uvt curs supergrids

Mircea Eremia Ciprian Diaconu Monica Ungureanu Lucian Toma

UniversitateaPolitehnica din

Bucuresti

UniversitateaPolitehnica din

Bucuresti

TractebelEngineering

Transelectrica

SuperReţele de transport al energiei electrice în Europa

CNR-CME, International Power Grid Interconnections, 20 noiembrie 2013, Bucureşti

Obiective:(i) Evacuarea energiei electrice din viitoarea reţea offshore din

Marea Nordului către marile centre de consum din Europa(ii) Transportul unor cantităţi de energie electrică de provenienţă

solară (PV) din Sudul Europei (inclusiv Nordul Africii) către consumatorii din Europa Centrală

(iii) Dezvoltarea unei pieţe unice de energie electrică(iv) Îmbunătăţirea siguranţei în funcţionare a ENTSO-E pentru

evitarea congestiilor şi blackout-urilor

Realizare: Dezvoltarea unor magistrale de mare capacitate la tensiune continuă – numite SuperGrid HVDC, care vor fi exploatate în paralel cu sistemul HVAC European

Context

Restricţii: Dificultăţi în construcţia de noi linii de transport aeriene

Definiţii:

Ce este super-reţeaua/supergrid/highway?

“un sistem de transport al energiei electrice, bazat în principal pe legături la tensiune continuă (HVDC), proiectat pentru a facilita producerea de energie electrică sustenabilă în cantităţi mari în zone îndepărtate şi transportul către centre de consum, unul din atributele fundamentale ale acestora (HVDC) va fi eficientizarea pieţei de energie electrică”.Sursa: Friends of the SuperGrid

“o potenţială opţiune pe termen lung (2050) pentru combinarea reţelelor offshore (HVDC/HVAC), reţelei electrice continentale HVAC, proiectelor DESERTEC şi MedRing, ca părţi ale reţelei de transport pan-Europeană, în vederea integrării pe scară largă a surselor regenerabile”

“acele părţi ale sistemului de transport Britanic care sunt conectate la tensiuni de depășesc tensiunea de 200 kV”.Sursa: Friends of the SuperGrid

GEN 10

GEN 1

CBUS- 8

BUS- 2

BUS- 30

BUS- 39

BUS- 1

BUS- 8

BUS- 9

CBUS- 8

BUS- 16

BUS- 12

CBUS- 12

GEN 9

CBUS- 12

GEN 3

BUS- 28

BUS- 37

CBUS- 18

BUS- 26

CBUS- 26

GEN 8

CBUS- 26

BUS- 29

BUS- 5

BUS- 25

CBUS- 25

CBUS- 25

BUS- 17

BUS- 3

CBUS- 39

CBUS- 39BUS- 18

BUS- 4

CBUS- 3

CBUS- 4

CBUS- 3

CBUS- 16

CBUS- 18

BUS- 27

CBUS- 27

CBUS- 28

CBUS- 27

CBUS- 28

CBUS- 29

CBUS- 29

CBUS- 16

BUS- 15

CBUS- 15

CBUS- 15

BUS- 19

CBUS- 24

BUS- 38

CBUS- 24

CBUS- 21

BUS- 22

CBUS- 21

BUS- 21

GEN 4

BUS- 24

BUS- 20

BUS- 33

BUS- 23

BUS- 35

GEN 6

BUS- 14

CBUS- 7CBUS- 31

GEN 2

BUS- 6 BUS- 7

BUS- 31

CBUS- 4

CBUS- 31

CBUS- 7BUS- 13

BUS- 11

BUS- 10

BUS- 32

BUS- 34

BUS- 36 CBUS- 23

CBUS- 20

GEN 5

GEN 7 CBUS- 23

CBUS- 20

HVDC

HVAC

Proiecţie în viitor

Reţeaua electrică modernizată

Super-reţeauaelectrică

Densitatea populaţiei în EuropaVedere din satelit asupra Europei

Evoluţia către Supergrid

3400 km

4600 km

Consumul total de energie electrică în ENTSO-E, în anul 2011


... x 1000 tep

Sursa: Eurostat

Viteza medie a vântului la nivelul rotorului turbinei


Puterea instalată în CEE în Europa, în anul 2012

Resurse solare în Europa şi vecinătăţi Puterea instalată în PV până în 2012

Puterea instalata în PV, în MW


(valori exprimate în W/locuitor)

