Om elkretsanalys, elnät, och när man har nytta av detta - ETK
Upplägg Elkretsanalys Om elkretsanalys, elnät, och när man har nytta av detta! 25 februari, 2015 • • • • Trender En del tekniska termer Exempel på elnätsanalys Kopplingar mellan de tekniska termerna och elnätsanalysen Lennart Söder Professor i Elektriska Energisystem, KTH Världens användning av andra förnybara energislag: (sol, vind, bio) 1992-2012 (+570%) Kina 2012: 13,4% Spanien 2012: 6,3% Tyskland 2012: 10,9% USA 2012: 21,4% Om ny kärnkraft - Regeringen i Storbritannien har kommit överens med “EDF group” om ett erbjudande att bygga ny kärnkraft i Storbritannien. Hösten 2013. - EDF erbjuds ett garanterat pris om 96-99 öre/kWh i 35 år vilket ökar med konsumentprisindex. - https://www.gov.uk/government/news/initial-agreementreached-on-new-nuclear-power-station-at-hinkley 100% förnybart Sverige: Rapport: 22 juni 2014 Kostnad för ny produktion enligt Elforsk. Hösten 2014 Studerar: • Balansering från timme till timme. Ingen kärnkraft. • Hög vind+sol / låg elförbrukning • Låg vind+sol / hög elförbrukning • Vattenkraftsreglering • Effektvärden kommenteras • Överföring • Kan laddas ner från KTH:s hemsida enligt nedan • EXCEL-fil för beräkningar Kärnkraft dyrare än vindkraft! http://kth.diva-portal.org/smash/record.jsf?searchId=1&pid=diva2:727697 Tre utmaningar i ett kraftsystem med stor andel sol- och vindkraft: En del tekniska termer C1: Håll den kontinuerliga balansen C2: Hantera situationer med stor mängd variabel produktion. C3: Hantera situationer med liten mängd variabel produktion. • • • • • 7 Skenbar effekt Effektfaktor Transformator Induktiv last Kapacitiv last • Transienter • Reaktiv effekt • Filter Exempel på elnät – 1 – Norden • Bilden visar växelströmsnäten som förbinder de Nordiska länderna 200-400 kilovolt • Exempel: Kapaciteten på näten mellan Sverige och grannländerna är ca 9300 MW. Kärnkraften i Sverige har en installerade kapacitet (= max produktion) om 9800 MW. • Kapaciteten mellan Norden och grannar är ca 5500 MW Exempel på elnät – 3 – Supergrids • Bilden visar ideer för att förbinda off-shore vindkraft i Europa • www.ewea.org Exempel på elnät – 2 – Desertec • ”Within 6 hours deserts receive more energy from the sun than humankind consumes within a year” • www.desertec.org Publiserad 3 Augusti, 2011 Exempel på Elnäts-analys Viktiga frågor vid elnätsberäkningar • • • • • • Impedanser på ledningar Spänningsfall Överföringskapacitet Reaktiv effektbalans Transformatorers kapacitet Effektfaktor hos elförbrukningar och generatorer • Är lasten induktiv eller kapacitiv • Beräkningar utförs normalt med jω-metoden Exempel på Elnäts-analys Elnätsberäkningar– Solkraft • Solceller ger en likström som beror av solinstrålningen • Man optimerar förhållandet mellan ström och spänning för att få så hög effekt som möjligt. • Solcellerna kopplas ihop och den sammanlagda effekten omvandlas från likspänning till växelspänning. • Växelspänning är mer praktiskt eftersom man via en transformator kan ändra spänningsnivån. • I DC/AC-omriktaren kan man styra spänningen mm. Elnätsberäkningar Vindkraft • Vindkraften gör att generatorn roterar vilket ger en växelström där frekvensen beror av vindhastigheten • Växelströmmen måste dock ha 50 Hz för att kunna användas i näten • Med hjälp av en omriktare (AC-DC-AC) kan man få rätt frekvens och mata ut effekten på elnätet • En vanligt spänning ut från vindkraften är ca 6 kV vilken transformeras upp till 36 kV. Om spänning och ström ut från soloch vindkraftverk (eller andra) control RPM1 RPM2 gearbox not always f 1,V1 gen. f 2,V2 conv. not always φ En del tekniska termer • • • • • Skenbar effekt Effektfaktor Transformator Induktiv last Kapacitiv last grid • Det finns en fasförskjutning mellan spänning och ström φ. • cos(φ) = effektfaktor • φ = 90˚ cos(φ) = 0 dvs ingen aktiv effekt (bara reaktiv effekt) • φ = 0˚ cos(φ) = 1 dvs bara aktiv effekt (minimal ström och minimala förluster) • Effektfaktorn är ofta styrbar i sol- och vindkraftverk • Transienter • Reaktiv effekt • Filter Filter • Strömmen ut från en omriktare (eller LEDlampa, eller lysrör eller till en dator) blir ofta inte sinusformad. • Den innehåller övertoner (från Fourieranalys) • Dessa måste normalt filtreras bort för att systemet ska fungera effektivt. Transformator • En transformator fungerar bara för växelström. • Den omvandlar spänning och ström • om t ex spänningen blir 10 ggr högre blir strömmen 10 ggr lägre (samma skenbara effekt U·I=konst.) • I vägguttaget är spänningen 230 V, men långväga överföringar har ofta 400 000 V! • Transformatorn dimensioneras för en viss spänning och en viss märkeffekt (= skenbar effekt), dvs ström Induktiv förbrukning • En motor innehåller lindningar • När växelström går runt i lindningar möts den av en induktans • Detta gör att strömmen blir induktiv, dvs det blir en fasförskjutning mellan spänning och ström • Induktiv last kan kompenseras med kapacitanser Likström eller växelström? Växelström: • Vanligast • Relativt enkelt att ändra spänning (transformatorer) Likström: • Billigare för riktigt långa överföringar (typ > 600 km) • Kräver omriktning AC-DC • Billigare/enklare för långa sjökablar HVDC = Högspänd likström • HVDC – i drift • HVDC - planerad För den matematiskt intresserade så används inom analys av elsystem även … • • • • • • Jacobianer Egenvärden Egenvektorer Optimering Fourieranalys Nash-jämvikt • Matriser • Stokastiska processer • System av diff. Ekv. • mm
© Copyright 2024