Dr. Kádár Péter Smart hálózatok gyakorlati megvalósítása Villamosenergetikai Intézet TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0020 Tudományos képzési műhelyek támogatása és a tehetséggondozás rendszerének kialakítása az Óbudai Egyetemen
Vázlat A Smart definíció A Smart hálózat A Smart rendszer lehetséges elemei Hazai kilátások SMART JFSZK 2012.10.02. 2
SMART JFSZK 2012.10.02. 3
Strukturális evolúció SMART JFSZK 2012.10.02. 4
A két véglet Koncentrált termelés Nagyobb hálózati veszteség Centralizált irányítás Egyre növekvő hálózat Keresletet követő Merev fogyasztási szerkezet Profitvezérelt Környezetkárosító Nem fenntartható Elosztott termelés (DG) Kisebb hálózati veszteség Nehezebb átláthatóság Megújuló termelés Kínálatot figyelembe vevő Flexibilis fogyasztási szerkezet Felelősség vállaló Környezetkímélő Fenntartható(bb)? Mindkettő van. SMART JFSZK 2012.10.02. 5
A Smart folyamat hajtóereje Öregedő hálózat, rossz korfa, terjedő digitális technológia Öregedő erőmű park, minden jöhet, ami teljesítmény Öregedő személyzet Befektetői trend, gyors ROI, ROE CO2 kibocsátás csökkentés Amerikai jogalkotás törvénybe iktatta (EISA 2007: Title XIII-Smart Grid + Európai iniciatívák Energiatakarékosság Fenntarthatóság, stb. SMART JFSZK 2012.10.02. 6
Modern Grid Initiative definíció Modern Grid Initiative, National Energy Technology Laboratory, USA Számos termelési módot magába fogad A fogyasztót az együttműködésre sarkallja az energiatudatosságban, energiamenedzsmentben (DSM) Öngyógyító hálózat Külső támadásoknak jobban ellenáll Kedvez a minőségi energiaszolgáltatásnak Az on-line kereskedéshez valós adatokat szolgáltat Optimalizálja a berendezések üzemét, karbantartását, költségeit SMART JFSZK 2012.10.02. 7
KEMA definíció Dr. Robert Wilhite, KEMA consulting: The Smart Grid vision for a Smarter Planet előadás alapján Intelligens Jövőbe mutató, még nemigen létezik A szolgáltatónak is át kell hozzá alakulnia A fogyasztó aktívan részt vesz benne Minden termelést magára vesz, nem válogat Új termékek, piac Öngyógyító Kevésbé sérülékeny Fenntartható SMART JFSZK 2012.10.02. 8
KEMA definíció Smarter Grids for California and the Planet - KEMA s Perspective and Observations; CEC Workshop on Defining the Pathway to the California Smart Grid of 2020; Sacramento CA, August 5, 2008 A villamosipari KEMA tanácsadócég egy másik előadás keretében az alábbi értelemben használta a Smart Grid kifejezést: A digitális technológia átszövi az energiaszállítás minden részletét Lehetőséget teremt az elosztott termelés integrációjára Optimalizálja a hálózatot A hálózat önjavító, megbízható, biztonságosabb, jobb hatásfokú lesz, miközben a fogyasztó is energiatudatossá válik. Mindez hozzájárul a fenntarthatósághoz, környezetvédelemhez SMART JFSZK 2012.10.02. 9
Smart http://en.wikipedia.org/wiki/smart_grid Megbízhatóság Hatékonyság Flexibilis hálózat Terhelés befolyásolás/csúcs korlátozása Fenntarthatóság Integrált kommunikáció Smart mérések PMU / WAMS Fejlett szabályozás/ új HW elemek Smart termelők 3.8 Smart power generation SMART JFSZK 2012.10.02. 10
