Možnosti inteligentních sítí při zajištění funkcí ostrovních provozů Blackout v ČR

1

Možnosti inteligentních sítí při zajištění funkcí ostrovních provozů

Blackout v ČR 19.9.2012

Petr Šlechta (ENcontrol s.r.o.)

2

Obsah 1. 2. 3. 4. 5.

Obecné možnosti zajištění nezávislosti Koncept pokročilého řízení Nástroje a komponenty ENcontrol Praktické zkušenosti Kontakt

3

Planeta/kontinent Stát Region (např. kraj) Mikroregion (např. obec) Objekt (budova, areál)

Účinnost, efektivita, snižování rizik

1. 2. 3. 4. 5.

Historické a technické důvody ostrov. provozu

Co může být ostrovem – tj. nezávislým provozem?

4

 Akumulace  Pokročilé řízení, kooperace v mixu spotřeb a zdrojů

Účinnost, efektivita, operativnost

 Záložní zdroje

Jednoduchost, ověřenost, nezávislost na okolí

Možnosti zajištění nezávislosti

5

Pokročilé řízení spotřeb a zdrojů    

Průmyslové provozy Domácí spotřebiče Veřejné osvětlení …

   

   

Baterie Akumulační spotřebiče Elektromobily …

FVE Větrné elektrárny Kogenerace …

6

Pokročilé řízení spotřeb a zdrojů  

 

 

Řídí se mix spotřebičů (skupin, podřízených systémů) a zdrojů (velkých a malých) Spotřeba se do jisté míry operativně podřizuje aktuální dostupnosti zdrojů (odložení, absolutní snížení) Výkon zdrojů se do jisté míry operativně přizpůsobuje aktuální potřebě dodávky (baterie, kogenerace, apod.) Dotažení možností plynulé regulace až do výroben a odběrných míst Maximum energie se spotřebuje poblíž svého vzniku Kooperace objektů, regionů

7

Cíl pokročilého (smart) řízení      

Zvyšovat soběstačnost a nezávislost regionů / objektů (autonomie) Minimalizovat rozdíl mezi lokální spotřebou a lokální výrobou energie Snižovat technické ztráty (minimalizovat tok energie mezi hladinami), zvyšovat reálnou přenosovou kapacitu Modelovat stavy sítě, přesněji predikovat Minimalizovat pravděpodobnost poruch a předcházet výpadkům Absolutně snižovat spotřebu energie

* průzkum provedený ve Španělsku 2009 ** průzkum provedený v Holandsku 2010

8

Počet objektů / velikost regionu

Účinnost, efektivita

1. Záložní zdroje 2. Akumulace 3. Pokročilé řízení mixu zdrojů a spotřeb

Cena komplex. řešení

Jednotková potřeba záložní energie [%]

Efektivita základních možností

9

Otevřené otázky   

   

Kdo a co by měl řídit a jakým způsobem? Co by mělo být řízeno přímo a co nepřímo? Do jaké míry by měly být ovládané prvky (subsystémy) nezávislé? Jaké by se měly použít technologie pro řízení (tj. měření a ovládání)? Jaké by se měly použít komunikační technologie pro řízení a sběr informací? Jak odběratele a dodavatele motivovat k přijetí systému Jak to vše skloubit s legislativou?

10

Obsah 1. 2. 3. 4. 5.


11

4 základní principy zajištění nezávislosti 1. 2. 3. 4.

Stromové řízení v hierarchických vrstvách Autonomie regionů / objektů Spotřeba v místě výroby energie Kooperace (poskytování vyrovnávacího výkonu)

12

Stromové řízení ve vrstvách Systém řízení musí podchytit všechny „významné“ spotřebiče (např. bojlery a mrazáky) a všechny „významné“ výrobny (např. 2 KWp FVE) Musí sestávat z autonomních částí a být odolný proti selhání jednotlivých částí Řízení bude existovat jak tvrdé (viz. dnešní HDO), tak i měkké (motivující doporučení) Řízení musí být hierarchicky rozloženo (žádný CML)

      



Např. vrstva na úrovni rozvodny bude řídit prvky na úrovni DTS Prvky v DTS budou např. řídit řídící jednotky lokálních objektů Řídící jednotky objektů budou řídit jednotlivé spotřebiče a lokální zdroje

