Porque Usar HVDC. Rafael Bonchang. Chile Noviembre 2010 GRID

Transcripción

1 Porque Usar HVDC Rafael Bonchang Chile Noviembre 2010 GRID

2 - - P 2 Qué es: POWERELECTRONICS en Alstom Grid?

3 Power Electronics Alcance de Actividades 500 kv HVD C FACTS TRACTION 2 4 Control del flujo de la potencia HVDC: para Back to Back y Punto a Punto (línea o cable) Calidad de energía FACTS: SVC, de STATCOM... Para empresas de servicio público e industria Suministros de energía Subestaciones rectificadoras para electrólisis: para la producción de aluminio, cloro, cobre, zinc hasta 500kA VDC. Subestaciones para tracción: CA y CC Suministros especiales, por ejemplo. Laboratorios ELECTROLYSIS ka - - P 3

4 - - P 4 Tipos de HVDC y Ventajas en Usar HVDC para Transmisión de Larga Distancia

5 HVDC Transmisión Básica Lado de Mandar Transformador Rectificar DC link Inversión Lado de Recibir Vdc F Idc F Filtro Armónico (Potencia Reactivo) i i Idc i Iac t t Iac t - - P 5

6 Tipos de HVDC Back-to-Back Cambio de frecuencia AC Conexión asincrónica DC Estación 1 AC Punto a Punto línea Transmisión grandes potencias Sobrecarga Punto a Punto el cable submarino Transmisión grandes potencias Submarino o subterráneo AC AC Estación 1 Estación 1 DC Estación 2 AC DC Estación 2 AC Cable Submarino - - P 6

7 HVDC: Cuales son los controles del mercado? - - P 7 Tomar ventaja de satisfacer la demanda de diferente regiones Incluyendo la generación de plantas eólicas cerca de la costa Comercio de energía Desregulación Mejorar el sistema Seguro en contra de los descensos, las interrupciones & los apagones Cuál es el valor en la ecuación de rendimiento de la inversión? La herramienta perfecta

8 Ventajas de enlaces de HVDC La Transmisión de Potencia en un enlace de HVDC es completamente controlable - rápido y exacto! El operador o el control automático determinan cuánto transmite el enlace. Un enlace de HVDC es asíncrono - el voltaje de CA y la frecuencia en las dos redes de CA pueden ser controlados independientemente El enlace de HVDC puede ayudar a una de las redes o a las dos redes (por ejemplo Power System Damping) Los enlaces de HVDC no incrementan el nivel de cortocircuito del sistema Las fallas no se transfieren de un sistemas interconectado al otro. HVDC aumenta la capacidad de transmisión en una vía determinada "Hasta 3 veces más potencia por la torre" HVDC puede transportar la energía económica y eficientemente sobre distancias más largas que las líneas de CA o cables subterráneo A veces HVDC es la única alternativa! - - P 8

9 Una nueva red? El Propósito Exportar energía - - P 9 Compartir reservas Evaluación En comparación con el desarrollo continuo, separado o utilizar el capital en otros lugares Costo de las pérdidas para comparar alternativas Inversión Términos Financieros Acceso al mercado Se pagará? Los Riesgos Aprobaciones, preguntas ambientales, riesgos civiles? Demoras Cambio de reglas del mercado Cambio institucional Acciones del competidor Fuentes alternativa de energía Tipos de cambios Inflación, tipo de

10 Una nueva red? El Propósito Exportar energía - - P 10 Compartir reservas Se pagará? Evaluación Los Riesgos GANAR En comparación con el DINERO Aprobaciones, preguntas desarrollo continuo, separado o utilizar el ambientales, riesgos civiles? capital en otros lugares Costo de las pérdidas para comparar alternativas Inversión Términos Financieros Acceso al mercado Demoras Cambio de reglas del mercado Cambio institucional Acciones del competidor Fuentes alternativa de energía Tipos de cambios Inflación, tipo de