Smart http://www.leonardo-energy.org/what-definition-smart-grid Fogyasztói szinten AMR On-line pricing Kommunikációs mérési központ DSM Elosztóhálózati szinten Hálózat automatizálás DSM Mikrogrid szigetek Átviteli hálózat szinten PMU FACTS: Flexible AC Transmission Control Devices Elosztott automatikák SMART JFSZK 2012.10.02. 11
Smart Grid http://energy.gov/oe/technology-development/smart-grid Fogyasztó befolyásolás Elosztott termelésrendszer helyreállító képesség Cyber security Energia tárolás Teljesítményelektronikai alkalmazások Megbízhatóság Megújuló termelés integrálása Új kábel és vezető megoldások SMART JFSZK 2012.10.02. 12
Smart energy process SMART JFSZK 2012.10.02. 13
A hazai smart definíció DSM Hálózati rekonfiguráció Elosztott termelés AMR/Smart mérés (smart home) (korszerű és intelligens hálózati elemek) SMART JFSZK 2012.10.02. 14
A smartosítás hatásai Rendszerfejlesztés és gazdaságossági kérdések Üzemvitel Környezeti hatások Műszaki paraméterek Energiapiac és szabályozás Elosztóhálózat és elosztott termelés Energiarendszerhez tartozó információs és telekommunikációs rendszer SMART JFSZK 2012.10.02. 15
Minden ami naprakész SMART JFSZK 2012.10.02. Source Vigotti, IEA 16
Intelligens hálózat + = SMART JFSZK 2012.10.02. 17
Új mérési irányítási technológiák Intelligens mérési rendszer Speciális, a hálózati üzem folytonosságát védő berendezések SMART JFSZK 2012.10.02. 18
A Microgrid A Microgrid koncepció több évtizede ismert, lényege, hogy a (kisebb) villamosenergia termelők és fogyasztók egy alacsonyabb szinten integrált egységet alkotnak, a nagy villamosenergia-rendszer (VER) irányítás felé csak egy szabályozott termelői/fogyasztói csomópontként lépnek fel. SMART JFSZK 2012.10.02. 19
Struktúra I.: SGRID Klasszikus microgrid Izolált/izolálható hurkolt hálózatrész A saját termelés és fogyasztás egy nagyságrendbe esik Csak a belső termelési többlet/hiány folyik a nagy hálózat, illetve a javarészt 1 csatlakozási ponton Minimális belső koordináció Középfeszültségű hálózat Lehetséges belső tarifa rendszer SMART JFSZK 2012.10.02. 20
SGRID SMART JFSZK 2012.10.02. 21
Struktúra II.: MGRID Korszerű Microgrid (IT) Izolált/izolálható hurkolt hálózatrész A saját termelés és fogyasztás egy nagyságrendbe esik Minimális a belső termelési többlet/hiány Jelentős a belső koordináció, kifelé pontos menetrendet ad Középfeszültségű hálózat Lehetséges belső tarifa rendszer SMART JFSZK 2012.10.02. 22
MGRID SMART JFSZK 2012.10.02. 23
Struktúra III.: VGRID Hazai realitás Nem izolált/izolálható hálózatrész, a nagy hálózaton helyezkedik el Saját koordinációs/felügyelő központtal rendelkezik Kellemetlen és kicsi termelőket és fogyasztókat fog össze A saját termelés és fogyasztás egy nagyságrendbe esik Kifelé mérlegköri elszámolással, menetrendadással, míg befelé terhelés és termelésbefolyásolással működik Középfeszültségű és nagyfeszültségű hálózatot használja Részben független tarifa rendszer SMART JFSZK 2012.10.02. 24
