hajanergia tootmine digitaliseeritud võrkudes aine laboritööde ......3) avame menüüst id...

Valminud Hariduse Infotehnoloogia Sihtasutuse IT Akadeemia programmi toel

Hajanergia tootmine digitaliseeritud võrkudes aine laboritööde juhend

Koostaja: Karl Kull

2

2019 Tallinn

Sisukord

1 Eessõna ............................................................................................................................................. 3

2 EnergyPRO tarkvara võimalused ...................................................................................................... 4

3 EnergyPRO energiamajanduse ülesannete üldkirjeldus .................................................................. 5

3.1 Ülesanne 1 ................................................................................................................................ 5

3.1.1 Ülesande 1 lähteandmed ................................................................................................. 5

3.2 Ülesanne 2 ................................................................................................................................ 6


3.3 Ülesanne 3 ................................................................................................................................ 8


3.4 Ülesanne 4 .............................................................................................................................. 10

3.4.1 Ülesande 4 lähteandmed ............................................................................................... 10

4 EnergyPRO 4 Laboritöö samm-sammu haaval juhendmaterjal ..................................................... 12

5 Nõuded aruande vormistamisele ................................................................................................... 17

6 Elektrilevi SCADA innovatsioonilabori ülesande üldkirjeldus......................................................... 19

7 SCADA laboritöö samm-sammu haaval juhendmaterjal ................................................................ 20

3

1 Eessõna

Käesolev abimaterjal on koostatud õppeaine „Hajaenergeetika tootmine digitaliseeritud võrkudes“

laboratoorsete tööde läbiviimise jaoks. Materjal on valminud Hariduse Infotehnoloogia Sihtasutuse IT

Akadeemia programmi toel.

4

2 EnergyPRO tarkvara võimalused

EnergyPRO on üks paindlikumaid modelleerimise tarkvarasid, kus toimub energiamajanduslik

optimeerimine vastavalt tehnilistele lahendustele ning parameetritele. EnergyPro tarkvaras on

võimalik sisenditena rakendada hästi tuntud tehnoloogiaid, alustades põlevkivijaamadest ning

lõpetades uudseimate taastuvenergiatehnoloogiatega.

EnergyPRO rakendusega on võimalik modelleerida, optimeerida ja analüüsida energiatootmisüksusi

eksisteerivates süsteemides või planeeritavates projektides. Tarkvara optimeerib jaamade talitust

vastavalt sisestatud ilmastiku tingimustele, jaamade tehnilistele võimekustele, käidukuludele,

kütusehindadele, aktsiisidele, toetustele jne.

EnergyPRO võimaldab :

Leida energiatootmisüksuse optimaalse talituse

Analüüsida investeeringu majanduslikku tasuvust

Leida tööstusliku koostootmise võimalusi

Simuleerida elektrijaama osalemist erinevatel elektriturgudel

Analüüsida erinevate elektrijaamade omavahelisi interaktsioone

5

3 EnergyPRO energiamajanduse ülesannete üldkirjeldus

Soojuselektrijaama (SEJ), koostootmisjaama (CHP), tuuleelektrijaama ja päikeseelektrijaamatöö

simuleerimine EnergyPRO tarkvara abil, tasuvusarvutuste teostamine, tulemuste analüüsimine ning

järelduste tegemine.

Tööde järel koostatakse laboratoorsete tööde aruanne iga praktikumi töö kohta, mida kaitstakse pärast

kõikide praktikumide läbimist.

Aruandes peavad olema:

Tiitelleht

Sissejuhatus ja töö kirjeldus

SEJ simulatsiooni skeem koos kirjeldusega.

EnergyPRO elektrienergia tootmise-tarbimise graafikud SEJ stsenaariumi korral koos

koormuskestvuskõveraga.

Tasuvusarvutused SEJ investeeringukulude, rahavoogude prognoosi, tasuvusaja ning

kapitalitootlikkuse kohta.

CHP simulatsiooni skeem koos kirjeldusega.

EnergyPRO soojus- ja elektrienergia tootmise-tarbimise graafikud CHP stsenaariumi korral

koos koormuskestvuskõveratega.

Tasuvusarvutused CHP investeeringukulude, rahavoogude prognoosi, tasuvusaja ning

kapitalitootlikkuse kohta.