11 Dueños Públicos o Privados? Pensamiento Dueño Público: visión a largo plazo para el beneficio público capacidad de beneficio neto las necesidades de una estructura común pero: las necesidades de una entidad separada para desarrollar el comercio el gobierno puede cambiar (ambos lados) - - P 11 Pensamiento Dueño Privado : lo que las tendencias del mercado encuentra otros nichos no puede, explota un vacío Pero: No aceptará sólo una ganancia marginal No se puede aplicar a los fondos públicos si es problema Opera bajo un dominio regulador

12 Dueños Públicos o Privados? GANAR DINERO GANAR MAS DINERO Pensamiento Dueño Público: visión a largo plazo para el beneficio público capacidad de beneficio neto las necesidades de una estructura común pero: las necesidades de una entidad separada para desarrollar el comercio el gobierno puede cambiar (ambos lados) - - P 12 Pensamiento Dueño Privado : lo que las tendencias del mercado encuentra otros nichos no puede, explota un vacío Pero: No aceptará sólo una ganancia marginal No se puede aplicar a los fondos públicos si es problema Opera bajo un dominio regulador

13 Por qué usar HVDC? Conexión a generación lejana >800 km Enlaces submarinos >50 km Conversión de frecuencia 50-60Hz Cuando la sincronización de conexiones de CA es imposible Estaciones Convertidor DC Estacione AC Costo de la Estación DC AC Punto de inflexión Distancia de Trasmisión La herramienta perfecta - - P 13

14 Más potencia por Torre 1850MW 1850MVA 5550MW DC AC DC - - P 14 Hasta 3 veces más potencia

15 Transmisión de energía vía cables AC Carga y descarga Cada medio ciclo DC Solamente Carga el Cable una vez T P 15

16 Paralelo entre Trasmisión en AC y DC V 1 I L X L V 2 Potencia Potencia = V 1 V 2 Sen X L V 1 V 2 X L Tensión de salida (Potencia) Tensión de llegada (Potencia) Reactancia de Trasmisión de la red Ángulo entre la tensión de salida y la de llegada T P 16

17 Paralelo entre Trasmisión en AC y DC V 1 V 2 X L V 1 I L X L V 2 Potencia Potencia = V 1 V 2 MÁS POTENCIA SE PUEDE TRANSMITIR EN UN SISTEMA CA X L Sen CUANDO HAY UNA INTERCONEXIÓN DE Tensión de salida (Potencia) DC EN PARALELO Tensión de llegada (Potencia) Reactancia de Trasmisión de la red Ángulo entre la tensión de salida y la de llegada T P 17

18 No suma al nivel de Corto Circuito ~ ~ ~ ~ AC SYSTEM ~ X X ~ X - - P 18

19 Sobreviviendo a un Black Out - - P 19

20 Efecto de los controles de amortiguación Hz 64 OFF Hz 64 ON Equivalente Frecuencia de Máquina en la región de Mani t (sec) Velocidad de Generación en la Central Kettle Hz Hz t (sec) T P 20

21 Efecto de los controles de amortiguación Hz Hz 0.2 OFF UNA Hz 64 INTERCONEXIÓN EN DC AYUDA A ON 58 t (sec) 10BAJAR LOS Velocidad de Generación en la Central Kettle EFECTOS DE Hz 0.2 PERTURBACION EN LOS SISTEMAS 0 AC t (sec) Equivalente Frecuencia de Máquina en la región de Mani T P 21

22 Pérdidas de Transmisión Pérdida con carga Pérdida Cu Transformador Convertidor de pérdida en carga Filtro de Pérdidas Fundamental Harmónica 0.8% 0.7% Pérdida de sin carga Pérdida Fe Transformador Convertidor sin carga Pérdidas Perdidas Auxiliares 0.2% 0.0% 0.0p.u 0.5p.u 1.0p.u Potencia de Trasmisión - - P 22

