Reele inteligente de distribuie a energiei electrice Retele

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Retele inteligente de distributie a energiei electrice. [Smart Grids] 2 x 14 = 28 ore curs; 2 x 14 = 28 ore laborator program: miercuri 16 -18 EA 004 / Laborator (subgrupe): marti si miercuri 18 -20 EB 105 consultatii: luni 18 -20 EB 129 Examinare scrisa – probleme si teorie Nota finala: 0. 5 examen+0. 3 laborator + 0. 2 teme de casa (+ 0. 1 lucrari curs); SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 Titular curs: Prof. dr. ing. Mihaela Albu Laborator: asist. ing. Radu Plammanescu

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice noi teme in energetica: masurari sincronizate; PMU contoare inteligente (smart metering); automobile electrice; generarea intermitenta energiei electrice; stocare microretele [microgrids] retele active de distributie a energiei SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Smart Grids: Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice the interplay information- interaction- integration Data Aggregation Co mp le Pro x Ev ces ent sin ion t a g z uali s i V ge ata D d le ion w o act n K xtr e Cloud Hosting SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Retele inteligente de distributie a energiei electrice. [Smart Grids] 2 x 14 = 28 ore curs; 2 x 14 =28 ore laborator; program: miercuri 16 -18 EA 004 / laborator: miercuri 18 -20 EB 105 consultatii: luni 18 -20 EB 129 Examinare scrisa – probleme si teorie Nota finala: 0. 5 examen+0. 3 laborator + 0. 2 teme de casa (+ 0. 1 lucrari curs); SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 Titular curs: Prof. dr. ing. Mihaela Albu Laborator: asist. ing. Radu Plammanescu

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice noi teme in energetica: masurari sincronizate; PMU contoare inteligente (smart metering); automobile electrice; generarea intermitenta energiei electrice; stocare microretele [microgrids] retele active de distributie a energiei SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Stocare în baterii Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Baterii de tip Lead Acid Dispozitivul funcţionează pe baza principiului reacţiei redox în celule electromecanice. Baterii cu electrozi din Nichel Dispozitivul funcţionează pe baza principiului de celulă electromecanică. Fiecare celulă conţine un ansamblu de electrozi pozitivi din Ni(OH)2, iar electrozii negativi sunt de tipul prezentat mai jos. Electrolitul este de tip hidroxid de potasiu KOH(H 2 O) Nichel-cadmiu (Ni. Cd) Nichel-fier (Ni. Fe) Nichel-hidrogen (Ni. H 2) Nichel-hidroxid metalic (Ni. MH) Nichel-zinc (Ni. Zn) SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Stocare în baterii Baterii Lithiu-ion Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Baterii Sodiu-sulf (Na. S) Baterii nickel-chlorida (ZEBRA) Baterii zinc-bromină (Zn. Br) Baterii Polisulfură de bromidă Baterii cu vanadiu Redox SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Stocare în baterii SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Stocarea energiei electrice Battery Type Cost $ per Wh Wh/kg Joules/kg Wh/liter Lead-acid $0. 17 41 146, 000 100 Alkaline long-life $0. 19 110 400, 000 320 Carbon-zinc $0. 31 36 130, 000 92 Ni. MH $0. 99 95 340, 000 300 Ni. Cad $1. 50 39 140, 000 140 Lithium-ion $0. 47 128 460, 000 230 http: //www. allaboutbatteries. com/Battery-Energy. html SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Stocarea energiei electrice Battery Type Energy/weight Wh/Kg Energy/volume Wh/L Power/weight W/Kg Energy/US$ Wh/$ Lead-acid 30 -40 60 -75 180 4 -10 NIckel-Zinc 60 -70 170 900 2 -3 Lithium-Ion 160 270 1800 3 -5 300 to 2800 3 -5 Lithium-Polymer 130 -200 SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Condensatoare electrochimice (Supercondensatoare) Aceasta este cea mai simplă formă de condensatoare - înmagazinarea de energie în câmp electric. E = CU 2/2. SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Dispozitive de stocare inerţiale (Flywheel Energy Storage) Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Cuvă în vid Magnet radial PM Magnet magnetic supraconductor Rotor din fibră din carbon Motor/ generator aspect important: rulmenţii - susţin axul ce leagă discul la motor şi la generator pierdere de energie rotaţională. Rulmenţii metalici au început să fie înlocuiţi cu rulmenţi magnetici, reducând semnificativ pierderile prin frecare. energia cinetica a maselor în rotaţie: E = 1/2 ωI 2, unde I este momentul de inerţie; ω este viteza de rotaţie; pentru discuri solide aflate în rotaţie I = mr 2/2 (m este masa discului, iar r este raza discului). SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Dispozitive de stocare inerţiale (Flywheel Energy Storage) • FES cu viteză de rotaţie mică: < 10000 rpm, în mod general realizate cu discuri de inox greu. Axul este fie vertical fie orizontal şi poate fi susţinut de rulmenţi mecanici sau magnetici. • FES cu viteză de rotaţie mare: > 10, 000 rpm, în unele cazuri până la 100000 rpm. necesită materiale dure, inclusiv materiale compozite ci grafit sau fibră de sticlă, necesitând rulmenţi magnetici şi ax vertical. SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Dispozitive de stocare inerţiale (Flywheel Energy Storage) FES cu viteză mare SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Case 1: Power balancing with wind turbine in autonomous grid Case 2: Safety and Security of supply Case 3: Reconnection of micro grid Case 4: Coordination of electricity stores (grid with a mix of traditional power plants, DG units interfaced by static converters and VSGs). SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Each case was described by a set of K variables: • Maximum power of the loads in the considered grid; • The power of the controllable generation units, • VSG action time; • Averaged State of Charge (SOC) at normal operation; • … • Detection time; • Control delay; • Maximum total response time delay; • Maximum number of contingencies per year • Maximum number of micro-cycles per year • … SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice All cases are described by a set of variables, derived from the above case descriptors in such a way that this set can be directly related to storage technologies. • RP 1: type of grid connection. availability of VSG of either an ac or dc connection; • RP 2: minimum rated voltage. the minimum voltage in the PCC of the VSG. Usually it is 90% from the rated voltage of the grid where the DG is connected. • RP 3: maximum rated voltage. . • RP 4: minimum time to put store back to SOC_avg (recovery time). It gives the minimum time interval between two consecutive events which requires the VSG operation in 2 different directions (charge/ discharge). • RP 5: nominal cycle time. It gives the minimum time interval between two consecutive events which requires the VSG operation. It is based on the worst scenario (storage fully discharged after the first event). • …. SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 17