Fluxuri de energie electrică în Europa

2010 2011

Zone sincrone şi legături asincrone în Europa

CapacitCapacitateate: 828 GW: 828 GWConsumConsum: 3400 : 3400 TWhTWh//ananSchimburi de energieSchimburi de energie: 400 : 400 TWhTWh//ananPopulaPopulaţţiaia: 525 mil: 525 mil.. îînn 34 34 ţţăriări

ENTSOENTSO--E: ATSOI, BALTSO, NORDEL, UCTE, UKTSOAE: ATSOI, BALTSO, NORDEL, UCTE, UKTSOA

... în 2008

... în 2009Cabluri Cabluri HVDCHVDC

HVDC B2BHVDC B2B

Linii Linii HVACHVAC

UCTE

UPS/IPS

NORDEL

UKTSOAATSOI

CapacitCapacitateate: : 663311 GWGWVârf de sarcinăVârf de sarcină: : 390 390 GWGWConsumConsum: : 2525330 0 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: 4: 45050 mmilil..

CapacitCapacitateate: 9: 944 GWGWVârf de sarcinăVârf de sarcină: : 6666 GWGWConsumConsum: : 405 405 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: 2: 244 mmilil..

CapacitCapacitateate:: 333737 GWGWVârf de sarcinăVârf de sarcină::215215 GGWWConsumConsum: 12: 128585 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: 280: 280 mmilil..

CapacitCapacitateate: : 85 85 GWGWVVâârfrf de de sarcinăsarcină: : 6666 GWGWConsumConsum: : 400 400 TWhTWhPopulaPopulaţţieie: : 6565 mmilil..

Sistemele electroenergetice sunt încă vulnerabile

+2004 GRECIA2005 INDONEZIA (100 mil. loc.)2005 RIO DE JANEIRO (atac cibernetic)2006 UCTE (eroare umană, 15 mil. case)2007 BARCELONA (72 ore)2007 COLUMBIA2008 FLORIDA2009 BRAZILIA+PARAGUAI (87 mil loc.)2010 CHILE (15 mil. loc.)2011 BRAZILIA (53 mil. loc.)2011 ARIZONA2012 TURCIA (20 mil. loc.)2012 INDIA (670 mil. loc.)2012 CIPRU2013 TURCIA (1.6 mil. loc.)

Mari avarii la început de mileniu

Italia in întuneric

Sistemele electroenergetice sunt încă vulnerabile

Italia, 27-28 Septembrie 2003

Transportul şi controlul circulaţiei de putere activă în sisteme mixte

HVDC & FACTS (la HVAC) Super Grid

VSC-HVDCDefazorSC + TCSCSVC + STATCOM

Prima linie experimentală de transport pe distanţă mare (57 km) Miesbach-Munich cu o putere nominală de 2,5 kW.1882

Apariţia redresorului cu valve cu vapori de mercur Hewitt.1901Prima legătură HVDC cu valve cu mercur, 100 kV, 20 MW, 96 km, Gotland 1 (Suedia).1954Prima legătură HVDC cu valve de tiristoare (upgrade), Gotland 1 (Suedia).1970

Tensiunea pol-pol (±600 kV), Itaipú – Sao Paulo (Brazilia), 2x3150 MW, 785 km + 805 km.1987

Prima legătură cu 3 terminale Quebec – New England, LEA, ±450 kV, 2500 MW, 1480 km.1992Primul convertor sursă de tensiune - IGBT, Gotland 2 (Suedia), ±80 kV, 50 MW, 2x70 km.1999

Primul pas către ± 800 kV, legătura Yunnan-Guangdong (China), 5000 MW, 1418 km.2009/2011

