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


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).


• 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


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)


>0

Machine on loadSupplies active power (>0) and absorbs reactive power (<0)



MacchinaSincronafunzionante comeCOMPENSATORE

Rotor Stator

Operation point


>0

Machine at no loadSupplies reactive power (>0). No active power

Active power, P>0



Operation point


>0

Machine at no loadAbsorbs reactive power (<0). No active power

Active power, P>0




Compensatori Sincroni – Possibili tecnologie

• Static VAr Compensators:

• Variable VAr Control:

Synchronous Condenser

Static Reactive Power

Short Circuit Capacity / Inertia

Variable Reactive Power


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


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


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.


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


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


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


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


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


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)


Impianto Compensatore Sincrono - Single line tipico


Impianto Compensatore Sincrono – Componenti Principali

Step-up Transformer

Generator Circuit Breaker

Air Cooled Generator


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


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


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


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


Impianto Compensatore Sincrono – Sistema Elettrico

MV/LV Transformer

MV- Switchgear

DC battery power and DC distribution system

LV- Switchgear

UPS- System


Compensatori Sincroni - 2 unità in parallelo in edificio


Compensatore Sincrono – installazione in Container

• The static starting device and the static excitation system is installed in a container module.Container


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


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


Compensatore Sincrono di Bergrheinfeld


Compensatore Sincrono di Bergrheinfeld


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

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