Across&Borders& HVDC&systems&and&market&integra6on& Historical&perspec6ve&

Transkript

1 Across&Borders& HVDC&systems&and&market&integra6on& Historical&perspec6ve& Sture&Lindahl& Lund&27&May&2015& The&Nordic&Power&System& Kra%nätet*i*Nordvästeuropa,*SVKK030121,*h;p://

2 Hydro&Power&in&Sweden& TheoreEcal* Technical** Economical* Harnessed *200*TWh/y* *135*TWh/y* ***90*TWh/y* ***65*TWh/y* Ångström,*A.:*"Sveriges*Klimat",*Third*EdiEon,*Generalstabens*Litografiska*Anstalt,*Stockholm,*1974.* Sundby,*M.:* Va;enkra%BhistoriaBidagBframEd,*HUVA*B*Hydrologiskt*Utvecklingsarbete*inom*Va;enB* kra%industrin,*h;p:// _Mikael_Sundby_Va;enkra%_da_nu_och_sen.pdf,*Retrieved*2015B05B26.* The&Power&System&1900&and&1911& Hjulström,*F.:* Sveriges*elektrifiering* *en*ekonomiskbgeografisk*studie*över*den*elektriska*energiförsörjningens* utveckling,*geographica,*skri%er*från*uppsala*universitets*geografiska*insetueon,*nr.*8,*uppsala*1940.*

3 A.R.&Angelo&and&A.&Schmitz& Åberg,*A.:* SYDKRAFT* *E;*kra%företags*utveckling*under*femEo*år,* Sydsvenska*Kra%akEebolaget*1906B1956,*Wezäta,*Göteborg,*1956.** Bassalt&&&Majenfors&(4.3&&&4.4&MW)& Brunnström,*L.:* EsteEk*&*Ingenjörskonst,*RiksanEkvarieämbetet,*Falköping,*2001.* h;p://

4 Knäred&Ö&&&N&(4.2&&&4.0&MW)& Brunnström,*L.:* EsteEk*&*Ingenjörskonst,*RiksanEkvarieämbetet,*Falköping,*2001.* h;p:// 50&kV&Line&Knäred&W&Malmö& Commissioned*1909* Double*circuit*line* Length*188*km* Area*70*mm 2 *(Cu)* Åberg,*A.:* SYDKRAFT* *E;*kra%företags*utveckling*under*femEo*år,* Sydsvenska*Kra%akEebolaget*1906B1956,*Wezäta,*Göteborg,*1956.**

5 AC&Submarine&Cables& 1915 * *25*kV*cable*scrapped*1953* *6*MW** 1925 *50*kV*cable*now*scrapped* 1929 *50*kV*cable*now*scrapped* * *Subtotal**40*MW* 1951 *132*kV*cable*will*be*replaced* 1954 *132*kV*cable*will*be*replaced* 1958 *132*kV*cable*will*be*replaced* 1963 *132*kV*cable*will*be*replaced* * *Total*thermal*capacity*350*MW* Åberg,*A.:* SYDKRAFT* *E;*kra%företags*utveckling*under*femEo*år,* Sydsvenska*Kra%akEebolaget*1906B1956,*Wezäta,*Göteborg,*1956.* Förläggning*av*två*stycken*132*kV*kabelförband*mellan*Helsingör*(Danmark)*och* Helsingborg*(Sverige),*svenska*delen,*Samrådsunderlag,*E.ON*Elnät*Sverige*AB,*November*2014.** 25&kV&Cable&Loading&1914& Med*lyset* *NESA*i*100*år,*Børsens*Forlag*A/S,*København,*2002.*

6 25&kV&Cable&Laying&1914& Med*lyset* *NESA*i*100*år,*Børsens*Forlag*A/S,*København,*2002.* Åberg,*A.:* SYDKRAFT* *E;*kra%företags*utveckling*under*femEo*år,* Sydsvenska*Kra%akEebolaget*1906B1956,*Wezäta,*Göteborg,*1956.** 50&kV&Cable&Ship&1925&& Bjurling,*O.:* SYDKRAFT* *samhälle,*sydkra%,*1981.*

7 132&kV&Submarine&Cable&Laying&1963& Polvall,*T.:* Ljuset*vid*havet* *Berä;elser*om*människor*och*elektricitet*och*Helsingborg*under*100*år,** Helsingborgs*energiverk,*Schmidts*Boktryckeri*AB,*Helsingborg,*1991.* 132&kV&Submarine&Cable&Laying&1963&