Musí být motivující (tedy výhodné) pro všechny účastníky

13

Stromové řízení ve vrstvách    

Dotažení plynulé regulace až do jednotlivých výroben a OM Zvýšení soběstačnosti a nezávislosti regionů, předcházení výpadkům, snížení ztrát a zvýšení reálné přenosové kapacity Reálné zohlednění požadavků spotřebitelů (priority, časy) Malé nároky na datové přenosy Koncept hierarchického systému řízení CENTRÁLNÍ ŘÍZENÍ

Povely z nadřazené vrstvy typu „Sniž celkový příkon o X%!“

Informace o stavu v podřízené vrstvě

AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ REGIONU

AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ OBJEKTU


Centrální systémy řízení DS

AUTONOMNÍ ŘÍZENÍ REGIONU



Například DTS

Domy, areály

14

Způsob ovládání Tvrdé řízení (viz. dnešní HDO) bude minoritní, bude používáno spíše v době krizových stavů nebo předcházení výpadkům Majoritní bude měkké řízení Budou zohledňovány nejen potřeby nadřízených vrstev (např. potřeba rozkládání výkonu distributora), ale i omezení a preference jednotlivých odběratelů Příklad propagace řízení

      

Zadání vrstvy např. z úrovně rozvodny pro konkrétní DTS: „Nyní zajisti kladný přetok energie ve výši 50 kW“ Podřízená jednotka v DTS zašle zadání několika konkrétním objektům: „Nyní zajisti kladný přetok energie ve výši 3 kW“ Podřízená jednotka v konkrétním objektu vezme v úvahu aktuálně běžící spotřebiče, aktuální výkon lokální FVE, nastavené priority a časová omezení spotřebitele (ohřev TUV je důležitější než mražení, ale mrazák nesmí nemrazit déle než 5 hodin) a zapne nebo zreguluje další vhodné spotřebiče

15



 



Potřebné technologie dnes už existují Smart Metering sám o sobě nepřináší významnou hodnotu Náročnou investiční fázi lze rozložit a systém řízení budovat po částech Pozitivních efektů lze dosáhnout už od malých instalací

Přínosy

Technologie pro řízení Rozšířená působnost utilit Propojení poptávky a nabídky

Řízení distribuční sítě

AMI

Investice Technologie Čas

16

Komunikační technologie  

Při stromovém uspořádání a hierarchickém způsobu řízení nejsou velké nároky na objemy dat a rychlost přenosu informací Lze využít různé existující komunikační kanály    

Internet GSM/GPRS PLC (HDO) Třetí rozhraní měřidel

17

Obsah 1. 2. 3. 4. 5.


18

Co nabízíme • Poskytování automatizačního systému a služeb prováděných nad tímto systémem • S pomocí našeho systému dosahujeme cílů tím, že: – Instalujeme systémy automatizace objektů – Komplexně měříme spotřebu objektů a jednotlivých spotřebičů a provádíme energetické poradenství – Instalujeme systémy pro minimalizaci nákupu elektřiny (maximalizaci Zelených bonusů) pro majitele vlastních zdrojů – Instalujeme systémy pro vzdálené ovládání a sledování – Umožňujeme distribuované řízení spotřeby

19

Koncepce systému ENcontrol Napojení na nadřazené systémy

20

Základní funkce systému • •

• • • •

Monitorování spotřeby celého objektu / regionu a vybraných spotřebičů, archiv událostí a naměřených hodnot, následné analýzy Optimalizace provozu, aktuálně zapnuté spotřebiče, sazby, optimalizace celkového výkonu, spotřeby vůči výstupu z lokální elektrárny (např. FVE), velikosti jističe, sledování kvality dodávky, atd. Signalizace stavu a monitorování situace v objektu, alarmy Programování požadovaných událostí v objektu, dálkové změny Operativní a dálkové řízení „objektu“ přes internet, mobil, HDO Rozšíření konceptu chytré sítě za měřidla

