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
Evoluţia către Supergrid
... x 1000 tep
Sursa: Eurostat
Viteza medie a vântului la nivelul rotorului turbinei
Evoluţia către Supergrid
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
Evoluţia către Supergrid
(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
Progresul dispozitivelor semiconductoare pentru HVDC
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
Progresul dispozitivelor semiconductoare pentru HVDC
Sursa: Siemens
Progresul dispozitivelor semiconductoare pentru HVDC
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
Progresul dispozitivelor semiconductoare pentru HVDC
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.
Progresul dispozitivelor semiconductoare pentru HVDC
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
Progresul dispozitivelor semiconductoare pentru HVDC
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
Super-reţeaua Europeană în viziunea Friends of Supergrid
SuperGrid – al doilea pas
Super-reţeaua Europeană în viziunea Friends of Supergrid
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
Super-reţeaua Europeană în viziunea Friends of Supergrid
Super-reţeaua Europeană în viziunea Friends of Supergrid
Dezvoltarea super-reţelei Europene până în 2050 incluzând şi extinderea către est şi sud
Super-reţeaua Europeană în viziunea Friends of Supergrid
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
Conv. 1 Conv. 2 Conv. n
Sisteme multiterminale MTDC-VSC
Configuraţie cu monopol simetric
Conv. 1 Conv. 2 Conv. n
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
Top Related