Momente importante în dezvoltarea tehnologiei HVDCV

alva

cu t

iris

toar

e-C

SCV

alva

cu m

ercu

rC

onve

rtor

VSC

Cea mai lungă LEA, CSC-HVDC, Rio-Madeira (Brazilia), ±600 kV, 3150 MW, 2375 km

2013 Cea mai mare capacitate de transport, LEA CSC-HVDC, Jinping (China), 7200 (7600) MW, ±800 kV, 2090 km.

2014Cea mai mare capacitate de transport la VSC-HVDC, cablu subteran, INELFE (Spania-Franța), 2x1000 MW, ±320 kV, 64,2 km.2014

Sistemul NEA, LEA CSC-HVDC cu 3 terminale, India, ±800 kV, 7500 MW, 1728 km 2015

Tensiunea pol-pol (±500 kV), Nelson River (Canada), 2000 MW, 940 km.1985

Singura LEA VSC-HVDC, Caprivi (Namibia), 350 kV, 300 MW, 950 km.2000

Sistemul MMC-HVDC cu 5 terminale, Zhoushan, China, ±200 kV, 400 MW, 134 km 2015

HVDC-CSC vs. HVDC-VSCHVDC Clasic (CSC – Current Source Converter)

HVDCPLUS / HVDCLIGHT / HVDC MaxSine (VSC – Voltage Source Converter)Siemens / ABB / ALSTOM

HVDC-CSC vs. HVDC-VSC: Avantaje şi dezavantaje

Sisteme Avantaje Dezavantaje

HVDC-CSC

- se pot construi sisteme de putere mare și niveluri ridicate de tensiune prin linii aeriene (LEA)

- pierderi de putere activă mici (cca. 0.75%)

- pantă mică de creștere a curentului de scurtcircuit

- modificarea sensului de circulație a puterii prin inversarea polaritățiitensiunii

- riscul de defect la comutație, colapsul tensiunii pe partea t.c.

- necesită legătură electrică “solidă”pe partea t.a.

- consumă putere reactivă și necesită filtre de dimensiuni mari pentru armonice

- vulnerabil la defecte în sistemul t.a.

- maxim 3 terminale

HVDC-VSC

- formă bună a tensiunii pe partea t.c.- modificarea sensului de circulație a

puterii prin inversarea curentului prin linia t.c.

- permite folosirea cablurilor extrudateXLPE

- nu există consum de putere reactivă, iar armonicele sunt reduse

- permite legături cu peste 3 terminale- nu necesită comunicare între

terminale

- limitări, pentru moment, privind capacitatea de transfer

- pierderi de putere puțin mai mari la stațiile de conversie

- vulnerabilități la defecte pe partea t.c.

Comparaţie privind capacitatea de transport

Progresul dispozitivelor semiconductoare pentru HVDC

Performante tehnice ….

Convertor ±800 kV


Tensiunile AC şi DC

Sunt necesare:- Compensarea puterii reactive- Filtre de armonice

Tehnologia CSC (convertor sursă de curent)

Convertor cu două niveluri

Convertor cu trei niveluri

Convertor multi-nivel4 submodule pe valvă

(ex: Muralink – Australia, 2002,Cross Sound Cable – USA, 2003)

(propus de Marquardt în 2003,Utilizat prima dată la Trans BayCable – San Francisco, 2010)

Se

elim

ină

filtre

le d

e ar

mon

ice


Sursa: Siemens


Structura unui convertor MMC Tensiunea AC obţinută de convertorul MMC

Comparaţia cu un multi-switch Configuraţia multinivel

Convertorul MMC (Modular Multi-Level Converter)

MMC 400 MW (Siemens)

Fiecare dintre cele 6 braţe ale convertorului este format din 216 semi-punţi

Segment de braţ al unui convertor


Convertorul MMC (Modular Multi-Level Converter)

Întreruptorul principal este format din mai multe celule de întreruptor HVDC protejate individual prin descărcătoare proprii, care au rolul de a limita tensiunea maximă la bornele fiecărei celule pe perioada întreruperii/ruperii curentului.

