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Cogenerazione e UPS

Protezione del carico e garanzia del funzionamento in isola della cogenerazione tramite i flywheels

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).

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.

Articoli tecnico scientifici o articoli contenenti case history
Fonte: mcTER Cogenerazione Web Edition giugno 2021 workshop
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