8 420&kV&Submarine&Cables& 1973 *First*420*kV*cable*interconnector* Four*singleBcore*cables*(one*spare)* Thermal*capacity*800*MW* 1985 *Second*420*kV*cable*interconnector* Three*singleBcore*cables* Thermal*capacity*800*MW* Öresund*II*400*kVBkabelförband*SkåneBSjälland *in* DRIFTRAPPORT,*Sydkra%*1985,*Malmö,*1986.* NORDEL*Annual*Report*2003,*Eltra*Amba,*Fredericia,*2004.* 420&kV&Submarine&Cables&1973& SingleBcore*cables* Length*8.8*km* Area*1*000*mm 2 *(Cu)** LPOF*cables* Bjurling,*O.:* SYDKRAFT* *samhälle,*sydkra%,*1981.*

9 420&kV&Cable&Laying&1985& C/S*Skagerrak* Capacity*7*000*tons* Built*1976*(106*m)* Upgraded*2010*(112*m)* Three*stern*thrusters* Two*bow*thrusters* CAPJET* Captrack* Repair&of&a&420&kV&Submarine&Cable& Bjurling,*O.:* SYDKRAFT* *samhälle,*sydkra%,*1981.*

10 Cross&Border&Interconnectors& 7 "single-core submarine cables (400 kv) Söderåsen (Helsingborg) 4 "three-core submarine cables (130 kv) Total"transmission"capacity From"Sweden"to"East"Denmark"1"775"MW From"East"Denmark"to"Sweden"1"700"MW Hovegård (København) Business&Model& Each*uElity*had*passed*an*adequacy* assessment*showing*that*the*uelity*can*supply* all*own*customers*** Each*uElity*declared*its*marginal*price* (without*any*fixed*element),*or*in*this*context* its*spot*price,*p A *and*p B *respecevely* The*exchange*price*was*fixed*at*the*average* (mean)*price*p E =(p A +p B )/2* A*price*cap*was*applied*in*emergencies*

11 Exchange&East&Denmark&W&Sweden& Energy Exchange [TWh/y] SE4 > DK2 DK2 > SE until 23/ DRIFTRAPPORT,*Sydkra%*1985,*Malmö,*1986.* Historical*Market*Data,*h;p:// Power&Exchange&2015&(un6l&23/5)& Power [MWh/h] Power Exchange Sweden East Denmark (Zealand) From Sweden to Denmark From Denmark to Sweden Time [h] A%er* Historical*Market*Data,*h;p://

12 Swedish&plan&from&1909& Supply*of*electricity*to* Hamburg*and*Berlin*from* Trollhä;an*25*Hz*generators* 100*kV*OHL*to*Helsingborg,* 20*kV*submarine*cable*under* Öresund*to*Helsingør,*100*kV* OHL*to*København* Frequency*conversion*to*50*Hz* in*københavn* OHL*to*Hamburg*and*Berlin* An*HVDC*link*using*the*Thury* system*was*also*contemplated* Hansson,*L.BE.:* om*elkra%en*i*väster,*va;enfall,*trollhä;an,*1992.* René&Thury&(1860& &1938)&& 100*years*of*high*voltage*DC*links,*Modern*Power*Systems,*1**November**2007,*Retrieved*2015B05B25.* SEll,*A.:* Overhead*Electric*Power*Transmission* *Principles*and*CalculaEons,*McGrawBHill,*New*York,*1913.*

13 Thury&systems& # Year Installation Number of Power Current Voltage Length generators hp A kv km Société Acquedotto De Ferrari Galliera, Gènes (Italy) Service des eaux de Zug (Switzerland) Papeteries de Biberist (Switzerland) var Communes du Val de Travers Fleurier, Noiraigue, Travers, Couvet (Switzerland) Société d'eclairage Electrique, Brescia (Italy) Société Romande d'electricité, Forces motrices de la Grande Eau, Aigle (Switzerland) Usines Electriques d'eisenburg, Ikervar-Steinamanger (Hungary) Société Industrielle d'electricité, Rieti (Italy) Papeteries de la Société Vasco-Belga, Renteria (Spain) Communes de La Chaux-de-Fonds et Du Locle (Switzerland) Usines Electriques d'eisenburg, Ikervar-Sopron (Hungary) V. Dunand, Ratoum (Russia) Mines de plomb, Linarès (Spain) Commune de Lausanne, Lausanne, St-Maurice (Switzerland) Société-Grenobloise de Force et Lumière, Moutiers-Lyon (France) Rey,*A.:* TRANSPORT*D'ÉNERGIE*MOUTIERSBLYON*B*Par*courant*conEnu*à*50*000*volts,** La*Houille*Blanche,*no.*10,*pp.*229B235,*October*1908.* Trollhäban&Olidan&(122&MW)& Brunnström,*L.*&*Spade,*B.:* Elektriska*va;enkra%verk* **Kulturhistoriskt*värdefulla* anläggningar*1891b1950,*riksanekvarieämbetet,*stockholm,*1995.*

