Sisteme electroenergetice performante folosind electronica de putere: de la Smart Grids & Super Grid la Smart Cities

Transcription

1 Sisteme electroenergetice performante folosind electronica de putere: de la Smart Grids & Super Grid la Smart Cities Mircea Eremia 1,2, Lucian Toma 2, Alisa Manoloiu 2, Mihai Sănduleac 3 1 Academia de Științe Tehnice din România 2 Universitatea Politehnica din București, 3 ECRO S.R.L. Forumul Regional al Energiei pentru Europa Centrală și de Est FOREN, iunie 2016, Costinești

2 1. Tendințe la nivel global Schimbarea demografică este asimetrică: creștere dramatică în țările în curs de dezvoltare. Stagnarea/scăderea în țările industrializate. Speranța de viață crește în toate țările. Creșterea populației, în particular numărul oamenilor în vârstă, determină mari schimbări la nivel mondial. Asigurarea resurselor şi serviciilor devine o problemă majoră pentru guvernanții. Urbanizarea va crește dramatic la nivel mondial, populația migrând din mediul rural către oraș, dar și din țările sărace către țările industrializate (UN: în , această migrație va fi de circa 100 mil. persoane).

3 Schimbări la nivel urban Oamenii migrează către orașe în speranța unui trai mai bun, în căutarea unei șanse pentru locuri de muncă, educație, îngrijire medicală, siguranța publică sau, pur și simplu, pentru acces la cultură.

4 Migrația din țările sărace sau în stare de conflicte sociale către țările industrializate. Repartizarea asimetrică a populaţiei pe glob. Oraşele mari sunt o atracţie pentru emigranţi.

5 Dezvoltarea urbanizării Dacă în anul 1950, 70% din populaţia globului locuia în mediul rural, în anul 2013 jumătate din populația Globului locuia în orașe Conform Națiunilor Unite, dacă în anul 1970 existau două megaorașe (cu peste 10 mil. locuitori) în lume (New York și Tokyo), în 2011 s-a ajuns la 23, iar în 2014 la 28 de orașe; pentru anul 2025 se estimează că vor exista 37 de megaoraşe. Jumătate din populația Asiei va locui în orașe în anul 2020 Jumătate din populația Africii va locui în orașe în anul 2035 Până în 2050 populația pe glob va crește la 9 miliarde și este de așteptat ca populația în orașe să crească de la 3,6 miliarde la 6,3 miliarde

6 Marii consumatori de energie şi resurse Ocupă 2% din suprafața globului Adăpostesc ~ 50% din populația mondială Consumă 75% din energia totală produsă Responsabile de 80% din emisiile totale de CO 2 În Franța, consumul de energie electrică în clădiri este de 64% din consumul total În SUA, consumul de energie electrică în clădiri 70% din consumul total

7 Marii consumatori de energie şi resurse Populația lumii Sursa: UN, 2012 Consumul global de energie electrică Potrivit Agenției Internaționale a Energiei, consumul mondial de energie electrică va crește cu 40% până în anul Ponderea surselor regenerabile din totalul de energie generată va crește de la 20% în anul 2011 la 31% în anul 2035.

8 De la mare la mai mare: mega-orașele Urbanizarea accelerată dă naştere mega-orașelor (> 10 mil. locuitori) 1989 Astăzi Districtul Pudong, Shanghai, China După o dezvoltare rapidă între , oraşul Shanghai - China a devenit un mega-oraș (cu circa 16 mil locuitori).

9 Harta oraşelor MegaCity UE urban 2015: 72% 2050: 80% Numărul mega-orașelor (> 10 mil. locuitori) s-a triplat din 1990 până astăzi, estimându-se că până în 2030 vor fi 41.

10 Schimbări climatice/vreme extremă În ultimul secol, societăţile industrializate au produs prin poluare schimbări climatice (valuri de căldură mai frecvente, secete intense, ploi violente, cantităţi mari de zăpadă, inundaţii etc.) considerate fenomene severe. Creșterea frecvenței de producere a cicloanelor, taifunurilor, inundațiilor, produc mari daune instalațiilor energetice.

11 Vulnerabilitatea sistemelor energetice (i) Sistemele electroenergetice - cele mai extinse și cele mai complexe sisteme create de om. Rețeaua electrică de transport acoperă vaste regiuni geografice (ENTSO-E 4000 km x 1800 km). Generatoarele electrice, uneori aflate la mare distanţă unele faţă de altele, trebuie să funcționeze în sincron și să asigure în orice moment echilibrul producţie-consum. (ii) Avariile (blackout) în SEE apar ca o consecință imediată a: Cauzelor naturale (cutremure de pământ, inundații, alunecări de teren, furtună magnetică solară, ) sau unor erori umane de operare și conducere a SEE. Perturbațiilor care au probabilitate mică de apariție, nu pot fi anticipate de către operatorii din sistem, ceea ce face ca SEE să fie vulnerabile.

12 Vulnerabilitatea sistemelor energetice Locul: - cauze naturale - Hydro-Québec - Canada Data: 13 martie 1989 Furtuni magnetice solare în Martie 1989 Hydro Quebec fără energie electrică pentru 9 ore Transformator de putere Cauza: Perturbații geomagnetice succesive (furtuni magnetice solare) Transformator defect Consecinţe: întreruperi în alimentarea cu en.el. a consumatorilor Aceste perturbații au condus la generarea de curenți armonici provocând declanșarea, unul după altul, a 7 compensatoare statice de putere reactivă (folosite pentru menținerea tensiunii și stabilității celor 5 linii electrice de 735 kv între Canada și SUA) și în final a rezultat colapsul.

13 Vulnerabilitatea sistemelor energetice Locul: - cauze naturale - regiunea Kansai - Japonia Data: 17 ianuarie 1995 Cauza: cutremur de pământ devastator în regiunea Kobe Consecinţe: 2,6 milioane de consumatori fără en. el., 6 stații electrice de 225 kv și altele de 154 kv au fost avariate Lucrările de restaurare temporară: 6 zile Măsuri: Revizuirea tehnologiilor de proiectare pentru a crea instalații cât mai rezistente/robuste la astfel de incidente: Stâlpii din oțel, SEE mai robust și mai flexibil, Dezvoltarea interconexiunilor cu SEE vecine și utilizarea de dispozitive HVDC și FACTS.

14 Vulnerabilitatea sistemelor energetice Locul: - cauze naturale - Fukushima - Japonia Data: 11 martie 2011 Cauza: cutremur cu magnitudinea de 9.0 Richter în Pacific și dezvoltarea unui tsunami care a inundat cu valuri de 10 m orașul și CNE Fukushima. Consecinţe: Scoaterea din funcțiune a reactoarelor nucleare de la CNE Fukushima și ulterior oprirea și a altora, a condus la reducerea drastică a producției de energie electrică (circa MW în centrale nucleare și MW în centrale termoelectrice și hidroelectrice)

15 Mari avarii la început de mileniu 14 august 2003, Nord-Est SUA și Canada 50 milioane de persoane afectate. Contextul: Temperaturi ridicate în zona de Nord, creșterea cererii de energie electrică datorată aerului condiționat. Supaîncărcarea unor linii electrice, scăderea tensiunii etc. Deficiențe în funcționarea unor sisteme SCADA etc. 23 septembrie 2003, Suedia și Danemarca 5 milioane de persoane afectate Au fost oprite 2 unităţi nucleare de 1750 MW, s-au produs oscilaţii de putere puternice, frecvenţa a scăzut la 49 Hz ăn Suedia, iar tensiunile au scăzut foarte mult 28 septembrie 2003, Italia, cel mai grav colaps din Europa: 57 milioane de persoane afectate. Incidentul care a inițiat acest colaps prăbușirea unui pom pe o linie de 225 kv din Elveția, a fost agravat de lipsa de comunicare între operatorii de sisteme din Elveția și Italia.

