréli a meglévő hálózatát nagyobb keresztmetszetűre, vagy hálózatátrendezéssel az ellátás hosszát csökkenti. Ez a megoldás azon kívül, hogy rendkívül költségigényes, sok esetben nem ad végső megoldást pl. hosszú hálózat esetén sem alkalmaznak 95 mm2-nél nagyobb vezeték keresztmetszetet. Lehetőség lenne transzformátor visszacsapolásra, ami azért nem jó megoldás, mivel a transzformátor felcsapolását azért alkalmazzák, hogy a kiterjedt és kiterhelt hálózat esetén, a hálózatvégeken még szabványos sávon belüli legyen a feszültség, így a visszacsapolás csak a termelési időszakban oldaná meg a problémát. Ebből kiindulva alkalmazható lenne automatikus feszültségszabályzóval rendelkező transzformátor, amely termelési időszakban alacsonyabb, terhelési időszakban magasabb értéken tartaná az indulófeszültséget. Ez a megoldás sem olcsó, a szabályozós transzformátor költsége kb. 150%-a csapoláskapcsolós transzformátornak. Ezeken kívül még az alábbi módszerek alkalmazhatók:
helyben történő felhasználás elősegítése (villamos fűtési, meleg víz előállító rendszer üzemeltetése, okos (smart) megoldásokkal)
tárolókapacitás beépítése a közcélú hálózatba (szuperkondenzátor)
egyfázisú termelő berendezés beépíthető teljesítményének korlátozása 5kVA-ről pl. 2,5 kVA-re.
inverter
keresztirányú
szabályozásának
előírása
pl.
coskapacitív=0,8,
cosinduktív=0,8 fázisszög között.
46
Hogy a lehetőségek közül melyik lesz majd a legmegfelelőbb, a hálózat villamos jellemzői és terhelési állapota fogja meghatározni, figyelembe véve a gazdasági szempontokat és egyéb információkat.
47
9
Összefoglaló A háztartási méretű kiserőművek népszerűsége töretlenül nő, napjainkban egyre
többen döntenek ezek telepítése mellett. A telepített háztartási méretű kiserőművek zöme napelemes berendezés, ezek speciális, de jól modellezhető termelési jellemzőkkel rendelkeznek. A termelés egyenetlensége, a helyben illetve a közvetlen környezetben jelentkező fogyasztások ingadozása miatt, a termelő berendezés hálózati hatásának, vagyis feszültségemelésének mértéke is folyamatosan változik. Mivel egyre több az ilyen erőmű, ezért e problémák elemzése egyre fontosabb és időszerűbb feladat. A napelemes termelő berendezések közcélú hálózati hatása közül a legjellemzőbb, a feszültségemelő hatásuk, amellyel a hosszú-, vagy kis keresztmetszetű hálózaton szabványtalan feszültséget is létrehozhatnak; ezzel zavarhatják a közcélú hálózatra csatlakozó
fogyasztókat,
az
inverter
belső
U>
védelme
a
betermelést
is
megakadályozhatja, ellehetetlenítve a termelést. Másik jellemző hálózati hatás, az egyfázisú
termelés
hatására
kialakuló
hálózati
áramaszimmetria,
amely
feszültségaszimmetriát hoz létre. Ahhoz, hogy ezeket a hatásokat be tudjam mutatni, mintahálózatot hoztam létre, amivel számításokat tudtam végezni. A mintahálózat egy kisfeszültségű sugaras jellegű áramköri gerinc kétféle keresztmetszettel. Fogyasztóként egy- vagy háromfázisú csatlakozású, lakossági vagy üzleti profil szerint vételező fogyasztók lettek felvéve. Napelemes termelő berendezésként két egyfázisú és egy háromfázisú erőművek kapcsolhatók be. Az Excel tábla függvényei és vezérlőelemei segítségével nagyszámú számítás végezhető, amelyekből négy esetet vizsgáltam, melyeknél eltért a működő kiserőművek száma vagy a vizsgált időpont. Az elkészült grafikonok megmutatták a kiserőműveknél jelentkező feszültségemelést. Látható, hogy a termelő berendezések a csatlakozási ponton megemelik a közcélú hálózat feszültségét, illetve az is, hogy egyfázisú erőművek aszimmetriát hoznak létre. Azért hogy a napelemes termelő berendezések valós hatását is megvizsgáljam, Debrecenben telepített regiszteres mérések eredményei alapján elemzéseket és grafikonokat készítettem. Az termelő berendezések hatásai ugyan látszódtak, de hatásuk a várthoz képest alacsonyabbra adódott. Ebből azt szűrtem le, hogy jelenleg egy átlagos, normál beépítettségű és fogyasztási hálózaton még nem okoznak gondot a háztartási méretű kiserőművek. 48
Mivel másol már tapasztalhatóak voltak feszültségpanaszok, a napelemes termelő berendezések száma pedig nő, a problémák egyre nagyobb számával fog szembesülni a hálózati engedélyes. Már most el kell gondolkodni a megoldási javaslatokon, mint pl. hálózat rekonstrukciók, feszültségszabályzó transzformátorok, okos hálózatok.
