Policies for Energy Market Transformation
Energy for Sustainability Initiative
2014/2015
Professor Doutor A. Gomes Martins
Smart grids: an integrated perspective
on efficiency, from supply to demand
By
Mário António Fonseca Loureiro
Departamento de Engenharia Electrotécnica e Computadores
Faculdade de Ciências e Tecnologia
Universidade de Coimbra
www.deec.uc.pt
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Smart grids
Information and system management in real time
Redes Inteligentes -Informações e sistema de gestão em tempo real
Smart grids mark a new development on the path towards greater
consumer empowerment, greater integration of renewable energy
sources into the grid and higher energy efficiency and make a
considerable contribution to reducing greenhouse gas emissions
and to job creation and technological development in the Union
(COMMISSION RECOMMENDATION 2012/148/EU of 9 March 2012)
As redes inteligentes marcam um novo desenvolvimento no
caminho rumo a uma maior responsabilização dos consumidores,
uma maior integração de fontes de energia renováveis na rede e
maior eficiência energética e com uma contribuição considerável na
redução das emissões de gases com efeito de estufa e para a criação
de emprego e do desenvolvimento tecnológico na União Europeia
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Introduction to Smart Grids
The Smart Grid is an electricity grid that uses two-way ICT
technology to optimise supply and demand. In addition to this it
aims to increase the security of supply to the customers.
Implemented in the right way it promises improved reliability by
enabling quicker and more effective response to outages, greater
customer awareness of energy usage and costs, and facilitation of
the adoption of new technologies such as renewable generation
sources and electrical vehicles.
A Smart Grid é uma rede elétrica inteligente que utiliza a tecnologia de
informações e comunicações de duas vias para otimizar a oferta e a procura.
Além disso, ela tem como objetivo aumentar a segurança do abastecimento aos
clientes. Implementando um caminho certo que promete maior confiabilidade,
permitindo uma resposta mais rápida e mais eficaz nas interrupções, a
sensibilização do cliente no uso e custos de energia, e a facilitação da adoção
de novas tecnologias, tais como fontes de energia renováveis e veículos
elétricos.
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Smart Grid to:
- enable the current electricity grid to handle decentralised volatile
electricity generation on all grid voltage levels in a sustainable way;
- significantly reduce the environmental impact of the whole electricity
supply system;
- allow customers to play a part in optimising the operation of the
system;
- lower the CO2 emissions of the energy supply chain, in production and
consumption;
-provide customers with more detailed information and options for how
they use their supply;
- Permitir que a rede de eletricidade funcione com a geração de eletricidade
descentralizada volátil em todos os níveis de tensão da rede de uma forma sustentável;
- Reduzir significativamente o impacto ambiental do conjunto do sistema de
fornecimento de energia eléctrica;
- Permitir que os clientes tenham um papel importante na optimização da operação do
sistema;
- Reduzir as emissões de CO2 da cadeia de fornecimento de energia, da produção e do
consumo;
- Oferecer aos clientes informações mais detalhadas e opções de abastecimento
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elétrico;
- help customers to reduce their energy consumption;
- better facilitate the connection and operation of generators of all sizes and
technologies;
- facilitate Demand Side Management to better manage power demand,
particularly as renewable sources of energy are deployed;
- facilitate Smart Grid beneficial shifts in the modality of energy generation
resources at the local level;
- maintain or even improve the existing high levels of system reliability, quality
and security of supply;
-foster market integration towards a European integrated energy market.
- Ajudar os clientes a reduzir o seu consumo de energia;
- Facilitar a conexão e operação de geradores de todos os tamanhos e tecnologias;
- Facilitar a gestão da procura para melhor gestão da procura de energia, nomeadamente
em fontes de energia renováveis ​são implantados;
- Facilitar a rede inteligente com mudanças benéficas na modalidade de recursos de
geração de energia a nível local;
- Manter ou mesmo melhorar os elevados níveis de confiabilidade do sistema, qualidade
e segurança do abastecimento existentes;
- Promover a integração do mercado no sentido de um mercado europeu integrado de
energia.
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Why the smart grids?
Redes de energia convencionais (sec. XX)
Conventional power grids (XX century)
No século passado, as redes de energia
In the last century power grids were
foram caracterizados por:
characterized by:
produção centralizada e controlável
centralized and controllable production
padrões estáveis de consumo
stable patterns of consumption
fluxos unidirecionais e previsíveis
unidirectional and predictable flows
Unidirectional flow of energy
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Smart grids (XXI century)
The electricity distribution in the twenty-first
A distribuição de energia elétrica no século
century requires solutions
XXI requer soluções adaptadas a um novo
adapted to a new operating paradigm:
paradigma de funcionamento:
Distributed and intermittent production
Distribuir a produção intermitente
Balance consumption / production unstable
Balanco do Consumo / produção instável
Bidirectional and unpredictable flows
Fluxos bidirecionais e imprevisíveis
Bidirectional / intermittent flow
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Management capacity of information and network supervision plays a
central role in responding to new challenges
Capacidade de gestão de informações e rede de supervisão têm um papel
central na resposta a novos desafios
Supervision and control of the distribution network
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Data from mainland Portugal in 2014:
988 renewable energy producers - 5026 MW connected to the
national grid **
High Voltage Grid (HV) – 9.000 km; 412 substations; 283 customers
in HV (até 400kV)
Medium Voltage Grid (MV) – 74.000 km; 66.000 Transformation
Stations; 23.000 customers in MV
Low Voltage Grid (LV) – 140.000 km; 6.000.000 customers in LV
(240VAC ao neutro)
25.000 Microproducers (90 MW)*
1.200 Miniproducers (52 MW)*
*Installed power; Accumulated 1nd trimester 2014
**Installed power; Accumulated 2nd trimester 2014
Managing increasingly complex networks leads to increased smart
grids.