Töö tulemuste analüüs, kokkuvõte ja järeldused.

3.1 Ülesanne 1

Antud laboratoorse töö eesmärk on simuleerida EnergyPRO tarkvara abil Eesti elektrienergia tarbimist

ning dimensioneerida elektrijaamade summaarne väljundvõimsus, võttes aluseks elektrienergia

tarbimine, mis proovitakse katta SEJ toodanguga.

Lisaks tootmise-tarbimise simuleerimisele on antud töö eesmärk hinnata elektrijaama

investeeringukulusid ja tasuvusaega. Selle jaoks leitakse simulatsiooni tulemustest saadud

elektrijaamade nimivõimsuste põhjal jaamade investeeringukulu, aastased rahavood ning arvutatakse

jaama eluiga arvesse võttes investeeringu tasuvusaeg ja kapitalitootlikkus.

3.1.1 Ülesande 1 lähteandmed

Tarbimise modelleerimiseks siesetatakse EnergyPRO tarkvarasse aegread Eesti viimase täisaasta

tunnipõhise tarbimise kohta, mis on saadud Nord Pool Spoti koduleheküljelt.

https://www.nordpoolgroup.com/Market-data1/Dayahead/Volumes/EE/Hourly/?view=table

6

Elektrijaamade summaarseks võimsuseks tuleb valida Eesti kõikide elektrijaamade summaarne

installeeritud võimsus. Andmed on võimalik saada Statistikaameti andmebaasidest. SEJ puhul

kasutatakse kütusena põlevkivi.

Tabel 1 Ülesande 1 mudeli sisendite näide

Sisend Väärtus

Üldised sisendid

Elektrienergia tarbimise aasta 2013

Elektrienergia tarbimine 8300 GWh

Kadu 10%

Elektrijaamade summaarne võimsus 2000 MWel

Energiabloki sisendid

Energiabloki võimsus 300 MWel

Energiabloki kogukasutegur 35%

Energiabloki miinimumkoormus 30%

Põlevkivi kütteväärtus 3 kWh/kg

Investeeringukulu 2133 [€/kW]

Kütusehind 15,15 [€/t]

Hoolduskulu 78 [€/kW/aastas]

Elektrienergia müügihind 43,14 [€/MWh]

3.2 Ülesanne 2

Antud laboratoorse töö eesmärk on simuleerida EnergyPRO tarkvara abil Eesti soojus- ja elektrienergia

tarbimist ning dimensioneerida elektrijaamade summaarne väljundvõimsus, võttes aluseks

elektrienergia tarbimine, mis kaetakse koostootmisjaamade toodanguga.





https://www.stat.ee/

7




Soojusenergia tarbimiseks võetakse viimase aasta Eesti soojustarbimine vastavalt Statistikaameti

andmetele. Ülesande puhul tehakse lihtsustus ning eeldatakse, et kaod moodustavad 10%.

Soojusenergia tarbimisandmete sisestamisel simulatsioonis palun järgida, et kütteperiood on

vahemikus 15. September- 15.mai ning 10% nendest tarbimisest välisõhu temperatuurist ei sõltu

(soojus kulub tarbeveele).


installeeritud võimsus. Andmed on võimalik saada Statistikaameti andmebaasidest. CHP puhul

kasutatakse kütusena vabalt valituna hakkepuitu, maagaasi, biogaasi või prügikütust.


Sisend Väärtus

Üldised sisendid

Soojusenergia tarbimine 8090 GWh

Temperatuurist sõltumatu soojusenergia tarbimine

10%


Kadu 10%


Energiabloki sisendid

Energiabloki võimsus 190 MWel

764 MWheat

Energiabloki kogukasutegur 67%

Energiabloki miinimumkoormus 30%

Hakkepuidu kütteväärtus 3,79* kWh/kg


Kütusehind 34 [€/t]


Soojusenergia müügihind 33,06

Elektrienergia müügihind 43,14 [€/MWh]




8

3.3 Ülesanne 3



tarbimine, mis kaetakse tuulegeneraatorite toodanguga.









installeeritud võimsus. Andmed on võimalik saada Statistikaameti andmebaasidest.

