Verona, ottobre 2013!

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1 Verona, ottobre 2013!

2 COGENERAZIONE STABILIZZAZIONE DELLA FREQUENZA E DELLA TENSIONE IN ISOLA PILLER PCD (Power Conditioning Device) TECNOLOGIA E APPLICAZIONI mcter 29 ottobre

3 Presentazione azienda Dal 1909 Piller produce macchine elettriche con particolare attenzione a qualità e affidabilità. Piller Power Systems GmbH Osterode / Germania appartiene al Gruppo inglese Langley Holdings plc. 2

4 Prodotti Gruppi rotanti di continuità - potenza UPS installata > MVA - numero di installazioni > numero di macchine > Gruppi statici di continuità Commutatori statici Sistemi di alimentazione aeroportuali a 400 Hz Convertitori di frequenza 50/60 Hz Sistemi di alimentazione per applicazioni militari 3

5 Servizi Piller Studi di fattibilità Supporto tecnico Posa in opera Commissioning/training operatore Prove di funzionamento Manutenzione e riparazione Diagnosi e ricerca guasti Diagnostica e supporti remoti Noleggio UPS rotanti e Banchi di carico 4

6 COGENERAZIONE PROBLEMA Negli impianti di cogenerazione, a causa della lenta dinamica dei motori a gas, si possono verificare delle instabilità di frequenza e tensione, che portano al blocco dell impianto, durante le seguenti condizioni: A) Perdita della rete: in caso di cessione di energia in rete B) Perdita della rete: in caso di assorbimento di energia dalla rete C) Funzionamento in isola: in caso di elevate variazioni di carico SOLUZIONE Il sistema Piller UBT PCD (Power Conditioning Device) ha la funzione di stabilizzare la frequenza negli impianti di cogenerazione durante tali transitori. L obiettivo si ottiene tramite l impiego di un gruppo rotante Piller UNIBLOCK UBT con accumulatore cinetico POWERBRIDGE da 16MJ, in grado di compensare variazioni di potenza positive o negative (ad es. esportazioni o importazioni di energia dalla rete o gradini di carico), svolgendo la funzione di polmone elettrico VANTAGGI - miglior qualità dell energia elettrica ed eliminazione dei fermi impianto; - cedere energia alla rete ottenendo introiti aggiuntivi; - far funzionare la cogenerazione con i massimi rendimenti elettrici e termici; 5

7 COGENERAZIONE 6

8 COGENERAZIONE CASO A) PERDITA DELLA RETE CON CESSIONE DI ENERGIA VERSO RETE 7

9 COGENERAZIONE A) COG in parallelo rete con trasferimento potenza verso la rete COG (Pcog) G (Pc) Rete (Ptr) V, f Carico Pcog = Pc + Ptr V, f fissati dalla rete COG regola P e Q 8

10 COGENERAZIONE A) COG in parallelo rete con trasferimento potenza verso la rete COG (Pcog) G (Pc) Rete (Ptr) V f Carico Pcog = Pc + Ptr (?) V f (?) 9

11 COGENERAZIONE A) COG in parallelo rete con trasferimento potenza verso la rete Pcog P (kw) Ptr V f Pc Rete Isola t (s) 10

12 COGENERAZIONE A) COG in parallelo rete con trasferimento potenza verso la rete COG (Pcog) G (Pc) Rete (Ptr) V, f Carico M G Polmone Elettrico (PCD) M Pcog = Pc + Ptr V, f = OK 11

13 COGENERAZIONE A) COG in parallelo rete con trasferimento potenza verso la rete Pcog Ptr P (kw) Energia accumulata dal PCD V f Pc transitorio Rete Isola t 12

14 COGENERAZIONE CASO B) PERDITA DELLA RETE CON ASSORBIMENTO DI ENERGIA DALLA RETE 13

15 COGENERAZIONE B) COG in parallelo rete con trasferimento potenza dalla rete COG (Pcog) G (Pc) Rete (Ptr) V, f Carico Pc = Pcog + Ptr V, f fissati dalla rete COG regola P e Q 14

16 COGENERAZIONE B) COG in parallelo rete con trasferimento potenza dalla rete COG (Pcog) G (Pc) Rete (Ptr = 0) V f Carico Pc > Pcog V f (?) 15