49
10 Summary The popularity of smaller, domestic energy plants grows steadily, an increasing number of people decide to install them nowadays. Most of the domestic energy plants are solar, that have a special, but easily modeled production characteristics. Because of the local and the immediate environment’s fluctuations in consumption and the network effects of the power plant causes an unevenness of production so that the voltage of the network is constantly changing. Since such power plants are more and more common the analysis of these problems is becoming an important and timely task. The most specific effect on public networks of solar power plants’ is their voltage increasing effect on long, or narrow cross-sectioned networks upon which they can cause nonstandard voltage; this way they can cause disturbance with public consumers, the internal voltage security system of an inverter can prevent production of electric current. Another characteristic of the network effect, that of a single phase network resulting in power asymmetry, which creates a voltage unbalance. So that I could present these effects I have created a sample network on which I have been doing calculations. The sample network is a low voltage, radial circuit with two cross-sections. As consumers with residential or business profiles have been chosen either with one or three phase connections. In the testing three solar power plants could have been turned on, one with a single phase and two with a three phase design. Numerous calculations have been conducted with the functions and the controls of Excel, from which I examined four where there had been a difference in the number of active small plants or the date of test. The graphs show the small power plants’ voltage increasing effects. We can see, that the power plants have a voltage increasing effect on the public network at the connection points, and also the asymmetry caused by one phase power plants. I have produced analyzes and graphs to examine the real impact of solar power plants based on the results of the measurements-register installed in Debrecen. The effects of the production equipment could be measured, however their impact have been lower than anticipated. From this I have concluded that today there are no problems caused by domestic small-scale power plants in regular and consumer networks.
50
On the other hand there have been problems observed elsewhere and with the increase of the numbers of solar power plants service providers will face an increase in problems with them too. We have to start thinking about resolving proposals, such as network reconstructions, voltage regulator transformers, smart networks.
51
11 Köszönetnyilvánítás Ezen szakdolgozat végeztével szeretnék köszönetet nyilvánítani tervezésvezetőmnek, Borsody Zoltánnak, a szakdolgozat elkészülésében rengeteget segítő konzulensemnek, Harsányi Zoltánnak, valamint az E.ON Tiszántúli Áramhálózati Zrt.-nek, hogy egy külön regiszteres mérést tettek lehetővé számomra. Emellett még megemlíteném Erdős Károlyt, aki a nyári szakmai gyakorlatom során sokat segített számomra és Kecskés Józsefet, aki a mérések helyes kiolvasásában segédkezett.
52
12 Irodalomjegyzék 1. E.ON HU, Háztartási Méretű kiserőművek, http://www.eon.hu/eon.php?id=290, 2014.11.08. 2. Elosztói szabályzat Mellékletek, 7. számú módosítás, 6/b melléklet 2012.03.29. 3. Harsányi Zoltán, Villanyszerelő Expo 2014, (prezentáció), 2014 4. E.ON Tiszántúli Áramhálózati Zrt., ETI-MK-01-01, hálózattervezés- műszaki kézikönyv, 2010.04.15. 5. Óbudai egyetem – Kandó Kálmán Villamosmérnöki kar, Megújuló energiaforrás kutató
hely,
Napelemek
működése
és
alkalmazása,
http://ekh.kvk.uni-
obuda.hu/napelemek/17-napelemek-mukodese-es-alkalmazasa.html, 2014.11.08. 6. Fogyasztói
termelési
profilok
2014,
(https://e-iroda.eon-
tiszantul.com/download.php?url=download/Profilok_2014_teny_v1.xls), 2014 7. Sunny
portal,
Lincos
PV
system
overview,
2014.07.09.
adatai,
http://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPageOverview.aspx?plant=8c6932 d9-3341-4f56-a31a-03476defe01b&splang=, (oldal nem menthető, csak kép a grafikonról) 8. Elosztói szabályzat, 8. számú módosítás, 12. fejezet, 2013.12.10.
