Verona, 29-30 ottobre 2013!
COGENERAZIONE STABILIZZAZIONE DELLA FREQUENZA E DELLA TENSIONE IN ISOLA PILLER PCD (Power Conditioning Device) TECNOLOGIA E APPLICAZIONI mcter 29 ottobre 2013 1
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
Prodotti Gruppi rotanti di continuità - potenza UPS installata > 3.000 MVA - numero di installazioni > 5.000 - numero di macchine > 7.000 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
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
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
COGENERAZIONE 6
COGENERAZIONE CASO A) PERDITA DELLA RETE CON CESSIONE DI ENERGIA VERSO RETE 7
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
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
COGENERAZIONE A) COG in parallelo rete con trasferimento potenza verso la rete Pcog P (kw) Ptr V f Pc Rete Isola t (s) 10
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
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
COGENERAZIONE CASO B) PERDITA DELLA RETE CON ASSORBIMENTO DI ENERGIA DALLA RETE 13
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
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
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
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
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
COGENERAZIONE CASO C) FUNZIONAMENTO IN ISOLA CON ELEVATE VARIAZIONI DEL CARICO 19
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
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
COGENERAZIONE LA SOLUZIONE: UNIBLOCK UBT POWER CONDITIONING DEVICE 22
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: 1.300.000 h 23
UNIBLOCK T: funzione PCD Carico Potenza di bilanciamento Potenza principale G POWERBRIDGE M G UNIBLOCK Controllo COGENERAZIONE 24
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
UNIBLOCK M/G Cuore del Sistema Cosa è UNIBLOCK: Macchina Sincrona Trifase con doppio avvolgimento statorico 26
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
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
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
UNIBLOCK T: autonomia con POWERBRIDGE Tempo di scarica del POWERBRIDGE da 16.5 MJ rispetto al carico applicato Bridging time /s 140 120 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 UPS power /kva Carico Potenza CC Tempo massimo di scarica a 3600 rpm 400V 50Hz 480V 60Hz (kw) (s) 133 122 330 kva 292 57 420 kva 373 45 500 kva 444 38 625 kva 548 31 750 kva 658 25 800 kva 688 24 1000 kva 860 19 1100 kva 946 17 1300 kva 1118 15 1670 kva 1404 12 30
UNIBLOCK T: quadro elettrico Powerbridge Convertitore di frequenza Macchina Uniblock Pannello comandi Interruttori Rete, uscita e bypass 31
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
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
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
COGENERAZIONE CASE STUDY AMD Dresda SINCROTRONE Trieste 35
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
CASE STUDY 37
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
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
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
CASE STUDY 41
CASE STUDY Impianto elettrico della trigenerazione Carico: 1000 kw Motori a gas: 3 x 580 kw Rete Carico UBT PCD Motori a gas 42
CASE STUDY Installazione 43
CASE STUDY 44
CASE STUDY 45
CASE STUDY 46
CASE STUDY 47
CASE STUDY Prove in campo Evento: mancanza rete 2xCOG (50%): 580kW Carico: 310kW Export: 270kW Impianto Hz PB Hz 48
CASE STUDY Prove in campo Evento: mancanza rete 3xCOG (75%): 1305kW Carico: 600kW Export: 705kW Impianto Hz PB Hz 49
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
Piller Power Systems Grazie per la Vostra attenzione V.le Colleoni 25-20864 Agrate Brianza (MB) Tel. 039 689 2735; Fax. 039 689 9594 Sito: www.piller.com; E-mail: italia@piller.com 51