Giornata di Studio · 9 Giornata di Studio Napoli, 29 Novembre 2012– La Rete Elettrica di...

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Giornata di Studio

La Rete Elettrica di Trasmissione Nazionale e la Sfida delle Energie Rinnovabili

L’evoluzione del Sistema di Trasmissione in Italia

Date

Intervento Prysmian: Ing. Giovanni Pozzati Giovedì, 29 novembre 2012

AEE - Gruppo Tematico “Trasmissione dell’Energia Elettrica” AEIT Sezione di Napoli ASTRI Associazione Scienze e Tecnologie per la Ricerca e l’Industria della Federazione AEIT Università di Napoli Federico II – Gruppo di Ricerca Consorzio EnSIEL - Dip. Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione

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Giornata di Studio – Napoli, 29 Novembre 2012 La Rete Elettrica di Trasmissione Nazionale e la Sfida delle Energie Rinnovabili L’evoluzione del Sistema di Trasmissione in Italia

1. I cavi sottomarini per impianti di generazione off-shore e per lunghi collegamenti. 1.1 - La Generazione eolica off-shore: Configurazione tipica di un parco eolico off-shore

1.2 - Schema tipico di collegamento sottomarino e terrestre in uso nel Mare del Nord 1.3 - Disegno Tipico di cavo MV Tripolare Sottomarino, “Wet Design” 1.4 - Disegno Tipico di cavo HV Tripolare Sottomarino, “Dry Design” 1.5 – Tecnologie dei cavi HVDC: MI, SCFF, MI PPL, Estruso. 1.6 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini 1.7 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini: Diagramma di Flusso

1.8 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: Thanet 1.9 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: i progetti nel Mare del Nord

1.10 - Il SA.PE.I 1.11 - Il Progetto HVDC Western Link

2. I Cavi Terrestri HVAC e HVDC: Interconnessioni e Collegamenti coi parchi Eolici e Fotovoltaici. 2.1 - Esempi Interconnessioni: The European Supergid 2.2 - Esempi Interconnessioni: Il Progetto Desertec 2.3 – Evoluzione delle reti HVDC e sistemi di conversione

2.4 - Esempio Applicativo di interconnessioni terrestri HVDC: Inelfe: Francia-Spagna 2.5 - Inelfe: Francia-Spagna - Realizzazione 2.6 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre HVAC per parco eolico: Buddusò - Alà dei Sardi, 150 kV 2.7 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre per parco fotovoltaico: Galatina - Gamascia, 150 kV 2.8 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri 2.9 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri: Diagramma di Flusso 2.10 – Pignataro Maggiore: Cavo 87/150 kV – Guaina Al saldato longitudinalmente 2.11 – Pignataro Maggiore – La linea per la Tecnologia WAS Prysmian.

3. Sviluppi Tecnologici: cavi a ridotto impatto ambientale 3.1 - Il concetto Prysmian P-Laser 3.2 – L’ Esperienza Applicativa del concetto P-Laser: La Media Tensione 3.3 – Il P-Laser: la Riciclabilità dei Materiali

3.4 – Il P-Laser: La Carbon Footprint

AGENDA

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Configurazione tipica di un parco eolico off-shore:

Off-Shore MV/HV transformer platform

HV station

Transmission Grid

HV 150 kV cable

MV Cables 20 or 30 kV

Tipi di struttura di sostegno degli aerogeneratori off-shore in funzione della profondità del mare:

La Generazione eolica off-shore: Configurazione tipica di un parco eolico off-shore

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1 – Terminali HVAC 2 – Terminali HVDC 3 – Stazione di conversione AC/DC offshore 4 – Stazione di conversione DC/AC terrestre 5 – Giunto di transizione terra/mare

Schema tipico di collegamento sottomarino e terrestre in uso nel Mare del Nord

Per collegamenti con cavi estrusi fino a 320 kVdc vengono impiegati diversi disegni di cavo e sezioni. È disponibile un’ ampia gamma di giunti asimmetrici.

