Celleprojektet Intelligent mobilisering af decentral elproduktion 1
Udvikling fra 1980 erne til i dag Primær Generation Lokal Generation Central kraftværk Kraftvarmeværk Vindmølle 2
Udvikling af effektbalancen i det vestlige Danmark MW 9,000 8,000 7,000 6,000 5,000 4,000 3,000 2,000 1,000 0 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 Wind Local CHP Central Consumption 3
Produktionskapacitet pr. spændingsniveau i det vestlige Danmark 400 kv 4 centrale kraftværksenheder (1488 MW) 150 kv 6 centrale kraftværksenheder(2014 MW) Horns Rev vindmøllepark (160 MW) 60 kv 17 lokale kraftvarmeværker (569 MW) 34 vindmøller (41 MW) 10-20 kv 475 lokale kraftvarmeværker (991 MW) 2180 vindmøller(1597 MW) 0,4 kv 260 lokale kraftvarmeværker (83 MW) 1860 vindmøller(576 MW) 4
Identificerede sikkerhedsproblemer i det Danske elsystem Lokale distributionsnet kan ikke opretholde normal n-1 sikkerhed hvis den lokale produktion overstiger det lokale forbrug samt hvis der er utilstrækkelig separation mellem generation og forbrug Systemberegninger er blevet mindre nøjagtige på grund af manglende viden om den lokale produktion og uforudsigelig vindkraft Generatorbeskyttelsesrelæer udkobler decentrale generatorer ved fjerntliggende fejl på højspændingsnettet Traditionelle frekvensaflastningsplaner vil bortkoble både forbrug og generation Genopbygning af elnettet efter fejl er blevet mere kompliceret og tager længere tid 5
150 kv Input Celle regulator Output 60 kv 60 kv 60 kv 60 kv 10 kv 10 kv 10 kv 60 kv 60 kv 60 kv 10 kv 10 kv 60 kv 10 kv 6
Agent Niveau 4 (Dist. selskab B) Agent Niveau 5 (Energinet.dk) Agent Niveau 4 (Dist. selskab A) Celleregulator arkitektur Lagdelt kontrolhierarki opbygges med distribueret agentteknologi Hver agent består af en CPUenhed plus tilhørende datakommunikation Agent Niveau 3 (150/60 kv station) Agent Agent Agent Niveau 2 (60/10 kv stationer) Agent Agent Agent Agent Niveau 1 (Anlæg/Radialer ) Agent Agent Agent Agent Agent Agent Niveau 0 (DG enheder) ~ ~ ~ 7
Celleprojektets formål Opnåelse af tilstrækkelig viden og grundlag for en langsigtet redesign-proces med henblik på at transformere passive distributionsnet til intelligente net for optimalt at kunne modtage og udnytte den stadig stigende mængde decentrale el-produktion Tilvejebringelse af tilstrækkelig Styrings, Regulerings og Overvågningsfunktionalitet i aktive distributionsnet Øget forsyningssikkerhed i aktive distributionsnet Områdevis gruppering af decentrale generatorer i regulerbare Virtuelle Kraftværker Mulighed for forøgelse af deltagerantallet i de eksisterende elmarkeder samt opstilling af nye typer markeder ved aktivering af de Virtuelle Kraftværker 8
Hoveddesignkriteriet for udvikling af celleregulatoren Høj ambition: I tilfælde af et umiddelbart forestående system-sammenbrud skal Cellen fuldautomatisk kunne overgå til kontrolleret område ø-drift Moderat ambition: Efter et totalt systemsammenbrud skal Cellen fuldautomatisk kunne black-starte til kontrolleret område ø-drift Stor sikkerhed for at alle fremtidige ønsker til regulator funktionalitet reduceres til ren softwareudvikling uden udskiftning eller installation af ny hardware 9
Tidsforløb i celleprojektet Fase A 2004 Indsamling af data og afholdelse af workshops Identifikation og valg af 60 kv pilot-celle Udarbejdelse af kravspecifikation og design af pilotcelle B1 til B3 C1 til C3 2005 Etablering og test af måle- og monitoreringssystem i pilot-cellen Detaljeret modellering og simulering af pilot-cellen Detaljeret design og laboratorietest af celleregulator Opgradering af SRO-anlæg på k/v-værker 2009 Installation af celle-regulatoren Testkørsel af pilot-cellen med celleregulatoren aktiveret 2011 10