VGRID SMART JFSZK 2012.10.02. 25
I. Setting up individual units with measurement 2006 SMART JFSZK 2012.10.02. 26
II. Setting global measurement system 2006 SMART JFSZK 2012.10.02. 27
III. Setting up the microgrid 2006 SMART JFSZK 2012.10.02. 28
IV. Setting global control system 2006 SMART JFSZK 2012.10.02. 29
V. Virtual Microgrid enhancement 2006 SMART JFSZK 2012.10.02. 30
Control Center for Renewable Energy (CORE) Virtuális erőmű Iberdrola Toledo, Spain Virtuális erőmű MAVIR önszerveződés Üzemeltetési, és karbantartási költségek csökkentése: központi irányító felügyeli az összes szélerőművüket a világon valós időben. Villamosenergetikai Intézet Hibás szélerőművek gyors javítása és üzembe helyezése: A nap 24 órájában figyelik az erőműveket. Ha a központból nem tudják elhárítani a problémát, akkor a helyi szerelőcsapatot utasítják hiba elhárítására. SMART JFSZK 2012.10.02. 31
SMART JFSZK 2012.10.02. 32
Dinamikus terhelhetőség Távvezeték, kábel, transzformátor Pillanatnyi hőmérséklet, szél és besugárzási viszonyok Esetenként jobban kiterhelhető a vezeték Nem csak a terhelési áramot mérjük Nem gyári terhelhetőséggel számolunk Pl. Több energiával kereskedhetünk Több szélenergia integrálható SMART JFSZK 2012.10.02. 33
Line Thermal Monitoring - dynamic rating SMART JFSZK 2012.10.02. 34
A TávMűködtetésű OszlopKapcsolók automatikus működtetése hot topic Hazánkban egy évtizede kezdődött Automatikus rekonfiguráció Hálózat öngyógyító képessége SMART JFSZK 2012.10.02. 35
A feladat A villamosenergia szolgáltatás színvonalára jellemző értékek esetén a 3 perces időtartamnak kitüntetett szerepe van, mivel statisztikailag külön kezelik a 3 percnél hosszabb (tartós) ellátás megszakadásokat, és külön a 3 percnél rövidebbeket (átmeneti és pillanatnyi). A készi oszlopkapcsolós rekonfigurálás ennél tipikusan tovább tart A TMOK elvileg alkalmasak az automatikus működtetésre Kezdjük el az automatizálást, és várhatóan az esetek nagy részében a 3 perc alá lehet menni SMART JFSZK 2012.10.02. 36
Oszlopkapcsolók (oszlopszakaszolók, oszlopmegszakítók) SMART JFSZK 2012.10.02. 37
TMOK a DÉMÁSZ-nál SMART JFSZK 2012.10.02. 38
Felezéses stratégia SMART JFSZK 2012.10.02. 39
Felezéses stratégia SMART JFSZK 2012.10.02. 40
Felezéses stratégia SMART JFSZK 2012.10.02. 41
A smartság mérése (Measure of the smartness KP SAMI 2011) SMART JFSZK 2012.10.02. 42
Smart hálózat Világtrend Minden smartul Hazai trend Smart = Smart mérés Realitás DSM, virtuális erőmű SMART JFSZK 2012.10.02. 43
Elosztott termelés és szabályozható eszközök gázmotorok (1-3 MW) szélerőművek (0,6-2 MW) kis teljesítményű biogáz és biomassza erőművek (2-10 MW) kis vízerőművek (30kW-1,5 MW) intelligens fogyasztók HKV, RKV ill. IP alapú vezérelt fogyasztók lakóparkok(200-600 kw) bevásárlóközpontok (1-2 MW) mikroturbinák (10-30 kw) MikroSZET (kisméretű szivattyús energiatározás 50 kw- 5 MW) hőszivattyú(2-10 kw) Alkalmazás II. SMART JFSZK 2012.10.02. 44
