О деятельности Исследовательского комитета CIGRE С6 «Системы распределения электроэнергии и распределенная генерация» (по итогам 44-ой сессии СИГРЭ августа 2012 г.) д.т.н. Кучеров Юрий Николаевич, представитель РНК СИГРЭ в ИК С6 Конференция «РОССИЯ И СИГРЭ: ОБЪЕДИНЯЯ ОПЫТ И ИННОВАЦИИ» 25 сентября 2013 г., г. Казань Российский Национальный Комитет

ИК С6 «Системы распределения электроэнергии и распределенная генерация» 2 Председатель – Nikolaos Hatziargyriou (Греция) Секретарь – Christine Schwaegerl (Германия) 24 регулярных члена 12 наблюдателей 39 экспертов На 44-ой Сессии представлено 30 докладов Distribution Systems and Dispersed Generation Область исследования Присоединение распределенной генерации и ее интеграция в работу энергосистемы Планирование и управление распределенной генерацией в распределительных сетях (MicroGrid, Active Distribution Networks) Управление на стороне потребителей электроэнергии Использование накопителей электроэнергии Электрификация сельских областей, удаленных районов 2002 г.2012 г.

Рабочая деятельность ИК С6 3 Рабочие группы AG C6.01 – Группа по стратегии (постоянно действующая) AG C6.12 – Методическая группа AG C6.17 – Группа по электрификации сельской местности AG C6.23 – Группа по терминологии WG C6.18 – Проблема ограничений на внедрение большого объема ВИЭ WG C6.19 – Методы планирования и оптимизации активных распределительных сетей WG C6.20 – Интеграция электромобилей с электроэнергетическими системами WG C6.21 – Интеллектуальный учет – нормы, стандарты и перспективные требования WG C6.22 – Микро-энергосистемы (MicroGrid) WG C6.24 – Пропускная способность фидеров для распределенной генерации WG C6.25 – Системы управления и автоматизации распределительных сетей будущего WG C6.26 – Релейная защита распределительных сетей с источниками распределенной генерации WG C6.27 – Управление основными производственными фондами в распределительных сетях с большой долей распределенной генерации WG C6.29 – Качество электроэнергии и фотоэлектрические установки новые консультативные

Международная деятельность ИК С6 4 Симпозиумы и конференции, взаимодействие с МЭК, IEEE и др апреля 2013 г. – Совместная конференция CIGRE и CIRED (Лиссабон, Португалия) сентября 2013 г. – Международный симпозиум (Окленд, Новая Зеландия) 6-9 октября 2013 г. – Коллоквиум С6 (Йокогама, Япония)

5 Распределенная генерация сегодня Западная Европа и Северная Америка сосредоточено, в основном, на развитии ВИЭ Германия : мощность фото- электрических установок – 30 ГВт часто субсидируется государством Азия Китай и Индия широко используют малые ГЭС (мощностью до 3 МВт) Китай – масштабное развитие установок СЭС и ВЭС (суммарная мощность ветрогенерации 45 ГВт, план 2015 г. – 150 ГВт) Российская Федерация в основном малые ТЭС и ТЭЦ на газе или дизельном топливе вводятся за счет частных инвесторов в основном для покрытия собственных нужд

6 Малая распределенная генерация. Предпосылки к развитию ОСНОВНОЕ ПРЕИМУЩЕСТВО – производство электро- и/или теплоэнергии в непосредственной близости от потребителя Высокие тарифы на передачу электроэнергии Сложности или экономическая нецелесообразность технологического присоединения к электрическим сетям Снижение потерь электроэнергии и затрат на ее передачу Использование местных энерго- ресурсов, в т.ч. ВИЭ ИНТЕНСИВНЫЙ РОСТ числа и суммарной установленной мощности распределенной генерации Резервирование электроснабжения местных потребителей

Большая энергетика vs. Малая генерация Установки малой генерации находятся в льготных условиях работы на рынке электрической энергии Крупные производители электроэнергии терпят убытки от снижения доли своих установок в структуре энергосистемы Электросетевые компании терпят убытки от снижения объема передаваемой мощности по распределительным сетям 7

Стратегические направления деятельности Технического комитета СИГРЭ на гг. 1. Электроэнергетическая система будущего 2. Оптимальное использование существующей энергосистемы 3. Ориентация на охрану окружающей среды и устойчивое развитие 4. Информационное взаимодействие с обществом и политической властью Стратегический взгляд СИГРЭ на развитие электроэнергетических систем 8 Экспертный доклад Рабочей группы «Network of the future» Технического комитета СИГРЭ Движущие силы Масштабная интеграция возобновляемых источников энергии и распределенных энергоресурсов Активное участие потребителей Возрастающее потребление энергии и невозможность создания новых объектов инфраструктуры CIGRE Technical Activities Strategic Directions K. Fröhlich, Chairman of the Technical Committee