Fiecare celulă de întreruptor HVDC conţine 4 “pachete” de întreruptor HVDC suprapuse, acţionând câte două pentru fiecare sens al curentului. Fiecare pachet este compus din 20 de dispozitive IGBT conectate în serie.

În Septembrie 2011, ABB a anunţat lansarea primului întreruptor DC pentru HVDC, însă acesta nu este utilizat încă într-un sistem comercial.


Celulă de întreruptor

Celulă de întreruptor HVDC.

Caracteristici: Timpul de acţionare pentru (între)ruperea curentului este de 5 milisecunde, iar capacitatea de rupere a curentului poate ajunge la 9 kA la o linie HVDC cu tensiunea nominală de 320 kV şi curentul nominal de 2 kA.

Întreruptorul DC - ABB


Realizat de: ABB şi AlstomPunerea în funcţiune: 2012Puterea nominală:

3,150 MW (linia de transport) 2 x 400 MW (staţia back-to-back)

Cea mai lungă linie electrică HVDC

Tensiunea AC: Linia de transport 500 kVStaţia back-to-back: 500 kV şi 230 kV

Tensiunea DC: ± 600 kVLungime: > 2,500 kmMotiv: distanţă mare şi reţele asincrone

Legătura Rio Madeira – Brazilia, ± 600 kV

JinpingJinping--SunanSunan UHVDC Transmission UHVDC Transmission –– China China

Cea mai mare capacitate de transport a unei linii HVDC ± 800 kV

Shanghai: 19 mil.Hangzhou: 6,7 milNanjing: 7,6 milChangzhou: 3,5 mil

râul Yalong

SSursaursa

• Exploatarea potenţialului hidrografic• Cantitate de energie foarte mare

Realizat de: ABBPunerea în funcţiune: 2013Puterea nominală: 7200 MWSupraîncărcare perm.: 7600 MWSupraîncărcare 2h: 7920 MWCurentul continuu: 5000 ANr. poli: 2Tensiunea AC: 525 kVTensiunea DC: ± 800 kVLungime: 2090 km Motiv: distanţă mare

Biswanath–Alipurduar–Agra, India, ± 800 kV

Prima linie de transport multi-terminală UHVDC

Cost: 900 milioane $

Assam stream

• Transportul energiei hidro• Culoar îngust de transport• Legătură cu două zone mari de

consum

SSursaursa

Realizat de: ABBPunerea în funcţiune: 2015... 4 convertoare, 2 linii DC înseriate,3 staţii de conversieTensiunea AC: 400 kV (toate staţiile)Tensiunea DC: ± 800 kV Puterea nominală: 6,000 MWLungime: 1728 km Motiv: distanţă mare, putere importantă

China “doboară” recorduri ...

Legătura Zhundong-Chengdu UHVDCTensiune/Curent: ±1100 kV / 5000 ACapacitate de transport: 11000 MWLungime: 2700 kmPerioada de execuţie: 2014-2016

Convertorul±1100 kVîn testela C-EPRIÎn 2012

Legătura Mengxi-Wuhan UHVDCTensiune/Curent: ±800 kV / 6250 ACapacitate de transport: 10000 MWLungime: 1400 kmPerioada de execuţie: 2014-2016

Inelul mediteranean

Inelul Baltic • Interconectarea sistemelor electroenergetice ale ţărilor Baltice cu alte sisteme din UE;

• Interconectarea centralelor eoliene offshore din Marea Nordului şi Marea Baltică cu zona continentală;

• Întărirea interconexiunilor din Sud-Estul Europei;

• Noi interconexiuni între coastele nordice şi sudice ale Mării Mediteraneene.