17 COGENERAZIONE B) COG in parallelo rete con trasferimento potenza dalla rete Pc1 P (kw) Stacco carichi Pcog Ptr V Pc2 f Rete transitorio Isola t (s) 16

18 COGENERAZIONE B) COG in parallelo rete con trasferimento potenza dalla rete COG (Pcog) G (Pc) Rete (Ptr) V, f Carico M G Polmone Elettrico (PCD) M Pc = Pcog + Ptr V, f = OK 17

19 COGENERAZIONE B) COG in parallelo rete con trasferimento potenza dalla rete Pcog Pc P (kw) Ptr Stacco carichi Energia ceduta dal PCD V Pc f transitorio Rete Isola t (s) 18

20 COGENERAZIONE CASO C) FUNZIONAMENTO IN ISOLA CON ELEVATE VARIAZIONI DEL CARICO 19

21 COGENERAZIONE C) COG in ISOLA con elevate variazioni di carico COG (Pcog) G (Pc) M G (Ptr) V, f Carico Polmone Elettrico (PCD) M Pc = Pcog ± Ptr V, f = OK 20

22 COGENERAZIONE C) COG in ISOLA con elevate variazioni di carico P (kw) Pcog Energia in/out dal PCD Pc3 Pcog Pc1 V Pc2 f Isola t (s) 21

23 COGENERAZIONE LA SOLUZIONE: UNIBLOCK UBT POWER CONDITIONING DEVICE 22

24 UNIBLOCK T: funzione PCD Schema di principio Bypass automatico come ridondanza in caso di emergenza Rete POWERBRIDGE G = = M G UNIBLOCK Utenze UNIBLOCK è collegato in derivazione alla linea del carico. La bobina disaccoppia il carico dalla rete. Raddrizzatore/inverter POWERBRIDGE eroga o assorbe energia Rendimento: 0,96 MTBF: h 23

25 UNIBLOCK T: funzione PCD Carico Potenza di bilanciamento Potenza principale G POWERBRIDGE M G UNIBLOCK Controllo COGENERAZIONE 24

26 UNIBLOCK T: funzione PCD Frequenza ±1 % Potenza Energia erogata dal UBT Energia assorbita dal UBT Tempo Carico Cogeneration power 0 Potenza UBT PCD Tempo 25 25

27 UNIBLOCK M/G Cuore del Sistema Cosa è UNIBLOCK: Macchina Sincrona Trifase con doppio avvolgimento statorico 26

28 UNIBLOCK: l evoluzione costruttiva Motore Generatore Tecnologia standard fino agli anni 80 Motore di lancio Avvolgimento motore Avvolgimento generatore Ventola Macchina compatta mono-rotore progettata da Piller nell anno 1981 Eccitatrice Raddrizzatore rotante Unica macchina elettrica estremamente affidabile comprendente motore e generatore 27

29 UNIBLOCK M/G Eccitazione senza spazzole Ventola Cuscinetto di lavoro Rotore unico con gabbia di smorzamento Avvolgimenti motore e generatore in unico statore Motore di lancio Disposizione verticale per bassa sollecitazione del cuscinetto Sede del cuscinetto reggispinta 28

30 POWERBRIDGE: la composizione Magnete di trazione Cuscinetto superiore Cuscinetto superiore di guida Raddrizzatore a diodi rotanti Avvolgimento eccitatrice Macchina sincrona principale Volano Cuscinetto inferiore Cuscinetto inferiore di sicurezza 29

31 UNIBLOCK T: autonomia con POWERBRIDGE Tempo di scarica del POWERBRIDGE da 16.5 MJ rispetto al carico applicato Bridging time /s UPS power /kva Carico Potenza CC Tempo massimo di scarica a 3600 rpm 400V 50Hz 480V 60Hz (kw) (s) kva kva kva kva kva kva kva kva kva kva

32 UNIBLOCK T: quadro elettrico Powerbridge Convertitore di frequenza Macchina Uniblock Pannello comandi Interruttori Rete, uscita e bypass 31