Tuulenergia toodangu arvutamiseks võib valida juhusliku Eesti piirkonna ning konkreetse maa-ala

tuulega seondvuad parameetrid saab võtta loengus käsitletud Ain Kulli tuuleatlasest.

Tuulikute tuulekiiruse ja võimsuse karakteristikud tuleb leida tuulegeneraatorite tootjate avalikest

materjalidest või teaduskirjandusest. Saadud informatsioon tuleb skaleerida summaarse

installeeritud võimsuse järgi.

Lisaks müügist saadud tuludele, on võimalik iga toodetud ja võrku müüdud energiaühiku eest saada

taastuvenergia toetust, mis on 53,7 €/MWh. Võimaluse korral võib rakendada ka statistikamüügi

ning enampakkumise loogikat, mis on Euroopas laialdaselt rakendatud praktika energeetikas.



http://www.tuuleenergia.ee/about/statistika/tuuleatlas/

9


Sisend Väärtus

Üldised sisendid


Kadu 10%


Tuulepargi sisendid

Hellmanni eksponent 0,16

Rummu kõrgus 75 m

Tuule mõõtmiskiirus 16 m

Tuulepargi võimsuse karakteristikud

0 [m/s] 0 MW

2 [m/s] 0 MW

5 [m/s] 100 MW

7 [m/s] 667 MW

10 [m/s] 1334 MW

12 [m/s] 1867 MW

15 [m/s] 2001 MW

20 [m/s] 2001 MW

25 [m/s] 0 MW

Majanduslikud sisendid



Elektrienergia müügihind 43 [€/MWh]

Programmi jooksutamisel on vajalik pöörata olulist tähelepanu nii ületootmise kui puuduliku tootmise

osas. Aruandesse kirjeldada plusse ja miinuseid tootmispiisavuse seisukohas, kui kasutada süsteemis

monotüüpseid taastuvenegia lahendusi.

10

3.4 Ülesanne 4



tarbimine, mis kaetakse tuulegeneraatorite toodanguga.









installeeritud võimsus. Andmed on võimalik saada Statistikaameti andmebaasidest.

Päikeseenergia toodangu arvutamiseks võib valida juhusliku Eesti piirkonna ning konkreetse maa-

ala tuulega seondvuad parameetrid saab võtta loengus käsitletud PVGis veebilehet või EnergyPRO

andmebaasidest.

Päikeseelektrijaamade karakteristikud tuleb leida tootjate avalikest materjalidest või

teaduskirjandusest. Saadud informatsioon tuleb skaleerida summaarse installeeritud võimsuse

järgi.

Lisaks müügist saadud tuludele, on võimalik iga toodetud ja võrku müüdud energiaühiku eest saada

taastuvenergia toetust, mis on 53,7 €/MWh. Võimaluse korral võib rakendada ka statistikamüügi

ning enampakkumise loogikat, mis on Euroopas laialdaselt rakendatud praktika energeetikas.



11


Sisend Väärtus

Üldised sisendid


Kadu 10%


Päikesepaneeli sisendid

Nimivõimsus 245 W

Temperatuurikoefitsent -0,45

NOCT 46 °C

Kadu 10%

Majanduslikud sisendid



Elektrienergia müügihind 43 [€/MWh]

12

4 EnergyPRO 4 Laboritöö samm-sammu haaval juhendmaterjal

1) Kõigepealt tuleb salvestame uus fail kindlasse asukohta.

2) Avame menüüst ID „Project identification“ ning täidame hüpikakna lahtrid:

- Project identification: projekti nimi (SEJ, CHP)

- Select calculation module – valime FINANCE

3) Avame menüüst ID „External conditions“ ning täidame hüpikakna lahtrid:

- Planning periood: 01.01.2019-01.01.2020

- Years to be planned: 1

- Holidays : No holidays

- NB! Tuleb jälgida,, et ajatsooniks on määratud UTC +02:00

4) Ilma parameetrite sisestamine:

- Avame External conditions - > Time series;

Name: Eesti ilm /Estonian Weather

Symbol: T

Unit: C

- a ) Laeme EMHI ilmastiku andmed

- b ) Kasutame EnergyPro4 andmeid

c) Andmed juhendajalt

- Tühjendada aegseeria näidisrida

- Kopeeri andmed Excelist EnergyPro4 aegseeriasse

NB! Oluline on jälgida, et tundide tulp on seadistatud „hh:mm:ss“ vormi;