Skodbjerge Hemmet Skjern Syd Tarm Tarm Vest Østergårde STOUSTRUP Ådum Knaplund Sdr Omme Barslund Skerris Give THYREGOD Kollemorten Hauge Honum Hadrup Lille Gedved Elbæk Ås Egebjerg HATTING Lund Blirup Bygholm Fussingvej Åboulevarden Drosselbo Horsens Kraftvarmeværk Sønderhov Torsvang Korning Ternevej Lerdrup Gosmer Nymindegab Filskov Ølgod Uhe Lindbjerg Nr Nebel Nollund Stilbjerg Lummerbæk Grindsted Nord Henne Outrup Karlsgårde Nybro Oksbøl Varde Varde Øst Oksby Jegsmark Tobøl Vr Nebel Brøndumdam Sædding Gjesing Hedelund Vibevej Estrupvej Rindby Lykkegård Malle Grindsted Grindsted Øst Billund Mørup Billund Nord Horne Tistrup Ansager Billund Syd Krogager Hejnsvig Bindeballe Nordenskov Nygårdsvej Tjæreborg Agerbæk Årre Endrup Glejbjerg Krollerup Farre Lindved Løsning Årup Bjerge Jelling Grejs Hedensted Lysholt Ollerup Nr Marken Bredballe Barrit Sandegraven Skelvangen Ørumgård KNABBERUP Vejle Elværk Sydkajen Vejle Ibæk Strandvej Havn Ulvehaven Jerlev Vinding Sdr Marken Gauerslund Rugstedlund Gårslev Vorbasse Egtved Præstemarken RYTTERGÅRDEN Egeskovvej Sdr FAF Lindknud Alminde Bredstrupvej Treldevej Vilstrup Stovstrup Søbjerg LANDERUPGÅRD Børup Oldenborggade Bække Sandal Erritsø Lilballe Taulov BRAMDRUP Snoghøj Edelsborg Gejsing Højrup SVS Surhave Harte Brogård Holsted Bramminge Svineryggen Gørding Holsted Syd Vejen Vest Brørup ANDST Ålegård Vejen Vonsild Bramminge Øst Askov Nagbøl Føvling Sdr Bjert Vamdrup Skodborg Skudstrup Kongeå Åstorp Gredstedbro Glud Juelsminde Hjortvad Rødding Nord Ribe Nord Ribe Centrum Ribe Sønder Hygum Brøstrup Rødding Syd Jels Revsø Sommersted Christiansfeld Tyrstrup Fjelstrup Syd Energi Net A/S Hviding Spandet Gram Nustrup Jegerup Vojens Øst Vojens Nord Vojens Vest Thomashus Magstrup Haderslev Vest Hammelev Åstrupbro Haderslev Øst Vandling Øsby Brøns Åved Frifelt Tislund Toftlund Bevtoft Over Jerstal Langkær Hoptrup Hejsager Rømø Skærbæk Øst Hyrup Skærbæk Syd Nr Løgum Agerskov Løjt Ballum Rejsby Hede Visby Bredebro Løgumkloster Hellevad Mårbæk Kassø Abild Bredevad Lendemark Højer Rosinfelt Tved Tønder Nord Lund Tønder Vest Jejsing Tønder Øst Rens Rødekro Brunde Vest Rise-Hjarup Åbenrå Nord Rødekro Øst Vennelyst Søst Åbenrå Vest Åbenråværket Åbenrå Syd Hjordkær Bolderslev Enstedværket Varnæs Lundsbjerg Felsted 6 0 kv Hardeshøj Blåkrog Ballebro Blans Nordborg Havnbjerg Danfoss Mjels Lunden Stevning Guderup Avnbøl Tinglev Nord Kliplev Kværs QSØ Augustenborg Bro Vester Sottrup Tinglev Syd Alnor Ragebøl Egernsund Broager Nord Bajstrup Gråsten Øster Gejl Kastanie AlléRojumvej Broager Syd Asserballe Mjang Sønderborg Tandslet Sarup Bov Kruså Frøslev Padborg Uw-Nord Stadtwerke Kort & matrikelstyrelsen (G. 17-01) Copyright 11
Pilot Celle: Station Holsted 60 kv netområde Test område 1 8,8 MW G BID MØR Installeret CHP: 37 MW Installeret vind: 39 MW Max belastning: 61 MW 150/60 kv Trafo: 100 MVA 2 MW G HEJ Wind BIO 4 MW BIS Wind 7 MW ÅRR AGB 3,3 MW Wind VOB LIK Test område 3 2 MW Wind GLE HOD Wind 2 MW REV G 15,5 MW BMØ GØR HOS FØV Wind G 3 MW 3,8 MW G BRØ Wind 2 MW Test område 2 VJV 3,6 MW 12
Elementer i projektet Projektelement Celle Moniterings System (CMS) Opgradering af aktiver Sekundære reguleringsenheder Celleregulator Modellering og simulation Test i net simulerings laboratorium Live-test Indhold On-line måling af feltdata i testområdet til præsentationsformål og som inddata til Celleregulatoren Forberedelse til Celleregulatordrift af aktiverne i testområdet (f.eks. decentrale k/v-værker) Synkronkompensator og hurtigregulerende belastningsenhed On-line styring, regulering og overvågning af testområdet (både paralleldrift og ø-drift) Modellering, simulation og verifikation af Celleregulator funktionalitet i et sikkert modelteknisk miljø Simulation og verifikation af Celleregulator funktionalitet i et sikkert fuldskala laboratoriemiljø Verifikation af Celleregulator funktionalitet i et fysisk 60/10 kv distributionsnet 13