16 Mari avarii la început de mileniu GRECIA 2005 INDONEZIA (100 mil. loc.) 2005 RIO DE JANEIRO (atac cibernetic) 2006 UCTE (eroare umană, 15 mil. case) 2007 BARCELONA (72 ore) 2007 COLUMBIA 2008 FLORIDA 2009 BRAZILIA+PARAGUAI (87 mil loc.) 2010 CHILE (15 mil. loc.) 2011 BRAZILIA (53 mil. loc.) 2011 ARIZONA 2012 TURCIA (20 mil. loc.) 2012 INDIA (670 mil. loc.) 2012 CIPRU 2013 TURCIA (1.6 mil. loc.)

17 Mari avarii la început de mileniu Avaria în sistemul electroenergetic European UCTE Data: 4 noiembrie 2006 Zona 1: sub frecvența nominală Zona 2: peste frecvența nominală Zona 3: sub frecvența nominală La orele 21:38 trecerea unui vapor pe fluviul Ems a produs declanșarea ambelor circuite al e unei LEA (care traversează fluviul) din rețeaua din Nordul Germaniei În jurul orei 22:10, întreaga Europă a fost afectată și sistemul UCTE s-a despărțit în trei insule.

18 Mari avarii la început de mileniu Puterea este transimisă din zona 2, cu frecvență ridicată, către ambele zone cu frecvență scăzută Zona 2: peste frecvența nominală, 50,6 Hz Zona 1: sub frecvența nominală, 49 Hz Zona 3: sub frecvența nominală, 49,7 Hz Sursă: Siemens

19 Strategii la nivel European (orizont 2020) Obiectivele UE pentru 2020 sunt (20% creșterea eficienței energetice, 20%, reducerea emisiilor de CO2 și 20% mai multă energie din surse regenerabile) Înlocuirea unor centrale termoelectrice (combustibili fosili) și a unor centrale nucleare unele bazate pe surse de energie regenerabilă Cererea de energie electrică este într-o continuă creștere, mai ales în orașe, care sunt situate la mare distanță față de locurile de generare ce folosesc surse regenerabile. Dezvoltarea unei piețe de energie europene; creșterea capacității de transport pentru schimburi flexibile de energie. 19

20 Strategii la nivel european Îmbunătățirea siguranței în funcționare în sistemul interconectat al ENTSO-E pentru a evita impactul schimbărilor climatice și posibile blackout-uri. Dificultăți în construirea de noi linii electrice (impact puternic asupra mediului, costuri mari pentru teren etc.) Crește interesul pentru dezvoltarea inteligentă a infrastructurii inclusiv în alimentarea cu energie a marilor orașe. Consecinţa naturală este de a dezvolta conceptele de Smart Grid, Super Grid și Smart Cities.

21 2. Conceptul Smart Grids (rețele inteligente) O componentă cheie către o infrastructură energetică inteligentă este reprezentată de dezvoltarea rețelelor electrice inteligente. Rețelele electrice inteligente sunt puse în aplicare la nivel mondial, atât în țările dezvoltate, cât și în cele în curs de dezvoltare UE a lansat conceptul de rețele electrice ale viitorului rețele inteligente smart grids, având ca scop îmbunătățirea serviciului de alimentare cu energie electrică a utilizatorilor la costuri acceptabile pentru aceștia. Conceptul smart grids presupune adaptarea rețelelor electrice pentru a permite fiecărui utilizator accesul liber, fără restricționări cauzate de congestii de rețea. Smart Grids înseamnă dezvoltarea de aplicații care au la bază trei infrastructuri: rețeaua electrică, cea de telecomunicații și infrastructura de tehnologia informației.

22 Definiții ale Smart Grids European Technology Platform SmartGrids defineşte Smart Grids ca reţele electrice care pot integra în mod inteligent comportamentul şi acţiunile tuturor utilizatorilor conectaţi la aceasta generatoare, utilizatori şi aceia care îndeplinesc ambele roluri pentru asigurarea unui proces de alimentare cu energie electrică sustenabil, economic şi sigur IEC defineşte Smart Grids ca un concept de modernizare a reţelelor electrice care integrează tehnologiile electrice şi informatice în orice punct al reţelei, de la cele de generare până la cele de consum Bob Galvin (Galvin Electricity): Sistemele energetice perfecte vor asigura disponibilitatea universală şi absolută a energiei în cantitate şi calitate necesară satisfacerii cerinţelor fiecărui utilizator

23 Evoluţia de la reţelele pasive spre reţelele active Smart evolution Sisteme de comunicaţii Monitorizare în timp real Acţionare de la distanţă Reţele pasive = reţele dependente de intervenţia operatorului uman Reţele active = reţele capabile să răspundă (să se adapteze) în timp real la evenimente complexe

24 Strategia pentru dezvoltare durabilă Comisia Europeană a lansat strategia pentru dezvoltare durabilă de la Lisabona în cadrul căreia s-au definit obiectivele pe care trebuie să le îndeplinească rețelele electrice ale viitorului smart grids. a) Flexibilitate: arhitectura reţelei electrice trebuie realizată a.î. să permită exploatarea optimă. b) Accesibilitate: accesul liber tuturor utilizatorilor. În particular, trebuie să se maximizeze integrarea surselor de energie regenerabilă c) Securitatea funcționării este impusă rețelelor electrice moderne. Securitatea furnizării energiei electrice se referă la asigurarea continuității în alimentarea cu energie electrică a utilizatorilor, la parametrii de calitate predefiniți. d) Economicitate: dezvoltarea infrastructurii rețelelor energetice trebuie încurajată prin inovare, management eficient al energiei, competiție și reglementări tehnice și economice.

25 Arhitectura și obiectivele Smart Grids SMART-GRIDS Viziune pentru viitor o reţea a microreţelelor integrate care se pot monitoriza şi auto-cicatriza Aparate inteligente Delestaj voluntar de sarcină ca răspuns la dezechilibru de puteri Panouri fotoelectrice Managementul consumului La vârf de sarcină, consumul poate fi asigurat din surse proprii pentru a economisi bani Siguranţă Flexibilitate Birouri Procesoare Senzori Locuinţe Perturbaţie în reţea Sisteme digitale de protecţie ce acţionează în microsecunde Detectează condiţii nefavorabile de funcţionare şi pot semnala zone care pot fi izolate - autocicatrizare Stocare Energia generată la gol de sarcină poate fi stocată în baterii pentru utilizare ulterioară Microreţa izolată Centrală eoliană Generare distribuită Energia provenită din surse de producţie proprie, de mică putere, conduc la creşterea independenţei energetice şi la reducerea costurilor Clădire industrială Centrală electrică de putere mare Accesibilitate Economicitate

26 Ce face o rețea de distribuţie să fie inteligentă Echipamente electrice Generarea distribuită Utilizatori activi Contoare Inteligente şi Infrastructură de Măsurare Inteligentă Automatizări şi protecţii digitale Echipamente de comutaţie inteligente Senzori Instrumente software Sistem de Management al Distribuţiei Prognoza consumului / producţiei Calculul regimului permanent Analiza defectelor Analiza calităţii energiei electrice Estimarea stării Echilibrarea puterilor active μ-hidro ~ AMR ~ AMR AMR AMR AMR AMR ~ ~ AMR ~ AMR AMR AMR AMR AMR ~ Reţea el. de distribuţie Vânt Photovoltaic Utilizatori activi EV Stocare Generatoare distribuite