23 El Futuro - - P 23

24 Ultra Sistema de 800 kv DC de Transmisión - - P 24

25 UHVDC Perspectives 600kV-800kV - - P 25

26 Ensayos de Impulso - - P 26

27 Ensayos en Bushing del Transformador - - P 27

28 Voltage Source Converters VSC - - P 28

29 Que es VSC Transmisión VSC = Voltage Source Converter Condensador normalmente usado como el almacenamiento de energía VSC usa componentes de conmutación propia como GTO (Gate Turn Off Thyristor) - como usado en ALSTOM STATCOM IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) VSC genera su propia tensión de AC en el sistema recibiendo con la Q 1 amplitud Pcontrolada Q 2 y el ángulo de fase I C1 Network 1 VSC U C1 U C2 VSC Network 2 Station 1 DC transmission Station 2 line - - P 29

30 Por qué HVDC de VSC? Beneficios comparando con HVDC clásico P 30 Puede usar transformadores de Potencia Normal Cualquiera fábrica de transformador de potencia de T&D de ALSTOM se puede usar Puede Controlar potencia activa y reactiva en un equipo Elimina la necesidad para equipo de compensación distinto Mínimos Requisitos de filtro y no switching de poder reactiva Reduce la ingeniería de aplicación significativamente Operación en niveles de bajo short-circuit ratios Conectar a cualquier red sin estudios complicados y refuerzo de sistema La configuración multi-unidad terminal es mas fácil

31 Por qué HVDC de VSC? Beneficios comparando con HVDC clásico - 2 Capacidad de Black Start con poco equipo adicional Siempre un requisito para aplicaciones en parque eólico del mar - - P 31 Dimensiones pequeño y peso bajo Ideal para los barrios céntricos de cuidad, el impacto visual es reducido Cambia la dirección de Potencia ajustando el voltaje de CC en ambas Significativamente más fácil de obtener permite para la Ruta estaciones Más fácil Aplicaciones de planificación para edificios Permite el uso de cables poliméricos Estudios de sistema mucho más simples baratos

32 Comparación de HVDC clásico y transmisión de VSC LCC Clásico VSC Transmisión Precio de Estación J K Perdidas J L Confiabilidad / Disponibilidad J L Control de potencia reactiva K J Capacidad de inicio negra K J Tamaño K J Experiencia en Servicio J L Rango de Potencia J L Transmisión de larga distancia J L - - P 32

33 Ejemplo de Proyectos - - P 33

34 Experiencia de ALSTOM en HVDC Nelson River OHL BP MW 1973/93 BP MW 1978/85 * De-icer+SVC 250 MW 2008 Konti-Skan MW Cable 2006 Lingbao II 750 MW BtB 2009 Nindong-Shandong 4000 MW / 660 kv 1335 km G-Shanghai II McNeill 150 MW BtB 1989 Rio Madeira ** 3150 MW / 600 kv 2375 km 2013 Rivera 70 MW BtB 2000 Melo 500 MW BtB 2010 UK-France 2000 MW Cable GCCIA BtB 3 x 600 MW 2009 SACOI 380 MW Cable+OHL 1967/85/93 Vizag 500 MW B-B 1999 Chandrapur 2 x 500 MW BtB MW / 500 kv 970 km 2010 China-Russia 750 MW BtB 2008 Cheju-Haenam 300 MW / 180 kv 100km Cable 1999 Cheju-Jindo 400 MW / 250 kv 122 km Cable 2011 Sasaram 500MW BtB 2001 Contractos en ejecución - - P 34

35 El mercado de DC va a crecer 44% en 2015, según la investigación de Pike uno de los sectores más importante de más alto crecimiento dentro del mercado de la alta tensión en corriente continua (HVDC). Las previsiones en términos de inversión global anual en HVDC se incrementará en los próximos cinco años, pasando de 8,4 billones dólares en 2010 a $ 12.1 billones en / /en/High-Voltage-DC- Transmission-Market-Grow P 35 Predicciones del Mercado

36 GRID

37 Power Electronics Actividades Relaciones Importantes Estudios de Systema /Diseño MICROELECTRONIC COMPONENTES Transformador de Poder Machine COMPONENTES de PODER ALGORITMOS TOPOLOGIA Robustness POTENCIA INTEGRATION ENFRIAMIENTO Alstom Grid PEA - - P 37

