soluzioni impiantistiche ge per compensatori …
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SOLUZIONI IMPIANTISTICHE GEPER COMPENSATORI SINCRONICrowne Plaza Hotel, San Donato Mil.se - 05/10/2017Roberto Galli – Generator Product Sales – GE Power
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Compensatori Sincroni - Market Drivers
• La trasformazione del mercato dell’energia è una decisione politica
I principali fattori sono l'aumento della quota delle energie rinnovabili nella produzione totale di energia elettrica e l'eliminazione graduale di impianti nucleari e di carbone. Secondo la direttiva UE, il consumo totale di energia dovrà essere del 20% da fonti rinnovabili entro il 2020 e del 27% entro il 2030. Tutti i paesi hanno adattato piani nazionali per raggiungere i loro obiettivi. Il rapporto corrente nell'UE è circa il 15,3%
Nuovi impianti a fonti rinnovabili e la chiusura dei grandi impianti nucleari, a carbone e a olio combustibile creano il bisogno di nuovi impianti a Compensatori Sincroni in luoghi ben definiti. I gestori di rete eseguono analisi e simulazioni di rete per definire tali posizioni e la quantità di potenza reattiva richiesta.
«La potenza reattiva non viaggia lontano, soprattutto in condizioni di sovraccarico, e quindi deve essere generata vicino al suo punto di consumo" (rapporto finale sul blackout negli Stati Uniti - Canada nel 2003).
«I gestori di rete devono monitorare continuamente e valutare le condizioni del sistema, esaminare le riserve di potenza reattiva e le tensioni di rete e adattare il sistema in modo da avere un funzionamento sicuro" (rapporto finale sul blackout negli Stati Uniti - Canada nel 2003).
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• Nuove linee di trasmissione HVDC
• Incremento delle energie rinnovabili
• Richiesta di flessibilità/sicurezza della rete
• Dismissione di centrali elettriche fossili e nucleari
• Riduzione del rapporto cortocircuito e inerzia della rete
Compensatori Sincroni - Market Drivers
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Compensatore Sincrono - DefinizioneGeneratore Compensatore Sincrono
MacchinaSincronafunzionante comeGENERATORE
Operation point
>0Reactive power, Q<0
>0
Machine on loadSupplies active and reactive power (>0)
Lagging power factor(over-excited)
Leading power factor(under-excited)
>0Reactive power, Q<0
>0
Machine on loadSupplies active power (>0) and absorbs reactive power (<0)
Lagging power factor(over-excited)
Leading power factor(under-excited)
MacchinaSincronafunzionante comeCOMPENSATORE
Rotor Stator
Operation point
>0Reactive power, Q<0
>0
Machine at no loadSupplies reactive power (>0). No active power
Active power, P>0
Lagging power factor(over-excited)
Leading power factor(under-excited)
Operation point
>0Reactive power, Q<0
>0
Machine at no loadAbsorbs reactive power (<0). No active power
Active power, P>0
Lagging power factor(over-excited)
Leading power factor(under-excited)
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Compensatori Sincroni – Possibili tecnologie
• Static VAr Compensators:
• Variable VAr Control:
Synchronous Condenser
Static Reactive Power
Short Circuit Capacity / Inertia
Variable Reactive Power
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Compensatori Sincroni – Benefici per la rete
Variable Steady-State vars
Come per gli SVC (Static Var Compensator) o gliSTATCOM (Static Synchronous Compensator), I Compensatori Sincronivariano continuamentela Potenza Reattiva in uscita per regolare la tensione di rete.
Short-Circuit Contribution
(pochi cicli) Solo le macchine sincrone contribuiscono in maniera significativa ad incrementare il rapporto di cortocircuito della rete. Un buon rapporto di cortocircuito è necessario per collegare impianti eolici, fotovoltaici, HVDC.
Dynamic Voltage Recovery
(pochi secondi)
I Compensatori Sincroniforniscono multipli della propria potenza di targa in condizioni di forti cali di tensione; la capacità di sovraccarico è molto superiore a SVC o STATCOM di uguale targa
Inertia
La dismissione degliimpianti di produzionetradizionale e la crescita degli impianti a fonti rinnovabili hannoridotto l’inerzia di sistema. Solo le machine sincronecontribuisconoall’inerzia di rete che è richiesta per la stabilizzazione dellafrequenza.