27 BUS- 30 BUS- 2 BUS- 1 BUS- 39 BUS- 9 BUS- 8 CBUS- 8 GEN 10 GEN 1 CBUS- 8 CBUS- 39 GEN 8 BUS- 3 CBUS- 39 BUS- 37 CBUS- 25 BUS- 6 CBUS- 31 BUS- 25 CBUS- 25 CBUS- 31 CBUS- 26 BUS- 26 GEN 2 CBUS- 26 CBUS- 3 BUS- 5 BUS- 31 CBUS- 4 BUS- 17 BUS- 18 CBUS- 3 BUS- 4 CBUS- 4 BUS- 7 BUS- 28 CBUS- 18 BUS- 14 BUS- 27 CBUS- 27 CBUS- 27 CBUS- 7 CBUS- 18 CBUS- 28 BUS- 15 CBUS- 15 CBUS- 7 CBUS- 28 CBUS- 15 CBUS- 16 CBUS- 16 BUS- 19 BUS- 29 BUS- 13 BUS- 11 BUS- 10 CBUS- 29 CBUS- 12 BUS- 32 CBUS- 29 GEN 9 CBUS- 12 BUS- 16 BUS- 12 GEN 3 BUS- 38 GEN 4 BUS- 20 BUS- 34 BUS- 33 GEN 5 CBUS- 24 BUS- 21 BUS- 22 CBUS- 20 CBUS- 21 CBUS- 21 CBUS- 24 CBUS- 20 BUS- 24 BUS- 35 BUS- 23 GEN 6 BUS- 36 CBUS- 23 GEN 7 CBUS- 23 Ce face o rețea de transport să fie inteligentă Reţea de transport Echipamente electrice Dispozitive FACTS Sisteme de măsurare şi control pe arii extinse (WAMCS) şi măsurare fazorială (PMU) Protecţii digitale EMS-SCADA Conductoare de temperatură ridicată Monitorizarea on-line a stării liniilor electrice (săgeată, temperatură, curent) Instrumente software Evaluarea securităţii SEE în timp real Evaluarea stabilităţii SEE Optimizarea funcţionării Estimatoare de stare Echilibrarea puterilor active în timp real Controlul tensiune putere reactivă

28 Dispozitivele FACTS FACTS: Echipamente ce încorporează electronică de putere şi alte dispozitive statice reunite sub denumirea Flexible Alternative Current Transmission şi care au ca rol îmbunătăţirea controlabilităţii dar şi creşterea capacităţii de transport în reţelele de ÎT şi FÎT. FACTS reprezintă elemente cheie pentru transformarea unui sistem de transport pasiv într-unul activ, adică flexibil, controlabil și sigur în utilizare până la capacitatea termică de încărcare. Obiective ale introducerii FACTS - Compensarea puterii reactive - Controlul circulaţiei de putere - Încărcarea liniei de transport în apropierea limitei termice - Interconexiuni îmbunătăţite şi sigure - Creşterea rezervelor de stabilitate statică şi tranzitorie - Amortizarea oscilaţiilor de tensiune şi putere

29 Definiții ale dispozitivelor FACTS SVC (Static VAr Compensator) este un dispozitiv FACTS de tip derivaţie, care cuprinde condensatoare comutate şi o bobină controlată static, cu ajutorul tiristoarelor şi este utilizat pentru injecţia sau absorţia rapidă de putere reactivă într-un nod al reţelei. TCSC (Thyristor-Controlled Series Capacitor) este un dispozitiv bazat pe electronică de putere care constă dintr-un circuit paralel format dintr-un condensator serie (reactanţă capacitivă serie) şi o bobină controlată cu tiristoare, care realizează un control continuu al circulaţiei de puteri pe liniile electrice de tensiune alternativă, reglajul fiind realizat pentru o plajă largă de valori. STATCOM (Static Synchronous Compensator) este compus dintr-un convertor sursă de tensiune conectat în paralel cu rețeaua şi care poate schimba cu aceasta energie reactivă în ambele sensuri (absorbţie sau furnizare). SSSC (Static Synchronous Series Compensator) este o schemă de compensare serie care utilizează un convertor de putere ca sursă de tensiune sincronă, în scopul producerii unei tensiuni controlabile, în cuadratură faţă de curentul pe linie. UPFC (Unified Power Flow Controller) poate controla în mod independent mai mulţi parametri: amplitudinea şi faza tensiunii în lungul liniei, respectiv circulaţia de putere reactivă prin controlul tensiunii de fază.

30 Clasificarea dispozitivelor FACTS Familia FACTS cu convertoare cu tiristoare Compensator static de VAr (SVC) Condensatoare serie comutate cu tiristoare (TCSC) Dispozitiv defazor controlat cu tiristoare (TCPS)

31 Clasificarea dispozitivelor FACTS Familia FACTS cu convertoare cu sursă de tensiune Compensator static sincron (STATCOM) Compensator serie static sincron (SSSC) Regulator de tensiune sincron cu SVS Regulator defazor sincron cu SVS

32 Controlul circulaţiei de putere activă în sisteme mixte HVAC P HVDC SVC + STATCOM SC + TCSC Defazor VSC-HVDC

33 Momente importante în dezvoltarea dispozitivelor FACTS 1969 Primul SVC, Zambia 1974 SVC, Nebraska, SUA, GE & 1975, Minnesota, Westinghouse 1985 Primul FACTS UHV (500 kv NGH, SSR-Damping), California, Siemens 1991 Primul STATCOM ± 80 MVAr, Japonia 1992 Primul TCSC, Kayenta, SUA, Siemens 1993 TCSC cu 5 module, Slatt, SUA, GE 1995 STATCOM, Sullivan, ± 100 MVAr, SUA, Westinghouse 1998 Primul UPFC, Inez, SUA, Westinghouse 2001/2003 Primul CSC (Compensator Static Convertibil), Marcy, SUA, Siemens 2008 Compensare serie (5 FSC) pe linia de interconexiune Nord-Sud, Brazilia, Siemens și Areva

34 SVC la Bom Jesus da Lapa Brazilia Controlul tensiunii Controlul puterii reactive Amortizarea oscilaţiilor de putere Echilibrarea fazelor Tensiunea sistemului: 500 kv / 60 Hz Capacitate: ±250 MVAr Structură: 2 TCR, 1 TSC, 2 Filtre

35 STATCOM la Talega Caracteristici Tehnice MVAr (STATCOM) 50 MW BTB (opţiune de viitor) 138 kv-ac Structura VSC Convertoare sursă de tensiune cu tiristoare comutate pe poartă (GCT) Caracteristici de auto-reconfigurare Îmbunătăţirea controlului şi siguranţei în cazul unor contingenţe Zgomot scăzut / Dimensiuni mici Construcţie compactă pentru încadrarea în cerinţele de mediu Punere în funcţiune: Februarie 2003

36 TCSC - Brazilia

37 3. Războiul curenților : AC versus DC, continuă Nikola Tesla Thomas Alva Edison

38 Dezvoltarea sistemelor la tensiune alternativă (HVAC) În unele ţări se va instala U > 1 GV UHV: 800 kv ca standard realist Declarația inițială

39 Unele limitări ale HVAC Limitarea distanței Capacitatea de transport a unei linii electrice la t.a. este invers proporțională cu distanța de transport, în timp ce capacitatea unei linii de transport la t.c. nu este afectată de distanță. Compensarea liniilor Liniile electrice de transport la t.a. necesită compensatoare care să diminueze problema circulației de curenți. Conectarea în asincron Controlabilitatea HVDC permite conectarea rețelelor la t.a. de diferite frecvențe.

