CICLO SEMINARI LEDS 2016-17 Padova, 11 o)obre 2016 · CICLO SEMINARI LEDS 2016-17 Padova, 11 o)obre...

UNIVERSITY OF PADOVA! ITALY!

Department of Industrial Engineering !

Padova,11o)obre2016CICLO SEMINARI LEDS 2016-17


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1879: Thomas A. Edison (1847-1931) •  lampada ad alta resistenza e bassa corrente •  adatta allo sfruttamento industriale

•  … non per primo …

1881: Prima Esposizione Internazionale di Elettricità a Parigi

lampade a incandescenza esibite: •  Joseph W. Swan (1828–1914) •  Thomas A. Edison •  St. George Lane-Fox (1856–1932) •  Hiram S. Maxim (1840–1916)

LAMPADAADINCANDESCENZA


2

1882-EdisonAprile:HolbornViaduct(Londra)–2000lampadeSe)embre:PearlStreet(Manha)an)–400lampadesistemaperladistribuzioneevenditacommercialedell’energiaele5ricaperilluminazioneprodo5adaunacentraledi

EdisonIllumina8ngCompay:•  GeneratoriJumboda27ton100kW

•  Correntecon8nuaa110VDistribuzionederivata

(lampadeinparallelo)•  Lineeisolateedinterrate•  Contatoriperlafa5urazionedell’energia(conta-caricaele5rica)

Peraverel’ele)ricitàincasanonèpiùnecessariocomperarsiancheilgeneratore

DISTRIBUZIONECOMMERICALE


3

CENTRALEELETTRICA


4

Supportofinanziario:grandifinanzieriJohnPierpontMorgan,…

Collocazionestrategicaàpromozione:vicinoaWallStreet

80clien8influen8:NewYorkTimes,finanzieri,banche,…

Replicheimmediate:1883:

SantaRadegonda(MI)–GiuseppeColombo

(SocietàEdison)GranBretagna

Germania–EmilRathenau(àAEG)1884:

Parigi,Tokyo….

LineeinCCBT(110V)limitateapochecenZnaiadimetri:

STRETEGIACOMMERCIALE

PdissPu

= 2R I2

Pu= ρ 2L

SPuV 2


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MarcelDeprez(1843-1918)Proge\stadilineeindcdal1876

1881:proge5operlineadigrandeestensione

1882:Esposizioneele)rotecnicadiMonacoconOskarvonMiller(1855-1934)Primatrasmissioneinccagrandedistanza:

1,5kWa2kV,di57kmtraMiesbacheMonaco

àfunziona,maconrendimen8ditrasmissionedel50%

1886:ele5rodo5oincca6kVdi60kmtraCreileParigi

TRASMISSIONEINCONTINUAINEUROPA


6

René Thury (1860–1938) re della corrente continua 1889: sistema per la società Acquedotto de Ferrari-Galliera (GE) 630 kW 14 kV 120 km 1906: Progetto Lyon-Moûtiers

20 MW 125 kV 230 km (8 dinamo in serie) 1913: 13 impianti in funzione in UK, H, RU, F macchinario più avanzato di quello di BT di Edison ma molto costoso e complesso

TRASMISSIONEINCONTINUAINEUROPA


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EDISON110V40kWG

L=500m

I=360A

THURY

M G

M G

125kV20MW

G

G

15kV2,5MW

15kV

15kV

L=230km

15kV2,5MW

I=160A

SISTEMIINCONTINUA

Edison: idoneo all’utenza finale, ma limitato a brevi distanze

Thury: idoneo a grandi distanze, precluso all’utenza finale


8

1850:FlorisNolletSociétédel’Alliancealternatore(PM)pra8co1858:FrederickHaleHolmes36PM,1,5kW,600rpm,2tons

faroele5ricodiSouthForeland

1878:ZénobeThéophileGrammealternatoreindustrialepercandelediJablochkov1881:Siemens&Halskesistemad’illuminazioneele5ricastradaleincorrente

alternataconAlternatoreSiemens&Halskeelampadead

arcoaGodalming(UK)

CORRENTEALTERNATA


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1881: generatore secondario Lucien Gaulard (1850-1888) e John Dixon Gibbs (1834–1912)

1882: brevetto Archetipo del trasformatore moderno

•  rapporto di trasformazione 1:1 •  circuito magnetico parzialmente in aria •  disaccoppiamento galvanico tra primario e secondario •  più macchine con primari in serie permettono livelli diversi di

tensione tra trasmissione e distribuzione alle utenze: trasmissione dell’energia in alta tensione e distribuzione in bassa tensione, in condizioni di sicurezza per le utenze