38 HVDC & FACTS HVDC hasta 500kV, 3000 MW SVC hasta 38kV, 600 MVAr > Puntos Importantes del Producto: Como Línea de Producto HVDC y FACTS: Convertidora de Alta Tensión usando Tiristores para todos tipos de HVDC Static VAR Compensadores usando Tiristores Lugares: Sistemas de Compensación en Series HVDC Excellence centre: Stafford UK (PES) FACTS Excellence centre: Tampere Finland (PET) R&D centre: Constance - Germany (PEK) Competence Centre: Philadelphia US (PEP) Engineering centre: S Paulo - Brazil (PER) Engineering centre: Noida - India (PEI) Engineering centre: Beijing - China (PEZ) - - P 38

39 Rol del HVDC en redes Smart Grid Ejemplo UE - - P 42

40 + V - V 132kV 11kV 11kV 400V 400V - - P 43

41 Distribution Transmission Estructura Tradicional de una Red Eléctrica Power flow Power plant 12kV 380kV 380kV Transmission Transmission Network Network Heavy Industry 220/110kV 110kV 25kV Rail Traffic Rail Traffic Residential Areas 380/220kV 20kV 20kV Department Stores, Offices, Light Industry 400/230V Family Homes - Farmhouses Farmhouses - - P

42 Estructura Tradicional de una Red Eléctrica Redes de Corriente Eléctrica: Centralizada y la generación de energía a granel Radial de la red de distribución Una forma de flujos de potencia Centralizada la operación Número limitado de jugadores Limitada de interconexión entre las redes La planificación integrada y la Deficiencias: operación Limitada integración de la generación renovable La disminución de la fiabilidad técnica Limitación de la apertura de los mercados Escasas oportunidades para los - - P 45

43 Los retos de la UE para 2020 y más allá 50GW de la energía eólica en el norte? Micro-generación en millones de hogares? Ackgt EON Interacción con el cliente y aplicaciones inteligentes Ackgt TechFreep además de las variaciones del viento / las nubes / cliente la elección... 30GW de la energía solar en el Sur? Nueva HVDC Enlaces y Interconexiones - - P 46

44 Los retos de la UE para 2020 y más allá 50GW de la energía eólica en el norte? Ackgt TechFreep Ackgt EON Micro-generación en millones de hogares? SmartGrids serán necesario para garantizar la seguridad, conectar además de las variaciones del viento / las nubes / cliente la elección... Interacción con el cliente y aplicaciones inteligentes y utilizar energías sustentables, y dar valor al dinero 30GW de la energía solar en el Sur? Nueva HVDC Enlaces y Interconexiones - - P 47

45 HVDC para Redistribuir Energías Renovables La energía renovable no se distribuye uniformemente La energía eólica en el noroeste de Europa Energía solar en el Norte de África y Europa La energía hidráulica (se puede utilizar para el almacenamiento) en las zonas montañosas 3000km HVDC es la forma más eficiente de transporte de energía sobre distancias tan largas - - P 48

46 - - P 50 Las cosas que ya usamos que son parte Smart

47 Soluciones Existentes de SmartGrids HVDC FACTS Limitadores de Corrientes de Fallas Switches Ultra Rápidos Controladores Online de Estabilidad Conocimiento en Tiempo Real de la Situación Unidades de Medición de Fasores Medición Microgrid - - P 51 Medidores

48 Power Electronics en Redes de Media Tensión P HV Network Transmission P MV Network 1 Distribution Conexión directa de CA no es posible porque el nivel de falla de alta MV Network 2 Distribution Modelo Tradicional: Red diseñada para el flujo de alimentación de alta tensión a MV - - P 52

49 Power Electronics en Redes de Media Tensión HV Network Transmission P P P P MV Network 1 Distribution MV Network 2 Distribution Q + V + V Q STATCOM - V - V STATCOM - - P 53

50 Power Electronics en Redes de Media Tensión HV Network P P MVDC Link P MV Network 1 MV Network 2 P Q + V + V Q P P - - P 54 STATCOM with energy storage - V MVDC Link - V STATCOM with energy storage To MV Network 3