5) Kütusega seonduavate parameetrite sisteamine:

Valime ülemiselt juhtmenüült „+“ nupu ja seejärel valida „Fuel“

SEJ puhul:

- Name: Põlevkivi

- Unit: t

- Heat value: 3 MWh/t

CHP puhul:

13

- Name: Puiduhake

- Unit: t

- Heat value: 3,79 MWh/t

6) Tarbimise sisestamine (Sooja):

Valime ülemisest menüüst „+“ nupu ja seejärel valida „Demand“

- Name: Eesti soojuse tarbimine

- Üldiselt on periood juba määratud

- Tarbimine: 8 098 GWh NB! Oluline on jälgida sisestatavaid ühikuid.

- Demand depends on external conditions: √

- Dependent fraction: 90%

- Restricted season for dependent demand (dd:mm) √ : 15-09 -15-05

- Reference temperature: 17

- Symbol for ambient temperatuures: T

7) Tarbimise sisestamine (Elekter):

Valime ülemisest menüüst „+“ nupu ja seejärel valime „Demand“

- Name: Eesti elektritarve

- Symbol: NPSEE

- Unit: €/MWh

- Time series

- a) Laeme NPS hinna andmefaili.

- b) Fail juhendajalt

- NB! Kustutada ära teiste riikide tulbad;

- Seadistada tundide tulp „hh:mm:ss“ järgi;

- Tühjendada aegseeria näidisrida

- Kopeeri andmed Excelist EnergyPro4 aegseeriasse.

8) Kaoenergia sisestamine

Lisame ülemisest menüüst veel ühe „Demand“ aegrea

- Name: Kadu

- Fixed – üldiselt on periood juba määratud

14

- Tarbimine: 908 GWh NB! Jälgida ühikuid

- Demand depends on external conditions √

- Dependent fraction: 90%

- Restricted season for dependent demand (dd:mm) √ : 15-09 -15-05

- Reference temperature: 17

- Symbol for ambient temperatuures: T

9) Elektrijaamade sisestamine:

Valime ülemisest menüüst „+“ nupu ja valime „Demand – Energy Conversion Unit – CHP“

- Name: CHP „number“ – kokku tuleb 7 jaama

- Production unit type: CHP (olenemata tüübist)

- Fuel: Põlevkivi

- Power Unit: MW

- Heat/ Elec. Power vastavalt tabelile:

SEJ jaoks:

MAX. Fuel: 857,14; Heat: 0,0; Elec. Power: 300

MIN. Fuel: 257,13; Heat: 0,0; Elec. Power: 100

CHP jaoks:

MAX. Fuel: 1423,9; Heat: 763; Elec. Power: 190

MIN. Fuel: 427,17; Heat 228,9; Elec. Power:57

- Kopeerida elektrijaamasid kuni vajaliku võimsuse saavutamiseni

NB! Oma valitud tootmisüksuste puhul on vaja väljundvõimsused ümber arvutada vastavalt

kasuteguritele.

10) Elektrituru lisamine

Valime ülemisest menüüst „Electricity market – Add electricity market – fixed tariffs“

15

- Name: Reguleeritud turg

- Tarif element name : Reguleeritud turg

11) Talituse määramine

Valime külgmisest menüüst “Operation strategy “

- Operation strategy: Minimizing Net Production Cost

- Island oepration √

- No connection to the electricity market

- Energy Unit Setup: Partial load allowed

12) Elektrimüügi korraldamine

Valime vasakust menüüst „Economy“

- Defineerime valuuta

- „Add payment“ : Käive elektrimüügist

- Payment concerns: Electricity demand – Eesti elektritarve

- 43,14 EUR/MWh

13) Soojamüügi korraldamine

Vasakust menüüst valime „Economy“

- Defineerime valuuta

- „Add payment“ : Käive soojamüügist

- Payment concerns: Electricity demand: Eesti elektritarve

- Price per unit: vastav investeeringu hind

14) Kütusekulu arvestamine:

Vasakust menüüst valime “Operation expenditures”

- Payment concerns: Imported fuel: Põlevkivi

15) Hoolduskulude määramine:

Vasakust menüüst valime Operation expenditures

16

- Payment concerns: Production unit

- Type: User defined NB! Tehtud on lihtsustus!