Villamos szempontok A DG termelés kis léptékben növekszik Indokolt a lokális megújuló irányító központok kialakítása, melyek agregálják a kistermelőket A hálózat alapvetően elbírja az új betáplálásokat, de egyedileg ezt ellenőrizni kell A kiserőművi csatlakozási feltételrendszer alapvetően tisztázott SMART JFSZK 2012.10.02. 45
SMART JFSZK 2012.10.02. 46
Pálhalma SMART JFSZK 2012.10.02. 47
Észak-Pest SMART JFSZK 2012.10.02. 48
Biogáz Világtrend Mérsékelt kapacitások Gázhálózatba betáplálás (CO2? Energiamérleg?) Vill. en. termelés 40-60%-a a szennyvíztechnológiai fogyasztásnak Hazai trend Néhány tucat erőmű, főleg szennyvíziszap Veszélyes hulladék megsemmisítés Realitás Nincs sokkal több szennyvíz Mérsékelt bővülés SMART JFSZK 2012.10.02. 49
SMART JFSZK 2012.10.02. 50
Gázmotor Mintegy 600 db Magyarországon Kb. 600 MW beépített teljesítmény Elosztott termelés Kogeneráció SMART JFSZK 2012.10.02. 51
SMART JFSZK 2012.10.02. 52
Szélerőművek a világban Magyarország teljesítmény felvétele kb. 6000 MW -><- 150 000 MW Mo. vill. en. igénye kb. 40 TWh -><- össz. termelt szélenergia 263 TWh Forrás www.ewea.org SMART JFSZK 2012.10.02. 53
MD-77 1,5 MW V-90 1,8 MW E-70 2 MW SMART JFSZK 2012.10.02. 54
Szélerőművek integrálása Tévhitek és nem alkalmazható megoldások A szivattyús tározós erőművek szerepe A sok vízerőmű teszi lehetővé a szélenergia integrálását A 100 %-os tartalékolás kérdése A költséges zöld energia A rendszer szabályozhatatlanságát a szélerőművek okozzák A széljárást nem lehet előre becsülni Erőművek hirtelen leállása Egy ELVI lehetőség - Központi hidrogén előállítás hálózati csatlakozással, rendszerirányítói szabályozással Üzemvitel a jelenlegi gyakorlattól eltérő, műszakilag lehetséges erőművi blokkösszetétellel Gázmotorok együttműködése szélerőművekkel Megoldások Gázerőművek együttműködése szélerőművekkel A menetrend adás hatása a szabályozási igényre Szélerőművi termelés szabályozása és korlátozása Területi diverzifikáció Lokális irányító-szabályozó központok (aggregáció) Intraday tőzsdei ügyletek HAZAI HELYZET: A NYUGATEURÓPAI ORSZÁGOKHOZ KÉPEST ARÁNYTALANUL KEVÉS SZÉLERŐMŰVÜNK VAN SMART JFSZK 2012.10.02. 55
Szélenergia Világtrend túl a 150.000 MW-on Hazai trend Beszorultunk a 330 MW-on Integrálási polémia Realitás Energiarendszerhez arányosítva 1500 MW Se kvóta se tender Ellenszél Kicsiben smart, de úgy meg nem működik SMART JFSZK 2012.10.02. 56
SMART JFSZK 2012.10.02. 57
Hazai vízerőpotenciál Magyarország elméleti vízerőkészlete 1400 MW; 7480 GWh/a (5%-a a Trianon előtti vízerőpotenciálnak!): sok víz, kicsi esés Hasznosítható 1060 MW; 4500 GWh/a (Gazdaságosan: 3400 GWh/a); Megoszlás Duna 66%; Tisza 10%; Mellékfolyók 24% Kiépült 37 mű; 50 MW; 210 GWh/a; (Össz: 51 db hidrogenerátor) SMART JFSZK 2012.10.02. 58
Tanakajd SMART JFSZK 2012.10.02. 59
Vízenergia Világtrend Európa telített, A 3. világban extenzív, környezetromboló fejlesztések (40 GW Kongo, 22 GW Kína) Hazai trend 50 MW Realitás Kis potenciál, magas költség, csak energiáért nem SMART JFSZK 2012.10.02. 60
SMART JFSZK 2012.10.02. 61
A napenergia felhasználás módozatai SMART JFSZK 2012.10.02. 62