40 Unele limitări ale HVAC Deconectări frecvente Marile oscilații de putere din rețeaua la t.a. pot duce la declanșări și avarii frecvente în rețea, care pot fi transmise de la un sistem la altul. Niveluri de tensiune Niveluri de tensiune de 735 și 765 kv au fost introduse în: Canada, Brazilia, Rusia, Africa de Sud, Coreea de Sud, SUA și Venezuela. Linii de transport cu tensiunea de 1000 kv au fost construite în Rusia și Japonia, dar în prezent, aceste linii funcționează la 500 kv. Linii de transport de 1000 kv sau 1100 kv se testează în China. În Europa cel mai înalt nivel de tensiune pentru HVAC este 400 kv 40

41 Circulații de puteri în Europa Sursă: ENTSO-E, Statistical Factsheet 2014

42 Rețelele de transport sunt încărcate aproape de limitele lor Strangulări în reţeaua UCTE în 2003 Valorile NTC pe culoarul Est - Vest Sursa: UCTE NTC = Capacitatea Netă de Transfer

43 Tehnologia HVDC HVDC Clasică Convertoare sursă de curent (CSC/LCC) HVDC VSC Convertoare sursă de tensiune (VSC/SSC) Tiristoare: capacitate doar de intrare în conducție Tiristoare de 8 kv Isc până la 5 ka Până la 8,000 MW: 800 kv LEA la t.c. Până la 11,000 MW: 1100 kv LEA la t.c. Cabluri MI până la 600 kv Dispozitive semiconductare cu capacitate de intrare in conducție și de blocare, ex. IGBT Tranzistoare (IGBT) de până la 4.5 kv, I DC 1.56 ka Cabluri cu izolație XLPE de până la ± 320 kv t.c. Valvă cu vapori de mercur Tiristor GTO IGBT ETO = Hz < 1 khz >1000 khz 1.2 ka and 3.3 kv = kHz 4 ka and 6 kv

44 HVDC-CSC vs. HVDC-VSC HVDC Clasică (CSC Current Source Converter) HVDC PLUS / HVDC LIGHT / HVDC MaxSine (VSC Voltage Source Converter) Siemens / ABB / ALSTOM 44

45 HVDC-CSC vs. HVDC-VSC: Avantaje şi dezavantaje Sisteme Avantaje Dezavantaje - se pot construi sisteme de putere mare și niveluri ridicate de tensiune prin linii aeriene (LEA) - pierderi de putere activă mici (cca. HVDC- 0.75%) CSC - pantă mică de creștere a curentului de scurtcircuit - modificarea sensului de circulație a puterii prin inversarea polarității tensiunii HVDC- VSC - formă bună a tensiunii pe partea t.c. - modificarea sensului de circulație a puterii prin inversarea curentului prin linia t.c. - permite folosirea cablurilor extrudate XLPE - nu există consum de putere reactivă, iar armonicele sunt reduse - permite legături cu peste 3 terminale - nu necesită comunicare între terminale - riscul de defect la comutație, colapsul tensiunii pe partea t.c. - necesită legătură electrică solidă pe partea t.a. - consumă putere reactivă și necesită filtre de dimensiuni mari pentru armonice - vulnerabil la defecte în sistemul t.a. - maxim 3 terminale - limitări, pentru moment, privind capacitatea de transfer - pierderi de putere puțin mai mari la stațiile de conversie - vulnerabilități la defecte pe partea t.c.

46 Evoluția nivelului de tensiune utilizat în HVDC Tensiune (kv) Anul punerii în funcțiune 46

47 Comparaţie privind capacitatea de transport

48 Convertorul MMC (Modular Multi-Level Converter) Structura unui convertor MMC Tensiunea AC obţinută de convertorul MMC Comparaţia cu un comutator cu prize Configuraţia multinivel Sursa: Siemens 48

49 Convertorul MMC (Modular Multi-Level Converter) Segment de braţ al unui convertor MMC 400 MW (Siemens) Fiecare dintre cele 6 braţe ale convertorului este format din 216 semi-punţi Sursa: Siemens

50 Convertor VSC Valva cu tiristoare - CSC Valva cu mercur Momente importante în dezvoltarea tehnologiei HVDC / Prima linie experimentală de transport pe distanţă mare (57 km) Miesbach-Munich cu o putere nominală de 2,5 kw. Apariţia redresorului cu valve cu vapori de mercur Hewitt. Prima legătură HVDC cu valve cu mercur, 100 kv, 20 MW, 96 km, Gotland 1 (Suedia). Prima legătură HVDC cu valve de tiristoare (upgrade), Gotland 1 (Suedia). Tensiunea pol-pol (±500 kv), Nelson River (Canada), 2000 MW, 940 km. Tensiunea pol-pol (±600 kv), Itaipú Sao Paulo (Brazilia), 2x3150 MW, 785 km km. Prima legătură cu 3 terminale Quebec New England, LEA, ±450 kv, 2500 MW, 1480 km. Primul convertor sursă de tensiune - IGBT, Gotland 2 (Suedia), ±80 kv, 50 MW, 2x70 km. Singura LEA VSC-HVDC, Caprivi (Namibia), 350 kv, 300 MW, 950 km. Primul pas către ± 800 kv, legătura Yunnan-Guangdong (China), 5000 MW, 1418 km. Cea mai mare capacitate de transport, LEA CSC-HVDC, Jinping (China), 7200 (7600) MW, ±800 kv, 2090 km. Cea mai lungă LEA, CSC-HVDC, Rio-Madeira (Brazilia), ±600 kv, 3150 MW, 2375 km Cea mai mare capacitate de transport la VSC-HVDC, cablu subteran, INELFE (Spania- Franța), 2x1000 MW, ±320 kv, 64,2 km. Sistemul NEA, LEA CSC-HVDC cu 3 terminale, India, ±800 kv, 7500 MW, 1728 km Sistemul MMC-HVDC cu 5 terminale, Zhoushan, China, ±200 kv, 400 MW, 134 km 50

51 Motoare ale expansiunii pieței de transport HVDC China construiește mari centrale electrice în vestul ţării, dar consumul este situat în partea de est. Până la finalul decadei vor fi puse în funcțiune aproximativ 20 de legături la t.c. de 800 kv și cu capacități de transport de mai mult de 5 GW fiecare Brazilia are mari centrale hidro construite în partea nordică, însă marii consumatori se află în zonele din sud (Sao Paulo și Rio de Janeiro) Parcurile eoliene situate offshore în Europa și în America de Nord Proiecte de transport a unor cantități mari de energie obținută din surse solare din Africa de Nord către Europa Restricții în a construi noi linii de transport, în special în Europa Dezvoltarea cablurilor XLPE utilizabile pentru transportul la t.c.