- f(x)

- EPCap(Nimi1) + EPCap(Nimi2) + EPCap(Nimi3) + EPCap(Nimi4) + EPCap(Nimi5) +

EPCap(Nimi6) + EPCap(Nimi7)

- Price per Unit: vastav hind 6,5 EUR/kW/kuu või 8,583 EUR/kW/kuu

- Development of Unit Price: constant

17

5 Nõuded aruande vormistamisele

Töö peab koosnema järgmistest osadest:

Tiitelleht

Sisukord

Sissejuhatus / Töö selgitus

Põhiosa / Arvutused / Graafikud

Kokkuvõte / Järeldus

Kasutatud kirjanduse loetelu

Lisad (vajadusel; praktikumi aruannetes originaal katsetulemuste leht)

Töö vormistamise nõuded:

Formaat A4

Põhitekst püstkirjas Calibri suurusega 11 punkti

1,5-intervalliline reavahe

Äärised – vasakult 30 mm, ülevalt, alt ja paremalt 25 mm

Kasutada rööpjoondust

Taandridu mitte kasutada

Ühe lõigu pikkus ei tohiks olla üle ¾ lehekülge

Lühendite kasutamisel seletada lühend lahti esmakordsel tekstis esinemisel, sulgude sees. Nt:

WAMS (Wide Area Measurement System). Tuntud lühendeid lahti seletama ei pea.

Võõrkeelne tekst kaldkirjaga (Text in foreign language in Italic)

Kõik lehed tuleb nummerdada, v.a tiitelleht.

Viited kirjanduslikele allikatele antakse nurksulgudesse paigutatud numbrina [1], mis märgib

järjekorra numbrit kirjanduse loetelus (Word programmis viitamise standard IEEE). Järjekord

kirjanduse loetelus sõltub tekstis viidete esinemise järjekorrast! Esimese viitena ei tohi olla

kirjanduse allikat, mis loetelus on nt [7] kohal.

Kõik illustratsioonid tuleb varustada üldnimetusega „Joonis“, tähisega ja sisukohase

nimetusega. Tähis pannakse vastavalt peatükile, mille all joonis on (NT Joonis 2.1. ….). Joonise

nimetus paigutatakse joonise alla!

Tabelid tähistatakse üldnimetusega „Tabel“, tähisega ja sisukohase pealkirjaga. Tähis pannakse

samade eelduste alusel nagu joonistelgi. Tabeli pealkiri paigutatakse tabeli peale!

18

Kõik jooniste ja tabelite pealkirjad tuleb rööpjoondada ning teha püstkirjaga suuruses 10,

reavahe 1,0. Joonised ja tabelid tuleb joondada keskele.

Valemid tähistatakse tähisega, mis asub valemiga ühes reas lehe parempoolsel äärel

ümarsulgudes. Tähis pannakse vastavalt peatükile, mille all valem on (NT 2.1; 2.5; 2.6).

Kõikidele joonistele, tabelitele ja valemitele tuleb teksti sees viidata (NT. Allpool on näha

mõõtetulemuste andmed tabelis 2.1; Allpool on näha tabel (Tabel 2.1) mõõtetulemuste

andmetega.)

19

6 Elektrilevi ABB MicroSCADA innovatsioonilabori ülesande üldkirjeldus

Elektrilevis kasutatakse ABB MicroSCADA rakendust, millega võrgu dispetšerid juhivad ja jälgivad Eesti

elektrivõrku. Mektory Elektrilevi innovatsioonilaboris asub SCADA esitlustööjaam, mis võimaldab

siseneda SCADA süsteemi.

Antud tööjaama skeem on ühenduses ka ruumis asuva stendiga, kus on kujutatud TalTechi

ülikoolilinnaku mikrovõrku koos võrku kuuluvate alajaamadega. Stendi abil on võimalik reguleerida

linnaku hoonete tarbimist ning tekitada võrgus ka lühiseid, mis tingivad reaalajas muudatusi ka SCADA

juhtpaneelil.