TRASFORMATOREELETTRICODIPOTENZA


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1884GalileoFerraris(1847-1897)LucienGaulard(1850-1888)Dimostrazionetrasmissioneinccagrandedistanza:

Torino-Lanzo–34km

alternatoreSiemens&Halskeda2kVa130Hzgeneratorisecondari1:1coniprimariinserieesecondariinbassatensione

Ferraris-studisullacorrentealternata1884:fa5oredipotenza-cosfi1885:scopertadelcampomagne8corotante

1888:formalizzazioneteoricadelcampomagne8corotante

ESIBIZIONEINTERNAZIONALEDITORINO


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1883:RankimKennedy

proponeladistribuzionederivatainca(primariinparallelo)

1885O)óTituszBláthy(1860-1939)(Ganz&Co.):trasformatoreanucleochiuso

Bláthy+K.Zipernowsky+M.Déri(Ganz&Co.):sistemaZBD

distribuzionederivata(trasformatoriinparallelo)

viadeiCerchi(Roma)impiantoperilluminazionepubblicacontrasformatori

2alternatoriSiemens&Halskeda22kWa2kVe120HzetrasformatoriGaulard,uno

perognilampadaa20V,concircuitomagne8cochiusoeprimariinserie

GrosvenorGallery(Londra)impiantocommercialecontrasformatori

trasformatori2,4kV/100V,unoperutente,conprimariinparallelo;

alternatori:primaSiemens&HalskeepoiFerran9da400kWa2,4kVe83Hz

DISTRIBUZIONEDERIVATAINCA


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GAULARD/LANZO2kV2,5kWG

L=34km

I=1,25A

100V 100V

100V 100V

FERRANTI2,4kV400kWG

L=2km

I=160A

2,4kV 100V2,4kV 100V

GAULARD/ROMA2kV22kWG

L=2km

I=11A

20V

20V


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Monofase1889:S.Z.deFerranZ(1864-1930)centralediDepjord(Tamigi)

peralimentareLondra

4macchineda1MW10kV85Hz

cavia10kV(recordperac)di11km

tensionerecordperiltempo

Trifase1882:breve5odiHopkinson

1887:FriedrichHaselwander(1859-1932)primoalternatoresincronotrifase

1889:M.O.Dolivo-Dobrowolsky(AEG)eC.E.L.Brown(Maschinenfabrik

Oerlikon–Zurigo):primimotoriasincronitrifase(20Hp,15kW)

MONOFASEATEPRIMOPOLIFASE


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1891OscarvonMiller-EsibizioneInternazionalediFrancoforteprimalineatrifase,da240kW15kV175kmdacascateLauffensulNeckaraFrancoforte.

ImpianZ:C.E.L.Brown(MaschinenfabrikOerlikon):alternatoretrifase240kW86V40HzetrasformatoritrifaseAEG:trasformatoritrifasiemotoreasincronotrifaseda100Hp(75kW)

Dimostralepotenzialitàdellatrasmissionetrifasedielevatepotenzeagrandedistanzaconelevatorendimento

DIMOSTRAZIONESISTEMATRIFASE


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SviluppicommercialiinEuropa1891:FondazionediBrownBoveri&Company(BBC)1893:Siemens:centraletrifasea5kVaSoden(Germania)

1893:ASEAJonasWenström:centraletrifaseconlineadi14kmaLudvika(Svezia)

PRIMOTRIFASECOMMERCIALE


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1885-6GeorgeWesZnghouse(1846-1914)dopodimostrazioneaTorinodel1884

1885:acquistatecnologiaebreve\europei

1886:WesBnghouseElectricCompany

ingaggiaWilliamStanleyJr.(1858-1916)•  primotrasformatorealamierinipra8co

•  GreatBarrington(MA):

primosistemaamericanoinca

contrasformatorisiaelevatoricheridu5ori

1886:Thomson-HustonElectricCompanysistemiincorrentealternataperilluminazioneconlampadeadarco

CORRENTEALTERNATAINAMERICA


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InizialmentelavoraperEdison

1882:Con8nentalEdison(Parigi)1884:EdisonMenloParkLaboratory(NewYork)

Poirompeelavorainproprio

1887:NikolaTesla(1857-1943)richiedeilbreve5o(registratonel1888)permotorebifaseacamporotantecongliindu5ori

avvol8suununicoanelloferromagne8co:primomotoreadinduzione(asincrono)perpotenzialesviluppopra8co