52 Legături CSC-HVDC Prima linie aeriană de t.c. la mare distanță cu tiristoare Cahora Bassa Apollo, Africa de Sud: 1,414 km ± 533 kv, 1920 MW (1979) Pentru comparație: Pacific Intertie -500 kv +500 kv Un singur stâlp Ambele linii separate complet ~ 1 km distanță între stâlpi din motive de securitate (război și AEG, BBC & Siemens

53 Legături CSC-HVDC Cea mai lungă linie electrică: Legătura Rio Madeira Porto Velho Araraquara, Brazil: ± 600 kv, 2473 km, 2 x 3150 MW (2014) Tensiune alternativă: * 500 kv la ambele capete * Back-to-back: 500 kv și 230 kv Tensiunea continuă: ± 600 kv Lungimea LEA la t.c.: 2473 km Tipul legăturii: * LEA pentru transportul energiei la mare distanță * Stație Back-to-back (cuplarea în asincron) Sursa: ABB

54 Legături CSC-HVDC Prima legătură UHVDC din lume China (2009) Legătura Yunnan Guangdong UHVDC: ±800 kv, 1418 km, 5000 MW ±800 kv 5000 MW 1418 km Hong Kong: 7 mil. Guangzhou: 23,9 mil

55 Legături CSC-HVDC Cea mai mare capacitate de transport la UHVDC (2013) JinPing SuNan (China): ±800 kv, 2090 km, 7200 MW Puterea transportată: 7200 MW (7600 MW la vârf de seară) Tensiunea alternativă: 525 kv la ambele capete Motivul pentru alegerea HVDC: alimentarea unei zone de consum îndepărtată de locul de generare

56 Legături CSC-HVDC Prima legătură HVDC la 600 kv în cablu (2015) Western link (Hunterston Connah s Quay): ±600 kv, 420 km, 2200 MW, U.K. Adițional, în stația de la Hunterston: SVC Plus C: 2 x 125 MVAr Stabilizator dinamic de tensiune Controlul puterii reactive Tipul tiristoarelor: 8 kv LTT Sursa: Siemens Beneficii: Schimb de putere Curentul de scurtcircuit nu crește Creșterea stabilității Ocolirea liniilor LEA deja supraîncărcate.

57 Legături CSC-HVDC Prima legătură multi-terminală la UHVDC Biswanath Alipurduar Agra, India Anul de punere în funcțiune: 2015 Tensiunea continuă: ± 800 kv Capacitatea: 6000 MW Lungimea: 1728 km 3 terminale (4 stații de conversie) 2 legături de transport conectate în serie Transportul energiei produsă în CHE din Est Coridor strâmt (22 km) Alimentarea cu e.e. a două zone mari (Alipurduar și Agra) Sursa: ABB

58 Legături VSC-HVDC Proiectele VSC HVDC, 2014 Sursa: ABB

59 Legături VSC-HVDC Prima legătură VSC HVDC de 2x1000 MW (2014) INELFE: ±320 kv, 65 km, 2x1000 MW, cablu XLPE Localizare: Baixas, Franța Santa Llogaia, Spania Motiv: Dublarea capacității actuale de transport între Franța și Spania Beneficii: Integrarea în sistemul de t.a. de 400 kv Schimb de putere Creșterea stabilității Împărțirea rezervei de putere Curentul de scurtcircuit nu crește Sursa: Siemens

60 Legături VSC-HVDC Avantaje pentru soluția VSC-HVDC: (1) Cost rezonabil Proiectul Zhoushan - 5 Terminale (2) Avantaj tehnic Pentru a se evita eșecul la comutație, pentru LCC-HVDC este necesară o cantitate mare de putere reactivă. VSC-HVDC nu are o astfel de necesitate și de aceea reprezintă o foarte bună soluție pentru o rețea slabă. VSC-HVDC reprezintă soluția optimă pentru un sistem multi-terminal la tensiune continuă VSC-HVDC dispune de funcția de compensare a puterii reactive, crescând stabilitatea sistemului și calitatea energiei. (3) Ocuparea unui spațiu mai mic O stație HVDC ocupă mai puțin spațiu față de o stație la t.a. Spațiul ocupat de o stație de conversie VSC-HVDC este aproximativ 60% din cel ocupat de o stație LCC-HVDC. (4) Evacuarea puterii obținută din surse eoliene Anul de punere în funcțiune Capacitate Tensiunea continuă Lungimea cablului submarin XLPE Tipul convertoarelor /300/100/100/100 MW +/-200 kv 134 km MMC-HVDC

61 Alimentarea cu energie electrică a marilor orașe Smart city: O zonă urbană dezvoltată care duce la o dezvoltare economică sustenabilă și la un trai de înaltă calitate, excelând în multiple domenii cheie: economie, mobilitate, mediu, locuitori, trai și guvernare. Excelarea în aceste domenii cheie poate fi îndeplinită printr-un puternic capital uman și/sau infrastructură ICT. HVDC vs. HVAC

62 Alimentarea cu energie electrică a marilor orașe

63 Alimentarea marilor orașe prin linii la tensiune continuă Brazilia în expansiune... Porto Velho Araraquara, 2014 Tensiune: ± 600 kv; Lungime: 2 x 2375 km Linia HVDC: 2 x 3,150 MW Nr. de poli: 4 Staţia back-to-back: 2 x 400 MW Sao Paulo: 20 mil. Rio de Janeiro: 14,4 mil. Foz do Iguacu Ilbiuna, Tensiune: ± 600 kv; Lungime: 785 km km Linia HVDC: 2 x 3150 MW Nr. de poli: 4

64 Alimentarea marilor orașe prin linii la tensiune continuă 50% din puterea instalată în HVDC este în China. Beijing: 24,9 mil. Tianjin: 12,8 mil. Shijiazhuang: 10 mil. Shanghai: 34 mil. Hangzhou: 21 mil Nanjing: 8 mil Changzhou: 3,3 mil Total: 66,3 mil Hong Kong: 7 mil. Guangzhou: 23,9 mil

65 Proiecte UHVDC de 600 kv 800 kv în China

66 Proiecte de noi legături la t.c. în Germania (3800 km) * Scenariu pentru B / O legătură HVDC anulată! Sursă: Germany TSO Grid Development Plan

67 Proiectul Trans Bay Cable & STATCOM - Securitatea alimentării cu en.el. a zonei San Francisco - Capacitate: 400 MW Tensiune: 200 kv Lungime: 88 km!!! S-a preferat calea prin apă din cauza dificultăţilor de expropriere Staţia terminală HVDC de la San Francisco Sursa: Siemens

68 VSC-HVDC in Asia pentru alimentarea oraşelor Primul proiect VCS-HVDC din Asia Anul: 2011 Capacitate: 18 MW Tensiune: ±30 kv Lungime: 8,4 subteran Tip: VSC-HVDC Alimentarea oraşului Dalian Capacitate: 1000 MW Tensiune: ±320 kv Lungime: 43 submarin Tip: VSC-HVDC Proiectul este amânat din motive militare Sursa: C-EPRI

69 4. Conceptul de super grid (super-rețea) Tehnologia transportului la tensiune continuă și aplicațiile dispozitivelor FACTS vor juca un rol important în dezvoltarea viitoare a sistemelor electroenergetice. Ideea unei super-rețele în Europa a apărut ca nevoie a exploatării potențialului energiei vântului din locații offshore (Marea Baltică, Marea Nordului, Marea Irlandei, Marea Mediterană) O super-rețea este o rețea hibridă (HVAC-HVDC) de transport ce ocupă o arie largă și care face posibile tranzacții a unor cantități mari de energie electrică pe distanțe foarte mari. Mai este numită și megarețea și este în mare parte bazată pe transportul la tensiune continuă. Super-rețelele vor apărea ca necesitate de transport stabil și flexibil al unei cantități mari de energie electrică, dar și pentru dezvoltarea unei piețe unice de energie electrică Super-rețelele reprezintă soluția alimentării cu energie electrică a viitoarelor Smart Cities

70 Ce este super-reţeaua/supergrid/highway? Definiţii: un sistem de transport al energiei electrice, bazat în principal pe legături la tensiune continuă (HVDC), proiectat pentru a facilita producerea de energie electrică sustenabilă în cantităţi mari în zone îndepărtate şi transportul către centre de consum, unul din atributele fundamentale ale acestora (HVDC) va fi eficientizarea pieţei de energie electrică. Sursa: Friends of the SuperGrid o potenţială opţiune pe termen lung (2050) pentru combinarea reţelelor offshore (HVDC/HVAC), reţelei electrice continentale HVAC, proiectelor DESERTEC şi MedRing, ca părţi ale reţelei de transport pan-europeană, în vederea integrării pe scară largă a surselor regenerabile

