Akim технологии smart grid abb 042014

© ABB09.04.2014 | 1

Технологии Smart Grid ABBABB Michael Akim.

© ABB Group April 9, 2014 | Slide 2

Создавая современный мир через инновацииНоваторские технологии с 1883

Отцы-основатели

1900

Промышленный

робот

Турбокомпрессор

HVDC

Сверхвысокое

напряжение

КРУЭ (с элегазовой

изоляцией)

Частотно-регулируемый

двигательСистема расширенного

управления

Паровая турбина

1920 1930 1940

Электрическая тяга

1990 2000

19601970

Газовая

турбина

1950

Привод для двигателя без

редуктора

1980

Вид изделия

(продукта)

Отвертка

Stanley

Rollerblade

ролики

HP Deskject

500 принтер

А/м Crysler

Concorde

Boeing 777

Годовые объемы

производства

100 000 100 000 1 500 000 250 000 50

Время продаж, лет 40 3 3 5 30

Цена / шт ; $ 3 200 365 19 000 130 000 000

Количество

уникальных деталей

3 35 200 10 000 130 000

Время разработки 1 год 2 года 1, 5 года 3, 5 года 4, 5 года

Внутренняя Проектная

команда (Мах )

3 5 100 850 6 800

Внешняя Проектная

команда (Мах )

3 10 100 1 400 10 000

Стоимость разработки

, $

150 000 750 000 50 000 000 1000,000,000 3000,000,000

Стоимость процесса разработки новых продуктов

Программа

© ABB Group

9. April 2014 | Слайд 4

В чем заключается миссия «Smart Grid»?

Грядущие задачи для электрических систем

Мероприятия по развитию технологий, проводимые ABB

Системы сохранения энергии

Сети постоянного тока высокого напряжения (ПТВН)

Глобальный контроль и управление

Управление промышленной нагрузкой со стороны

Подведение итогов

© ABB Group


Меняющиеся ограничивающие условия

Ограниченный запас ископаемых ресурсов, которые по-прежнему обеспечивают 80% от мировых поставок энергии

Климатические изменения, связанные с выбросом CO2

Отказ от использования ядерной энергии

Рост развития ветровой и солнечной энергии

Законодательные и экологические меры, поощряющие использование возобновимых источников энергии

Все возобновимые источники энергии, имеющие большой потенциал, являются крайне неустойчивыми

Модернизация электрической системы для:

Увеличения объема традиционной выработки энергии: Масштаб

Увеличение использования импульсных источников: Диапазон

Мировые тенденции в сфере энергоресурсовМеняющиеся парадигмы

Обобщенное определение Smart Grid:

Smart Grid = Инфраструктура (аппаратное и программное

обеспечение), которая необходима для внедрения большого

количества возобновляемых импульсных источников энергии

© ABB Group April 9, 2014 | Slide 7© ABB Group April 9, 2014 | Slide 7

Сильный рост возобновляемой генерации В ОЭСР рост ветроэнергетики доминирует Мировые инвестиции в возобновляемую генерацию оцениваются в $ 200 миллиардов до 2030

120 GW

50 GW50 GW

300 GW

Potential additional hydro power capacity 2006-2030

China

India

Middle East& Africa

South America

Hydro

Wind

Biomass

Other

Гидроэнергетика останется основным возобновляемым источником энергии,

вторым является ветроэнергетика

Glo

ba

l p

roje

ction

of a

dd

itio

na

l

ren

ew

ab

le e

ne

rgy u

ntil 2

03

0

Source

IEA 2008

ABB Smart GridУстойчивое развитие возобновляемой генерации

© ABB2011-07-19 SG_IntroABB_20110502.ppt | GF-SG | 8

ПричинаОбычная генерация

ПередачаРаспределен

ие Функция системы

Применение

Удаленная крупная генерация

Передача на дальние расстояния

Совмещение сетей /HVDC

Распределенная генерация

Автоматиз.

Регулирование напряжения

Коммуникационная инфраструк.

Контроль

Нестабильность генерации

Высокая эффективность во всех диапазонах нагрузок

Гибкость

Межрегиональное равновесие

Сомещение сетей /HVDC

Хранение энергии

Распределенное хранение

Регулирование энергопотребления пользователей по запросу

Хранение у потребителя (in applications)

регулирование энергопотребления пользователей по запросу

Ценовое давление, стареющая инфраструктура

Системы

контроля,

мониторинга и


активами

Автоматиз.