14 DanishWNorwegianWSwedish&Study& Established*in*KrisEania*(Oslo)*August*1921* Chairman:*A.R.*Angelo** Final*meeEng*in*Copenhagen*December*1922* Visited*MouEers* *Lyon*November*1921* Power*transfer*from*Norway*to*Denmark* Presented*a*21*(+12)*page*report*with* seven*appendices** REDOGØRELSE*fra*det*af*de*Danske,*Norske*og*Svenske*kra%overføringskommissioner*nedsa;e* elektrotekniske*udvalg*angaaende*elektrisk*kra%overföring*fra*norge*el*danmark,*1922.* Alterna6ves& A: *DC*with*cable*under*Skagerrak* B:* *DC*with*overhead*line*through*Sweden* C:* *AC*with*overhead*line*through*Sweden* *and*submarine*cable*under*öresund* D:**AC*with*overhead*line*through*Sweden* *and*overhead*line*across*öresund* REDOGØRELSE*fra*det*af*de*Danske,*Norske*og*Svenske*kra%overføringskommissioner*nedsa;e* elektrotekniske*udvalg*angaaende*elektrisk*kra%overföring*fra*norge*el*danmark,*1922.*

15 Alterna6ves&A&and&B& REDOGØRELSE*fra*det*af*de*Danske,*Norske*og*Svenske*kra%overføringskommissioner*nedsa;e* elektrotekniske*udvalg*angaaende*elektrisk*kra%overföring*fra*norge*el*danmark,*1922.* Alterna6ves&C&and&D* REDOGØRELSE*fra*det*af*de*Danske,*Norske*og*Svenske*kra%overføringskommissioner*nedsa;e* elektrotekniske*udvalg*angaaende*elektrisk*kra%overföring*fra*norge*el*danmark,*1922.*

16 Overhead&Line&Across&Öresund& REDOGØRELSE*fra*det*af*de*Danske,*Norske*og*Svenske*kra%overføringskommissioner*nedsa;e* elektrotekniske*udvalg*angaaende*elektrisk*kra%overföring*fra*norge*el*danmark,*1922.* CostWBenefit&Analysis& Cost item Investment Electricity price Alternative MDKK DKK/(kW-year) A B C D REDOGØRELSE*fra*det*af*de*Danske,*Norske*og*Svenske*kra%overføringskommissioner*nedsa;e* elektrotekniske*udvalg*angaaende*elektrisk*kra%overföring*fra*norge*el*danmark,*1922.*

17 A&PanWEuropean&Supergrid&(Oskar&Oliven)** GESAMTBERICHT*zweite*Weltkra%konferenz,*Berlin,*1930.* E;*panBeuropeiskt*kra%nät,*Teknisk*Tidskri%*,*pp.*437B439,*19*July*1930.*Retrieved*2015B05B25.* Development&of&MercuryWArc&Valves& Start*1929* Restart*1937** Breakthrough*1940* Valve*laboratory*1951* Gotland*1954* 100*kV* 200*A* Fridlund,*M.:* Den*gemensamma*utvecklingen* *Staten,*storföretaget*och*samarbetet*kring** den*svenska*elkra%tekniken,*symposion,*stockholm/stehag,*1999.*

18 Development&of&Ground&Electrodes&& Fridlund,*M.:* Den*gemensamma*utvecklingen* *Staten,*storföretaget*och*samarbetet*kring** den*svenska*elkra%tekniken,*symposion,*stockholm/stehag,*1999.* Ground&Return&Field&Trials&1944W1946& A*Trollhä;an* *Mellerud** ******50*km* B*Hallsberg* *Ljusdal * ****315*km* C*Gullmars{.* *Grisslehamn* ****460*km* D*Haparanda* *Umeå* * ****315*km* E*Gullmars{orden *Koskullskulle* *1*100*km* Test*periods*lasted*5*B*10*minutes* Currents*270* *330*A* Trains*were*stopped*in*Finland,*Norway*and* Sweden** Corrosion*of*underground*cables* Interference*with*railway*signalling*systems* Fridlund,*M.:* Den*gemensamma*utvecklingen* *Staten,*storföretaget*och*samarbetet*kring** den*svenska*elkra%tekniken,*symposion,*stockholm/stehag,*1999.*