Status Projektelement Område 1 Område 2 Område 3 Celle Moniterings System (CMS) Planlagt til 2009 Opgradering af aktiver Planlagt til 2009 Sekundære reguleringsenheder Planlagt til 2009 Planlagt til 2010 Planlagt til 2010 Celleregulator Prototype Planlagt til Planlagt til udviklet 2009 2010 Modellering og simulation Pågår Pågår Planlagt til 2010 Test i net simulerings laboratorium Pågår Planlagt til 2009 Planlagt til 2010 Live-test Planlagt til Q4 Planlagt til Planlagt til 2008 2010 2011 14
Primære reguleringsenheder løftes på plads på Hejnsvig 60/10 kv transformerstation 800 kva synkronkompensator til spændingsregulering 1000 kw hurtigregulerende dumpload til frekvensregulering - hver i sin egen 40 fods container komplet med regulerings- og beskyttelsesudrustning og 10 kv nettilslutning 15
CMS-installation i Hejnsvig og Billund k/v-værker 16
CMS-udstyr installeret i Trøllund vindmøllerne 17
CMS skærmbillede Hejnsvig 60/10 kv station 18
CMS-dataanalyse i område 1 Wind Gust 1: Wind Moving Down Line Total Ramp: 3060 KW in 77s Max Gradient: 1800 KW in 18s 4500 4000 Power (KW) 3500 3000 2500 2000 1500 1000 20 Seconds WT1 WT2 WT3 WT4 Trollund 500 0 10-07 12:28:48.0 10-07 12:29:31.2 10-07 12:30:14.4 10-07 12:30:57.6 10-07 12:31:40.8 10-07 12:32:24.0 Time Wind Gust 4: Perpendicular Gust Total Ram p:1750 KW in 32 s Max Gradient: 78 KW/s 4500 4000 3500 WT1 Power (KW) 3000 2500 2000 1500 WT2 WT3 WT4 Sum WTG 1000 500 Trollund 0 11-09 13:24:57.6 11-09 13:25:40.8 11-09 13:26:24.0 11-09 13:27:07.2 11-09 13:27:50.4 11-09 13:28:33.6 11-09 13:29:16.8 Time 19
Grid Simulation Laboratory (GSL) Netsimuleringslaboratoriet opbygges på Colorado state University s Engines and Energy Conversion Laboratory i Fort Collins, Colorado, USA 20
Grid Simulation Laboratory (GSL) 21
GSL one-line diagram 13,2 KV Bus 1 Existing Service 750 KVA 480/277 Volt Bus 50 51 50N 51N 32 67 Multifunction Relay Bus 2 1600 A Bus 480/277 Volt Bus 1200 1600 25 480/277 Volts 208/120 Volts 3 PT s 480/120 (Typical) 2000:5 150 200:5 25 Gen Prot 150 25 150 25 400 25 600 25 150 25 1600 25 200:5 Gen Prot 200:5 Gen Prot 400:5 Gen Prot 600:5 200:5 3000:5 Gen Prot EECL Loads Load Bank Load Bank 125 KW Wind Turbine Simulator (Induction Gen) Gen 2 85 KW Gen 3 85 KW Synchronous Condenser 125 KVAR Utility Load Sim 400 KW 0.8 PF Secondary Load Controller 100 KW Gen 1 1600 KW (Planned) 22
Potentiale i cellekonceptet Cellen kan betragtes som en virtuel generator med samme eller bedre reguleringsmuligheder i forhold til en konventionel kraftværksgenerator af samme størrelse Det lokale distributionsselskab får stærkt forøgede muligheder for at styre, regulere og overvåge sit aktive distributionsnet Energinet.dk får stærkt forøgede muligheder for dels at klare skærpede driftsituationer dels for at udvide eksisterende samt opbygge nye typer markedssegmenter Automatisk overgang til celle-ø-drift umiddelbart før systemsammenbrud Black-start af transmissionsnettet Kontrolstruktur designes til indpasning af alle nye typer distribuerede elproduktionsenheder Forøgelse af forsyningsikkerheden Fremtidssikret bæredygtigt løsningskoncept Ny funktionalitet indbygges som ren softwareudvidelse 23
Per Lund Systemudviklingschef Tlf : +45 7622 4423 Mobil : +45 2333 609 plu@energinet.dk Energinet.dk Tonne Kjærsvej 65 DK-7000 Fredericia 24