21

Hlavní řešené úlohy, zákazníci • Automatizace objektů (kanceláří, veřejných prostorů, domácností, rekreačních objektů) • Dálkové sledování a ovládání objektů internet, mobil, HDO • Monitoring a optimalizace spotřeby v průmyslu (elektřina, voda, plyn) • Optimalizace spotřeby využití vlastní energie (např. FVE, maximalizace zelených bonusů, snižování velikosti hlavního jištění) • Sledování objektu, signalizace stavu a monitorování situace v objektu, alarmy • Programování požadovaných událostí v objektu, dálkové změny • Rozšíření konceptu chytré sítě za měřidla

22

Techn. řešení pro lokální objekty •

Systém se skládá z: – –

• •

• •

Centrální jednotky Okolních účastnic. zařízení (spínačů / měřičů / detektorů)

Systém může pracovat i bez centrální jednotky Sítě mohou být vystavěny hned vedle sebe, vzájemně se neovlivňují V jedné síti může pracovat až 1000 účastnic. zařízení Síť umožňuje automatickou výstavbu a dynam. rekonfiguraci

23

Automatická a nezávislá optimalizace = ENcontrol Power Balancer (PBS) 1.

2. 3. 4. 5.

Minimalizace nákupu elektřiny tím, že v závislosti na aktuálním výkonu elektrárny se definované spotřebiče zapínají nebo vypínají. Minimalizace nákupu elektřiny tím, že v závislosti na změnách tarifů se definované spotřebiče zapínají nebo vypínají. Snížení hodnoty hlavního jističe objektu a tedy snížení stálé platby Regulace odběru v ostrovním provozu Operativní snížení/zvýšení celkového odběru objektu (např. ze strany distribuce) KONVENČNÍ ŘEŠENÍ BEZ BALANCERU (PŘÍKLAD ZELENÉ BONUSY)

Prodaná spotřebovaná

Prodaná odvedená

NOVÉ ŘEŠENÍ S BALANCEREM

Prodaná spotřebovaná

Nakoupená spotřebovaná

?

= zisk Nakoupená spotřebovaná

Ušetřená

24

Power Balancer – efekty Dopady do instalace v objektu 1. Žádná zařízení v objektu není třeba pro účely optimalizace nijak upravovat 2. Řídit lze všechny druhy běžných spotřebičů 3. Systém je bezdrátový, takže nasazení je velmi rychlé a jednoduché Přínosy 1. Řídit lze skokově nebo plynule se zohledněním mnoha uživatelských preferencí 2. Návratnost systému pro optimalizaci se pohybuje mezi 1 až 3 roky!

25

Pokročilé možnosti řízení systémem ENcontrol • Detekce sazeb – Možnost reagování na změny sazeb – Jiný režim provozu spotřebičů při NT a VT

• Časové řízení – Jiný režim v noci, o víkendech, apod. – Automatická optimalizace může měnit svůj scénář na základě časového plánu

• Předpověď počasí – Jiný režim při predikci vyšší spotřeby – Jiný režim při predikci změny výroby, apod.

26

Obsah 1. 2. 3. 4. 5.


27

Optimalizace využití vlast. energie Měření v domě s FVE 5 KWp • Bez řízení (minimum -1,4 KWh/h, maximum 7,1 KWh/h, celkový přetok energie 223 KWh) • Plynulé řízení pomocí triaků (minimum -0,2 KWh/h, maximum 5,2 KWh/h, celkový přetok energie 42 KWh)

28

Projekt BIOZE • Název: „Výzkum a vývoj metod a nástrojů pro podporu rozhodování v procesu bezpečné integrace elektráren využívajících obnovitelných zdrojů energie (BIOZE) do elektrizační soustavy ČR“ • Hlavní řešitelé: ZČU, ČVUT • Podpora ČEZ, podpora TAČR • Výstupy: a) b) c) d)

Výpočtový model umožňující simulovat a predikovat chování regionální DS Navržené principy detekce nestandardních stavů v síti a způsob jejich časofrekvenčního zpracování Navržený způsob řízení lokálních zdrojů a spotřeb s cílem uřízení regionální distribuční sítě Ověření výše uvedeného v praxi v pilotním projektu v jedné lokalitě