Bükkaranyosi tanya SMART JFSZK 2012.10.02. 63
Buzitka (Bozita) 18 MW(!), SK SMART JFSZK 2012.10.02. 64
PV Világtrend Hatalmas növekedés, megtorpanás Németországban (20.000 MW-nál) Hazai trend 0 (3MW) - elmélkedés, hogy hol is hasznosulna jobban a befektetés Realitás Nagy potenciál nagy ellenáram (szlovák példa alapján 1000 MW reális lenne) SMART JFSZK 2012.10.02. 65
SMART JFSZK 2012.10.02. 66
Hazai geotermális lehetőségek Közvetlen fűtés Kísérőgázas kutak bináris hasznosítása (1-15 MW) Forrás: Pylon Kft. SMART JFSZK 2012.10.02. 67
Szentes geotermikus fűtőkút cca. 75ºC 1500 m 3 /nap pluszos kút SMART JFSZK 2012.10.02. 68
Geotermia Világtrend Kb. 120 MW vill. blokkok aktív vulkáni tevékenység közelében Hazai trend Mérsékelt potenciál Realitás Néhányszor 10 MW vill. telj., bináris rendszerek, inkább közösségi fűtési rendszerekhez SMART JFSZK 2012.10.02. 69
SMART JFSZK 2012.10.02. 70
Heat and Power Co-generation CHP Forrás: Zsebik Albin SMART JFSZK 2012.10.02. 71
Új termékek a piacon SMART JFSZK 2012.10.02. 72
SMART JFSZK 2012.10.02. 73
MikroCHP Világtrend Többtízezer blokk került installálásra Hazai trend Induló piac Realitás Ez az igazi háztartási léptékű kiserőmű, virtuális erőműbe foglalva SMART JFSZK 2012.10.02. 74
SMART JFSZK 2012.10.02. 75
Óbudai Egyetem megújuló energiapark SMART JFSZK 2012.10.02. 76
Energia sziget SMART JFSZK 2012.10.02. 77
Mikrogrid tervek Bükkaranyoson SMART JFSZK 2012.10.02. 78
Mikrogrid Világtrend Intenzív kutatások Hazai trend Szerény kutatások Realitás A hálózati ellátással szemben egyelőre nem versenyképes SMART JFSZK 2012.10.02. 79
SMART JFSZK 2012.10.02. 80
Bükkaranyosi tanya SMART JFSZK 2012.10.02. 81
Egy hazai terv a szélenergia tárolására SMART JFSZK 2012.10.02. 82
Mikro SZET Hazai tervek 1 MW szélerőmű 50 m szintkülönbség 2 ha vízfelület kb. 1,6 MWh energiatároló képesség SMART JFSZK 2012.10.02. 83
Tárolás Világtrend Intenzív kutatások Hazai trend Szerény kutatások nagy akadályok Realitás Rendkívül megdrágítja az energiát SMART JFSZK 2012.10.02. 84
SMART JFSZK 2012.10.02. 85
Smart megközelítés pozitív hatása Növekvő tartalékok Jobb szabályozhatóság Kisebb dinamika Kiegyensúlyozott terhelés Átláthatóság Könnyebb számlázás Tervezhetőség Kisebb kockázat SMART JFSZK 2012.10.02. 86
Javasolt hazai VGRID struktúra Alkalmazás II. SMART JFSZK 2012.10.02. 87
AMR piaci helyzet, 2007 Existing Market - The Scott Report: International Deployments 6th Ed. Market Forecast - Elster analysis SMART JFSZK 2012.10.02. 88
Antismart trendek Nagy darab atomkapacitás Folyik a hagyományos mérőórák felszerelése A MEH inkább kivonult a smart irány meghatározásból A szolgáltatók védik a fogyasztókat a költségtől SMART JFSZK 2012.10.02. 89
Végül A Smart Grid messze nem csak Smart mérést jelent, bár ebben tetemes a lemaradás A hazai hálózat sok Smart elemet tartalmaz már, pl. DSM HKV TMOK Gázmotorok (!) A világ erre megy Az út ki van jelölve SMART JFSZK 2012.10.02. 90
SMART JFSZK 2012.10.02. 91
Köszönöm a figyelmet! SMART JFSZK 2012.10.02. 92