Výstaviště v Brně, Kongresové centrum, sál B, 14. září 2010

Jiří Roubal, Senior Specialist, Divize výrobků a systémů pro energetiku, ABB s.r.o.

Zařízení výkonové elektroniky v energetických sítích Energie pro budoucnost Efektivní distribuce a spotřeba elektřiny v průmyslu Výstaviště v Brně, Kongresové centrum, sál B, 14. září 2010 © ABB Group October 11, 2010 | Slide 1

Obsah

Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr

© ABB Group October 11, 2010 | Slide 2

Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích

Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky

Přínosy ABB Light řešení

Principy akumulace elektrické energie

Akumulátory elektrické energie v SVC Light®

Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light®

Závěr

Výkonová elektronika v energetických sítích Včera a dnes Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Hovořili-li jsme o výkonové elektronice v energetických sítích dříve, šlo především pouze o stranu spotřeby (např.pohony), případně o specifická zařízení, nikoliv však spojená přímo s primárních technologií sítí

První aplikace, směrované do oblasti primárních technologií v sítích byly především DC přenosy (např. HVDC podmořská a dálková propojení) v přenosových sítích

Další rozšíření bylo směrováno do oblasti zařízení pro dodávku jalového výkonu zejména do distribučních sítí

Významné rozšíření bylo vázano na příchod nových generací technologií polovodičových prvků (IGCT tyristorů). Zlepšilo parametry a funkce všech typů zařízení a umožnilo zahájit úvahy o standardním vysokovýkonovém zdroji DC/AC umístěného v distribuční síti, například pro zařízení akumulující elektrickou energii

Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Výkonová elektronika v energetických sítích Dnes a zítra Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Současné technologie IGCT prvků umožňují realizovat širokou škálu uvedených aplikací (regulované HVDC přenosy, regulované zdroje jalového výkonu, rozhraní systémů pro akumulaci elektrické energie AC/DC/AC)

Nevýhoda tyristorových systémů (značný podíl vyšších harmonických a z toho plynoucí vyšší náklady na filtraci či izolace vodičů) či neschopnost práce některých zařízení (ve funkci generátorů) v pasivních sítích, byly odstraněny použitím nového typu prvků - IGBT tranzistorů

Technologie IGBT umožňuje řešit všechny dosud uvažované aplikace s daleko vyšší mírou funkční kvality a použitelnosi řešení (nízká úroveň vyšších harmonických, možnost práce v pasivních sítích)

Konstrukční technologie klíčových částí (IGBT Power Electronics Building Block – PEBB) přináší možnosti realizace škálovatelných řešení (napětí, výkon) od kompaktních aplikací až po velmi rozsáhlé systémy



Aplikace výkonové elektroniky v sítích Stabilita, kvalita, bilance, výkon Systémová stabilita a bilanční řízení

Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Dynamická stabilita


Řízení napětí

Přínosy ABB Light řešení

Řízení toků výkonů

Bilance výkonů

Závěr

FACTS

Principy akumulace elektrické energie


Provoz pasivních sítí Kompenzace flikrů

Oscilace výkonu


Akumulátor elektrické energie v SVC Light®

Kvalita parametrů

Kvalita napětí Přerušovaná dodávka Nesymetrický odběr

SC

Aspekty Smart Grids

TCSC

Zvýšení stability přenosových systémů

SVC SVC Light®

Zvýšení kvality parametrů

Zvýšení možností řízení toků a konfigurace v sítích

HVDC


Light®

FACTS - Flexible AC Transmision Systems

StakPack® - IGBT PEBB Příklad komerčně používaného řešení ABB Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr

SVC Light ® ABB STATCOM (statický komponzátor) řešení © ABB Group October 11, 2010 | Slide 6

StakPack® IGBT Power Electronics Building Block

ABB Light Technologie Komerční řešení s IGBT tranzistory Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích

ABB Light řešení používá IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) tranzistory

Dvě základní skupiny aplikací:


Paralelně připojovaný prvek s funkcemi STATCOM (statický kompenzátor) SVC Light®

Sériově vkládaný prvek s funkcemi stejnosměrného přenosu HVDC Light®. Specifickým případem je stejnosměrný přenos na nulovou vzdálenost - funkce regulace výkonu a/nebo asynchronního oddělení soustav.

Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Typickým pro obě aplikace je možnost současného využití řady funkcí. Např. SVC Light® může současně realizovat funkce - zásobník elektrické energie, kompenzátor, stabilizátor parametrů sítě, ...

ABB Light Technologie Další význačné aspekty Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky

Ve funkci zásobníku el.energie je schopný na pozici jediného zdroje v segmentu sítě zajistit start „ze tmy“

Výrazná minimalizace zařízení pro filtraci

Aktivní přínos pro zlepšení zejména napěťových poměrů – oscilace napětí (větrné elektrárny), eliminace flikrů, ...