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Copper Conductor (longitudinally sealed)

Semi-conducting Conductor Screen

EPR Extruded Insulation

Semi-conducting Insulation Screen

Tinned Copper Tape Screen

Polypropylene Fillers

Binder tape

Polypropylene String Bedding

Galvanized Steel Wire Armour +Bitumen Wash

Polypropylene String Serving

Fibre Optic Unit

Disegno Tipico di cavo MV Tripolare Sottomarino, “Wet Design”

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1 - Conduttore 2 - Schermo semiconduttivo sul conduttore 3 - Isolamento – XLPE 4 - Schermo semiconduttivo sull’isolante 5 - Fasciatura di nastri igroespandenti 6 - Guaina di piombo 7 - Guaina di polietilene 8 - Riempitivi 9 – Fasciatura di riunione 10 - Imbottitura 11 - Armatura 12 - Fasciatura esterna 13 - Cavo ottico interstiziale

Disegno Tipico di cavo HV Tripolare Sottomarino, “Dry Design”

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Tecnologie dei cavi HVDC: MI, MI PPL, SCFF, ESTRUSO

MI Paper (carta impregnata) Temperatura di funzionamento: 55 °C Potenza massima per bipolo: 1800 MW

•LCC & VSC Converter Technology; •Qualificato fino a ± 500 kV; •In servizio fino a ± 500 kV;

•LCC & VSC Converter Technology; •Qualificato fino a ± 600 kV; •In servizio fino a ± 400 kV;

SCFF (olio fluido) Temperatura di funzionamento: 90 °C Potenza massima per bipolo: 2500 MW

MI PPL (carta/polipropilene impregnata) Temperatura di funzionamento: 85 °C Potenza massima per bipolo: 2200 MW

•LCC & VSC Converter Technology; •Qualificato fino a ± 600 kV; •Non ancora in servizio;

ESTRUSO (a base di polietilene reticolato) Temperatura di funzionamento: 70°C; Potenza massima per bipolo: 1000 MW

Extruded Cable - VSC Technology; •Qualificato fino a ± 320 kV; •In servizio fino a ± 200 kV; Extruded Cable - LCC Technology; •Qualificato fino a ± 250 kV; •Non ancora in servizio;

Relatore

Note di presentazione

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Un impianto per la produzione di cavi sottomarini deve includere: • un approdo; •grandi piattaforme fisse e rotanti per riporre le lunghe pezzature prima della confezione dei giunti; •grandi piattaforme per lo stoccaggio dei cavi finiti, •strumentazione e macchinari per il collaudo dei cavi. Arco Felice è adatto per la fabbricazione di cavi di grandi dimensioni, tipicamente HVAC e HVDC, entrambi con isolamento laminare e solido.

Arco Felice, Italia

L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini

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Diagramma di flusso della produzione presso l’ Impianto di Arco Felice. Le differenze principali tra i Cavi a Massa Impregnata ed Estrusi sono evidenziate con l’ area colorata in giallo.

TURNTABLE

CONDUCTOR STRANDING

TURNTABLE

IMPREGNATION VESSEL PAPER LAPPING MACHINE

LEAD EXTRUDER

PE SHEATH EXTRUDER ARMOURING MACHINE

TURNTABLES Factory

Joint

EXTRUSION LINE (CCV) DE-GASSING TANK

L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini: Diagramma di Flusso

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0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

180000

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000

A12 D17C15B14

G1F1E1

D1

C1

B1

A1

E17

F14

G11

Line 8

Line 1

Line 2

Line 3

Line 4

Line 5

Line 6

Line 7

Line 10

Line 9

Customer: Thanet Offshore Wind Ltd Scope: 55km 132KV 3 Core 630/1000mm2

72km 33KV 3 Core 95/300/400mm2

Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: Thanet

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Connessioni HVDC sottomarine e terrestri nel mare del Nord Sulle coste della Germania >1300 km HVDC cable…

• BorWin2 – 300 kV 800MW • SylWin1 – 320 kV 900 MW • HelWin1 – 250 kV 576 MW • HelWin2 – 320 kV 690 MW

HVDC HVAC

Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: i progetti nel Mare del Nord

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POWER 1000 MW

(2x500MW)

VOLTAGE 500 kV DC

ROUTE LENGTHS: - Submarine 2x425 km - Land 2x15 km

MAX WATER DEPTH 1650 m

CABLE TYPE AND SIZE Paper, MI High water depth Al 1150 mm2

Medium-low water depth Cu 1000 mm2

Land portion Cu 1400 mm2

SA.PE.I (Sardegna – Penisola

Italiana)