Системы контроля,

мониторинга и


активами

регулирование энергопотребления пользователей по запросу

Новые потребители(E-mobility)

Инфраструктура для подзарядки

Регулиров.энергопотребления пользователей по запросу

Основные предпосылки и последствия создания нового типа энергосистемы

© ABB Group April 9, 2014 | Slide 9© ABB Group April 9, 2014 | Slide 9© ABB Group April 9, 2014 | Slide 9

Сегодняшние технологии уже позволяют трансформацию

потребителя в производителя энергии

Source: Danish Energy Authority

Централизованная генерация середины 80’х Рапределенная генерация сегодня

Example Denmark

Предпосылки создания Smart Grid

Изучение и адаптация мирового опыта

Тенденция развития малой генерации– пример Дании

-10000

-8000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

1 1001 2001 3001 4001 5001 6001 7001 8001

Re

sid

ua

lla

st [

MW

]

Последствия использования возобновляемых источниковОстаточная нагрузка в Швейцарии, где 30% выработки приходится на солнечную и ветровую энергию

Последствия обширного внедрения солнечной энергии

Частое и массовое перепроизводство летом

Быстрые и значительные изменения остаточной нагрузки

Увеличение потребности в (быстро реагирующей) резервной

мощности

Параметры модели:

Общее

энергопотребление

Швейцарии = 60

млрд. киловатт-

часов, из которых:

1) 18 млрд.

киловатт-часов –

ветровая +

солнечная энергия,

80% солнечной,

20% ветровой,

естественная

природа

2) 16 млрд.


гидроэлектричество

, вырабатываемое

реками,

естественная

природа

3) 7 млрд. киловатт-

часов – базовая

выработка,

например, ядерная

энергетика

Янв Фев Мар Апр Май Июн Июл Авг Сен Окт Ноя Дек

Остато

чн

ая

нагр

узка [

МВ

т]

Месяц

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 25 49 73 97 121 145

Последствия использования возобновляемых источниковПример – Швейцария, где 30% от вырабатываемой энергии составляет ветровая энергия и фотоэлектричество Всего 18 млрд.


ветровая +

солнечная энергия,

80% солнечной,

20% ветровой

нагрузка

Мо

щн

ос

ть

[М

Вт]

гидроэлекроэнергия (от рек), ядерная, энергия биомассы и т.д.

ветровая

Фотоэлектричество

типовые

гидроэлектростанции (дамбы) и др.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 25 49 73 97 121 145

Мо

щн

ос

ть

[М

Вт]

ветроваяФотоэлектричество

типовые гидроэлектростанции (дамбы) и др.

Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс

нагрузка

Июнь

Январьгидроэлекроэнергия (от рек), ядерная, энергия биомассы и т.д.

Системы сохранения энергии (ССЭ)Необходимые объемы ССЭ для интеграции 95% ВИЭ

© ABB Group


ВИЭ =

Возобновляемые

источники энергии

1) Данные о

расчетах по

Швейцарии. Импорт

и экспорт не

учитывался

2) Показатели

выработки

фотоэлектричества

в Швейцарии

(потребность в

сохранении

снижается при

движении на юг, и

увеличивается при

движении на север)

3) Профиль ветра в

Ирландии

(потребность в

сохранении выше у

внутренних

показателей

выработки) При уровне ВИЭ > 30% требования к емкости хранилищ

становятся очень большими, особенно большой вклад вносит

солнечная энергия

Обмен электроэнергией на больших расстояниях снижает

потребность в сохранении энергии

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

0% 10% 20% 30% 40% 50%

Ми

ни

мал

ьная

ем

кост

ь хр

ани

ли

ща

[% с

ред

не

й д

не

вно

й п

отр

ебн

ост

и]

Общее влияние солнца + ветер [%]

с 80% солнечной, 20% ветренной

с 25% солнечной, 75% ветренной

Передача электроэнергии на большие расстоянияПриоритетные технологии

© ABB Group


Сети переменного тока высокого напряжения (HVAC) продолжат свой рост в географичесих

размерах

и мощности

Увеличение размера сети и большая импульсность = задачи стабильности!

