Cez selektívny smart metering bližšie ku smart grid

17. – 18. 4. 2013 KCMTE Ing. Igor Chrapčiak

Smart Grid nie je cieľ, ale prostriedok

Svet sa mení ...

Nové podmienky, zmeny a súvislosti:

Nárast populácie. Presun obyvateľstva do miest, zvyšovanie životnej úrovne, nároky na komfort, nárast energetickej náročnosti, krízy

Znečisťovanie životného prostredia, vysoká produkcia CO2 , smog a výfukové plyny, globálne otepľovanie, riziká jadrových elektrární

Vysoká závislosť od zdrojov fosílnych palív, resp. ich vlastníkov

Veľké centrálne zdroje, diaľkové vedenia, riziko znefunkčnenia veľkých území a počtu ľudí pri výpadkoch, hrozba „Blackoutov“

Obnoviteľné zdroje, lokálne a časové prebytky a nedostatky energie

Plánovaná elektromobilita

Nežiadúce nové javy v sieťach

Investičné a ekonomické záujmy

...

Vývoj v energetike

Snaha krajín EU o prijatie rozumných opatrení na zefektívnenie energetických procesovs ohľadom na životné prostredie, bezpečnosť a stabilitu prenosu, schopnosť regulácie, minimalizáciu nákladov na prevádzku, efektívnosť, spokojnosť zákazníkov... Pravidlá 20/20/20

Smernica Európskeho parlamentu a Rady 2009/ 72/ES o spoločných pravidlách pre vnútorný trh s elektrinou, prijatá v rámci 3. energetického balíčka

Smernica 2012/27/EU o energetickej efektívnosti

Odporúčanie komisie 2012/148/EU o prípravách na zavádzanie IMS

V SR pripravovaná podpora elektromobility a výstavby malých OZE a KVET

Potreba Inteligentnej siete - Smart Grid

Smart Production (inteligentná výroba), decentralizácia a mix zdrojov

Smart Distribution (inteligentná distribúcia), optimalizácia prenosu, zlepšenie kvality dodávky, zníženie poruchovosti, zníženie strát, zvýšenie efektívnosti

Smart Consumption (inteligentná spotreba), Smart Home, Smart Cities

Základom majú byť dáta z IMS – Smart Metering

SR - Zákon 251 o energetike z 31.7.2012

§ 42 Inteligentné meracie systémy

Ministerstvo v spolupráci s úradom, prevádzkovateľmi regionálnych distribučných sústav a ostatnými účastníkmi trhu s elektrinou vypracuje analýzu ekonomických prínosov vyplývajúcich zo zavedenia rôznych foriem inteligentných meracích systémov (IMS) a nákladov na ich obstaranie, inštaláciu a prevádzku pre jednotlivé kategórie koncových odberateľov

Na základe analýzy určí kategórie koncových odberateľov elektriny a uloží povinnosť zaviesť IMS minimálne v rozsahu 80 % odberných miest spadajúcich do takto určených kategórií

Účastníci trhu s elektrinou sú povinný poskytnúť PDS súčinnosť pri inštalácii a prevádzke IMS spôsobom a za podmienok stanovených podľa § 95.

Je rozhodnuté ...

MHSR v spolupráci s ÚRSO na základe analýz v septembri rozhodlo, že v súčasných podmienkach bude ekonomicky efektívna realizácia inštalácie inteligentných meracích systémov pre všetky odberné miesta s ročnou spotrebou elektrickej energie viac ako 4 000 kWh.

Spoločný ročný odber týchto odberných miest je približne 53 % spotrebovanej elektriny na napäťovej úrovni nn a ich počet predstavuje cca 23 % z celkového počtu nn odberných miest.

Na základe výsledkov pilotných projektov a z nich získaných údajov o skutočných nákladoch a prínosoch, pri zohľadnení vývoja technológií, môže byť súčasný scenár po dvoch rokoch aktualizovaný. 