Стратегические направление 1 «Электроэнергетическая система будущего» 9 Ключевые технические вопросы Активные Распределительные Сети с двунаправленными потоками на уровне распределения, а также с сетями более высокого уровня (С6, С3, С4) «Интеллектуальные» здания «Интеллектуальные» города Распределительные сети постоянного тока Потенциальные системные услуги в секторе распределения Как защитить изолированные распределительные системы? Как решить проблемы, связанные с микро-энергосистемами? Активное внедрение ВИЭ в изолированных районах Необходимость в развитии и массовом внедрении систем накопления электроэнергии; влияние данных процессов на развитие и функционирование энергетических систем (С6, С4, С1, D1) Обзор и выбор технологии накопления энергии Интеграция устройств накопления энергии в высоковольтных сетях Влияние хранения больших объемов энергии Использование силовых преобразователей и накопителей энергии Максимизация эффективности энергосбережения путем использования накопителей энергии и снижения электропотребления нагрузки в период наибольшей нагрузки

Микро-энергосистема – электрическая распределительная система, содержащая нагрузку и распределенные источники энергии (DER – распределенные генерирующие установки, устройства аккумулирования, управляемая нагрузка), которая может работать скоординированно и контролируемо как будучи присоединенной к основной энергосистеме, так и в изолированном режиме Распределенная генерация – генерация, присоединенная к распределительной сети на среднем (до 30 кВ) и низком (менее 1 кВ) напряжении Генерация, присоединенная к высоковольтной сети (свыше 69 кВ), включая крупные ветропарки, не относится к этой категории 10 п MICROGRID Evaluation Roadmap (проект) TF C6.22, 2012 г. Smart metering Distributed generation Demand side management Renewables FACTS WAMS Smart Charging MicroGrid 10 Распределенная генерация и MICROGRID

11 «Дорожная карта» развития MICROGRID

Новые технологии в секторе потребления электроэнергии. Demand side integration 12 Новые свойства распределительной сети Снижение или смещение пика нагрузки и выравнивание графика нагрузки Возможность двустороннего обмена энергией с энергосистемой Ограничение токов к.з. и обеспечение качества электроэнергии Автоматическая реконфигурация, отделение и синхронизация с ЭЭС Работа в изолированном режиме и возможность бесперебойного электроснабжения потребителей * Terwiesch P. Towards a stronger and smarter grid… / CIGRE Session 2010, Opening panel Элементы новой распределительной сети распределенная генерация (G) накопители энергии управляемая нагрузка ограничители токов КЗ источники реактивной мощности адаптивные системы управления, в т.ч. в изолированном режиме

Задачи интеграции распределенной генерации в электроэнергетическую систему 13 * Akihiko Yokoyama, The role of electricity systems … / CIGRE Session 2012, Opening panel Новые вызовы в управлении режимом энергосистемы повышение напряжения в распределительной сети избытки мощности и проблемы регулирования частоты реверсивные потоки мощности в сетях низкого и среднего напряжения обеспечение устойчивости энергосистемы при отключении большого числа установок обеспечение изолированной работы всех типов установок обслуживание фидеров с «активными потребителями» и установками распределенной генерации

Регулирование напряжения в новых условиях 14 Обычная распределительная сеть нагрузка установок потребителей смешанного типа наибольшее падение напряжения в точке подключения удаленного потребителя в период совмещенного максимума нагрузки Активная распределительная сеть установки ВИЭ, имеющие непостоянный характер вырабатываемой мощности отклонение напряжения переменного знака во всех точках сети, определяемое совместным влиянием графика электропотребления и режима выработки энергии распре- деленной генерацией U U цп l l ~~ U

Автоматическое регулирование частоты в новых условиях «Проблема 50,2 Гц» в Германии быстрое отключение PV-установок при отклонениях частоты за пределы диапазона 47,5–50,2 Гц за время 0,2 с (например, в результате расчетного небаланса в 3 ГВт) резкое снижение частоты в ЭЭС при отключении большого числа PV-установок неустойчивая работа АЧР Новые технические требования к генерирующим установкам в сетях низкого напряжения (VDE-AR-N 4105) устанавливают необходимость плавного снижения мощности в диапазоне частоты 50,2–51,5 Гц 15

Регламентация технических требования на присоединение ветроустановок к энергосистеме Развитие ветроэнергетики в Китае Установленная мощность ветроустановок 45 ГВт В 2011 г. 193 было аварийных отключений, в т.ч. 12 отключений с потерей более 500 МВт Инцидент с отключением 948 МВт (700 ветротурбин) привел к колебаниям частоты в диапазоне 49,81-50,03 Гц Проблема: неустойчивая работа ветроустановок при снижении напряжения в сети в результате КЗ Национальный стандарт Технические требования на присоединение ветрогенерации к ЭЭС (вступил в силу с ) LVRT Low voltage ride through 16

Пилотный мульти-технологичный проект Smart Grid в Китае Система управления электрической сетью с ВИЭ и накопителями энергии: -ветростанция: 100 МВт -солнечная установка: 40 МВт -накопитель энергии: 20 МВт Провинция Хэбэй 17