• Pilotní projekt –

– – –

Průběžné měření elektrických veličin ve vybraných bodech sítě a jejich online zasílání do centra ke zpracování Automatické modelování a predikce stavu; navržení korekčních opatření Zasílání korekčních příkazů on-line do vybraných bodů sítě a jejich realizace Měření a regulace prováděna na prvcích systému ENcontrol

29

Základní komunikační schéma bezobslužná automatika měření a řízení spotřeby

Ovládání bojlerů parametry pro lokální aplikaci

proud, napětí, činný výkon

Internet

centrální server

• Sledování kvality dodávky elektřiny v odběrných místech distribuční soustavy, • Řízení bojlerů za účelem lokální akumulace energie vyrobené FVE

30

Schéma řídicího systému Výkonová bilance trafostanice

Centrální server (optimalizátor)

Zdroje nejistot •

Predikce výroby zdrojů (FVE) Predikce spotřeby (neřízené)

Odhad kapacity bojlerů

•

• Pokyny k aktivaci nebo deaktivaci bojlerů

… Distribuované jednotky

•

Chyba výpočtu bilance trafostanice (není-li měřeno) Nepřesnost predikce počasí + rychlé fluktuace výroby = chyba predikce výroby Odhad spotřeby na základě typových diagramů Žádné měření spotřeby vody v domácnostech = hrubý odhad kapacity bojlerů

31

Lokální měřicí a ovládací systém ovládání spotřebičů rozvaděčový modul napětí proudy výkony

Internet

meření 3 fází za hlavním jističem

řídicí jednotka HDO ADSL Modem

Lokální řídicí systém

ohřívač vody

32

Princip řídicího algoritmu Predikce neovládané spotřeby Predikce neovládané výroby •

Neovládaná spotřeba Optimalizátor

Ovládaná spotřeba

Optimalizátor – Hledá optimální rozvrh aktivace ovládané spotřeby – Založen na smíšeném celočíselném lineárním programování (MILP) – Optimalizace cyklicky spouštěna s aktualizovanými vstupy a predikcemi – Princip podobný MPC – snadné zahrnutí omezení – Doba výpočtu jednoho kroku < 10s

Neovládaná výroba + + Výsledná bilance



Kritérium 



Minimalizace toků výkonu z a do oblasti (= maximalizace využití lokálně vyrobené energie)

Omezení 

Kapacita bojlerů (dostatek teplé vody)



Omezení spínání bojlerů (zamezení nadměrnému opotřebení)

33

Ukázka výsledků (simulace, ovládány všechny bojlery v oblasti)

Efekty řízení

Výkonová bilance trafostanice

•

100

Výkon [kW]

50

•

0

-50 Bilance po optimalizaci Původní bilance -100 1

2

3

4

5

Importovaná a exportovaná energie

6 Dny

import

800

9

10

11

Maximální import a export

•

80 600 60

•

40

Výkon [kW]

Energie [kWh]

8

100

400

200

0

20 0 -20 -40

-200

export

7

Snížení importu a exportu energie o 40 % Snížení špičkového importu v průměru o 23 % Snížení špičkového exportu v průměru o 48 % Snížení rozsahu přenášených výkonů v průměru o 35 %

-60

Před optimalizací

-400 -80

-600

1

2

3

4

5

6 Dny

7

8

9

10

-100

1

2

3

4

5

6 Dny

7

8

9

10

Po optimalizaci

34

Projekt BIOZE v 2012/2013 • Plán další práce – „Extrapolace“ principů řízení na celou ES – Vývoj decentralizovaných algoritmů řízení nezávislých oblastí – Modelování a ověření akumulačních schopností domácností

35

Obsah 1. 2. 3. 4. 5.


36

Kontakt ENcontrol s.r.o. – vývoj a výroba komponentů IČ: 29067723, DIČ: CZ29067723 Telefon: +420 77 66 51 377

Email: [email protected] Web: http://www.encontrol.eu

DataExpert s.r.o. – prodej a distribuce komponentů IČ: 27965201, DIČ: CZ27965201 Telefon: +420 378 609 684 Email: [email protected] Web: http://www.dataexpert.cz

Možnosti inteligentních sítí při zajištění funkcí ostrovních provozů Blackout v ČR

Recommend Documents