53
13 Mellékletek tr. 22/0,4 kV
tr. 22/0,4 kV
Gerincvezeték
III.2.11. ábra Sugaras hálózat
Szárnyvezeték
Sugaras hálózat III.2.11. ábra Sugaras hálózat
tr. 22/0,4 kV
tr.22/0,4kV
Bontási pont
X
tr.22/0,4kV
Bontási pont
X
X
ív
Ív
III.2.11. Bontási pont
Gyűrű
Gyűrű tr.22/0,4kV
ábra Sugaras hálózat tr.22/0,4kV
Íves gyűrűs hálózat
X ív
Gyűrű
Bontási pont
III.2.12. ábra Íves-gyűrűs hálózat
III.2.12. ábra Íves-gyűrűs hálózat
X Laza biztosító
Gyűrű
Bontási pont
tr.22/0,4kV
tr.22/0,4kV
X ív
Bontási pont
Laza biztosító
Lazán hurkolt hálózat
1. Melléklet: Kisfeszültségű hálózatalakzatok III.2.12. ábra Íves-gyűrűs hálózat 54
Csomópontok Távolság [m] 16-15 30 15-14 30 14-13 28 13-12 33 12-11 31 11-10 30 10-9 28 9-8 30 8-7 34 7-6 32 6-5 29 5-4 30 4-3 31 3-2 33 2-1 28 1-0 30
2. Melléklet: Mintahálózat csomóponttávolságai
55
3. Melléklet: Légvezetékek katalógusadatai
56
egyfázisú háromfázisú egyfázisú háromfázisú oszlopszám lakossági lakossági üzleti üzleti 1 2 2 1 1 3 2 4 1 1 5 1 6 3 7 1 8 2 9 1 10 1 11 3 12 1 1 13 2 14 2 1 15 1 16 1 1
4. Melléklet: Oszlopok fogyasztóinak mennyisége
Lakossági Oszlopszám 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
L1 2800 1800 3200
L2 2500 1900 3000
Üzleti L3
L1
3000 2700 1100 2600 3200 1300
2600 1100 2800
3200 1300 2900
2500
3500 1400 3300 1500
1200
1600
1000
1200
1300
3100 4500 2800
3000 1500
L3
4800 3000
2700 2900 1200
L2
1200
2500
5. Melléklet: Oszlopok fogyasztóinak éves fogyasztása
57
„Az elosztói engedélyesek a jogszabályi előírások és a működési engedélyük szerint kötelesek az országosan reprezentatív felhasználói csoportok és a felhasználói csoportokra jellemző terhelési profilgörbék meghatározására. A terhelési profilokat a lakossági fogyasztók, azon kisfeszültségű felhasználók, melyek névleges csatlakozási teljesítménye 3x80 A-nál nem nagyobb és közvilágítási felhasználók elszámolásához lehet alkalmazni A terhelési profil a felhasználási szokások szempontjából három jellegzetesen különböző napot – hétköznap, szombat, ill. munkaszüneti nap – különböztet meg egymástól. Az adott napra vonatkozó besorolás a jogszabályban meghatározott éves munkarend alapján történik. Az egyes napi terhelési görbéket úgy kell meghatározni, hogy a teljes görbe alatti terület 1000 kWh/év felhasználásnak feleljen meg.” Eszerint, ha egy fogyasztó egész éves fogyasztását beszorozzuk egy adott órára jellemző profillal, akkor megkapjuk, hogy az adott órában mekkora fogyasztásra lehet tőle számítani kW-ban. „Egy kereskedő egy profilcsoportba tartozó felhasználóinak összesített görbéjét a felhasználók összegzett fogyasztási tényezőjével lehet meghatározni. A kereskedő összes profilozott felhasználójának eredő görbéje az egyes profilcsoportok görbéjének összegzésével állítható elő. A mérlegkör összes profilozott felhasználójának eredő görbéjét a mérlegkör kereskedőire összegzett görbék összegzésével kell előállítani.” 6. Melléklet: A fogyasztói profilok néhány jellemezője az elosztói szabályzatból
58
Órák
Üzleti ügyfelek általános profilja
Lakosság
Termelés
1:00 2:00
0,072803 0,069637
0,071233 0,064941
3:00 4:00
0,068204 0,068216
0,062372 0,062276
5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00
0,071916 0,085125 0,109512 0,138886 0,162516 0,172882 0,174707 0,170616 0,165298 0,160629 0,153891 0,146493 0,132655 0,118670