33 UNIBLOCK T Raffreddamento ad Acqua Temperatura aria scambiatore calore: Max Ingresso 65 C / Max Uscita 35 C Scambiatore Aria/acqua Flusso aria da 2500 fino a 10800m³/h Flusso acqua da 3.8 fino a 2x9.5m³/h L UNIBLOCK con sistema di raffreddamento ad acqua è connesso al circuito di acqua refrigerata del palazzo o stabilimento. 32

34 DIMENSIONAMENTO Dati necessari al dimensionamento del PCD: - Massima potenza trasferibile in rete durante il transitorio rete isola (o massima variazione del carico) - Comportamento dinamico della COG: kw/s erogabili dalla COG - Dimensionamento del M/G in base alla potenza da assorbire o erogare durante il transitorio - Dimensionamento volano PB in base all energia da accumulare o cedere durante il transitorio 33

35 DIMENSIONAMENTO Pcog Ptr kw Energia accumulata dal PCD Pc t (s) Ptr (kw) MJ = Ptr(kw) 2 (2 x kw/s cog x 1000) Uniblock Powerbridge 34

36 COGENERAZIONE CASE STUDY AMD Dresda SINCROTRONE Trieste 35

37 CASE STUDY 1) AMD: industria produzione di semiconduttori Processo: produzione microprocessori Applicazione: stabilità della frequenza e della tensione di stabilimento con la presenza della cogenerazione Problema: trasferimento dei disturbi dalla rete ai carichi critici; instabilità di frequenza e tensione dei motori a gas durante il transitorio rete-isola e l esercizio in isola Soluzione : 3 x UBT 1670 kva con Accumulatore PowerBridge 36

38 CASE STUDY 37

39 CASE STUDY Diagramma a blocchi Problema 20 kv PILLER UNIBLOCK-T PCD Reattanza di disaccoppiamento COG: 25 MW Motori a Gas - CHP G 20kV Premium Power L accoppiamento diretto con la rete, trasferisce tutti i disturbi ai carichi critici Stabilizzazione della rete durante l esercizio in isola dell impianto cogenerazione, a causa dell instabilità dei motori a gas Rete M G G UNIBLOCK Inverter POWERBRIDGE CHIP PLANT CARICO: 20 MW Soluzione PILLER POWER SYSTEM con reattanza di disaccoppiamento (PCD: Polmone elettrico) Esigenze del Cliente: 3 x UBT 1670 MV PILLER POWER SYSTEM stabilizza la frequenza e la tensione durante il funzionamento in isola Stabilità tensione: ± 8% (senza micro-interruzioni) Stabilità frequenza: ± 1% 38

40 CASE STUDY 2) Sincrotrone: centro di ricerca internazionale Processo: studio della luce Applicazione: stabilità della frequenza e della tensione con la presenza di una trigenerazione Problema: trasferimento dei disturbi dalla rete ai carichi critici; instabilità di frequenza e tensione dei motori a gas durante il transitorio rete-isola e l esercizio in isola Soluzione : 1 x UBT 1100 kva con Accumulatore PowerBridge 39

41 CASE STUDY La Sincrotrone Trieste S.C.p.A. è stata fondata il 4 novembre 1986 per volontà di un gruppo di scienziati con l'intento di creare ELETTRA, un laboratorio di luce di sincrotrone con caratteristiche innovative situato a Basovizza, nei dintorni di Trieste. 40

42 CASE STUDY 41

43 CASE STUDY Impianto elettrico della trigenerazione Carico: 1000 kw Motori a gas: 3 x 580 kw Rete Carico UBT PCD Motori a gas 42

44 CASE STUDY Installazione 43

45 CASE STUDY 44

46 CASE STUDY 45

47 CASE STUDY 46

48 CASE STUDY 47

49 CASE STUDY Prove in campo Evento: mancanza rete 2xCOG (50%): 580kW Carico: 310kW Export: 270kW Impianto Hz PB Hz 48

50 CASE STUDY Prove in campo Evento: mancanza rete 3xCOG (75%): 1305kW Carico: 600kW Export: 705kW Impianto Hz PB Hz 49

51 CONCLUSIONI Il sistema Piller PCD mette d accordo le esigenze della cogenerazione e quelle del carico, quando la rete viene a mancare.. Cogenerazione Piller PCD Carichi 50

52 Piller Power Systems Grazie per la Vostra attenzione V.le Colleoni Agrate Brianza (MB) Tel ; Fax Sito: