Slimme netten in de praktijk Studiedag Cogen Vlaanderen & SGF Slimme netten en WKK: uitdagingen en opportuniteiten 29/2/2012 Hasselt
2 202020 Probleem 1. Stijgende behoefte aan primaire energie 2. Eindigheid & CO 2-uitstoot van fossiele brandstoffen Oplossingen 1. Rationeel EnergieGebruik 2. Energieproductietechnieken verbeteren 3. Inzet van hernieuwbare energie en biomassa elektrificatie van transport & warmte-en koudetoepassingen EVs & WPs Randvoorwaarden 1. Leveringszekerheid & power quality 2. Liberalisering v/d elektriciteitsmarkt
3 INHOUD 1. Kenmerken van hernieuwbare bronnen 1.1 Gelijktijdigheidsfactor 1.2 Gebruiksduur 13 1.3 Productiepatroon t 1.4 HEB vergt andere aanpak 2. Aansluitbaarheid id HB & nieuwe technologieën 3. Slimme netten 4. INFRAX concreet
1. Kenmerken van hernieuwbare bronnen 1.1 Gelijktijdigheidsfactor afname 4 Formule van Rusck: S max n n S max 1 g 1 g n Gelijktijdigheidsfactor G G=1 G=0.35 G=0.29 G=0.26
1. Kenmerken van hernieuwbare bronnen 1.1 Gelijktijdigheidsfactor HEB 5 Gelijktijdigheidsfactor lokaal bekeken = 1 Bij zonne-energie sterke correlatie met moment van lage afname. (zon- en feestdagen) 1. Kenmerken van hernieuwbare bronnen 1.2 Gebruiksduur HEB Gebruiksduur = aantal vollasturen die evenveel energie leveren als de jaarproductie v/d installatie. Windturbine = ± 2200 uren/jaar PV-installatie = ± 850 uren/jaar WKK-installatie = > 4000 uren/jaar basiscentrale = ± 8760 uren/jaar
1. Kenmerken van hernieuwbare bronnen 1.3 Productiepatroon In vergelijking met klassieke centrales, vertonen de meeste hernieuwbare energie producties een fluctuerend productiepatroon dat nauwelijks controleerbaar is. windmolens / zonnepanelen / warmtegestuurde WKK Afname en hernieuwbare productie lopen niet synchroon 6 kwh Productie Afname 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031 1 maand
1 Kenmerken van hernieuwbare bronnen 1.4 Integratie HB vergt andere aanpak 7 Hernieuwbare energiebronnen worden hoofdzakelijk geconnecteerd in het distributienet Gelijktijdigheid van afname en productie verschillen. Wat voor afname kan, kan niet voor injectie. Vroeger: productie volgt de vraag Nu & toekomst: vraag moet alsmaar meer de productie volgen Verschil tussen vraag en aanbod moet opgevangen g door opslag. Balancing van productie en afname wordt moeilijker. Balancing services worden niet alleen meer door grote centrales op het HS-net maar ook door bv. regelbare WKK-eenheden en in de toekomst door vraagsturing g geleverd vanuit de distributienetten.