4 proiecte majore

Către o super-reţea Pan-Europeană HVAC/HVDC SuperGrid - 2030

InelulMării

Nordului

Viziunea ENTSO-E privind dezvoltarea noilor reţele în jurul Mării Nordului până în 2030

DCAC

DCAC

DC

ACDC

ACDC

AC DC

AC

DCAC

DCAC

VSC-HVDC

2 x 500 MW

2 x 500 MW

2 x 500 MW 2 x 500 MW

400 kV±320 kV

±320 kV

±320 kV

VSC-HVDC

VSC-HVDC

UK

400 kV

380 kV

Germania

RTW 400 kV

±320 kV

Belgia

SuperNod 2(offshore lângă Danemarca)

SuperNod 1(offshore lângă UK)

Norvegia

VSC-HVDC

500 MW 500 MW

Conceptul de supernod

Super-reţeaua Europeană în viziunea Friends of Supergrid

SuperNod 1

SuperNod 2

SuperGrid – primul pas


SuperGrid – al doilea pas


Belgia offshore – 2 GW

Dogger-Hornsea – 10 GW

Germany offshore – 10 GW

Norfolk Bank – 5 GW

Firth of Folk – 5 GW

SuperGrid – Faza a doua



Dezvoltarea super-reţelei Europene până în 2050 incluzând şi extinderea către est şi sud


Extinderea super-reţelei Europene şi în nordul Africii

De la legături HVDC independente spre sisteme multiterminale

Configuraţia reţelelor electrice la tensiune continuă (HVDC grid)

Conv. 1 Conv. 2 Conv. n

Reţele HVDC de tip monopolar asimetric cu întoarcere prin pământ

Reţea HVDC de tip monopolar cu întoarcere prin conductor metalic


Sisteme multiterminale MTDC-VSC

Configuraţie cu monopol simetric


Reţea HVDC bipolară cu conductor metalic dedicat întoarcerii prin pământ

Conv. 1aPole 1

Conv. 1bPole 2

Conv. 2aPole 1

Conv. 2bPole 2

Conv. naPole 1

Conv. nbPole 2

Configuraţia reţelelor electrice la tensiune continuă (HVDC grid)

Sisteme multiterminale MTDC-VSC

Avantaje ale sistemelor multiterminale HVDC:

• sistemul multiterminal de transport HVDC permite reducerea gabaritului şi preţului staţiilor de conversie în raport cu o combinaţie echivalentă de mai multe legături cu două terminale;

• într-un sistem buclat, pierderile de putere în liniile electrice şi în staţiile de conversie sunt, în general, mai reduse decât într-o combinaţie de legături cu două terminale;

• sistemele buclate oferă avantaje în sensul creşterii supleţei în exploatare;

• permit controlul amortizării oscilaţiilor electromecanice în sistemele mari interconectate.

Sisteme multi-terminale MTDC-VSC

De la sisteme multiterminale la reţele HVDC

Planuri pentru SuperGrid în China

Proiectul Zhoushan - 5 Terminale

MMC-HVDCTip

134 km – cablu submarin XLPELungimea cablului

+/-200 kVTensiunea nominală

400/300/100/100/100 MWCapacitate nominală

2014Anul punerii în funcţiune

MMC-HVDCTip

+/-160 kVTensiunea nominală

100/60/40 MWCapacitate nominală

2014Anul punerii în funcţiune

Proiectul Nan’ao - 3 Terminale

VSC-HVDC Multi-Terminal în construcţie în China

SEN în prezent şi în perspectivă

... circulaţii de puteri paralele

Întrebări pentru perspectiva SEN 2023-2030

i) Unităţile 3 şi 4 de la Cernavodăii) Proiectul CHEAP Tarniţaiii) Linia 400 kV dublu-circuit Mintia-Tarniţaiv) Se extinde ENTSO-E către Moldova şi Ucraina

DACĂ

ATUNCI

Reanalizarea perspectivelor: HVDC vs. LEA 400 kV planificate

LES VSC-HVDC ±320 kV 1000 MW

Planuri de perspectivă a dezvoltării RET inclusiv cu HVDC

Posibile trasee HVDC în România

Dunărea – legătura cu Europa

O viziune privind interconectarea prin cablu HVDC

Vă mulţumesc pentru atenţie

Unele lucruri pur şi simplu nu se potrivesc

uvt curs supergrids

Documents