71 Către o super-reţea Pan-Europeană HVAC/HVDC SuperGrid proiecte majore Inelul Mării Nordului Inelul Baltic Interconectarea sistemelor electroenergetice ale ţărilor Baltice cu alte sisteme din UE; Interconectarea centralelor eoliene offshore din Marea Nordului şi Marea Baltică cu zona continentală; Întărirea interconexiunilor din Sud- Estul Europei; Noi interconexiuni între coastele nordice şi sudice ale Mării Mediteraneene. Inelul mediteranean 71

72 Dezvoltarea rețelelor hibride BUS- 30 BUS- 2 BUS- 1 BUS- 39 BUS- 9 BUS- 8 CBUS- 8 GEN 10 GEN 1 CBUS- 8 CBUS- 39 GEN 8 BUS- 3 CBUS- 39 BUS- 37 CBUS- 25 BUS- 6 CBUS- 31 BUS- 25 CBUS- 25 CBUS- 31 CBUS- 26 BUS- 26 GEN 2 CBUS- 26 CBUS- 3 BUS- 5 BUS- 31 CBUS- 4 BUS- 17 BUS- 18 CBUS- 3 BUS- 4 CBUS- 4 BUS- 7 BUS- 28 CBUS- 18 BUS- 14 BUS- 27 CBUS- 27 CBUS- 27 CBUS- 7 CBUS- 18 CBUS- 28 BUS- 15 CBUS- 15 CBUS- 7 CBUS- 28 CBUS- 15 CBUS- 16 CBUS- 16 BUS- 19 BUS- 29 BUS- 13 BUS- 11 BUS- 10 CBUS- 29 CBUS- 12 BUS- 32 CBUS- 29 GEN 9 CBUS- 12 BUS- 16 BUS- 12 GEN 3 BUS- 38 GEN 4 BUS- 20 BUS- 34 BUS- 33 GEN 5 CBUS- 24 BUS- 21 BUS- 22 CBUS- 20 CBUS- 21 CBUS- 21 CBUS- 24 CBUS- 20 BUS- 24 BUS- 35 BUS- 23 GEN 6 BUS- 36 CBUS- 23 GEN 7 CBUS- 23 Dezvoltarea unor magistrale de mare capacitate la tensiune continuă numite SuperGrid HVDC, care vor fi exploatate în paralel cu sistemul HVAC European HVDC Super-reţeaua electrică HVAC Reţeaua electrică modernizată

73 Dezvoltarea super-rețelelor Prima super-rețea offshore din lume: Kriegers Flak în Marea Baltică Se vor produce circa 600 MW în turbine eoliene offshore situate în apele dintre Møn (Danemarca), Sudul Suediei și Nordul Germaniei Se estimează că Kriegers Flak se va putea extinde cu turbine eoliene offshore până la 1600 MW. Proiectul va începe în perioada 2018 și 2020 și va fi finalizat în 2022 Super-rețeaua va avea trei obiective: a produce energie pentru consumatorii europeni de a întări piața regională de energie electrică de a crește siguranța producerii prin realizarea unei capacități corespunzătoare de transport

74 Dezvoltarea super-rețelelor Super-rețeaua din Marea Nordului Trei regiuni din Marea Nordului vor avea un rol major în dezvoltarea NSSG (North Sea Super Grid): - German Bight - Zona Valhall - Doggerbank. În zona German Bight sunt planificate mai multe parcuri eoliene îndepărtate de țărm. Construcția a început deja, iar mai multe parcuri eoliene care sunt conectate prin linii de înaltă tensiune continuă sunt deja în funcțiune. Deoarece distanța dintre aceste parcuri eoliene va fi mai mică decât distanța până la țărm, se vor folosi soluţiile de tip rețele inteligente cu beneficii față de legăturile radiale.

75 Proiecte Germane realizate cu legături HVDC - platfome eoliene offshore - Sursa: Siemens Siemens HelWin1 (576 MW) HelWin2 (690 MW) BorWin2 (800 MW) BorWin3 (900 MW) SylWin1 (864 MW) ABB BorWin1 (400 MW) DolWin1 (800 MW) DolWin2 (900 MW) DolWin3 (900 MW) În așteptare BorWin4 (900 MW)

76 Primul MMC offshore din lume (2015) BorWin 2, 800 MW, ± 300 kv DC, 200 km, Germania Cablu On-/Offshore (125 km) Parcul eolian este localizat la aproximativ 100 km de coasta Germaniei, în partea de nord-est a insulei Borkum. Platforma este instalată la 20 m deasupra nivelului mării pentru a fi protejată de valurile foarte mari și este proiectată pentru a funcționa câțiva zeci de ani în zona aspră a Mării Nordului. Platforma offshore BorWin2 are lungimea de 72 m și lățimea de 54 m. A fost instalată în Marea Nordului pe o structură suport, apa având o adâncime de 39 m. Platforma cântărește tone. Sursa: Siemens, 2014

77 Cel mai mare sistem HVDC offshore din lume DolWin2 900 MW, ± 320 kv, Germania (2015) Tensiunea AC: 155 kv (Platforma DolWin beta), 380 kv (Dörpen-West) Lungime: 2 x 45 km (cablu submarin DC) 2 x 90 km (cablu subteran DC) Motiv pentru alegerea HVDC Light: Lungimea cablurilor submarine și subterane Platforma stației DolWin beta are o structură bazată pe gravitație Parcurile eoliene vor fi conectate prin cabluri la t.a. la o stație de conversie HVDC instalată pe o platformă offshore în Marea Nordului. Platforma de 101 m lungime și 74 m lățime este utilizată pentru conversia t.a.-t.c. a puterii obținute din mai multe parcuri eoliene offshore din clusterul DolWin2. Sursa: ABB

78 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Faza I (2020): se vor construi noduri de colectare în Marea Nordului (cu tehnologia anului 2015), în cadrul clusterelor de generare, pentru ca apoi energia să fie livrată către țărm. Belgia offshore 2 GW Dogger-Hornsea 10 GW Germ any offshore 10 GW Norfolk Bank 5 GW Firt h of Folk 5 GW Sursa: Friends of the Supergrid

79 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Energia electrică din clusterele de generare din largul coastei de est a Marii Britanii va fi colectată la Supernodurile de la Firth of Folk, Dogger Bank / Hornsea și Norfolk Bank, care vor fi conectate între ele și interconectate prin legături la t.c. cu clustere din Marea Nordului ale Germaniei și Belgiei, respectiv cu sistemul energetic al Norvegiei. Rețeaua astfel formată va livra puterea către rețelele naționale existente la terminalele de la Glasgow, Hull și Zeebrugge respectiv către nodurile de la Londra și din Sudul Germaniei. Conceptul de Supernod va fi folosit ca platformă de colectare a energiei de la diferite clustere și pentru distribuția prin legături la tensiune continuă VSC-HVDC de ±320 kv către orașe din Marea Britanie, Belgia, Germania și Norvegia.

80 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Conceptul de Supernod Norvegia 500 MW 500 MW 2 x 500 MW VSC-HVDC DC AC 2 x 500 MW AC DC UK 400 kv DC AC ±320 kv AC VSC- HVDC DC 400 kv DC AC VSC-HVDC ±320 kv ±320 kv AC DC 380 kv Germania 2 x 500 MW SuperNod 1 (offshore lângă UK) AC VSC-HVDC DC Sursa: Friends of the Supergrid DC ±320 kv AC Belgia RTW 400 kv 2 x 500 MW SuperNod 2 (offshore lângă Danemarca) Supernodul este un sistem hibrid care folosește o rețea izolată la t.a. pentru a asigura colectarea și ulterior distribuirea e.e. la t.c. către super-rețea.