Постоянный ток высокого напряжения (HVDC) для соединения крупных сетей переменного тока и

управления крупномасштабными энергетическими потоками

Требования к двунаправленным энергетическим потокам, изменяются динамически

Потребность в сетях постоянного тока (не только подключение точка-точка)

Задача Масштаб Технология

Компенсирование местных погодных

условий, потеря максимального уровня

выработки солнечной энергии

Региональный –

Континентальный

Переменный

ток высокого

напряжения

(Постоянный


напряжения)

Доступ к регионам ВИЭ с большими

мощностями

(побережья, море, пустыни)

Континентальный –

Межконтинентальн

ый

Переменный



(Постоянный


напряжения)

Компенсирование сезонных графиков

генерации ВИЭ

Межконтинентальн

ый – Мировой

Постоянный



Стабильность крупных сетей переменного тока Глобальный контроль и управление (ГКУ)

© ABB Group


PSS =

Стабилизатор

энергетической

системы

FACTS = Гибкие

системы передачи

переменного тока

G = Генератор

Местные PSS (передовые)

PSS, основанные на циклах

локального управления

Небольшой шанс уплавлять

глобальным

явлением: например, местные PSS

может даже усилить

межтерриториальные колебания

G

PSS

G

PSS

PSS

G

G

PSS

G

PSS

PSS

G

WAMC


Получение в реальном времени

векторных данных

обо всей системе

Адаптивное, надежное и устойчивое

управление

Дополнительные гибкие системы

передачи переменного тока (FACTS) в

дальнейшем могут усовершенствовать

стабильность и увеличить мощность

сети

FACTS

измерение

управлениеизмерение

управление

Электропередача постоянного тока высокого напряжения (ПостТВН)Основные причины использования HVDC

© ABB Group


0

1000

2000

3000

4000

5000

0 200 400 600 800 1000

Длина линии электропередач [км]

Пр

опускн

ая с

по

со

бн

ость

[MВ

т]

Пер.ТВН

ПостТВН

500 КВ

765 КВ

500 КВ

800 КВ

ПостТВН является идеальным средством для транспортировки

высокомощной электроэнергии на большие расстояния

Большая пропускная способность на больших расстояниях

Меньшие потери и капитальные затраты на длинные линии

Возможность использования кабелей и воздушных линий (кроме

того, вместе)

Отсутствие транспорта с реактивной мощностью

Возможность соединить независимые сети переменного тока

Электропередача постоянного тока высокого напряжения Сеть постоянного тока = Дополнение к сети переменного тока, но не ее замещение

© ABB Group


Высокая мощность, наименьшее

расстояние для транспортировки энергии

подавляет "круговые потоки"

Поддерживает стабильность сети

переменного тока

Возможности гибких систем передачи

переменного тока (FACTS)

Истинная цель развития:

Увеличение максимальной мощности

Прерыватели постоянного тока и

устойчивая защита

Автоматизированное управление

энергетическим потоком сети

Центральное управление, т.е.

пуск/стоп, повторное распределение

нагрузки

Долгосрочная цель развития:

Преобразование DC/DC для создания

сетей из сетей постоянного тока (DC)

(межконтинентальные/глобальные

сети)

ветровая

гидроэлектроэнергия

Солнечное фотоэлектричество

Концентрированная солнечная энергия

электроэнергия биомассы

геотермальная электроэнергия

Решения для накопления энергии (РНЭ)Технологии и требования

© ABB Group


Решение для накопления

энергии (РНЭ)

Теоретическая

экономическая

мощность

Состояние / Суждение

Преобразование H2 и

углеводородов

гигават-час - тыс.

гигаватт-час

Технология находится в разработке

Гидроаккумулирующая

электростанция (ГАЭС)

> 200 мегават-час Готова, разрабатывается 3е поколение

Аккумулирование энергии путём

закачки сжатого воздуха (АЭСВ)

100 – 1000 мегават-час Не готова, имеются некоторые основные

вопросы

Электротермическое хранение

энергии (ЭТХЭ)

10 – 500 мегават-час Технология находится в разработке

Аккумулирование энергии с

помощью аккумуляторных батарей

(АЭАБ)

< 20 мегават-час Технология находится в разработке

Промышленные процессы (УПНС) Несколько мегават-час Технология находится в разработке

"Традиционные" требования РНЭ Высокая эффективность, низкие капитальные затраты

Высокая вместимость хранилища

Дополнительные, крайне подходящие характеристики РНЭ "Smart

Grid" Географическая и геологическая независимость

Быстрота ответа и изменяемость мощности

Масштабируемость, в частности, в сторону меньших устройств

Электронный интерфейс мощности для сети (возможности FACTS)