Il SA.PE.I

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Il Sistema HVDC alla più alta tensione mai realizzato: 600kV – Isolamento in PPL

• La più grande potenza trasportata lungo un sistema HVDC: 2250 MW continuativo; 2400 MW 6 ore di sovraccarico

•Lunghezza totale del collegamento: c.a. 424 km

• 4 km di sezione interrata in Scozia

• 338 km di sezione sottomarina

• 32 km di sezione interrata England-Wales

• Tempi di realizzazione: completamento entro fine 2015

Il Progetto HVDC Western Link

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AGENDA

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“an electricity transmission system, mainly based on direct current, designed to facilitate large-scale sustainable power generation in remote areas

for transmission to centers of consumption, one of whose fundamental attributes will be the

enhancement of the market in electricity.”

2020

2050

Esempi Interconnessioni: The European Supergid

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Esempi Interconnessioni: Il Progetto Desertec

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/DESERTEC-Map_large.jpg

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LCC: i Line Commutated Converters (LCC) sono generalmente conosciuti come “HVDC Classic”.Questa tecnologia ha un senso unidirezionale della corrente, quindi per invertire la direzione del flusso di potenza richiede l’inversione di polarità.

VSC: nei Voltage Source Converters, l’inversione del flusso di potenza avviene invertendoIl f lusso della corrente. Questa caratteristica ed il minor spazio richiest, rappresentano i due vantaggi principali dell’utilizzo dei VSC negli impianti off-shore;

Limite di convenienza di trasmissione in cavo AC e DC in funzione della potenza da trasmettere e della lunghezza del collegamento.

Evoluzione delle reti HVDC e sistemi di conversione

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INELFE HVDC INTERCONNECTION 64 km

Baixas – Santa Llogaia FRA – SPA

Esempio Applicativo di interconnessioni terrestri HVDC: Inelfe: Francia-Spagna

HVDC DOPPIO BIPOLO

La potenza e la tensione più elevate per un sistema VSC che impieghi cavi terrestri/sottomarini.

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• Cavo HVDC cable kV – Cu 2500 mm2

• Diametro esterno = 128 mm • Peso = 34 kg/m • Lunghezza delle pezzature 1200-2150 m • Massimo peso delle bobine: 90 T

Guaina LSOH per posa in tunnel

Inelfe: Francia-Spagna - Realizzazione

Il circuito di pre-Qualifica

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Buddusò-Ala dei Sardi – Sardegna - Italia

Principali Dati di Progetto:

Tensione di fase: 150 [kV]

Potenza totale installata 138 [MW]

Potenza totale di Progetto: 200 [MW]

Corrente nominale 770 [A]

Numero dei circuiti/cavi 1/3

Lunghezza del collegamento: 16.6 [km]

Numero degli aero-generatori 69

1. Conduttore di Alluminio (tamponato) 2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Schermo a fili di rame 7. Nastro di rame equalizzatore 8. Barriera longitudinale all’ acqua 9. Guaina di Alluminio laminato 10. Guaina di PE

Esempio Applicativo di collegamento terrestre HVAC per parco eolico

Relatore


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Terna SpA ST/NE 380/150 GALATINA– ST/NE 150/20 GAMASCIA” Puglia- Italia

Principali Dati di Progetto Tensione di fase: 150 [kV] Potenza totale di Progetto: 14.4 [MW] Corrente nominale 58 [A] Numero dei circuiti/cavi 1/3 Lunghezza del collegamento: 3 [km] Superficie: 23000 ettari Potenza Massima: 9.69 MW Produzione annuale 13000000 kWh Abitazioni servite: 4333

1. Conduttore di Alluminio (tamponato)

2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Schermo a fili di rame 7. Nastro di rame equalizzatore 8. Barriera longitudinale all’ acqua 9. Guaina di Alluminio laminato 10. Guaina di PE

Esempio Applicativo di collegamento terrestre per parco fotovoltaico

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L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri

Pignataro Maggiore, Italia

Un impianto per la produzione di cavi terrestri deve includere: • un reparto di metallurgia; • delle linee di isolamento CCV o VCV; • camere di trattamento per il degasaggio delle anime isolate; • linee per la schermatura e la messa in guaina, metallica e plastica; •macchinari per il collaudo dei cavi. Pignataro è qualificato per la fabbricazione di cavi fino a 150 kV con isolamento solido.