81 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Cea mai lungă linie de interconexiune NORDLINK: ± 525 kv, 623 km, 1400 MW (2020) - Primul convertor bipolar VSC-HVDC - Lungime: 53 km LEA în Norvegia km cablu submarin + 54 km cablu subteran în Germania Tipul cablului: MI 2 cabluri paralele cu = 15 cm Beneficii: Surplusul de putere provenit de la parcurile eoliene şi solare din Germania va fi transmis către Norvegia; energia din surse hidroelectrice din Norvegia va fi transmisă către Germania. Convertoarele VSC-HVDC pot funcționa ca dispozitive STATCOM pentru a realiza controlul rețelei la t.a. la PCC. Sursa: ABB

82 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene UK are planuri ambițioase UK are ca ținte pentru producția din centrale eoliene de: 10% în % în 2030 Se are în vedere construirea unor parcuri eoliene de ordinul GW, această zonă devenind un nod important (supernod) în cadrul NSSG (North Sea Super Grid).

83 Dezvoltarea super-reţelei Europene Interesul pentru producția din CEE offshore Țintele naționale pentru producția de energie din centrale eoliene pentru orizontul 2030

84 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Viziunea ENTSO-E privind dezvoltarea de noi reţele în jurul Mării Nordului până în 2030

85 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Faza (2030): Super-rețeaua din Marea Nordului va fi extinsă prin realizarea a două noi direcții de interconectare: realizarea unui inel prin crearea unui nou nod în Olanda și construirea de linii electrice care să lege acest nod cu Germania, cu Franța și cu un nod existent în Marea Nordului. interconectarea sistemului SEE al Danemarcei la Super-rețea. Extinderea Superrețelei din Marea Nordului și dezvoltarea unei Super-rețele în Marea Irlandei

86 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Irish-Scottish Links on Energy Study (ISLES) În zona Canalului Nordic Marea Irlandei au fost dezvoltate două concepte ISLES pentru integrarea multiplelor resurse marine într-o singură rețea offshore, folosind tehnologia existentă și interconectarea la actualele rețele de transport onshore. Conceptul ISLES de Nord (2,8 GW și rețelele de interconectare la țărm)

87 Faza III Faza I Faza II Dezvoltarea super-reţelei Europene Conceptul ISLES de Sud compus din 3,4 GW și rețelele de interconectare la țărm

88 Faza I Faza II Faza III Dezvoltarea super-reţelei Europene Faza a III-a: Super-rețeaua Europeană (2050) - O posibilă dezvoltare a Super-rețelei Europene până în anul 2050, incluzând și extinderea către estul și sudul continentului.

89 Către un sistem planetar

90 5. Conceptul Smart City

91 Probleme în orașele actuale Stresul urban. Orașele sunt nevoite să facă față provocărilor generate de creșterea populației, cerințele de mediu, bugete mici și costuri din ce în ce mai mari, poluare, aglomerație, rată mare de șomaj și de criminalitate. Infrastructură neadecvată. Urbanizarea aduce provocări pentru infrastructura orașelor care a fost proiectată pentru o populație mai puțin numeroasă față de cea actuală. Competiția economică. Crizele economice la nivel mondial, migrația populației către orașe sau migrația către țările industrializate, prețurile crescute la produse și servicii afectează securitatea și calitatea vieții Aspectele de mediu. Jumătate din populația globului trăiește în orașe, utilizând două treimi din energie și generând trei sferturi din emisiile de CO2 din întreaga lume.

92 De ce oraşe inteligente? Orașele viitorului (future cities) trebuie să se adapteze pentru a diminua efectele cauzate de: Schimbările climatice Mobilitatea umană Creșterea populației Globalizarea economiei, ariilor demografice, a riscurilor și a dependențelor ecologice Dezvoltări ale tehnologiei Schimbări geo-politice Tensiuni sociale și de inegalitate Nesiguranță (în ceea ce privește energia, hrana, apa) Schimbările din zonele guvernamentale și instituționale

93 Definiții ale orașului inteligent Un smart city utilizează tehnologiile informaţiei şi comunicaţiilor pentru a îmbunătăţi condiţiile de viaţă, de muncă şi sustenabilitatea [SmartCities Council 2014] Un oraş care monitorizează starea de funcţionare a infrastructurilor sale critice cu scopul de a optimiza utilizarea resurselor sale, de a planifica activităţile de mentenanţă şi prevenţie, de a monitoriza starea de securitate etc. pentru a maximiza calitatea serviciilor asigurate cetăţenilor săi [US Office Technical and Scientific Information] Un oraş care integrează tehnologiile informaţiei şi comunicaţiilor pentru utilizarea eficientă a resurselor şi infrastructurilor în scopul asigurării necesităţilor cetăţenilor săi [UPB].

94 Definiții ale orașului inteligent Sursa:

95 Terminologie referitoare la orașele viitorului Terminologia în limba engleză folosită, în general de actorii implicați în domenii specifice legate de particularitățile orașelor viitorului. Mediu Social Economic Guvernare Garden cities Participative Entrepreneurial Managed cities cities cities Sustainable Walkable cities Competitive cities Intelligent cities cities Eco cities Integrated cities Productive cities Productive cities Green cities Inclusive cities Innovative cities Efficient cities Compact cities Just cities Business friendly Well-run, well-led cities cities Smart cities Open cities Global cities Smart cities Resilient cities Liveable cities Resilient cities Future cities Sursă: For Foresight Future of Cities Projects and Future Cities Catapult - What are future cities? Origins, meanings and uses, Emily Moir, Tim Moonen, Greg Clark, iunie 2014

96 Tendințe privind utilizarea future city în diferite zone geografice Tendință Popularitate regională Popularitate în țara respectivă Future cities Stabilă Globală India, SUA, Canada, Australia, UK, Mexic, Brazilia Eco City Stabilă Asia Filipine, Singapore, Malaezia, India Smart cities Utilizare în Europa, America Italia, Spania, Belgia, creștere de Nord UK Intelligent cities Stabilă America de Nord SUA, UK Londra Sustainable cities Utilizare în scădere Commonwealth Australia, UK, Canada, USA, India Compact cities Stabilă Mixtă Australia, UK, SUA Liveable cities Rar utilizată Commonwealth Australia, UK, Canada, Singapore Digital cities Utilizare în Mixtă Irlanda, Filipine, SUA, scădere UK Stabilă Mixtă USA, UK, India Bangalore Innovative cities Green cities Stabilă America de Nord USA, Australia, Canada Popularitatea în oraș Minneapolis, Singapore, Mumbai, New Delhi, Phoenix, Londra, San Francisco, Pune Chandigarh, Tianjin Barcelona, Bologna, Torino, Roma Vancouver, Singapore, Washington, Auckland, Portland, Dubai, Londra, Austin Salt Lake City, New York City New York City, Singapore, Melbourne, Pittsburgh, Vancouver Kansas City, Oklahoma City, Dublin, Minneapolis New York City

97 Definiții ale orașului inteligent Future of cities (viitorul orașelor): calea către asigurarea necesităților orașelor din viitor ținând cont de rolul pe care îl vor juca și de presiunile și amenințările la care vor fi supuse, astfel încât să ajute cetățenii să se adapteze cu succes. Future cities (orașele viitorului): viziunea/ aspirațiile oamenilor asupra caracteristicilor (cum vor funcționa, pe ce sisteme se vor baza și cum vor interacționa cu cetățenii, conducerea, mediul de afacere, investitori ș.a.). mediului în care vor trăi în viitor