8 INHOUD 1. Kenmerken van hernieuwbare bronnen 2. Aansluitbaarheid HB & nieuwe technologieën 2.1 Dimensionering van de huidige netten 2.2 Beschikbaarheid aansluitcapaciteit 2.3 Spanningsprobleem 2.4 Analogie met andere netwerken 2.5 Aanpak verkeer 3. Slimme netten 4. INFRAX concreet
2. Aansluitbaarheid HB & nieuwe technologieën 21Di 2.1 Dimensionering i i v/d /dh huidige netten 9 HS net: Permanent geëxploiteerd in n-1 Gedimensioneerd op gelijktijdigheid 1 MS net: Zelden constaints Verschakelbare n-1 Gedimensioneerd op gelijktijdigheid 0,8 LS net: constraint = overbelasting: weg te werken in minuteninterval Geen redundantie Gedimensioneerd op gelijktijdigheid 0,2-0,3 lokaal sterk verschillende capaciteit constraint = overspanning: ogenblikkelijk weg te werken
2. Aansluitbaarheid HB & nieuwe technologieën 23S 2.3 Spanningsprobleem 10 Spanning 110% 100% 90% Blauwe curve: belasting maximaal, geen injectie Rode curve: belasting minimaal, geen injectie Groene curve: belasting minimaal, maximale injectie MS net LS net Binnenhuis Aansl Omvo or mer
2. Aansluitbaarheid HB & nieuwe technologieën 22B 2.2 Beschikbaarheid h id aansluitcapaciteit 11 Huidige ontwerpregels zijn gebaseerd op exclusief afname en statistisch willekeurig afnamegedrag. MAAR: Hernieuwbare energiebronnen worden voornamelijk in het distributienet geconnecteerd met bidirectionele vermogenstromen tot gevolg. Afname zal t.g.v. vraagsturing (EVs & WPs) niet meer willekeurig zijn. Productie heeft een grote gelijktijdigheid EN deze piekbelasting is slechts gedurende een beperkt aantal uren per jaar. kans op congestie en spanningsproblemen is groter naarmate het spanningsniveau lager is. Het is met de huidige ontwerpregels niet evident om op LS op ieder moment de volledige aansluitcapaciteit ter beschikking te hebben
2. Aansluitbaarheid HB & nieuwe technologieën 24A 2.4 Analogie met andere netwerken 12 Andere netwerken hebben ook fysische grenzen en zijn niet berekend op pieken t.g.v. gelijktijdigheid. 1 Water 2 Riolering 3 Vaste telefonie 5% gelijktijdigheid indien veel gelijktijdige watervraag tijdens hete zomers valt de druk weg. Bij hevige onweders loopt de riolering over SLA:water mag 1 keer per twee jaar op straat terecht komen 4 Mobiele telefonie niet voorzien voor noodsituaties (Pukkelpop) 5 Internet t bij veel gelijktijdige gebruikers zakt de downloadsnelheid d lh gevoelig 6 Bankwezen theoretisch kan iedereen op elk moment zijn spaargeld opvragen, maar indien dat op hetzelfde moment gebeurt, is er een cashprobleem. 7 Verkeer Indien veel auto s tegelijkertijd op de wegen ontstaan er files 8 Elektriciteitsnet
2. Aansluitbaarheid HB & nieuwe technologieën 25 2.5 Aanpak bij verkeer Capaciteit is beperkt Verkeerscontrolecentrum 13 real time verkeersinformatie vertelt automobilist wat waar haalbaar + verwachte reistijden Slimme aansturing verkeerslichten verbetert de doorstroming Regels Toeritdosering Blokrijden - Openstellen pechstrook
14 INHOUD 1. Kernmerken hernieuwbare bronnen 2. Aansluitbaarheid hernieuwbare bronnen 3. Slimme netten 3.1 31 Wat? 3.2 Flexibiliteit 3.3 Opslag 3.4 Van passieve naar actieve netwerken in stappen 4. INFRAX concreet
3. Slimme netten 31W 3.1 Wat? 15 Hoge penetratie van hernieuwbare energie en de verdere elektrificatie van transport en verwarming/koeltoepassingen vergen ofwel massale netversterking en/of een intelligente sturing van alle deelnemers van het elektriciteitsnet. De maatschappelijke kost bepaalt de keuze. slimme netten slimme energiesystemen Dit vereist metingen, controle systemen, automatisering en ICT. Maar ook participatie van de netgebruikers via energiemarkten
3. Slimme netten 32Fl 3.2 Flexibiliteit: it definitie iti 16 = de aanpasbaarheid van de vermogenuitwisseling van lasten/opslag/productie met het net door de grootte van het vermogen aan te passen of door de uitwisseling in de tijd te verschuiven Deze flexibiliteit kan men aanspreken via tarieven (niet-verplichtend) of stuursignalen (gegeven setpoints die effectief worden uitgevoerd). Flexibiliteit aangesproken door tarieven en kan men beschouwen en als een grofregeling, gestuurde flexibiliteit en opslag als een fijnregeling. Flexibiliteit kan voor balancing doeleinden/portfolio-optimalisatie optimalisatie en voor netbeheer ingezet worden. Mogelijk tegenstrijdige belangen regulatie noodzakelijk GROEN HEEFT VOORRANG!!!