Ďalší postup a funkcionality systému upresní MHSR v spolupráci s odbornou skupinou v súlade s § 95 Zák. 251/2012 (do 30. 6. 2013)

Ako to urobiť? Zákon 251 o energetike z 31.7.2012

§ 95 Splnomocňovacie ustanovenia h) Ministerstvo vydá všeobecne záväzný právny predpis, v ktorom

ustanoví v oblasti zavádzania a prevádzky IMS podľa § 42

1. kritériá a podmienky pre zavedenie inteligentných meracích systémov pre jednotlivé kategórie koncových odberateľov elektriny,

2. lehoty pre zavedenie inteligentných meracích systémov pre jednotlivé kategórie koncových odberateľov elektriny, u ktorých je zavedenie inteligentných meracích systémov účelné do 10 rokov,

3. požiadavky na súčinnosť jednotlivých účastníkov trhu s elektrinou pri inštalácii a prevádzke inteligentných meracích systémov,

4. požadované technické parametre inteligentných meracích systémov,

5. požiadavky na dátové prenosy a spoluprácu jednotlivých systémov,

6. spôsob prístupu k meraným údajom zo strany jednotlivých účastníkov trhu s elektrinou,

(Očakávaná) sekundárna legislatíva k zákonu 251, vykonávacie predpisy

Vykonávacia vyhláška pre inteligentné meracie systémy (2013)definovanie požiadaviek a parametrov pre zavedenie IMS, požiadavky na národné komunikačné štandardy, zabezpečenie interoperability, požiadavky na bezpečnosť, súčinnosť zúčastnených

Vyhláška č. 3/2013 ÚRSO, ktorou sa ustanovuje spôsob, rozsah a štruktúra poskytovania meraných údajov o spotrebe na odbernom mieste odberateľa elektriny a ich uchovávanie

Vyhláška č. 24/2013 ÚRSO - Pravidlá trhu ktorou sa ustanovujú pravidlá pre fungovanie vnútorného trhu s elektrinou a plynom

Vyhláška 275/2012 ÚRSO, ktorou sa ustanovujú štandardy kvality elektriny

Efektívnosť, bezpečnosť a ochrana osobných údajov...

Všeobecné ciele zavedenia IMS

Obojsmerná komunikácia s meracím miestom

Informácie o aktuálnej spotrebe el. energie a priebehu odoberaného výkonu v čase pre odberateľa s cieľom ovplyvniť jeho správanie

Informácie o spotrebe elektrickej energie a priebehuodoberaného výkonu v čase pre ostatných účastníkov trhu

Podklady pre tvorbu nových obchodných produktov, vytváranie efektívnych a motivačných taríf, sociálnych taríf

Automatický diaľkový odpočet k definovanému dátumu a času, v pravidelných intervaloch alebo na okamžité požiadanie

Možnosť diaľkového vypnutia a opätovného zapnutia odberateľa

Ohraničenie dohodnutého odoberaného výkonu (prepnutie tarify, obmedzenie výkonu, predplatné služby...)

Kontrola neoprávnenej manipulácie

Možnosť vstupov pre dáta z meraní ďalších médií v budúcnosti (plyn, voda, teplo) ...

Ale chceme riešiť aj: Denný profil spotreby a výroby elektriny v lokalite

Snaha o vyrovnanie bilancie medzi výrobou a spotrebou, posunutie odberu v čase, „vyhladenie“ špičiek

Eliminácia negatívneho vplyvu OZE

ŠTANDARDNÉ NAPÁJANIE DTS Z NADRADENEJ SIETE(VN)

DISTRIBUČNÁTRAFOSTANICA

BEŽNÁ SPOTREBA

DOMÁCNOSTÍ

Umývačky riadu, pračky,sušičkyBojleryAkumulačnéspotrebičeBatérie(Elektromobily)

NERIADILEĽNÁ

Obec, lokalita

RIADITEĽNÁ

SPOTREBA VÝROBA OZE Malé FVE

Daná konfigurácia zdrojov a spotrieb spôsobuje neštandardný tok energie z NN do VN v špičke (často až 65% výkonu)

Negatívny vplyv je vhodné a možné eliminovať vhodným spínaním pripojených spotrebičov a akumulačných zariadení

Náš cieľ – budovanie IMS +

Analýza výkonových a kvalitatívnych parametrov nn siete, analýza strát, odhalenie rezerv

Lepšia regulácia a posunutie odberovej špičky

Riešenie problémov OZE – prebytok a nedostatok vyrobenej energie často v nevhodnom čase, závislosť od vonkajších vplyvov, nestabilita, ťažko predikovateľné

Vyrovnanie bilancie medzi spotreboua výrobou v záujmovom území

Skrátenie a optimalizácia transportu elektriny

Zníženie strát a zvýšenie efektívnosti

Zlepšenie kvalitatívnych parametrov dodávky elektriny

Predchádzanie poruchovým stavom a výpadkom

Plánovaný scenár SR

KONCENTRÁTORPLC, 3G/GPRS

WAN

……………….