Synchronous Condenser differentiators
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Soluzioni GE per Compensatori Sincroni – Progetti tipici
• Nuovo impianto su terreno edificabile, posizionato nel nododi rete dove realmente necessita
• Soluzione dimensionata ad hoc per i fabbisogni richiesti
• Perdite ottimizzate con l'esatto dimensionamento dei componenti, utilizzando le tecnologie di ultima generazione
• Realizzazione tipica in 20-24 mesi dall’ordine
• Vita media di oltre 40 anni
Conversione
• Riutilizzo di un generatore, dei suoi ausiliari e delleinfrastrutture esistenti di un impianto di produzione in disuso o in conservazione
• Soluzione personalizzata, ma all'interno dei confini imposti dal layout esistente (dimensioni generatore, punti di interconnessione, etc).
• Perdite non ottimizzate essendo relative ad una macchina non nuova
• Costo all’incirca: 25 – 35% rispetto al greenfield
• Realizzazione tipica in 10-14 mesi dall’ordine
• Parte della vita utile dei componenti è già stata consumata
Greenfield
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Soluzioni GE per Compensatori Sincroni - Osservazioni
La conversione di generatori esistenti per operare come compensatori sincroni è più attrattiva perché è la soluzione più economica.
Tuttavia la conversione non è molto richiesta , essendo gli impianti esistenti di proprietà dei produttori di energia, che non hanno la responsabilità diretta della gestione della rete elettrica (ultimamente però stanno pervenendo richieste anche dai produttori di energia per la conversione poiché i gestori di rete stanno proponendo loro di remunerare il servizio di regolazione dell’energia reattiva).
Più diffusa invece è la richiesta per impianti nuovi, dai gestori di rete che ne hanno la responsabilità e che spesso hanno anche più accesso a finanziamenti sui CAPEX.
Un altro svantaggio della conversione è che gli impianti esistenti sono talvolta presenti in luoghi lontani da dove dovrebbero realmente necessitare.
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Conversione in Compensatore Sincrono di un impianto esistenteScopo tipico di fornitura: Disaccoppiamento della turbina dal generatore Valutazione delle condizioni del generatore esistente ed eventuale upgrade Installazione di un nuovo sistema di avviamento (motore di lancio o avviatore
statico) Valutazione dell’eccitatrice statica esistente a fornire la necessaria corrente e
tensione di eccitazione Progettazione e installazione di un nuovo sistema di protezione e controllo Modifiche meccaniche del generatore (reggispinta ed eventuale viratore) Upgrade / aggiornamento del sistema elettrico Modifiche / sostituzione del circuito di raffreddamento acqua Modifiche / sostituzione del sistema di lubrificazione olio
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Conversione in Compensatore SincronoConvertire un generatoreesistente per produrre solo Potenza Reattiva (VARs)
•VARs in sovraeccitazione:Tipicamente più del 30% oltre la potenzadel generatore a pieno carico (cosfi 0,9 in anticipo). Possibili ulteriori incrementiconsiderando di riavvolgere il rotore
•VARs in sottoeccitazione:Circa la stessa potenza a cosfi 0.95 in ritardo
N.B.: MVAR capability del solo Generatore, da verificarequella del GSUT
+33%
MEGAWATTS
LEAD
ING M
EGAV
ARS LAG
GING
Sync Condenser Operating
Capability @ 0 MW
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Componenti modificati nella Conversione
4160VAux Bus
4160V
VFD Output XfmrGen Step Up Xfmr
Excitation PPT
Stator winding
Rotor and field winding
De-couple turbine
Collectors and excitation system
connections
Thrust/steady bearing modifications and
turning gear
Exciter
Mark* VIeControl
Variable Frequency Drive
89SS
Ogni impianto ha un proprio sistema elettrico che richiede uno studio dedicato
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Verificare la dinamica del rotore
Modifiche Meccaniche del collettoreRichieste per l’avviamento statico (tipico)
Turning Gear
Existing Collector Coupling
Stub Shaft
Steady/Thrust Bearing
Clutch to Disengage Turning Gear > 6 rpm Lube oil modifications for bearing and turning gear
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Conversione attraverso un giunto idraulico di accoppiamento(H=Hydraulic disengagement, S=synchronizing clutch coupling)
Gas Turbine
Side(Siemens
V94.2)
GeneratorSide
Thrust Bearing
(Not part of Coupling)
Installed January 2014