1888conferenzaAIEE:Anewsystemof

alternatecurrentmotorsandtransformerspromuoveisuisistemiinalternata

NIKOLATESLA


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Westinghouse 1888 – motore ad induzione da Ferraris: diritti del campo rotante (1.000$) da Tesla: brevetto del motore bifase ad induzione appena brevettato (60.000$+2,5$ per ogni Hp costruito, pagati fino al 1897) 1888: ingaggio di Tesla come consulente a 2000$/m

1891: perfezionamento ed inizio commercializzazione (stesso anno delle macchine trifasi europee)

1889: Willamette Falls (OR) - prima centrale idroelettrica americana in ca

4kV/100V 125 Hz, 22 km

WESTIGHOUSE–TESLA


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CONTINUAOALTERNATA?Compe8zionetraidiuesistemiancheinEuropa,mainAmericaognimezzoèbuonoper

prevalere

1890:penitenziariodiAuburn(Albany,NY)primaesecuzioneconsediaele5rica

conalternatoreSiemens,sceltodalschieramentopro-Edisonperdimostrareche

l’alternataèletale.

1886-1891:GUERRADELLECORRENTI


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1892:GeneralElectric(EdisonGeneralElectricCompany+Thomson-HoustonElectric

Company)percompeterenelmercatodell’alternata,oramaivincente

1893:World’sColumbianExposiZondiChicago

Wes8ghousevincelagaraperfornireilsuosistemauniverale,

2alternatoriTesla+96000lampade+conver8triceac/dc+piccolaferroviaà

dimostraversa8litàedaffidabilitàperogni8podifornituradipotenzaele5rica

“TeslaPolyphaseSystem”Teslapresentailsuosistemabifase:alternatori,motori,

conver8tori

World’sColumbianExposiZondiChicago


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1893:assegnazioneaWes8ghouse

(dopoilrifiutoallaBBCsvizzera,tecnologicamentepiùavanzata,mastraniera)

contra5operleprimacentrale:bifase3,5MW2,2kV

proge5odiTesla1895:messa inservizio(secondosistemapolifaseamericano,dopoquellodiStanley

del1893)

CENTRALEALLECASCATENIAGARA


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L’immediato successo (avvio di varie fabbriche che hanno bisogno di energia elettrica a basso costo) impone un rapido potenziamento 1897: ampliamento trifase - GE + Westighouse - 36 MW 11 kV 1902: secondo ampliamento - genera 1/5 della potenza USA

CENTRALEALLECASCATENIAGARA


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SFRUTTAMENTOIDROELETTRICODELLEALPI

1898:SocietàEdisonentrainserviziolacentraleidroele5ricatrifaseaPadernod’Adda

7alternatoriBBC(BrownBoveriCompany)

9MWa13,5kV(unrecordperl’epoca)e42Hz

•  lineatrifasepurea13,5kValimenta

Milano(tram)

•  più grande centrale ele5rica

europea

•  inizia lo sfru5amento idroele5rico

dellerisorsealpine

•  Esempio per analoghi impian8

(Svezia,…)

à industrializzazione della pianura

padana.


24

BoomdellatrasmissioneincorrentealternataTrasmissioneagrandedistanzaconele)rodorinaltatensione:

•  1889:Depjord(GB)11km,10kV,4MW

•  1892:Aniene-Roma28km,5kV,1,2MW

•  1907:Croton-Muskegon(Michigan),50km,110kV,8,85MW

•  1908:California180km,110kV

•  1923:Emilia,160km,130kV

•  1923:SierraNevada-SanFranciscoeBigCreek-LosAngeles(California)

a220kV

•  1936:Hooverdam–LosAngeles(Nevada,USA),430km,287kV

•  1952:Harsprånget-Hallsberg(Svezia),952km,380kV,288MW

•  1953:Sporn-Muskingum-Waterford(Ohio,USA),170km,345kV

•  1957:Rommerskirchen-Bürstadt-Hoheneck(D),341km,380kV

•  1965:Quebec(CAN),735kV

•  1976:Kasachstan-Tambow(URSS),1000km,1200kV,6GW

TRASMISSIONEINCORRENTEALTERNATA


25

Penetrazionedell’energiaele)ricaadusoindustriale:1899:<5%dellaforzamotricetotalenegliSta8Uni8

1909:25%

1919:55%

1929:85%

Penetrazioneperusiresidenziali:1921:il12%delleabitazionibritannicheèservitodall’energiaele5rica

1930:il70%delleabitazioniamericaneèservitodall’energiaele5rica

>1935:inizial’ele5rificazionedelleareeruraliinUSA=affermazionetotaledella

distruzioneele5rica

Aumentodell’efficienzadifornitura:Nell’arco di sessant’anni (1900-1960) il rendimento degli impian8 di generazione e

trasmissioneaumentadiunfa5ore10:aparitàdienergiaele5ricafornitaèsufficiente

undecimodirisorseprimarie

TRASMISSIONEINCORRENTEALTERNATA


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ERANO SMART?

