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Cogenerazione e UPS
Protezione del carico e garanzia del funzionamento in isola della cogenerazione tramite i flywheels
Lanfranco Pedrotti - Piller Italia
Sommario
La cogenerazione consente alle industrie energivore di risparmiare.
La cogenerazione consente di essere indipendenti dalla rete perché genera l'energia localmente.
Mi posso dimenticare della rete?
Il mio carico è protetto dalla cogenerazione?
La cogenerazione è in grado di lavorare in isola?
Cosa è l'UPS Piller UB-V con flywheel
Per iniziare...
Esiste una soluzione?
Occorre dotarsi di un sistema di continuità dinamico Piller UB-V con flywheels che garantisce sia la protezione della cogenerazione e del carico sia il funzionamento della rete in isola.
UNIBLOCK UB-V
Che cosa è un UPS dinamico con flywheel
Componenti principali:
- Moto-generatore UNIBLOCK regola la tensione (V ? Q - kVAr );
- La reattanza disaccoppia la rete dal carico (filtro);
- Flywheel POWERBRIDGE ad asse verticale regola la frequenza (f ? P - kW).
UNIBLOCK UB-V
Moto - Generatore
Vantaggi
- Elevata efficienza tramite un singolo rotore per M/G;
- Bassa X"d per fornire una elevata corrente di corto circuito (circa 14 In) garantendo la selettività delle protezioni;
- Soppressione delle armoniche fino al 99%;
- Ventola integrata per raffreddare l'intero sistema;
- Alloggiamento dei due cuscinetti ad elevata affidabilità.
POWERBRIDGE: Accumulatore cinetico
Vantaggi
- Energia accumulata pari a 21 MJ o 60 MJ;
- Autonomia sufficiente per l'avvio di genset, con tentativi multipli;
- Flusso di potenza bi-direzionale. Azione stabilizzante;
- Elevata velocità di ricarica;
- Basse perdite tramite atmosfera di elio / vuoto;
- Small footprint. Elevata densità di potenza.
UNIBLOCK UB-V con POWERBRIDGE PB21
Fronte quadro
- Powerbridge PB21;
- Uniblock;
- Convertitore di frequenza;
- Interruttori rete uscita e bypass;
- Pannello comandi.
Protezione e stabilizzazione delle reti in isola
Problema
Negli impianti di cogenerazione, a causa della lenta dinamica dei motori a gas, si possono verificare delle instabilità di frequenza e tensione, che portano al blocco dell'impianto, Durante le seguenti condizioni:
A) Perdita della rete: in caso di cessione di energia in rete;
B) Perdita della rete: in caso di assorbimento di energia dalla rete;
C) Funzionamento in isola: in caso di elevate variazioni di carico.
Soluzione
Il sistema Piller UB-V PCD (Power Conditioning Device), oltre a proteggere l'impianto, ha la funzione di stabilizzare la frequenza negli impianti di cogenerazione durante il funzionamento in isola. Il gruppo rotante Piller UNIBLOCK UB-V con accumulatore cinetico POWERBRIDGE è in grado di compensare variazioni di potenza positive o negative (ad es. esportazioni o importazioni di energia dalla rete o gradini di carico), svolgendo la funzione di polmone elettrico.
Dimensionamento del sistema PCD
Interfaccia tra polmone elettrico UB-V PCD e cogenerazione
Durante il funzionamento in isola, la regolazione di frequenza è effettuata dal UB-V PCD e invia un segnale 4..20 mA, proporzionale alla potenza erogata/assorbita dall'UB-V, al PLC di impianto, che ha il compito di azzerare tale valore, pilotando in potenza la cogenerazione per far raggiungere l'equilibrio tra potenza generata e quella consumata (12mA).
Esiste una soluzione?
Occorre dotarsi di un sistema di continuità dinamico Piller UB-V con flywheels che garantisce sia la protezione della cogenerazione e del carico sia il funzionamento della rete in isola.
UNIBLOCK UB-V
Che cosa è un UPS dinamico con flywheel
Componenti principali:
- Moto-generatore UNIBLOCK regola la tensione (V ? Q - kVAr );
- La reattanza disaccoppia la rete dal carico (filtro);
- Flywheel POWERBRIDGE ad asse verticale regola la frequenza (f ? P - kW).
UNIBLOCK UB-V
Moto - Generatore
Vantaggi
- Elevata efficienza tramite un singolo rotore per M/G;
- Bassa X"d per fornire una elevata corrente di corto circuito (circa 14 In) garantendo la selettività delle protezioni;
- Soppressione delle armoniche fino al 99%;
- Ventola integrata per raffreddare l'intero sistema;
- Alloggiamento dei due cuscinetti ad elevata affidabilità.
POWERBRIDGE: Accumulatore cinetico
Vantaggi
- Energia accumulata pari a 21 MJ o 60 MJ;
- Autonomia sufficiente per l'avvio di genset, con tentativi multipli;
- Flusso di potenza bi-direzionale. Azione stabilizzante;
- Elevata velocità di ricarica;
- Basse perdite tramite atmosfera di elio / vuoto;
- Small footprint. Elevata densità di potenza.
UNIBLOCK UB-V con POWERBRIDGE PB21
Fronte quadro
- Powerbridge PB21;
- Uniblock;
- Convertitore di frequenza;
- Interruttori rete uscita e bypass;
- Pannello comandi.