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EDP, Investment in modern SCADA systems allows increasing
information processing capability Schematic Elimination of paper.
A EDP, investiu em sistemas SCADA modernos que permitem
aumentar a capacidade de processamento de informação e
eliminou os esquemas em papel.
Digital schematic
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Power Flow in real time
Fault location / Localização de falhas
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The reorganization and integration of driving centers strengthened
the effectiveness in monitoring the network.
A reorganização e integração dos centros de condução reforçou a
eficácia no controlo da rede elétrica de energia.
with 30 drinving centers in 1990 went to 2 in 2014
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Effective management of large volumes of information allows improve
the supervision and operation of the network in real time.
A gestão eficaz de grandes volumes de informação permite melhorar o
controlo e a operação da rede em tempo real
Information management
Knowledge State system
Automation and
control
Maximization potential
human
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Advanced substation automation (subestação da Batalha 20/05/2015)
Protection systems /Sistemas de proteção
The substations of electricity go through an upgrade process to fully digital
solutions using localized intelligence and sophisticated faithful to process
technologies. Thus, it is guaranteed more reliable system with reduced costs, given
the functional integration of protection, control, automation, monitoring and
counting.
As subestações de energia eléctrica atravessam um processo de actualização para
soluções totalmente digitais, recorrendo a inteligência localizada e tecnologias
sofisticadas fiéis ao processo. Assim, é garantida maior fiabilidade do sistema com
custos reduzidos, dada a integração funcional de protecção, controlo, automação,
monitorização e contagem.
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The power transmission network uses fiber optic communication systems.
A rede de transporte de energia utiliza sistemas de comunicação por fibra ótica.
Guard cables (protection of lightning)
have optical fiber inside, which make
the communication of that line
protections, which are utilized for
network management and are still
rented to communications operators.
(subestação da Batalha 20/05/2015)
Os cabos de guarda (proteção às
descargas atmosféricas) têm fibra optica
no seu interior, que fazem a comunicação
das proteções daquela linha, e que são
aproveitados para gestão da rede e ainda
são alugados a operadoras de
comunicações.
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In Portugal the size and efficiency of the network
remote control system have increased consistently
Number of remote points of the MV network
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The investment in automation / supervision network was essential the improvement
of quality of service in the last decade. Less time of supply interruption (TIEPI).
Improvement of service quality: developments in TIEPI in MV in minutes
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Reduction of asymmetries
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The greater efficiency in network management has allowed successfully integrate
large amounts of renewable energy production in national distribution grid.
A maior eficiência na gestão da rede tem permitido com sucesso integrar grandes
quantidades de produção de energias renováveis na rede nacional de distribuição.
Renewable energy production power in proportion of the peak consumption in 2013
(Special Regime Generation, including renewable and cogeneration).
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Inovgrid project of EDP
With “Inovgrid” project of “EDP Distribuição SA” plans to extend the powers of
supervision to the low voltage grid.
Com o projeto "Inovgrid" da "EDP Distribuição SA“, pretende-se estender os poderes de
supervisão à rede de baixa tensão.
Inovgrid architecture
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The main elements in the Inovgrid architecture cover the LV
network and provide access to commercial & technical data
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Example in application of Inovgrid - Évora Inovcity
The future is being born in Évora, Portugal, in 2010. Évora is one of the first Smart Cities. The
Inovcity is the first implementation of Inovgrid. Évora has been selected as the living lab for the
Inovgrid project:
1- Évora municipality:
•54.000 inhabitants
•1.307 km2of area (urban and rural)
2- The project includes:
•infrastructures
•New services and products
3. Involvement of the major players of the municipality
4. Coordination with the national electric vehicle charging network
The city of Évora is a Unesco World Heritage Site
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Details of the quantified Benefits of Inovgrid (%)
The cost-benefit methodology was used to quantify Inovgrid value creation
potential, resulting in clearly positive result.
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Initiatives to promoting Inovcity
A mix of initiatives was used to raise awareness and create a
special Inovcity dynamic, promoting costumer engagement.
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A pilot group of residential consumers in Évora was used to
study the impact of innovative products and services.
Products and Services tried in Évora:
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The EDP Boxes of consumers of the Test Group were equipped
with a HAN comms module, providing real time information.
HAN –Home Área Network
Results from the study suggest that the new products and services have the
potential to promote energy savings of ~7%.
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The Inovcity pilot allowed the test of several concepts and
value drivers and was used to validate EDP’s business case.
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EDP intends to implement the Inovgrid throughout
the mainland Portugal by 2020
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Inovgrid has been selected
among 220 smart grids
projects by “Joint Research
Centre of the European
Commission” (JRC) for costbenefit analysis of Smart Grid
projects and “Eurelectric” as
the single case study for
testing and validation of a
Business Case assessment
methodology (EPRI).
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Charging uncontrolled electric vehicles may exceed the
maximum load which would hinder the sustainability of the
electrical system instead of contributing to its sustainability so it
has to be controlled.
O carregamento não controlado de veículos elétricos pode
ultrapassar a carga máxima o que iria dificultar a
sustentabilidade do sistema elétrico em vez de contribuir para a
sua sustentabilidade pelo que ele tem de ser controlado, (Inês
Trovão, UC, 2011)
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Smart Grid in home, company, hotel, services, ...
Schneider Electric has materials for electric management
that can communicate with smart meters
Expo Rexel 2015, Batalha
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The origin of electricity in Portugal during 2014, sold by EDP Serviço Universal SA.
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End
thank you
Obrigado pela
vossa atenção
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