Praktikumi eesmärk on mikrovõrgus erinvate kombinatoorikatega mängida läbi erinevad tarbimise

stsenaariumid (madal, kõrge) koos lühistega ja taastada SCADA abil normskeem.

Joonis 1 TalTech mikrovõrgu normskeem

Tööjaama kohal asuvad suured ekraanid näitavad ruumis olijatele tööjaama pilti, mille abil on võimalik

jälgida parasjagu läbiviidavat laborit. Tööjaam on praktikumi ajaks viidud töökorda juhendaja poolt.

20

7 SCADA laboritöö samm-sammu haaval juhendmaterjal

1) Alajaamade vahel liikumine:

- Valige vasakul ülevalt menüüst soovitud alajaam või vajutage konkreetsele alajaamale

SCADA skeemil.

- Mikrovõrgu alajaamad on MEK_1212, MEK_4564, MEK_510, MEK_568, MEK_639, MEK_784,

MEK_TPI, MEK_YLD

2) Sündmused ja alarmid:

- Stendil lühiste tekitamine kuvab alarmi ka sündmuste menüüs

- SCADA sündmuste menüü on mõeldud, et anda ülevaade kõikidest signaalidest, mis SCADA

süsteemis parasjagu

toimus. Sündmustesse sisenemiseks vajuta nuppu.

-SCADA alarmide menu kuvab hetkel kehtivaid ja tagastatud probleeme. Alarmidesse

sisenemiseks vajuta paremal üleval olevat nuppu.

3) Lülitite asendi uuendamine:

Kui tekib olukord, kus lüliti asend ei muutu, siis proovige uuendada andmeid.

- Minge Mektory üldisele skeemile „MEK_YLD“

- Vajutage nupule „Uuenda“

- Avananud aknas andmete uuendamiseks vali laiendatud menu „>>“

- Vali alajaotus „Uuenda andmeid“ ja vajutage nupule „Update process data“

- Avanenud aknas kinnitage tegevus vajutades nuppu „Täida“

21

Joonis 2 andmete uuendamise avakuva

4) Lülitite lülimine SCADAs

Lüliti juhtimisdialoogi akna avamiseks vajuta sellele üks kord, paari sekundi jooksul avaneb

juhtimisdialoog, mille saab juhtimiskäsu olemasolul seda valida (sisse/välja). Käsu nupule

vajutamise järel avaneb alati juhtimise kinnitamise aken. Pärast kinnitamist saadetakse käsk

alajaama poole.

Tabel 5 SCADA lülitite tähendused

Asend tuleb alajaamast

Alajaamast saadav info puudub või alajaamast saabuv info on vale. Lüliti asendit

matkitakse.

Alarm on blokeeritud

Alajaamast ei tule andmeid

Lüliti juhtimine on kasutaja poolt blokeeritud

Lüliti on valitud teise kasutaja poolt (teise dispetšeri poolt).

5) Lülitite matkimine

Kõiki skeemides kujutatud lülitid ei saa oma asendit alajaamast. Skeemides kuvatakse ka nn

22

„pseudolüliteid“. Nende lülitite asend määratakse käsitsi ehk lülitit matkitakse.

Kui valik „matkimine käigus“ on aktiivne, siis on tegemist ainult matkiva pseudolülitiga, mille

asend ei pärine alajaamast ja mille poolt kuvatavat seisu saab muuta lüliti juhtimise

avakuvast.

Joonis 3 lülitite juhtimine

23

TALLINNA TEHNIKAÜLIKOOL Inseneriteaduskond

Elektroenergeetika ja mehhatroonika instituut (Calibri, Regular, 16pt, Center)

Margins: Top – 2,5 cm Bottom – 2,5 cm Left – 3,0 cm Right – 2,5 cm

Kodutöö õppeaines AEK0220 “Elektrisüsteemid” (Calibri, Regular, 11pt, Center)

ELEKTRIVÕRGU ARVUTAMINE (Calibri, Regular, 20pt, Center)

Õppejõud: (Calibri, Regular, 11pt, Left/Right) Üliõpilane: Doktorant-nooremteadur Karl Kull Volt Amper 000000AAVM Esitatud:

2019 Tallinn (Calibri, Regular, 11pt, Center)

hajanergia tootmine digitaliseeritud võrkudes aine laboritööde ......3) avame menüüst id...

Documents