98 Smart Grids ca bază pentru viitoarele Smart City 1. Smart Metering 3. Integrarea automobile electrice Vehicle-to-Grid Încărcarea rapidă Integrare activă în serviciul de reglaj 4. Eficientizarea iluminat public Tehnologie eficientă (ex. LED) Control inteligent 2. Controlul consumului de en.el. Preţ Smart-info Reglaj Serviciu integrat Nod de comunicaţii 5. Promovarea energiei curate Prognoză Stocare Dispecerizare Automatizare

99 Măsurarea inteligentă prima etapă către smart gird Consumatorii mici Monitorizare pe arii extinse WAMCS Wall display Instalaţii industriale SCADA GAZ 99

100 Urbanizare prin monitorizare centralizată Prea multe date... Supraveghere Gaz Calit. aer Vremea Energie el. Calit. apă Apă Foc

101 Iluminatul stradal într-o nouă concepţie Poate fi folosită infrastructura de comunicare si în alte scopuri? Cum devine smart... Controlul iluminatului stradal Beneficii Infrastructura clasică este completată cu senzori şi infrastructură de comunicare Se poate controla de la distanta, de la un centru de control al orasului În funcție de lumina naturală În caz de urgentă la cererea dispecerului de rețea Opțional, la nivel local, la solicitarea unui operator local de microrețea Rapoarte privind starea infrastructurii Costuri reduse cu energia electrică şi lumină mai confortabilă

102 Casa (Clădirea) Inteligentă Utilizatorul Activ Casa inteligentă În viitor consumatorii vor putea comunica decizia lor operatorului de reţea şi vor putea beneficia de serviciile de care au nevoie Automobilele electrice se pot încărca pe perioadele când în sistem există excedent de putere. Acestea pot fi folosite în caz de urgenţă pentru a alimenta consumatorii importanţi. Comunicaţie de viteză mare Senzorii avansaţi distribuiţi în reţeaua electrică şi o reţea de comunicaţii de mare viteză ce interconectează întregul sistem Măsurare inteligentă Informaţiile primite în timp real privind preţul energiei electrice vor ajuta consumatorul să decidă asupra consumului Aparate electrocasnice inteligente Conţin micro-chipuri care comunică cu reţeaua astfel încât se pot deconecta automat dacă primesc semnal de la centrul de control în caz de urgenţă Control prin internet Poate fi posibil de a controla de la distanţă consumul de energie electrică Termostat inteligent Poate comunica cu reţeaua şi ajusta setările pentru a optimiza consumul de energie

103 Automobilul electric, o necesitate? Reducerea emisiilor Poluanti: CO2, NOx... Zgomotul acustic Asigurarea de servicii de sistem în rețeaua electrică Securitatea energetică Optimizarea facturii la energia electrică Reglarea tensiunii Participarea cu rezerve de reglaj pentru echilibrare, la cererea furnizorului Reducerea dependentei de combustibilii fosili Sprijinirea integrării surselor regenerabile de energie

104 Electro-mobilitatea şi integrarea SRE

105 Dezvoltarea rețelelor hibride AC/DC în orașe

106 Smart City un sistem al sistemelor IT & C Smart Grid IT&C Alte sisteme Utilitati

107 Domenii/Sisteme ale Smart City Energia electrică este esența lucrurilor în mișcare Aparate de măsurare inteligente Surse alternative de energie Rețele de comunicații pentru transmiterea datelor Informare și analiză Standarde pentru interoperabilitate Echipamente de automatizare Managementul automat al întreruperilor

108 Domenii/Sisteme ale Smart City Telecomunicațiile elementul de bază către Smart City Asigură acces de mare viteză în bandă largă Interfațează echipamente și aplicații Constituie stimulent pentru afaceri și investiții Suport pentru mobilitate Asigură o cale simplă pentru afaceri Suport pentru utilizarea eficientă a energiei și apei Suport pentru infrastructura wireless a orașului

109 Domenii/Sisteme ale Smart City Transportul În era tehnologiilor informației și de telecomunicații deplasarea în orașele aglomerate nu mai constituie o prolemă Acces facil al călătorilor la multiple tipuri de linii de transport Reducerea costurilor de transport prin utilizarea inteligentă a surselor de energie Monitorizarea numărului de călători și programarea optimă a liniilor de transport Reducerea duratei deplasării Monitorizarea traficului și eliminarea congestiilor Monitorizarea și localizarea liniilor de transport public

110 Domenii/Sisteme ale Smart City Apa și apa menajeră Sistemele inteligente pot avea mari contribuții la reducerea costurilor, precum și la îmbunătățirea siguranței și fiabilității în aprovizionarea urbană cu apă. Controlul asupra consumului de apă la alegerea clientului Controlul apei în spațiile verzi prin ICT Asigurarea calității apei cu ajutorul senzorilor Minimizarea costurilor de funcționare Diminuarea scurgerilor prin managementul automat al defectelor Interconectarea senzorilor din rețea cu cei din alte rețele

111 Domenii/Sisteme ale Smart City Siguranța publică Siguranța publică este asigurată prin utilizarea dispozitivelor și instrumentelor inteligente. Prioritizarea utilizării unităților de siguranță publică Accesul la date al unităților de poliție și investigație Achiziția de informații de la martori prin sisteme de comunicare Reducerea timpului de răspuns în caz de urgență Implementarea de dispozitive și instrumente pentru culegerea de date 111

112 Automobilul electric în oraşul inteligent Garaj rezidenţial Încărcare: 6-8 ore + Instalat de un profesionist cu garantarea securităţii pentru oameni Garaj rezidenţial public Încărcare: 6-8 ore + Soluţii pentru managementul costurilor cu energia electrică Parcare privată la serviciu Încărcare: 3-8 ore + Gratuit sau contra cost pentru angajaţi cu supraveghere video şi pază Terminal cu încărcare rapidă Timp de încărcare: min + Soluţie robustă pentru încărcarea rapidă de urgenţă Parcare cu plată acoperită Încărcare: min 25% în 2h + Instalaţii controlate de la distanţă sau central Parcare la centru comercial Încărcare: min 25% în 2h + Soluţie robustă, cu blocaj, protecţie împotriva vandalizării, plata prin card Parcare publică Încărcare: 3-8 ore + Managementul încărcării şi soluţii pentru economia de energie Parcare pe stradă Încărcare: min 25% în 2h + protecţie la apă, sistem de rezistenţă la impact, sistem de plată

113 Importanța internetului în Smart City Comunicare persoană-mașină (P2M) Comunicare persoanăpersoană (P2P) Internetul Serviciilor Lucrurilor (obiecte, (soluţii dispozitive, cloud, procese, senzori instrumente statici şi dinamici) şi operaţii) Internetul Oamenilor (reţele sociale, aplicaţii de gestiune, aplicaţii de ghidare) Internetul Lucrurilor (obiecte, dispozitive, senzori statici şi dinamici) Internetul Datelor (conectarea bazelor de date deschize) Comunicare Mașinămașină (M2M)

114 Indicatori de evaluare Smart City [Frost and Sullivan] Smart Mobility Smart Energy Smart ICT Smart Planning Smart Buildings Smart Citizen Smart Economy Smart Governance Smart People Smart Governance Smart Mobility Smart Environment Smart Economy Smart Living

115 Standardul ISO 37120/2014: Dezvoltarea durabilă în comunităţi. Indicatori pentru servicii urbane şi calitatea vieţii Mediu Energie Educaţie Economie Apă şi canal Finanţe Serviciul ISU Guvernare Sănătate Recreere Siguranţă Locuinţe Ape reziduale Planificare urbană Transport Deşeuri solide Telecomunicaţii şi inovare

116 Vă mulţumim pentru participare