Решения для накопления энергии (РНЭ)Аккумулирование энергии с помощью аккумуляторных батарей (АЭАБ)

© ABB Group


Идеально для интеграции фотоэлектрической энергии

солнца в сети распределения сети малого/среднего

объема:

Отсрочка вкладов в мощность сетей

Активная стабилизация напряжения

Сокращение потерь в сети

Услуги системы бесперебойного

электроснабжения

Системы среднего размере более экономичны, чем

малые системы

Стоимость, срок службы, эффективность

Системы до 100 мегават-час – оправданы, ограничены

по экономичности (плохая пропорциональность при

большой мощности)

Технологии производства аккумуляторов: Литий-ионные,

натрий-серные, свинцово-кислотные,

(в зависимости от профиля задачи)

Цель развития

Управление алгоритмами (планирование

задач)

Сокращение затра

Пример: 16 КВ, 1 мегават, 500 киловат-час автоматический

регулятор в

Швейцарии, введен в эксплуатацию в марте 2012 г.

Контейнер системы контроля и сбора данных

Контейнер аккумулятора

Преобразователь частоты

Решения для накопления энергии (РНЭ)Электротермально хранение энергии (ЭТХЭ)

© ABB Group


Чертеж, разработанного автоматического регулятора в Швейцарии, построенный в системе

автоматизированного проектирования

(5 МВт/15 мегават-час)

Идеально для внедрения на крупных PV-заводах и ветровых

фермах в сетях среднего и большого объема

Географически и геологически независимо, не использует

опасных токсических веществ

Может выгодно изменяться – от

5 МВт/10 мегават-час до 100 МВт/500 мегават-час

Эффективность кругового цикла: 60 – 70%

Термическое хранение создает дополнительные

преимущества

Внедрение в районные сети отопления/охлаждения

Врезная подача отходящей теплоты низкого сорта

(например, от установок для сжигания отходов)

Преобразование геотермального тепла в

электричество

Цель развития

Высокопроизводительные устройства теплового цикла

Оптимизация затрат/эффективности

Решения для накопления энергии (РНЭ)Управление промышленной нагрузкой со стороны

(УПНС)

© ABB Group


Множество промышленных процессов являются виртуальными фабриками

по накоплению энергии

Обеспечивают гибкость, благодаря возможности перепланирования производства

при различных энергетических ограничениях

Распределение нагрузки уже является общепринятой практикой

Гибкость на стороне потребитель должна включать в себя крупных

локальных потребителей, таких как

Сталелитейный завод, целлюлозный завод, цементный завод, ...

Цель развития:

Разработка программного обеспечения

Внедрение в системы SCADA

Шаблоны для различных производств

Устройство 1

Лимит

обеспечения



Сброс нагрузки (потеря

производства)

Перераспределение Оптимизация производства

Подведение итогов

В будущем электрические системы будут гораздо более глобализированными

Существующие сети не соответствуют требованиям

Мнение ABB: Ключевыми технологиями будущего являются

Гибкие и быстродействующие система накопления энергии

Различные гидроэлектростанции с механическими насосами

Системы аккумулирования энергии с помощью аккумуляторных батарей (САЭАБ)

Новые системы хранения средней мощности (например, ЭТХЭ)

Управление промышленной нагрузкой со стороны (УПНС)

Преобразование электричества в H2 и углеводороды

Высокопроизводительная сеть для транспортировки электричества на дальние расстояния

Многоконтактная HVDC, предпочтительно VSC

Продвинутое управление и защита сетей переменного тока


Гибкие системы передачи переменного тока (FACTS)

Развитое управление и защиты сетями распределения

Специфика роли Smart Grid и развития Российской возобновляемой энергетики

© ABB Group April 9, 2014 | Slide 22

Уменьшение потерь передачи на

большие расстояния – географическая

протяженность сети - HVDC

Переход от транспортировки

энергоносителей к транспортировке

энергии

Микрогрид – востребованность для

удаленных регионов – половина

населения РФ не подключено к газо- и

нефтепроводам

Запасы биомассы и с/х земель

Стоимость и сложности подключения

Индивидуальное энергоснабжение

домов; стоимость котеджной застройки

способствует применению новейших

технологий

Akim технологии smart grid abb 042014

Documents

Transcript of Akim технологии smart grid abb 042014