……………….

……………….

PLC

PLC PLC

3G/GPRS

GPRS

CENTRÁLA3 stupne funkcionality (Z, P, S)4 kategórie odberných miest a odberateľov,

1. nad 15 MWh/rok, nad RK 30 kW - P2. nad 15 MWh/rok, pod RK 30 kW, alebo

pod 15 MWh/rok a RK nad 30 kW - P3. ostatní medzi 4 a 15 MWh - Z4. špeciálne odberné miesta (OZE,

nabíjacie st., inak významné body) - S

Komunikácia bod-bodv kombinácii s koncentrátorovou technológiou

Hľadajme spoločné benefity a príležitosti pre všetkých

Dáta pre odberateľa

Dáta pre správcu a prevádzkovateľa siete

Dáta pre dodávateľov a obchodníkov

Dáta pre dispečing a výrobcov

Dáta pre nadradenú sústavu

Dáta pre ostatných partnerov na energetickom trhu

Podklady pre:

Analýzu stavu siete

Optimalizáciu zapojenia

Zvýšenie efektívnosti a zníženie strát

Riešenie nežiadúcich a poruchových stavov

Podporu integrácie a riadenia OZE

Podporu elektromobility

...

Ako byť Smart? Kto to zaplatí?

1. Grid nemôže byť Smart, presnejšie nemôže existovať vôbec, ak nemáme Smart Meranie.

2. Je neefektívne a takmer zbytočné, aby meranie bolo Smart, ak nad ním nebudeme budovať Smart Grid.

3. Všetko to bude zbytočné,ak meranie nebude správne a komplexné

Meriame správne? Zdanlivý a iné výkony

2

2211

221

211

221

21

2 sincosj

jIUIUIUS

1. člen – činný výkon P. Jednotkou P je watt. Zákazník za tento výkon platí.

2. člen – jalový výkon Q. Jednotkou Q je var. Zákazník za tento výkon niekedy platí formou prirážky, alebo penalizácie.

3. člen – deformačný výkon D. Jednotkou D je VA. Nikto zaň neplatí, ani nie je penalizovaný.

„nad - nežiadúce“ Platí: S = U.I

+

+

=

u(t)

i(t)

Deformácia vplyvom fázového posunu a vyšších harmonických

0)().(1

0

T

dttituT

P

22min

2nadRIRIRI

Straty – možný zdroj peňažných úspor?

celkové straty na vedení „nad straty“ na vedení

minimálne možné straty na vedení

„dobrý“ Imin a „zlý“ Inad prúd

Straty spôsobené prechodom elektrického prúdu vodičom, sú nevyhnutné. Môžu byť optimálne alebo nie. Optimálne budú vtedy, ak budú dosahovať minimálnu možnú hodnotu pri danom prenášanom výkone - minimálne straty, keď P=S.

22min

2nadIII

U

PI min

Nezabúdajme na budúcnosť !

Činný výkon P

Jalový výkon Q

Deformačný výkon D

Nesymetria NElektrina = celý výkon S

účinník P/S (PF), straty

22

2

2min

21

PFP

S

IR

IRkz

2

2

2

2

2

2

1 1P

N

P

D

P

Qk z

Straty – koeficient zvýšenia strát kz, P/S

Nežiadúce zvýšenie strát charakterizuje tzv. Koeficient zvýšenia strát

kz - koľkokrát sú straty vyššie ako minimálne možné pre daný výkon.

po úprave

Ak je kz >1, potom (nechcene) spotrebovávame elektrickú energiu aj na

tvorbu fázového posunu, generovanie vyšších harmonických a nesymetriu.

3 základné faktory, ktoré je treba analyzovať a ich vplyv minimalizovať

Veľkosť jalového výkonu Q, meranie Q1 a cos φ

Veľkosť deformačného výkonu D, meranie S a vyšších harmonických U, I

Veľkosť nesymetrie, meranie U a I v trojfázovej sústave

22

2

2min

21

PFP

S

IR

IRkz

2

2

2

2

2

2

1 1P

N

P

D

P

Qk z

FVE – namerané výsledky

Ako je to naozaj? Administratívna budova

P = 8,63kW

Q = 0,34kVar

D = 1,13kVA

S = 9,47kVA

Q/P = 0,0565

D/P = 0,1841

N/P = 0,5192

%

Administratívna budova

cos(φ) = 0,987

P/S = 0,845

kz = 1,29

2

2

2

2

2

2

1 1P

N

P

D

P

Qk z

22

2

2min

21

PFP

S

IR

IRkz

Čo sme namerali na TS...