3. Slimme netten 32Fl 3.2 Flexibiliteit: it hoe praktisch inzetten? 17 Het inzetten van flexibiliteit door de marktpartijen moet door de netoperatoren gecontroleerd worden de marktpartijen moeten in deze de grenzen van het net accepteren. De aggregator is een nieuwe marktpartij die flexibiliteit van kleinere netgebruikers aggregeren en aan geïnteresseerde partijen aanbieden. Flexibiliteit wordt op LS door de aggregatoren via de Energy Box in de huizen aangesproken (EV Warmtepomp boiler witgoed etc ). Deze Energy Box zal vanuit de slimme meter meetgegevens krijgen en in latere instantie via de controlesystemen informatie over het maximaal vermogen dat uitgewisseld kan worden met het net.
18
3. Slimme netten 33El 3.3 Elektrische / thermische h opslag 19 Elektrisch technologieën voor kleine, medium en grootschalige opslag. pompcentrales, gecomprimeerde lucht, batterijen (EVs), supercaps, vliegwielen, supergeleidende spoelen (SMES) Dure technologieën maar men moet niet het aantal kwh maar wel de mogelijkheid tot piekafvlakking honoreren. Thermisch Thermische opslag via buffervaten/grond gekoppeld aan WKKs en WPs ontkoppelen de elektriciteitslevering/vraag it it l i van de warmtebehoefte.
3. Slimme netten 33O 3.3 Opslag/flex via energietransities iti 20 Enkele vb. met WKK Overschot elektrische energie gebruiken om waterstof te maken Waterstof injecteren in gasnetwerk Gas via WKKs omzetten in warmte en elektriciteit. Congesties op het elektriciteitsnet kunnen bv ook overbrugd worden door overschakeling van het elektriciteitsnet naar het gasnet. Via WKK wordt de elektriciteit op een minder kritisch punt geïnjecteerd. koppeling tussen elektriciteits-, gas- en warmtenetten
3. Slimme netten 3.4 Van passieve naar actieve netwerken in stappen 21 Sommige technologieën bestaan al en dienen enkel uitgebreider en slimmer aangewend te worden. Geen blindelingse aanleg van meer dure leidingen of installaties zonder intelligentie of optimalisatie van bestaande infrastructuur. Andere technologieën staan nog in de kinderschoenen en er is nog nood aan standaardisatie, regelgeving g g en testen alvorens tot een uitrol over te gaan Standaardisatie: Mandaat 441, Mandaat 490, Regelgeving ivmminimale i.v.m minimale functionaliteiten Vastleggen van een Belgisch marktmodel (ATRIAS)
3. Slimme netten 3.4 Van passieve naar actieve netwerken in stappen 22 SLIM imove LINEAR META-PV Vlaams slimme meter project
3. Slimme netten 3.4 Van passieve naar actieve netwerken in stappen 23 Actief netwerk management: real-time controle van het net, Distribution management systeem op MS, Automatisatie van MS netten, Monitoring en meting: digitale beveiligingen, telegelezen kortsluitverklikkers,
24 INHOUD 1. Achtergrond 2. Aansluitbaarheid hernieuwbare bronnen 3. Slimme netten 4. INFRAX concreet 4.1 META-PV 4.2 imove
4. Infrax concreet 4.1 41METAPV META-PV 25 Groot demonstratieproject. Start medio 2009 Duur : 4,5 jaar Kostprijs: project: 9 miljoen euro (deels gesubsidieerd) zonnepanelen: 30 miljoen euro (investering i door particulieren via LRM) Algemene doelstelling: PV-invertoren gebruiken voor netondersteuning. Website: www.metapv.eu eu
