arhitecturi de retele inteligente

Upload: rtrsmarian

Post on 20-Jul-2015

320 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

ARHITECTURI DE RETELE INTELIGENTE PROMOVATE LA NIVELUL OPERATORILOR DE DISTRIBUTIE -lectii invatateDumitru FEDERENCIUC-Electrica SA Bucuresti Ioan SILVAS-Electrica SA Bucuresti Petru POSTOLACHE-Universitatea Politehnica Bucuresti

Bucuresti,26 mai 2011 Retele inteligente de utilitati ale viitorului- smart grid

1

I.Tendinte actuale ale sectorului european de electricitate Dupa AIE-Agentia Internationala a Energiei cererea de electricitate in tarile Europei va creste cu 30% de la 3 136TWh in 2007 la 4 071TWh in 2030 3.136TWh 4.071TWh 2030. Roadmapul 2050-Ghid pentru o Europa prospera si libera de CO2 - Fundatia Europeana de Climat prognozeaza ca din cei 4.900TWh (1.280GW) in 2050 40%vor fi pe RES,30% pe nuclear(dupa Fukushima?)si 30%pe combustibili fosili cu SSC Actualele tendinte in domeniul energiei electrice sunt aliniate la: Al Treilea Pachet Energetic al UE cu urmatoarele puncte cheie : mai multe posibiliti de alegere pentru consumatori, creterea investiiilor i sigurana energetic n Europa: 2009/72/CE privind normele comune privind piata de energie Strategia Energia 2020 din nov 2010, care prevede ca in urmatorii 10 ani sunt g g , p necesare investitii in infrastrucura de cca 1000 moiliarde euro

.

-

I.1.Evolutia retelelor de electricitateIn acest context si reteaua europeana va trebui sa fie modernizata tinand seama de acest pachet energetic.In ciuda marelui interes acordat viitorului acestor retele chestiunea de finantare nu este totdeauna rezolvata .

A. Actuala arhitectura a retelei de electricitate (retea 2010)Dupa European Technology Platform for the Electricity Networks of the FutureSmartGrids reteaua de energie electrica europeana este una dintre retelele tehnice cele mai vaste ale lumii:-deserveste 430 milioane persoane prin 230.000 km linii de transport,(220-400kV) si 5.000.000km linii de distributie de joasa si medie tensiune. Actuala retea: -este o retea centralizata.A fost elaborata, conceputa si pusa in functiune in maniera traditionala, maniera care face ca fluxul de electricitate sa circule unidirectional :de la mari generatoare la consum larg repartizat -este o retea fracturata, care separa diverse etape ale ciclului energetic:centrale electrice si centrale de productie,cu reteaua de transport,pe de=o parte si reteaua de distributie pe cealalta parte ?TSO+DSO=NSO Actuala retea trebuie sa evolueze pentru o mai buna integraree a surselor de electricitate si corelat cu evolutia profilelor de cerere si de productie, ceece ce ce cere schimbarea in conceptia , functionarea si dezvoltarea retelei electrice . Astazi nevoia de schimbare este deschisa adesea in termeni de retea inteligenta.

Draft

Reelele inteligente implica integrare descentralizat a reelei ... R l l i t li t i li o i t d t li t l iR 2010 ReeaActuala zona de reea inteligent