Stand by domácnosť – reálny príklad

zariadenie ks %NEvyužitia P S A(P)/rok suma A(S)/rok

      [W] [VA] [kWh] [€] [kVAh]

             

"dig. hodiny" 2 100% 10 20 175 21 350

satelitný prijímač 2 60% 12 20 126 15 210

PC komplet 2 50% 10 25 88 11 219

notebook 1 60% 5 15 26 3 79

nabíjačky 5 80% 2 20 70 8 701

LCD TV 2 60% 1 22 11 1 231

HiFi veža 2 90% 15 30 237 28 473

DVD/CD prehrávač 1 90% 10 15 79 9 118

             

Spolu 1 domácnosť         811 97 2382

Spolu Slovensko [MWh] 1 539 612 4 521 03630 % ? 461 883 1 356 310

počet domácností 1 898 000

Cos fí a P/S – (mesačné sledovanie 10/2012)6. – 7. 10. víkend

cos(φ) – meranie podľa zvyklostí v energetike, zahŕňa vplyv QP/Sa („cos“ Sa) – meranie pomocou tzv. aritmetického zdanlivého výkonu, zahŕňa vplyv Q, DP/Sr („cos“ Sr) – meranie pomocou správneho zdanlivého výkonu, zahŕňa vplyv Q, D a v trojfäzovj sústave aj nesymetriu NVšetky merania sú kumulatívne, t.j. na báze energií, nie výkonov

cos(φ)

Prúdová nesymetria – nízka hodnota PF

Vylepšená prúdová nesymetria – normálna hodnota PF

Situácia v administratívnej budove

Ako je to naozaj?Administratívna budova

Situácia vo výrobnej dieľni

Ako je to naozaj?Iná budova - dieľňa

Situácia v rodinnom dome

Ako je to naozaj?Rodinný dom

Grafické vyjadrenie zmenyako sa menia straty?

%

skúsme zlepšiť P/S

Ako sa menia straty?

PF1/PF2 0,5 0,6 0,7 0,8 0,85 0,9 0,92 0,94 0,96 0,98 10,5 0,000,6 1,22 0,000,7 1,96 0,74 0,000,8 2,44 1,22 0,48 0,000,85 2,62 1,39 0,66 0,18 0,000,9 2,77 1,54 0,81 0,33 0,15 0,000,92 2,82 1,60 0,86 0,38 0,20 0,05 0,000,94 2,87 1,65 0,91 0,43 0,25 0,10 0,05 0,000,96 2,91 1,69 0,96 0,48 0,30 0,15 0,10 0,05 0,000,98 2,96 1,74 1,00 0,52 0,34 0,19 0,14 0,09 0,04 0,001 3,00 1,78 1,04 0,56 0,38 0,23 0,18 0,13 0,09 0,04 0,00

2321

23

22

21

23

22

21

2

2

)(

)).((

PPP

IIIUUU

P

Sk r

z

min2121 )( JZZ PkkPP

Napr. zvýšenie P/S z hodnoty 0, 85 na hodnutu 0,92 znamená zníženie skutočných strát o 20 % veľkosti minimálne možných strát

Skúsme riešiť zodpovedne riziká a hrozby – pilotný projekt

Neistota skutočných prínosov a investičnej návratnosti

Vysoké jednorázové náklady, nevyjasnené financovanie

Náročné komunikačné a IT riešenia

Absencia štandardov, otázna spoľahlivosť systému

Neznámy (vysoký) stupeň zraniteľnosti a lability systému

Potreba zložitej koordinácie, logistiky, organizačných štruktúr

Otázny vzťah zákazníkov k projektu, stav inštalácií, rozvádzačov

Právne aspekty bezpečnosti dát a ochrany osobných údajov

Nejasne definované požiadavky budúcich Smart Grids

Zložitá interoperabilita meracích systémov a zariadení

Otázny prínos technológie regulácie vo vzťahu k HDO

Nedostatočná pripravenosť legislatívy

…

Poďme na to…

Chceme byť pripravení aj na budúcnosť?

2221

22_ IUQPS henergetikev

faktor výkonu P/S

+

+

=

u(t)

i(t)

Deformácia vplyvom fázového posunu a vyšších harmonických

0)().(1

0

T

dttituT

P

Ďakujem za pozornosť.

i.chrapciak@schrack.sk