Крупные мульти-технологичные проекты Smart Grid в США и Евросоюзе Pacific Northwest Smart Grid Demonstration Project. проект по исследованию автоматизации распределительной сети, распределенной генерации, аккумулированию электроэнергии, развитий измерительной инфраструктуры и управлению спросом с участием более 60 тыс. потребителей, 12 энергокомпаний в 5 штатах. Стоимость: 180 млн $ Houstons Smart Grid. 2,2 млн «умных» устройств измерения и автоматизации сети. Стоимость: 640 млн $ (в т.ч. 200 тыс $ от Правительства США) Ontario Smart Metering Initiative. Проект по развитой инфраструктуре измерений млн «smart» для снижения пиковой нагрузки. Стоимость: 1 млрд $ (ежегодно 50 млн $) 18 ECOGRID. проект по управлению потреблением с участием 28 тыс жителей, 300 крупных потребителей и 56 МВт генерации на базе ВИЭ. Стоимость 21 млн евро ADDRESS. проект управляемой распределительной сетью с «активными потребителями» с участием 400 потребителей. Стоимость 16 млн евро GRID4EU. проект с участием 6 операторов распределительных сетей (ERDF, Enel Distribuzione, Iberdrola, CEZ Distribuce, Vattenfall Eldistribution, RWE). Стоимость 54 млн евро

Технические брошюры ИК С6 TB Стандартизация технической и коммерческой составляющих распределенной генерации и микро-энергосистем (2010 г.) TB Интеграция ветрогенерации в энергосистему (2011 г.) TB Развитие и управление активными распределительными сетями (2011 г.) TB Системы аккумулирования электроэнергии (2011 г.) TB Интеграция на стороне потребления (2011 г.) Технические брошюры CIGRE – основа для создания стандартов! В 2013 г. рабочими группами комитета С6 планируется к выпуску ряд брошюр: по вопросу интеграции DER (группа WG С6.24) по терминологии DER (группа WG C6.23) 19

Работы по стандартизации #Технический комитет МЭК TC 1Terminology TC 4Hydraulic turbines TC 7Overhead electrical conductors TC 11Overhead lines TC 20Electric cables TC 36Insulators TC 42High-voltage and high-current test techniques TC 57Power systems management and associated information exchange TC 73Short-circuit currents TC 77Electromagnetic compatibility TC 90Superconductivity TC 95Measuring relays and protection equipment Policy for Cooperation between CIGRE and IEEE, 2001 Memorandum of understanding on Smart Grid standards, CIGRE and IEEE Standards Association, 2012 Joint IEEE/CIGRE Task Force on Stability Terms and Definitions Joint IEEE/CIGRE Task Force Selection of Weather Assumptions for Overhead Line Ratings Joint IEEE/CIGRE Task Force on Extra High Voltage Transmission Line Radio Noise Joint IEEE/CIGRE Task Force on Insulated Conductors Развитие серии стандартов IEC по автоматизации подстанций, IEC по общей информационной модели (CIM), IEC по кибербезопасности Пересмотр стандарта IEC по испытанию оборудования, с учетом класса UHV (>1000 кВ) Развитие стандарта IEC по электромагнитной совместимости 20

1.Направление стратегической деятельности СИГРЭ заключается в гармонизации развития «большой» и «малой» энергетики, решении задач интеграции и взаимодействия нового оборудования и технологий в ЭЭС 2.Сформирована новая парадигма развития – «Электрические сети будущего», основанная на: применении силовой электроники на всех классах напряжения применении систем аккумулирования электроэнергии интеграции активных потребителей новой концепции планирования, защиты и оперативного управления с учетом нарастающего многообразия разнотиповых генерирующих источников и нового качества электрических сетей и др. 3.Важнейшие технологические достижения: электропередачи UHV AC&DC, УШР, мощные ВИЭ цифровые подстанции, MicroGrid WAMS, ICT ТОУ, ВТСП, материалы и др. Заключение 21

4.В отношении развития распределенной генерации и ее интеграции в энергосистему можно выделить следующие тенденции: формируется отдельная группа задач по интеграции ВИЭ большой мощности – ветрофермы и ветропарки, которые уже не относятся к распределенной генерации чрезвычайно активное развитие получает применение фотоэлектронных панелей у потребителей на низком классе напряжении интенсивный рост распределенной генерации в ряде регионов уже приводит к конфликту интересов с традиционной энергетикой, как у производителей, так и в секторе электропередачи, забирая у них все бóльшие и бóльшие объемы энергии 22 Заключение (2)

5.Рекомендуется участникам Технологических платформ, в т.ч. «Интеллектуальная энергетическая система России», «Малая распределенная энергетика», «Перспективные технологии возобновляемой энергетики» и др., под эгидой Минэнерго России организовать проведение регулярного анализа материалов СИГРЭ 6.Регламентация технических требований по интеграции в энергосистему распределенной генерации разного типа (наряду с оборудованием класса UHV AC&DC, FACTS и др.), проводимая СИГРЭ и другими международными организациями и энергокомпаниями, заслуживает внимания и рекомендуется к использованию Техническим комитетам по стандартизации Росстандарта 7.Руководителям энергетических компаний и организаций рекомендуется активизировать работу в ИК С6 СИГРЭ и делегировать своих специалистов в соответствующие Рабочие группы 23 Заключение (3)

24 Спасибо за внимание!