Reea inteligent 2040

p Transport

Centrul de control al Distributiei

DistribuieGenerare distribuit

Transformator de IT/MT

Viitoarea zona de retea inteligenta

Transformator de MT/jt

Stocare Contor inteligent

Locuinta standard Directia circulatiilor de putere

Casa inteligenta

Vehicule electrice

B. Arhitectura noilor retele electrice (retea inteligenta 2040) Actualmente, nu exista o definitie internationala oficiala a notiunii de retea inteligenta, inteligenta ci sute de definitii coexista intre ele .Una dintre ele propusa de NIST in Una raportul sau din iunie 2009, afirma ca retelele inteligente reprezinta modernizarea retelei de distributie a electricitatii, ceeace va permite sa supravegheze, sa protejeze si sa optimizeze in mod automat functionarea elementelor interconectate de la generatorul central si distribuit, trecand prin reteaua de inalta tensiune si reteaua de distributie , pana la utilizatorii industriali si la sisteme de automatizare ale cladirilor, la instalatiile de stocare a energiei si la receptorii finali si termostatele lor, vehicule electrice, aparatele electrocasnice si alte aparate de uz casnic. Unul din obiectivele viitoarelor retele electrice va fi acela de a permite interactiunea consumatorilor cu reteaua, gratie i t i t ti t il t ti integrarii t h l iil ii tehnologiilor d de productie distribuita la scara mare cu raspunsul la cerere asociat , un mai mare randament energetic(eficienta energetica) bazat pe datele si informatiile primite p p p asupra preturilor si conditiilor in timp real.

I.2 I 2 Noi modele de afaceri crora i revin i / sau noi juctori pe piaJucatori de utilitati

Producere/Angro

Infrastructura retelei

Vanzarea cu amanuntul

Noile retele inteligenteasociate modelelor de afaceri (selectie)

Centrala solara virtuala

E-Vehicule facturare inteligenta g

E-Vehicule managementul stocarii

Raspunsul Agregatorului de cereri

Noi jucatori

DG-OEMindustrii

Industria IT

Industria de automobile

Furizor de facturari

Provideri

Directiva 2009/72/CE privind normele comune pentru piaa intern de d energie electric i l i 27 ...Statele membre ar trebui s ncurajeze modernizarea reelelor de distribuie spre Statele distribuie, exemplu introducerea de reele inteligente care ar trebui construite astfel nct s ncurajeze producerea descentralizat i s asigure eficiena energetic... 3.11 n vederea promovrii eficienei energetice, statele membre sau, atunci cnd un stat membru a stabilit astfel, autoritatea de reglementare recomand ntreprinderilor din sectorul energiei electrice s optimizeze utilizarea energiei electrice, de exemplu, prin furnizarea de servicii de gestionare a energiei prin elaborarea de formule inovatoare de stabilire a preului energiei, sau prin introducerea de sisteme de msurare i de reele inteligente, atunci cnd este cazul.

Functionalitati de baza ale retelelor inteligente Participare activa a clientului p Integrarea tuturor surselor de generare si a optiunilor de stocare a energiei Aparitia de noi piete si functii de operare a retelelor electrice Calitate a energiei la nivelul secolului 21 Optimizarea utilizarii activelor si eficienta operationala Autovindecarea dupa avarii/incidente Rezilienta impotriva atacurilor si dezastrelor

Arhitecturi ale unor componente specifice unei retele inteligente in ordinea implementarii la operatorii de distributie 1.contorizarea inteligenta (AMR,AMM,AMI etc) 2.automatizarea distributiei(SCADA-DMS, SAD) 3.integrare RES/DER 4.racordare vehicule electrice(V2G,G4V) 5.stocare a energieii electrice 5 t i l ti 6.caile si echipamentele de comunicatii 7. 7 softurile si echipamentele IT

1.SOLUTII DE MASURARE INTELIGENTA (AMR,AMM,AMI)

SITUATIA SISTEMELOR AMR IN ELECTRICAElectrica a inceput la mijlocul anilor 80 telecitirea contoarelor,acumuland o experienta de 20 ani in domeniul AMR .Dezvoltate la cerere mai intai de utilitate generala mai apoi, sistemele de telecitire hi iti t l iti achizitionau iimpulsurile d lla contoarele clasice , t l il de t l l i transmitandu-le catre o llocatie it d l t ti centrala.Cu timpul numarul functiilor atribuite unui astfel de sistem a crescut apropiindu-se de nucleul a ceea ce astazi se regaseste sub conceptul SCADA-EMS Gestionarea contururilor d energie sii a consumuluii d energie electrica pentru marii G ti t il de i l de i l ti t ii consumatori au facut obiectul actiunii de dotare la nivelul tuturor sucursalelor, cu solutii AMR , incepand cu anul 2000, solutii care vizau realizarea sistemelor de telecitire utilizand fie contoare ABB in solutia GALAXY,fie contoare AEM in solutia ARGUS sau Landis &Gyr pentru Bucuresti. , y p Dupa aparitia Codului de masurare, desi unicul operator de masurare Electrica avea un sistem propriu de telecitire contoare, exigentele impuse prin cod a facut ca sistemul realizat sa nu corespunda noilor exigente pentru punctele de masura de categoria A. p g p p g Factorul hotarator in dezvoltarea sistemelor AMR, l-a constituit formarea unei piete de energie. Astfel,au aparut pe piata diversi furnizori de sisteme de masura cu citire de la distanta.