0,067564 0,080072 0,097074 0,105697 0,106878 0,107511 0,108151 0,109067 0,107717 0,106795 0,107927 0,110574 0,116747 0,125405
19:00 20:00
0,108869 0,104411
0,136834 0,154869
21:00 22:00
0,099596 0,090817
0,161274 0,139652
23:00 24:00
0,082938 0,077332
0,108835 0,084726
0 0 0 0 0,011452 0,025014 0,104123 0,232507 0,328644 0,398712 0,444521 0,424932 0,426438 0,397055 0,348233 0,244863 0,15174 0,03089 0,007534 0 0 0 0 0
7. Melléklet: Fogyasztási és termelési profilok
59
Nullavezető árama: I L1 I L 2 I L3 I N Fogyasztói feszültség: UTL1 (U RN U XN U RL1 U XL1 ) U FL1 8.a. Melléklet: Egy átlagos háromfázisú hálózat áramköri modellje
60
8.b. Melléklet: Háromfázisú hálózat vektorábrája
61
L1 - Adott L2 - Adott szakasz szakasz igénye igénye 128,154 160,1925 0 320,385 502,373 192,7548 277,667 309,7055 117,4745 138,8335 288,3465 341,744 320,385 0 240,9435 192,7548 0 299,026 128,154 117,4745 309,7055 277,667 288,3465 0 0 401,5725 341,744 320,385 192,231 202,9105 299,026 266,9875
16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
L3 - Adott szakasz igénye 540,406 0 507,8437 0 480,5775 331,0645 0 257,0064 352,4235 149,513 373,7825 0 320,385 0 512,616 0
9. Melléklet: Egyes szakaszok teljesítményigényei
L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
L2 129,7812 129,7812 650,5714 931,764 1050,7301 1342,7378 1667,1908 1929,2513 1929,2513 2059,0325 2372,6704 2664,6781 2664,6781 3010,7613 3205,4331 3508,2559
L3 162,2265 486,6795 696,3279 1009,9658 1150,5621 1496,6453 1496,6453 1706,2937 2009,1165 2128,0826 2409,2752 2409,2752 2846,0427 3170,4957 3375,9826 3646,3601
577,3638 577,3638 1107,3057 1107,3057 1593,9852 1929,2533 1929,2533 2208,7845 2565,6828 2717,0942 3095,6227 3095,6227 3420,0757 3420,0757 3939,2005 3939,2005
10.a. Melléklet: 11. óra szakaszteljesítményei kiserőművek termelése nélkül
62
L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
L2
129,7812 129,7812 650,5714 931,764 1050,7301 1342,7378 1667,1908 1929,2513 1929,2513 2059,0325 150,0676603 442,0753603 442,0753603 788,1585603 982,8303603 1285,65316
162,2265 486,6795 696,3279 1009,9658 1150,5621 1496,6453 1496,6453 1706,2937 2009,1165 2128,0826 2409,2752 2409,2752 2846,0427 3170,4957 3375,9826 3646,3601
L3 -756,1978438 -756,1978438 -226,2559438 -226,2559438 260,4235562 595,6916562 595,6916562 875,2228562 1232,121156 1383,532556 1762,061056 1762,061056 2086,514056 2086,514056 2605,638856 2605,638856
10.b. Melléklet: 11. óra szakaszteljesítményei az egyfázisú kiserőművek termelésével L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
L2
129,7812 162,2265 129,7812 486,6795 650,5714 696,3279 931,764 1009,9658 -431,0050598 -331,1730598 -138,9973598 14,91014018 185,4556402 14,91014018 447,5161402 224,5585402 447,5161402 527,3813402 577,2973402 646,3474402 -1331,6675 927,5400402 -1039,6598 927,5400402 -1039,6598 1364,30754 -693,5765995 1688,76054 -498,9047995 1894,24744 -196,0819995 2164,62494
L3 -756,1978438 -756,1978438 -226,2559438 -226,2559438 -1221,311604 -886,0435037 -886,0435037 -606,5123037 -249,6140037 -98,20260365 280,3258963 280,3258963 604,7788963 604,7788963 1123,903696 1123,903696
10.c. Melléklet: 11. óra szakaszteljesítményei az összes kiserőmű termelésével
63
L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
L2 185,8428 185,8428 785,8346 1188,494 1358,8499 1776,9962 2241,6032 2398,2197 2398,2197 2584,0625 3033,1826 3451,3289 3451,3289 3946,9097 4225,6739 4659,3071