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TRAFILATURA VERGELLA DI

ALLUMINIO / RAME

FORMAZIONE DEL CONDUTTORE

TAMPONATURA CON NASTRI IGROESPANDENTI

ESTRUSIONE DEGLI STRATI SEMICONDUTTIVI

E DELL'ISOLANTE

DEGASAGGIO DELLE ANIME

SCHERMATURA CON FILI DI RAME FASCIATURA CON

NASTRO SEMICONDUTTIVO IGROESPANDENTE SOPRA E

SOTTO LO SCHERMO

FORMAZIONE DELLA GUAINA DI ALLUMINIO ED

ESTRUSIONE DELLA GUAINA DI POLITENE

+ GRAFITATURA

PROVE FINALI

COLLAUDO CON IL CLIENTE

IMBALLO E SPEDIZIONE

Metallurgia Schermatura e messa in

guaina Isolamento

Prove Finali e

spedizione

L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri: Diagramma di Flusso

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1. Conduttore di Alluminio (tamponato) 2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Schermo a fili di rame 7. Nastro di rame equalizzatore 8. Barriera longitudinale all’ acqua 9. Guaina di Alluminio laminato 10. Guaina di PE

1. Conduttore di Alluminio (tamponato) 2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Guaina di Alluminio sadato 7. Guaina di PE

Cable type Al/XLPE/WAS/PE Cross Section 1 x 1600 mm² Rated Voltage 87/150 kV Standard IEC 60840

Pignataro Maggiore – Cavo 87/150 kV – Guaina Al Saldato Longitudinalmente

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Aluminium l Braking-unit

Cable flow

TIG Welding Unit First extruder: Primer Core cable

Pay-off

Core cable caterpillar

Cooling trough

Aluminiuml Pay-off

Forming unit

Closing dies Second extruder: PE Sheath

Drawing Down Dies

Cable caterpillar

Core cable Take-up

Induction Pre-heater

(*) Welded Aluminium Sheath

Pignataro Maggiore – La linea per la Tecnologia WAS (*) Prysmian

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AGENDA

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CHARACTERISTICS OUTCOME

ELECTRICAL PERFORMANCE Excellent dielectric strength Low dielectric losses

(εtanδ) IMPROVED RELIABILITY

INSULATION TEMPERATURE Thermal rating up to 110 °C Overload temperature up to 130 °C HIGHER TRANSMISSIBLE POWER

DELIVERY TIME

NO DEGASSING TECHNOLOGY

(no chemical reactions and

no by-products)

SHORTER DELIVERY TIMES

MATERIALS Metals

(Cu & Al) Not crosslinked poymers RECYCLABILITY AND LOW

ENVIRONMENTAL IMPACT

Il concetto Prysmian P-Laser

MT: 12/20 kV AT: 87/150 kV

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L’ esperienza Applicativa del concetto P-Laser: la Media Tensione

La Fabbrica di Pignataro produce I cavi 20 kV per ENEL. Ad oggi sono stati prodotti più di 5000 km di cavo tripolare. Attualmente è in esame la possibilità di introdurre questa tecnologia anche in altre Affiliate del Gruppo.

Relatore


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Il P-Laser: la Riciclabilità dei Materiali

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Raw Materials (Suppliers)

Extrusion Process (cable manufacturers)

operating condition “life” of the product

(Utilities)

End –of-life (Waste management

Companies)

CO2 emission evaluation across the whole supply chain

CO2 equivalent emission (kg/Km) reduct. P-LASER vs Cr.Link.: > 800 - 1000, > -80%

CO2 Red. (kg/Km) >100, -10/13%

CO2 Red. (kg/Km) > 150,-50% CO2 Red. (kg/Km) > 0, f(TG Delta)

CO2 Red. (kg/Km) >600-1000, -70-90%

P-LASER vs crosslinked material equivalent CO2 emission reduction

Il P-Laser: la Carbon Footprint

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Grazie per la vostra gentile attenzione

Giovanni Pozzati R&D – Head of Product Development HV & Cables Technology T +39.02.6449.3557 F +39.02.6449.2849 M +39 335 5462438 E [email protected] Prysmian S.p.A. Viale Sarca 336 Building Ansaldo 16 20126 Milano ITALY

mailto:[email protected]

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