Description of storage technologies Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice A set of N variables selected for describing the known properties of the available storage technologies possible to be considered into the VSG applications. • minimum operating voltage range per commercial unit: the lower limit of the voltage range of the energy storage after commissioning a suitable number of units (cells); • voltage per cell: the nominal (conventional) voltage value of a single cell of the energy storage, as it is made commercially available; • maximum current per commercial unit; … • maximum number of full cycles: the number of full cycles of charge – discharge the energy storage unit should withstand during its operating life; • maximum number of micro cycles; • minimum and maximum state of charge (SOC rated): • minimum energy density of a commercial unit per volume; • minimum charging efficiency at nominal current or power; • maximum self discharge; • minimum discharging efficiency at nominal current or power; • nominal cycle time; • nominal charging and discharging times; • round cycle efficiency; • maximum total response time delay, • maximum power vs. time, within rated voltage range; • minimum economical life time in normal operating conditions. SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Development in Excel - 3 datasheets - Cases - Values of properties/parameters required by different cases of applications - Weight - Storage options - Matrix of storage technologies and their technological capabilities - Results SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 3 -6 -2021 19

Cases SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice 20

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Storages SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 21

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 22

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice Results 3 -6 -2021 SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 3 -6 -2021 23 23

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 24

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 25

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020 26

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice IEC White paper – oct. 2011 Electrical Energy Storage SISTEME ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice SISTEME ELECTRICE 2019 -2020 IEC White paper –AVANSATE Oct. 2011 ––master Electrical Energy Storage

Reţele inteligente de distribuţie a energiei electrice IEC White paper – Oct. 2011 – Electrical Energy SISTEME Storage ELECTRICE AVANSATE – master 2019 -2020