4.1 META-PV Doelstellingen 26 WAT? Verhogen van de absorptiecapaciteit voor DP met 50% tegen een additionele kost ~10% v/d vereiste netversterkingskost. (moet nog bewezen worden) HOE? Dit m.b.v. invertoren die de levering van actief en reactief vermogen regelen om de spanningsprofielen binnen de toegelaten grenzen te houden. Via opslag en bijsturen van actief vermogen om congestie te voorkomen. Ook fault ride through en eilandwerking worden bekeken
4.1 METAPV Aanpak Fase 1 27 Demonstratie op grote schaal in Lommel/Opglabbeek 128 x 4kW (residentiëel) en 31 x 200 kw (industriëel) 10 % van de systemen uitgerust t met opslagcapaciteit
4.1 MetaPV Fase 1: monitoring 28 Meetsytemen ingebouwd in 200 MV/LV stations Data-analyse om de controlevereisten van de invertoren vast te leggen
29 Spanningshuishouding Voltage profile for the critical nodes (over-voltage) Voltag ge (p.u.) Voltage (p.u.) 1.1 1.08 1.06 1.04 1.02 1 1.1 1.05 1 Rail 2 LOMM WTP Umicore LOMM Fransen LOMM Comacc LOMM Bio Energy LOMM Hansen Oud 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month Voltage profile for the critical nodes (under-voltage) LOMM Grensstraat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month
30 Spanningshuishouding 1.08 Voltage drop diagram at critical time @ 14.11.2009 19:00 1.07 1.06 1.05 ) Voltage (p.u.) 1.04 1.03 1.02 101 1.01 1 0.99 0.98 0.97 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Distance (km) Wind CHP PV in LV PV in MV Critical nodes
4.1 METAPV Fase 2: controle algoritmes 31 Ontwikkeling controle algoritmes van de slimme invertoren 31
32 Sturing reactief ifv lokale l spanning Inverter development cos Q P r Q P 1 1 2 cos P P r Q k V V V n 32
33 Simulations Test Branch Case: case B5 - DB=2 %, Umax=1.08 p.u., PFmin = 0.9 33
4.1 MetaPV Fase 3: demonstratie LV network(s) 34 LS11 (red) 34 LS09 (yellow)
4. Infrax concreet 4.2 42iMOVE 35 VOLVO C30 ION (PEUGEOT) NISSAN LEAF FLUENCE (RENAULT) KANGOO (RENAULT) ZERO (CITROEN)
imove is een consortium van 18 bedrijven en onderzoeksinstellingen die de relevante imove is een consortium van 18 bedrijven en onderzoeksinstellingen die de relevante sectoren in de Elektrische Voertuigen markt vertegenwoordigen 36
37 imove investeert 10 miljoeneur in 175 Elektrische Wagens en 300 oplaadpunten één van de grootste pilootprojecten in Europa Investering Omvangliving lab M # # 9 wagenproducenten 6 MW zonnepanelen park > 100 vehicle loggers 3 DNBs, > 100 AMR meters 70 smart phones
38 imove ambieert praktische toetsing van technologische innovaties in Energie, Voertuigtechnologie, en Mobiliteitsgedrag (Voertuig) Technologie Mobiliteitsgedrag Energie 1 Wat is de levensduur en de betrouwbaarheid van de batterijen? Kunnen we ze recycleren? 4 Wat verbruikt een elektrische wagen, bij verschillende rijstijlen, weers en wegomstandigheden? 6 Hoe kunnen elektrische voertuigen als spons fungeren in de huidige energie markt? 2 3 Hoe kunnen we de oplaadinfrastructuur standaardiseren en interoperabel beheren? 5 Verandert het verplaatsingsgedrag met elektrische wagens? Wti Wat is er nodig om mensen te overtuigen van de elektrische wagen? 7 8 Hoe interageren elektrische voertuigen met toekomstige slimme distributienetten, tav hernieuwbare energie?
39