Solutii il t d S l tii pilot de smartmetering in Electrica SA t t i i El t iAMR cu comunicatii PLC = 9.215 clients -5 proiecte pilot pe JT pentru consumatorii casnici municipali-1 proiect pilot pe JT+MT pe consumator casnic municipal -2 proiecte pilot pe JT pentru consumatorii casnici rurali -1 proiect p p pilot p JT p pe pentru consumatorii industriali

AMR cu comunicatii GSM/GPRS = 25.660 clients - 3 proiecte pe JT pentru consumatori casnici concentrati in mediul urban AMR cu comunicatii FO&Wire /GSM = 9.726 clients 9 726 -18 proiecte pentru mari consumatori si contur OD Platforma AMR cu GSM /GPRS/FO pentru OD din Romania= 15.240 meters to 40.000 meters AMR cu GSM/GPRS si Platforma AMR sunt integrate in SAP-ISU

Ex1 Ex1- first generation AMRAMR for eligible clients & overall EMM

Customer report

Producer report

Ex2 of AMI realisedAMI-GSM/GPRS for urban areaCustomer group report

Singular customer report

Ex3 of AMI realisedAMI PLC for rural/urban area : MDM/EDM Meters consumption report

Workstation

Server SQL

Modem

LAN/WAN Contor trifazat

Transformator MT/JT

Concentrator Modem

Cn

R S T N

Contoare monofazate

Concentrator report

Schema for AMR

Trafo 110/20 kV 16 MVA

EMS-SCADAWh T Meter 5A-100V

Wh TAL 3x150mmp

Meter 5A-100V

Conceptul de platforma de masurare

Trafo 20/0.4 kV 400 kVA Wh T Meter 5A-231/400V

SDM

M DS560 0 0kw h-4 800 $

$ 00 45 hw 0k 80 45 $ -80 kwh 980

Wh TAl 3x150mmp

Meter 5A-231/400VAl 3x95+50 mmp

Wh M

Meter (5-20)A-231V

Wh T

Meter 5A-231/400V

Al 3x50+25 mmp

Wh M

Meter (5-20)A-231V

Wh T

Meter 5A-231/400V

Wh M

Meter (5-20)A-231V

Meter Wh T 5A-231/400V

OL AL 3x50mmp

Trafo 20/0.4 kV 250kVA Wh T Wh T Meter 5A-231/400V

Wh M

Meter (5-20)A-231V

Wh M

Meter (5-20)A-231V

AL 3x150+70mmp

Cu 3x25mmp

Trafo 20/0.4 kV 160kVA

Meter 5A-231/400V

Wh M

Meter (5-20)A-231V

Wh M

Meter (5-20)A-231V

Wh T

Meter 5A-231/400V

Wh T

Meter 5A-231/400V

Aspecte reiesite din arhitecturile solutiilor d smartmetering promovate l tiil de t t i t Din solutiile pilot promovate ca lectii invatate (lesson learned) putem mentiona:

Cerintele minimale pentru ca o solutie de metering (masurare ) cucomunicatie bidirectionala sa aiba caracterul de smart(inteligent) presupun ( g )p p doua conceptii de realizare posibile-contoare inteligente sau platforma de integrare a unor echipamente de citire automata a c -Analiza cost beneficiu pentru realizarea roll-out ului pentru solutiile pilot promovate, se poate promova i conditiile cerintelor i t t in ditiil i t l impuse prin A i Anexa1 di 1 din Directiva 2009/72/EC -Conceptele definite la finalizarea proiectului OPEN METER vor asigura realizara unor solutii maturizate din punct de vedere al integrarii intr-o intr o arhitectura care sa indeplineasca cerintele unei retele inteligente Coroborat cu mandatul 441 ste ecesa u grad d cat p ca e pe so a u u te co g e esc -Este necesar un g ad ridicat de implicare a personalului tehnico-ingineresc in evaluarea proiectelor pilot