Tanto quanta era l’intelligenza immessa dall’uomo (conoscenze) e le possibilità tecniche del tempo

Interconnessione in reti sempre più grandi: à spianatura dei picchi delle utenze, curva di carico priva di variazioni repentine, à gestione collaborativa delle centrali, per bilanciare dinamicamente la

domanda

à ma anche complessità di gestione e rischi di eventi anomali e dei guasti

à esigenze di studio, analisi, previsione, implementazione di contromisure in caso di guasto (rischi di black-out …)


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1931-VannevarBush(1890-1973)-MIT-StaZUniZCalcolatoreele)romeccanicoanalogicoSviluppatoperaffrontareproblemidianalisieges8onedellegrandire8ele5riche

•  Risolvesistemidiequazionidifferenziali

con18variabili(impossibili“amano”)

•  Avvialericerchesulle

macchinedacalcolo

cheporteràallaprimagenerazione

dielaboratoriele5romeccanici


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RINASCITADELL’HVDC(HighVoltageDirectCurrent)

1929:UnoLamm(ASEA):raddrizzatoreavaporidimercurioadele5rodisequenziali

ada\allaAT

1941:Siemens:ElbeProjekt115kmdall’ElbaaBerlino60MW±200kV

1945:requisitodaURSS:Moscow–Kashira,112km30MW±100kV

caviso)omarinielunghelineeaereecondebolestabilitàASEA,monopolio1954:20MW,380kVGotlandSvezia

1961:160MW±100kV,Francia-Inghilterra

1965:250MW±275kVDanimarca-Svezia

300MW±125kVGiappone

600MW±250kVisoledelsude

delnordinNuovaZelanda

1968:200MW200kVSardegna-Italia

1970:PacificInter8e1380km1,44GW±400kV

…..

E LA CORRENTE CONTINUA?


29

BOOMDELL’HVDC

1956GE:8ristore(raddrizzatoreallostatosolido)1979:AEG,BBC,SiemenslineaMozambico-SudAfrica

1420km,1,9GW,±533kV,

…1984:Itaipú(Br)800km,6,3GW,±600kV

2010:Xiangjiaba–Shanghai2.071km,6,4GW,±800kV

…

Enuovidisposi8viallostatosolidoperraddrizzamento

inATcheamplianolapossibilitàdelHVDC

1980GE:IGBT(insulated-gatebipolartransistor),GTO(gateturn-offthyristor)

1997Mitsubishi+ABB:IGCT(integratedgate-commutatedthyristor)

InoltresistemiHVDCpiùpiccolie“leggeri”,dipiùvastaapplicazione:ABB:HVDCLight

Siemens:HVDCPowerLinkUniversalSystem(PLUS)

Alstom:HVDCMaxSine

BOOM DELL’ HVDC


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NUOVISCENARIPERLACORRENTECONTINUABTEMT:SMARTGRIDFon8rinnovabiliconvocazioneindc:

-  Fotovoltaichedc

-  Eolicheinpra8cadc(avalledell’inverterconnessoall’alternatore)

-  …

-  Lefon8rinnovabilisonospessodistribuiteeintermi5en8

-  Uten8diventanouZlizzatori/produ)ori-  Ges8oneo\malepermezzodisistemidiaccumuloenerge8codc

àFlussidipotenzabidirezionaliconges8oneenegoziazionedell’energiao\mizzata=

SMARTGRID

-  Anchemoltedisposi8viu8lizzatorisonoessenzialmentedc

-  Esipossonocostruiretrasformatoridc/dcallostatosolidoefficien8edeconomici

-  Lere8possonoesserereseancorapiùSMART

-  Diventapossibileges8relere8elainterconnessioniincorrentecon8nuaadiversilivelli

dipotenzaetensione

-  EvoluzioneversoENERGYHUBindcBTeMT

E LA CORRENTE CONTINUA?


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BE SMART!

nessuno diventa davvero stupido finché continua a porsi domande (C. Steinmtz)

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

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