L3 232,3035 696,9105 822,2037 1271,3238 1472,6535 1968,2343 1968,2343 2093,5275 2527,1607 2697,5166 3100,176 3100,176 3361,2035 3825,8105 4120,0616 4507,2341
462,3572 462,3572 1031,7247 1031,7247 1728,6352 2208,7291 2208,7291 2375,7867 2886,8544 3103,671 3645,7125 3645,7125 4110,3195 4110,3195 4853,6907 4853,6907
10.d. Melléklet: 20. óra szakaszteljesítményei
L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
0,595873278 0,595873278 2,987012856 4,278071625 4,824288797 6,165003673 7,654686869 8,857903122 8,857903122 9,4537764 10,89380349 12,23451837 12,23451837 13,82351377 14,71732369 16,10769467
L2 0,7448416 2,23452479 3,1970978 4,63712489 5,28265427 6,87164968 6,87164968 7,83422268 9,22459366 9,77081084 11,0618696 11,0618696 13,06723 14,5569132 15,5003792 16,7417819
L3 2,6508898 2,6508898 5,0840482 5,0840482 7,318573 8,8579123 8,8579123 10,141343 11,779994 12,47518 14,213144 14,213144 15,702827 15,702827 18,08632 18,08632
11.a. Melléklet: 11. óra szakaszáramai kiserőművek termelése nélkül
64
L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
L2 0,595873278 0,595873278 2,987012856 4,278071625 4,824288797 6,165003673 7,654686869 8,857903122 8,857903122 9,4537764 0,689015887 2,029730763 2,029730763 3,618726172 4,512536089 5,902907072
0,7448416 2,23452479 3,1970978 4,63712489 5,28265427 6,87164968 6,87164968 7,83422268 9,22459366 9,77081084 11,0618696 11,0618696 13,06723 14,5569132 15,5003792 16,7417819
L3 -3,4719828 -3,4719828 -1,0388244 -1,0388244 1,1957004 2,7350397 2,7350397 4,0184704 5,6571219 6,3523074 8,0902711 8,0902711 9,5799543 9,5799543 11,963447 11,963447
11.b. Melléklet: 11. óra szakaszáramai az egyfázisú kiserőművek termelésével
L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
0,595873278 0,595873278 2,987012856 4,278071625 -1,978902938 -0,638188062 0,851495134 2,054711387 2,054711387 2,650584666 -6,114175847 -4,773460971 -4,773460971 -3,184465563 -2,290655645 -0,900284663
L2 L3 0,7448416 -3,4719828 2,23452479 -3,4719828 3,1970978 -1,0388244 4,63712489 -1,0388244 -1,5205375 -5,6074913 0,06845794 -4,068152 0,06845794 -4,068152 1,03103095 -2,7847213 2,42140193 -1,1460698 2,9676191 -0,4508843 4,25867787 1,2870794 4,25867787 1,2870794 6,26403829 2,7767626 7,75372149 2,7767626 8,69718751 5,1602557 9,93859018 5,1602557
11.c. Melléklet: 11. óra szakaszáramai az összes kiserőmű termelésével
65
L1 16-15 15-14 14-13 13-12 12-11 11-10 10-9 9-8 8-7 7-6 6-5 5-4 4-3 3-2 2-1 1-0
0,853272727 0,853272727 3,608056015 5,45681359 6,238980257 8,158843893 10,29202571 11,01110973 11,01110973 11,86438246 13,92645822 15,84632185 15,84632185 18,12171579 19,40162489 21,39259458
L2 1,06659091 3,19977273 3,77503994 5,8371157 6,76149449 9,03688843 9,03688843 9,61215565 11,6031253 12,385292 14,2340496 14,2340496 15,432523 17,5657048 18,9167199 20,6943714
L3 2,1228522 2,1228522 4,737028 4,737028 7,9368007 10,141089 10,141089 10,908112 13,254612 14,250096 16,738809 16,738809 18,87199 18,87199 22,285081 22,285081
11.d. Melléklet: 20. óra szakaszáramai
Táppont 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
