Tecnología de Conversión Eléctrica. David Solé Madrid,

Transcripción

1 Tecnología de Conversión Eléctrica David Solé Madrid,

2 Índice 1 Ingeteam 2 Topologías de conversión de potencia 3 Retos tecnológicos 4 Conclusiones Ingeteam 2

3 Ingeteam

4 Las claves Núcleo de negocio Tecnología de máquinas eléctricas, generadores y motores Electrónica de potencia Sistemas de automatización Ingeniería de aplicación + servicio 70 años en el sector eléctrico 35 años en el sector electrónico. Más de profesionales, - el 32% en ingeniería y desarrollo. - el 11% en I+D. Tecnología, Innovación = motor de crecimiento. Una oferta integral con soluciones individuales Ingeteam 4

5 Presencia de Ingeteam Generators Power Converters World Total (according to BTM report) Units Power Market Share Units Power Market Share 160 GW GW 9,06% GW 10,38% Ingeteam 5

6 Topologías de conversión eléctrica

7 Topologías Aplicaciones Convertidor parcial (PC) para turbinas con generador doblemente alimentado (DFM). Full-converter (FC) para turbinas con generador síncrono (imanes permanentes, excitación). Full-converter (FC) para turbinas con generador de jaula de ardilla. Convertidor parcial (PC) para turbinas con generador doblemente alimentado y exciter (xdfm). Ingeteam 7

8 Topologías Trade-off DFM + PC Ventajas Eficiencia total, fiabilidad, coste Desventajas Mantenimiento, conexión a red, cargas xdfm + PC Ventajas Conexión a red, conexión HVDC Desventajas Mantenimiento, concepto novedoso PMG + FC Ventajas Conexión a red, cargas mecánicas. Desventajas Coste, cadena de suministro, falta de madurez en el sector Síncrona + FC Ventajas Elimina incertidumbre de imanes (técnica y de suministro) Desventajas No es idónea para velocidad variable Jaula ardilla + FC Coste, robustez Ventajas Eficiencia Desventajas Ingeteam 8

9 Retos tecnológicos

10 Retos tecnológicos Retos principales Aumento de potencia Mejora de densidad de potencia Incremento de eficiencia Aumento de fiabilidad Facilidad de mantenimiento Prestaciones de conexión a red Condiciones ambientales extremas Reducción de coste Ingeteam 10

11 Retos tecnológicos Aumento potencia Generador: Tecnologías principales: PMG. Sin límite desde el punto de vista de tecnología de máquina. DFM / xdfm. Límite en torno a 6MW en BT. Es preciso subir tensión de vacío. Síncrono de excitación. Sin límite desde el punto de vista de tecnología de máquina. Asíncrona 10/12 polos (I de magnetización) Aumento potencia -> reducción de velocidad PMG 1000 rpm (fuerza centrífuga) Aumento potencia -> refrigeración agua Intercambiador aire - agua Camisa de agua Aumento potencia -> Incremento de tensión. Nivel marcado por convertidor y cableado. Aumento potencia -> Superconductividad? Ingeteam 11

12 Retos tecnológicos Aumento potencia Convertidor: Dos tecnologías principales: BT. Típicamente estructuras 2L, IGBTs 1700V -> Máximo ~6MVA MT. Típicamente estructuras 3L. IGBTs, IEGTs, IGCTs -> Min ~ 3MVA / Max ~12MVA HV-IGBTs IEGTs IGCTs Retos derivados: Paralelización. Refrigeración. Mantenimiento. Ingeteam 12

13 Retos tecnológicos Densidad de potencia Generador PMG mejor densidad de par 15rpm -> ~90T 500rpm -> ~13T 1000rpm -> ~10T Síncrono de excitación con densidad 15% menor. DFM con densidad ~30% menor Convertidor (back to back) BT 1,2MVA ~1.6MVA/m 3 BT 1,7MVA ~1.9MVA/m 3 MT 3MVA ~2.1MVA/m 3 Ingeteam 13

14 Retos tecnológicos Eficiencia Generador ~95% a baja ω PMG ~98% a alta ω Síncrono de excitación ~93% a baja ω ~96% a alta ω DFM ~96,5% Jaula ardilla, xdfm ~95% Convertidor DFM/xDFM aplica a un ~15% de la Potencia FC aplica al 100%: BT ~97% MT ~98% % Rend. Effici % ency Efficiencies for different solutions RENDIMIENTO , , ,000 97, , , ,000 93, Generador de jaula con PWM 92,000 Design1-1000rpm 92 91,000 Generador de imanes permanentes Design2-450rpm Design3-15rpm Generador de jaula sin PWM 91 90, ,42 387,92 891, , , , , , ,00 Generador doblemente Page alimentado No. Design1-1000rpm 89,997 95,292 97,202 98,008 98,387 98,452 98,447 98,406 98, Design2-450rpm 91,227 95,886 97,561 98,248 98,561 98,597 98,581 98,545 98, Design3-15rpm 95,938 97,070 97,222 97,064 P (kw) 96,770 96,214 95,611 95,141 95,466 kw Ingeteam 14

15 Retos tecnológicos Fiabilidad y mantenimiento Generador DFM: Desgaste escobillas y cuerpo de anillos. PMG: Corrosión de imanes, desmagnetización. Síncrono de excitación: Excitación independiente, rotor bobinado -> cortocircuito. Jaula de ardilla: Tecnología muy madura. Convertidor DFM / FC: Más electrónica y mayor número de semiconductores -> MTBF. Integración en red (resonancias, redes débiles, armónicos, soporte para conexión a red ). Conveniencia de redundancia. Ingeteam 15

16 Retos tecnológicos Conexión a red Nuevos códigos de red: PO.12.2 (España), SDL WindV (Alemania) Principales requisitos: ZVRT Rango de tensión: UVRT, OVRT, LVRT Repetición Rango de frecuencia Control de potencia activa ( almacenamiento?) Control de potencia reactiva Calidad de energía (IEC , IEC y 3-7, EN50160, IEEE 519) Ingeteam 16

17 Retos tecnológicos Condiciones ambientales Temperatura Hasta la fecha: -20ºC / 45ºC. Nuevo estándar: -30ºC / 50ºC Importante, cold climate (almacenamiento a -40ºC). Humedad Hasta la fecha: 90%, sin condensación. Emplazamientos con humedades muy elevadas -> 100%. Corrosión Anteriormente: C3H. Emplazamientos marinos y desérticos -> C4H, incluso C5. Además, aumento de IP. Vibraciones Nuevos espectros en plataformas offshore. Ingeteam 17

18 Retos tecnológicos Coste El reto es mejorar y aumentar prestaciones, pero cada vez a menor coste. Coste de inversión: Validación de componentes, tecnología puntera para reducir costes Coste de operación y mantenimiento: Aumento MTBF, alarmas preventivas, mejora autodiagnóstico, control remoto, etc. Ingeteam 18

19 Conclusiones

20 Conclusiones Condiciones ambientales Logros / retos Aumento potencia -> Abanico amplio de tecnologías competitivas. Reducción de tamaños y pesos / MW. Mejora prestaciones de conexión a red. Aumento fiabilidad -> Mejora disponibilidad. Colonización de emplazamientos más complejos (offshore). Contribución a reducción de coste kw/h (eficiencia y reducción de costes). Ingeteam 20

21 Condiciones ambientales Ingeteam 21

22 Gracias por su atención