Evaluari ale costurilor in cazul implementarii prevederilor din Directiva CE 72/2009 in Romania ( analiza facuta de ANRE in nov.2009)Estimarea necesarului de cheltuieli pentru implementarea prevederilor Directivei ipoteze referitoare la numar de contoare inteligente necesare: Nr. total de contoare inteligente necesare a fi montate = 9 000 000 Nr. total de contoare special destinate punctelor de masura apartinand marilor consumatori = 20 000 Nr. total d N t t l de contoare d ti t punctelor d masura apartinand micilor consumatori t destinate t l de ti d i il t i = 600 000 Nr. total de contoare destinate punctelor de masura apartinand consumatorilor casnici = 8 380 000 Estimarea necesarului de cheltuieli pentru implementarea prevederilor Directivei ipoteze referitoare la costul contoarelor inteligente necesare: Cheltuiala medie de instalare a contoarelor special destinate punctelor de masura apartinand marilor consumatori 1500 Euro/buc Cheltuiala medie de instalare a contoarelor special destinate punctelor de masura apartinand micilor consumatori 150 Euro/buc Cheltuiala medie de instalare a contoarelor special destinate punctelor de masura apartinand consumatorilor casnici 75 E ti d t il i i Euro/buc /b

-

Necesar estimat de investitii : Total tara : 750 mil Euro mil. Contoare electronice care pot fi asimilate in cadrul conceptului de smart metering deja montate in: 50 mil. Euro Obiectiv de indeplinit conform prevederilor din directiva: 560 mil conform. mil. Euro in urmatorii 10 ani

Costul mediu 560/9=63euro/abonat va trebui sa fie recuperat tot de la consumator in 10 ani adica 0.5euro/luna

Evoluii europene - Situaia contorizrii inteligente

2.SOLUTII DE AUTOMATIZAREA DISTRIBUTIEI

SITUATIA SISTEMELOR DE AUTOMATIZAREA DISTRIBUTIEI IN ELECTRICA Electrica a inceput la mijlocul anilor 92 promovarea unor solutii tip SCADA la nivel de statii de transformare.Primele solutii propuse de catre diversi proiectanti (ISPE) si realizate in solutii cu echipamente romanesti lla iinceput, maii apoii d catre marii fi hi t ti t de t firme d echipamente au f t cele d de hi t fost l de SCADA din statii si de la dispecer Solutii de automatizarea distributiei au inceput in 98 prin achizitionarea de separatoare telecomandate, apoii odata cu montarea esalonata a recloserelor sii separatoarelor t l d t d t t l t l l t l telecomandabile la distanta prin radio si apoi GSM Dupa 2003 au aparut primele proiecte cu integrarea unitara a RTU recloserelor si separatoarelor telecomandate la nivel de treapta de dispecer Dupa aparitia protocoalelor CEI 61850 si CEI 60870-5-101,102,103,104 conceptia si solutiile de integrare au devenit elemente bine definite in promovarea sistemor SCADA DMS la nivel de statii de transformare si a sistemelor SAD integrate in SCADA -DMS de la nivel de dispecer DMS Desi la nivel de dispecer functiile DMS au fost achizitionate odata cu platforma de integrare a echipamentelor telecomandabile si a solutiilor SCADA de la nivel de statii de transformare, activarea partiala a acestora s a realizat dupa 2009 s-a

Distribution Management SystemD.A.Reclosers, STC , sensors

Distribution System

DER InterconnectionsLoad Management

se so s sensors Distributed Energy Resources Interconnections on Distribution Communications Information Flow, Data Management, Monitor & Control

Eolian Park P