Protezione e stabilizzazione delle reti in isola
Problema
Negli impianti di cogenerazione, a causa della lenta dinamica dei motori a gas, si possono verificare delle instabilità di frequenza e tensione, che portano al blocco dell'impianto, Durante le seguenti condizioni:
A) Perdita della rete: in caso di cessione di energia in rete;
B) Perdita della rete: in caso di assorbimento di energia dalla rete;
C) Funzionamento in isola: in caso di elevate variazioni di carico.
Soluzione
Il sistema Piller UB-V PCD (Power Conditioning Device), oltre a proteggere l'impianto, ha la funzione di stabilizzare la frequenza negli impianti di cogenerazione durante il funzionamento in isola. Il gruppo rotante Piller UNIBLOCK UB-V con accumulatore cinetico POWERBRIDGE è in grado di compensare variazioni di potenza positive o negative (ad es. esportazioni o importazioni di energia dalla rete o gradini di carico), svolgendo la funzione di polmone elettrico.
Dimensionamento del sistema PCD
Interfaccia tra polmone elettrico UB-V PCD e cogenerazione
Durante il funzionamento in isola, la regolazione di frequenza è effettuata dal UB-V PCD e invia un segnale 4..20 mA, proporzionale alla potenza erogata/assorbita dall'UB-V, al PLC di impianto, che ha il compito di azzerare tale valore, pilotando in potenza la cogenerazione per far raggiungere l'equilibrio tra potenza generata e quella consumata (12mA).
Video
Case study
GAI: industria produzione macchine imbottigliatrici
- Processo: industria manufatturiera 4.0 - ITALIA;
- Generazione: cogenerazione a gas naturale in BT con 3 sistemi Viessmann (2x530 e 1x238kW) e impianto fotovoltaico;
- Problema: elevato livello di disturbi dalla rete con danni alle apparecchiature e mancata produzione. Instabilità di frequenza e tensione dei motori a gas durante il transitorio rete-isola e l'esercizio in isola;
- Soluzione: 1 x UBT+1500kW con PowerBridge da 2x21MJ.
La GAI nasce nel 1946. E' leader nella produzione di macchine imbottigliatrici. Esporta in tutto il mondo e ha sede a Ceresola d'Alba (CN). Il processo produttivo è fortemente automatizzato. Il 93% dell'energia viene autoprodotta, di cui il 50% con il fotovoltaico e il 43% con cogenerazione.
Tipologia del carico
Produzione 24/24h
- N. > 180 macchine utensili a CNC;
- N. > 15 robot;
- N. > 23 carrelli automatici.
Magazzino automatico.
Data center aziendale.
VALAGRO: produzione fertilizzanti e biostimolanti
- Processo: produzione chelati - ITALIA;
- Generazione: cogenerazione a gas naturale in BT con microturbine Capstone (2x190kW) e impianto fotovoltaico;
- Problema: interruzione del processo e relativo pericolo di esplosione in caso di buchi di tensione. Instabilità di frequenza e tensione delle turbine durante il transitorio rete-isola e l'esercizio in isola;
- Soluzione : 1 x UBT+1000kW con PowerBridge da 21MJ.
Valagro con sede ad Atessa (CH) è leader nella produzione e commercializzazione di biostimolanti e specialità nutrizionali. Oltre al sito produttivo di Atessa, in provincia di Chieti, Valagro conta altri 2 stabilimenti in Norvegia, 2 in India e uno in Brasile. La sua missione è di offrire soluzioni innovative ed efficaci per la nutrizione e la cura delle piante, nel rispetto delle persone e dell'ambiente.
Impianto elettrico
- Carico: 800 Kw;
- UPS Piller: 1000 kW con 1xPB21MJ;
- Microturbine capstone: 2 x 190 kW;
- Impianto FV: 420 kW;
- Genset Ausonia in st-by: 640 kW.
LFOUNDRY: industria produzione di semiconduttori
- Processo: produzione microprocessori - ITALIA;
- Generazione: trigenerazione a gas naturale in MT (20kV) con motori Wartsila (2x7,8MW) e Rolls Royce (4x2MW) e assorbitori ad ammoniaca;
- Problema: i lotti di produzione richiedono circa 21 giorni e qualsiasi disturbo della rete interrompe intere linee di produzione; instabilità di frequenza e tensione dei motori a gas durante il transitorio rete-isola e l'esercizio in isola;
- Soluzione : 3 x UBT+2250kW con PowerBridge da 21MJ in MT.
Lfoundry, con sede ad Avezzano (AQ), è un'azienda che produce prodotti di microelettronica al silicio e fa parte del gruppo SMIC un importante produttore globale di semiconduttori con sede a Shanghai, in Cina. L'impianto produce circa 40.000 wafer al mese.
Conclusioni
I vantaggi dell'utilizzo degli UPS dinamici Piller UB-V sono:
- Continuità elettrica della cogenerazione e del carico;
- Garanzia funzionamento in isola della coge tramite i flywheels;
- Compatibile con qualsiasi tipo di generazione;
- Assenza delle batterie;
- Elevata corrente di corto circuito per garantire la selettività;
- Minimi costi di manutenzione.
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Fonte: mcTER Cogenerazione Web Edition giugno 2021 workshop
Settori: Cartiere, Ceramica, Chimica, Cogenerazione, Efficienza energetica industriale, Elettrotecnica, Energy storage, Metallurgia e Siderurgia, Rinnovabili
Mercati: Cartiere, Chimica, Petrolchimica, Plastica