L1 abszolút L2 abszolút L3 abszolút 242 242 242 241,8529918 241,833328 241,80255 241,7373294 241,693044 241,6061 241,6005947 241,532301 241,41699 241,4991248 241,402102 241,22351 241,3839849 241,310557 241,05382 241,298698 241,214099 240,88477 241,218667 241,118653 240,72099 241,1399408 241,022452 240,55636 241,0550023 240,9591 240,43543 240,9874063 240,906442 240,33671 240,9111894 240,776669 240,12723 240,8545711 240,677541 239,94132 240,7795504 240,577844 239,82382 240,7546477 240,527723 239,69934 240,780171 240,464956 239,63263 240,7979649 240,458759 239,5454
12.a. Melléklet: A 11. óra végponti feszültségértékei a kiserőművek termelése nélkül
66
L1 abszolút Táppont 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
242 242,0201625 242,0605254 242,1076903 242,1789696 242,2309968 242,3073082 242,1871121 242,0657114 241,9431164 241,8403831 241,6799159 241,5362468 241,3686569 241,2651655 241,2066673 241,1403319
L2 abszolút 242 241,746794 241,52575 241,269826 241,050223 240,872161 240,692079 240,571208 240,448002 240,36083 240,28595 240,124174 239,992013 239,857255 239,777377 239,682769 239,644719
L3 abszolút 242 241,88579 241,76707 241,66962 241,56229 241,476 241,38761 241,35491 241,32955 241,33147 241,34741 241,37034 241,42456 241,56264 241,65502 241,82065 241,96575
12.b. Melléklet: A 11. óra végponti feszültségértékei az egyfázisú kiserőművek termelésével L1 abszolút Táppont 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
242 242,0884333 242,1925184 242,3147892 242,4566255 242,5769356 242,7192571 242,6718973 242,6278877 242,5735806 242,5345857 242,5033408 242,4932182 242,3256712 242,2222074 242,1637641 242,0974653
L2 abszolút 242 241,815064 241,657741 241,476919 241,327871 241,218089 241,104017 241,055964 241,010123 240,991208 240,980032 240,947365 240,948595 240,813746 240,73381 240,639138 240,601034
L3 abszolút 242 241,95405 241,89904 241,87666 241,83985 241,82179 241,79936 241,83946 241,89144 241,96161 242,04126 242,19325 242,38086 242,51896 242,61135 242,777 242,92212
12.c. Melléklet: A 11. óra végponti feszültségértékei az összes kiserőmű termelésével
67
L1 abszolút Táppont 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
242 241,788104 241,6211887 241,4238683 241,2771417 241,1173805 241,0001934 240,8910386 240,7840885 240,667559 240,5657787 240,4428351 240,3474881 240,2248598 240,176298 240,1897872 240,1922025
L2 abszolút 242 241,802812 241,640645 241,456096 241,312516 241,189329 241,058838 240,930585 240,801776 240,718958 240,645529 240,467679 240,333971 240,200014 240,13568 240,037035 240,019371
L3 abszolút 242 241,76313 241,52462 241,30427 241,07459 240,88776 240,69994 240,52531 240,3532 240,23617 240,13541 239,91741 239,73591 239,65782 239,55608 239,52403 239,4626
12.d. Melléklet: A 20. óra végponti feszültségértékei
68
13.a. Melléklet: A Szepesi utca és környékének hálózati képe
69
13.b. Melléklet: A Gyolcsos utca és környékének hálózati képe
70
13.c. Melléklet: A Kiss Ernő utca és környékének hálózati képe
71
1
http://www.mekh.hu/fenntarthato-fejlodes-2/megujulo-energiak.html http://www.mekh.hu/fenntarthato-fejlodes-2/megujulo-energiak.html 3 http://www.eon.hu/Uzleti_haztartasi_meretu_kiseromu 4 http://www.mekh.hu/fenntarthato-fejlodes-2/megujulo-energiak.html 5 E.ON MK-01 Hálózattervezés műszaki kézikönyv 6 https://e-iroda.eon-tiszantul.com/download.php?url=download/Profilok_2014_teny_v1.xls 7 http://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPagesPlantList.aspx 8 http://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPagesPlantList.aspx 2
72