Velmi dobré možnosti škálovatelnosti díky konceptu StakPack®

Fyzikální princip umožňuje v jednom zařízení vytvořit více funkcí - doplnění SVC Light® zařízení ve funkci STATCOM (statický kompmenzátor) sadou akumulátorů se změní ve zdroj nejen jalového, ale i činného výkonu

Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Přínosy možných SVC Light® aplikací Farmy větrných elektráren Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Potlačení vlivu náhlých změn výkonu

Regulace napětí

Stabilita sítě při i po poruchách

Regulace frekvence

Přínosy možných SVC Light® aplikací Průmyslová výroba Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Kompenzace jalového výkonu


Eliminace negativních důsledků zpětného vlivu zařízení průmyslové výroby

Pokrytí kritické dodávky po výpadku napájení ze sítě do doby náběhu záložního zdroje

Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Přínosy možných SVC Light® aplikací Železniční trakce Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Odstínění špiček odběru/rekuperce při rozjezdu/brždění souprav

Přínosy možných SVC Light® aplikací Použití v rámci Smart Grids konceptu Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Úroveň skupin zdrojů (fragment konceptu virtuální elektrárny)


Doplnění zdroje nebo skupiny zdrojů s nepravidelnou výrobou systémem akumulace elektrické energie


Krátkodobobé a střednědobé vyrovnání diagramu výroby

Překrytí přechodových stavů – výpadek jedné skupiny zdrojů a následné spuštění jiné

Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light®

Úroveň oblastní (distributor, firma, obec, komunita) sítě

Doplnění lokálního zdroje nebo skupiny zdrojů s nepravidelnou výrobou systémem akumulace elektrické energie

Krátkodobobé a střednědobé vyrovnání výkonové bilance oblasti

Překrytí přechodových stavů – výpadek napájení z nadřazení sítě či výpadek lokálního zdroje či zdrojů a následné spuštění jiných

Zajištění zdroje pro funkci napájení v krizových situacích

Ekonomicky optimální využití nakupované elektrické energie

Závěr


Principy akumulace alektrické energie Uplatnění pro ABB Light® technologie Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Nejčastěji používaná forma akumulace (přečerpávací elektrárny) – el.energie, změna potenciální energie masy vody + (čerpádlo)/změna potenciální energie masy vody – (turbína), el.energie – fáze změny z a do elektrické energie probíhá v klasických rotačních generátorech

Většina ostatních systémů pro akumulaci elekrické energie používá pro vlastní proces akumulace jiný druh energie, fáze změny z a do elektrické energie probíhá přes jinou formu elektrické energie (DC s často proměnnými parametry) než v jaké je transportována v elektrické síti (AC se stabilnímí parametry U/f) – je nutná konverze, většinou AC/DC – úloha pro SVC Light®



Akumulace elektrické energie Oblasti typických aplikací Přečerpávací elektrárny Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích

Akumulátory Setrvačníky Kondenzátory

Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Sekundy

Minuty

Minuty až hodiny

SVC Light® 5 až 60 minut 5 až 50 MW

Hodiny až dny

Čas čerpání energie

Akumulátory elektrické energie Nedílná součást SVC Light® současnosti Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení

Článek

Modul

Prostor s akumulátory

Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light®

#1

#2

#2

#n

Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr

String © ABB Group October 11, 2010 | Slide 15

Storage

SVC Light® Elektrické schéma Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie Akumulátor elektrické energie v SVC Light® Příklad komerčně nabízeného systému SVC Light® Závěr


Akumulace, špičkový zdroj P a kompenzace Q Pohled na typické řešení společnosti ABB Výkonová elektronika v sítích včera, dnes a zítra

Přehled aplikací výkonové elektroniky v sítích Komerční aplikace zařízení výkonové elektroniky

Tři základní části

Budova SVC Light ® a kondenzátorů

Budova akumulátorů

Vnější plocha – filtrace, transformace, vyvedení výkonu, chlazení

Přínosy ABB Light řešení Principy akumulace elektrické energie

Parametry

Akumulátor elektrické energie v SVC Light®

Napětí distribuční sítě 130kV


Trvalá jalová dodávka +/- 30 MVAr

Špičková činná dodávka 20MW 15min

Závěr

Zastavěná plocha 3000m2


Závěr

Úvod

Zařízení výkonové elektroniky díky propracované technologii výroby IGBT tranzistorů, konceptu jejich použití (PBBE) a parametrům komerčně dostupných zařízení SVC Light® vytváří do budoucna široké pole využití

Celá dlouhá historická řada nevýhod a omezení je v současné generaci těchto a podobných zařízení již minulostí

Koncept relativně nezávislého řešení AC/DC části a řešení akumulace umožňuje další rozvoj nových technologií akumulace (např.na bázi supravodivosti, palivových článků, apod.) a celkového využití dnes i v budoucnosti

Light technologie vytváří také velmi příznivou pozici pro další rozvoj DC energetiky v úrovni přenosových sítí (Super Grid)

Význam systémů akumulace v elektrických sítích Akumulace elektrické energie v konceptu Smart Grids Metody a technologie akumulace elektrické energie Příklady realizovaných systémů Závěr


Kontakty

Jiří Roubal

Senior Specialist

Divize výrobků a systémů pro energetiku

ABB s.r.o.

[email protected]



Výstaviště v Brně, Kongresové centrum, sál B, 14. září 2010

Recommend Documents