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Nuovo impianto Compensatore Sincrono - GreenfieldScopo tipico di fornitura:• Generatore completo di sistema di monitoraggio• Interruttore di macchina (GCB)• Trasformatore Step-Up (GSUT), Trafo MT/MT• Sistema di alimentazioni AC & DC• Sistema di protezioni e controllo• UPS, Generatore Diesel di emergenza• Quadri di Media e Bassa Tensione• Eccitatrice statica + Avviatore statico• Sistema di raffreddamento ad acqua o aria• Sistema di circolazione dell’olio di lubrificazione• Infrastutture e Opere civili (Edifici o/e Containers)• Illuminazione e impianto antincendio• Sistema di messa a terra, impianto parafulmini• DCS/ I&C• Ricambi• Ingegneria e Project Management• Direzione lavori, Montaggi elettromeccanici & Commissioning• Manutenzione pluriennale (tipicamente 10 anni)
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Impianto Compensatore Sincrono - Single line tipico
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Impianto Compensatore Sincrono – Componenti Principali
Step-up Transformer
Generator Circuit Breaker
Air Cooled Generator
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Compensatori Sincroni – Generatori GE serie TOPACKda 20 a 100 Mvar• Air cooled - TEWAC or Open circuit• Simple, robust, efficient• “Packaged design” for outdoor operation• Simplification of transport, site erection and maintenance • Integration of acoustic enclosure and line and neutral electrical equipment
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Compensatori Sincroni – Generatori GE serie TOPAIRda 120 a 250 Mvar• More than 1000 references since the 1970’s• 98.8% Efficiency with multi-chamber cooling system• High availability• Optimized for ease of maintenance
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Compensatori Sincroni – Sistemi Ausiliari
Sistema olio di lubrificazione- Redundant lube oil pumps - Emergency lube oil pump
driven with DC motor- Jacking oil pumps
Sistema di raffrddamento ad acqua- Closed Cooling Water System
(CCW)- Redundant cooling waterpumps
- Redundant coolers and fans- maintenance free- speed controlled fans
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Compensatori Sincroni – Sistemi Ausiliari
Eccitatrice statica- Generator is controlled
from a redundant digitalStatic Excitation System
- Faster response time- Simpler Maintenance
Avviatore Statico- Generator itself is used as a
starting motor - Starting time 7 min- Starter (SFC) also be used for
dynamic braking
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Impianto Compensatore Sincrono – Sistema Elettrico
MV/LV Transformer
MV- Switchgear
DC battery power and DC distribution system
LV- Switchgear
UPS- System
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Compensatori Sincroni - 2 unità in parallelo in edificio
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Compensatore Sincrono – installazione in Container
• The static starting device and the static excitation system is installed in a container module.Container
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GE Referenze
• Europa
• Bergrheinfeld / TenneT in Germany
• Partinico / Terna in Italy
• Favara / Terna in Italy
• America
• Velco / Granite Substation in USA
• Kepco / Jeju Island in South Korea
• Blue Sky East / Oakfield Wind Farm in Maine
• PacifiCorp / Standpipe Substation in Wyoming
• Southern California Edison / Santiago Substation in California
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Max reactive power: +400MVAr (30s)
Rated reactive power: +250/-175MVAr (1h/d)
Rated reactive power: +200/-150MVAr (23h/d)
Rated Voltage: 21kV
Transformer: 285MVA
Customer:
Location: Bergrheinfeld, Germany
Commissioning: 18.12.2015
Compensatore Sincrono – Germania• Bergrheinfeld
• Greenfield EPC ProjectSüdlink 800 km
HVDC
SC Substation
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Compensatore Sincrono di Bergrheinfeld
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Compensatore Sincrono di Bergrheinfeld
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Compensatori Sincroni in Sicilia• Project: Synchronous condensers for Partinico & Favara (Option: Kotor)
• Rated Output Sn : +170MVA
• Rated leading mode: -60MVA
• Rated Voltage: 15kV
• Transformer Nominal Power 230MVA
• Operation : Grid stabilisation
• Customer : Terna S.p.A. - Rete Elettrica Nazionale Roma
• Location : Partinico & Favara, Sicily, Italy
Kotor, Montenegro
Commissioning: December 2015
Compensatori Sincroni di Favara & Partinico
Synchronous Condenser BergrheinfeldCompensatori Sincroni di Favara & Partinico