Elnätspaketet

• Mikael Bergkvist Ellära

2Spelar energiförsörjning och tillgång till el nån roll?

http://notrickszone.com/wp-content/uploads/2012/06/Caryl1.gif

Några rubriker från massmedia

• Elbrist skapar tågproblem i Skåne

• Kapacitetsbristen i elnätet kan få stora samhällskostnader

• Svenskt Näringsliv: "Elkrisen stoppar nya investeringar"• – I en del regioner är det redan så

fullt i elnäten att överföringsförmågan inte räcker till. Det gäller till exempel i Stockholm, Uppsala och Skåne. Där får man ibland säga nej till nya industrier och skjuta på utbyggnaden av tågtrafiken för att elnäten inte klarar mer, säger Pernilla Winnhed till tidningen.

Svenska elnätets kapacitet måste höjas avsevärt"

• Det svenska elnätet har nått taket vad gäller ny kapacitet redan 2030.

• Från 2030 kommer näringslivet och samhället varje år att gå miste om 150 miljarder kronor

• dagens svenska elnätsutmaning är kopplad varken till teknik eller kraftbolagens vilja, utan till utdragna tillståndsprocesser, ineffektiva beslutsrutiner som dessutom kännetecknas av brist på politiska helhetsgrepp.

• ”Trångt i elnäten – ett hinder för omställning och tillväxt?” Pöyry 2019

Elbrist?

• Energibrist?• Effektbrist?• Kapacitetsbrist?

Lösningen?

Elnätspaketet ES

Ingående kurser

Kraftelektronik I1TE765, 5hp, Period 1

© Copyright 2013 ABB

9

What is Power Electronics?

In "classical" electronics: electrical currents and voltage are used to carry information.

In power electronics: current and voltage carry power.→ most important in power

electronics is efficiency.

Power electronics is the application of electronics for the control and conversion of electric power

10

What is Power Electronics?

Power Processor

Source Load

Controller

Power Electronics Interface

feedback

reference

Control signal

Power range of the converters: from few mW (as in mobile phone) to GW (HVDC transmission system)

Applications of Power Electronics

11© Avd. Ellära, UU

Example 1: Renewable Energy (Wave Energy Converter)

Power processor

Several conversion steps each involving power electronics

Content (1)1) Overview of Power Semiconductor devices:

• Diodes• Thyristors• BJT, MOSFET, IGBT, etc. • Characteristics of controllable switches

2) Rectifiers:• Diode rectifiers (single-phase and three-phase)• Average power output• Performance parameters• Harmonic analysis

Content (2)3) Switch-mode DC-DC converters:

• Design, analysis and control of DC-DC converters:• Step-down (Buck)• Step-Up (Boost)• Buck-Boost• Full-bridge DC-DC converter

• Pulse-width modulation (PWM) scheme• Continuous and discontinuous current mode

4) Switch-mode DC-AC converters:• Basic inverter concept, • Sinusoidal PWM

Energimarknadsanalys 5 hp(ersätter Energihandel 5hp)

• Hur fungerar handeln med biobränslen?• Vilka faktorer bestämmer elpriset?• Vilka styrmedel reglerar energimarknaderna?• Vad gör Svenska kraftnät?• Hur ser den framtida fjärrvärmemarknaden ut?• Vad styr olje-och gasmarknaderna?

• Period 2• kurskod TN0351, anmälningskod SLU-20147

Kursmål• förklara och värdera vilka faktorer som styr

handelsströmmar av bränslen och energi, • analysera och diskutera marknads- och

affärsmodeller i relation till teknikutveckling samt förändring av energisystemet,

• med utgångspunkt från det tekniska systemet genomföra en energimarknadsrelevant, fördjupad analyserande studie

• använda optimeringsverktyg för att modellera och analysera energimarknader

Innehåll• Gästföreläsningar • Seminarier (redovisning av fördjupningsuppgift)• Simuleringsövning• Examination: tentamen och fördjupningsuppgift

Framtiden?

18

Grid Connection of VariableEnergy Sources

Valeria Castellucci

Figure from http://www.alternative-energy-tutorials.com/solar-power/grid-connected-pv-system.html

Recognise, model and simulate different types ofvariable energy sources

Recognise, model and simulate power convertersfor grid connection

Implement a complete system (power sources, converters, control, storage and grid)

Analyze, model and simulate control strategiesfor grid connection

Grid evolution

Study visit to Söderfors- grid connected marine energy device -

Elkraftsystemanalys10 hp1TE700 period 1 och 2

• Innehåll– Elektriska kraftsystems dynamiska tillstånd. – Metoder och modeller för analys av elkraftsystemets dynamik,

stabilitet och kontroll.– Elmarknaden. Introduktion av intermittenta (förnybara) källor på

elnätet.– Spännings-, frekvens- och småsignalstabilitet.– Tillgänglighet och sårbarhet

• Undervisning– Föreläsningar, många externa, räkneövningar, laborationer,

seminarier, redovisninguppgifter.• Examination

– Skriftlig examination med problem och teorifrågor. Obligatoriska redovisningar av simuleringsresultat och laborationer.

24

Människans största maskin

Frågeställningar• Hur köra nätet

– effektivt, var finns flaskhalsar– säkert, 99,9% tillgänglighet– stabilt,

• Hur– hantera omställningen från fossilbaserad energi– hantera utbyggnad, omställning och standardutveckling– integrera nya kraftkällor (långt borta)– integrera nya kraftkällor (intermittenta)– styra effektflödet, överbelastning, kontering

Nya utmaningar…

• Ökad elanvändning,– Elbilar.– Elektrifiering av stål och cementindustri.– Datorhallar.

Nya utmaningar…

• Förändrad produktion.– Stokastiska källor.– Statistisk riskanalys.– Nya effektflöden.– Mer lokal produktion.– Oplanerad utbyggnad.– Avveckling av kärnkraften.– Fossilfri kraftvärme med mindre andel

elproduktion.

Power Flow Analysis

29Power Flow Analysis

Hard to predict…

Undvika stora elavbrott

Stability

Stability

Load imbalanceLoss of generator under-frequencyLoss of large load over-frequency

Fault

Topology Change

ElnätspaketetMikael Bergkvist Ellära

• El bra energibärare• God arbetsmarknad• Integrering av förnybara källor• Intermittenta, avlägsna…• Ökande befolkning• Standardförväntningar• Fossila frågetecken

Stabil nätinkoppling av variabla fossilfria källor på elektriska nätet mha kraftelektronik, reglerteknik och

övervakning av kraftflöden så att vi kan sälja el!