19 Mellerud& Trollhäban&1945& 50&km,&70&kV&and&P>2&MW& Fridlund,*M.:* Den*gemensamma*utvecklingen* *Staten,*storföretaget*och*samarbetet*kring** den*svenska*elkra%tekniken,*symposion,*stockholm/stehag,*1999.* AC&or&DC&for&the&TrunkWLine&Network?& Different*proposals*for* the*towers*for*the*first* 380*(400)*kV*network* Now*highest*voltage*for* equipment*is*420*kv* The*tower*designs*had* the*flexibility*to*carry* 1 380*kV*AC*circuit*or* 2 200*kV*HVDC*circuits* Norberg,*P.:* VfB100,*PPTBpresentaEon*a;ached*to*eBmail,*2015B03B26.*

20 HVDC&Link&to&Gotland&1954& Length*96*km* Depth*170*m* Monopolar* MercuryBarc*valves* Capacity*20*MW* Voltage*100*kV* Current*200*A* Area*90*mm 2* Massimpregnated* Haglöf,*L.:* The*history*of*HVDC*Part*1:*The*mercury*arc*valve*era,*HVDC*50*years:* PresentaEon*at*the*Gotland*seminar*2004B05B06,* Kon6WSkan&Study& Established*in*Stockholm*May*1960* Chairman:*S.*Lalander* Final*meeEng*in*Malmö*January*1962* Power*transfer*Germany*B*Scandinavia* Presented*a*twoBvolume*bilingual*report* Volume**I:* *Main*commi;ee*report* Volume*II: *Five*working*group*reports* KONTIBSKAN* *Studier*av*förutsä;ningarna*för*upprä;ande*av*en*samkörningsförbindelse*mellan* Väs;yskland*och*de*skandinaviska*länderna.*Del*I:*Rapport*från*studiekommi;én,*Stockholm,*1962.*

21 KONTIBSKAN* *Studier*av*förutsä;ningarna*för*upprä;ande*av*en*samkörningsförbindelse*mellan* Väs;yskland*och*de*skandinaviska*länderna.*Del*I:*Rapport*från*studiekommi;én,*Stockholm,*1962.* HVDC&Alterna6ves& Alternative Helsingborg- Hamburg Helsingborg- Skærbæk Göteborg- Himmerland Capacity [MW] 1/2 500= /2 500=250 1/2 800= /2 500= Investment [MSEK] KONTIBSKAN* *Studier*av*förutsä;ningarna*för*upprä;ande*av*en*samkörningsförbindelse*mellan* Väs;yskland*och*de*skandinaviska*länderna.*Del*I:*Rapport*från*studiekommi;én,*Stockholm,*1962.*

22 Kon6WSkan&1965* Length*OHL*88*km* Length*Cable*88*km* Depth*80*m* Monopolar* MercuryBarc*valves* Capacity*250*MW* Voltage*250*kV* Current*1*000*A* Area*625*&*2 310*mm 2* Massimpregnated* KonEBSkan,h;ps://www02.abb.com/global/abbzh/abbzh251.nsf!Open* Database&db=/db/db0003/db nsf&v=9AAC910040&e=us&m=* 100A&c=1F5E1EA1B9111D9DC125774A00411EB8,*Retrieved*2015B05B25.* Thyristor&Development& High*Voltage*Direct*Current*Transmission*Proven*Technology*for*Power*Exchange,* Siemens*AG,*Energy*Sector,*Erlangen,*2011.* Vobecky,*J.*&*Liu,*C.:* Thyristors*for*>10*GW*Power*Transmission,* ABB*Switzerland,*Semiconductors,*September*2014.*

23 Skagerrak&1976W77& Length*OHL*113*km* Length*cable*127*km* Depth*550*m* Bipolar* Capacity*500*MW* C/S*Skagerrak* Haglöf,*L.*&*Hammarlund,*B.:* SkagerackBöverföringen,*HVDC*för*världens*längsta*kabelförbindelse,* ASEA*Tidning,*vol.71,*no.*5B6,*December*1979.* Skagerrak&1976W77& Thyristor*valves** Voltage*±250*kV* Current*1*000*A* Haglöf,*L.*&*Hammarlund,*B.:* SkagerackBöverföringen,*HVDC*för*världens*längsta*kabelförbindelse,* ASEA*Tidning,*vol.71,*no.*5B6,*December*1979.*

24 Skagerrak&1976W77& Area*800*mm 2 *Cu* Massimpregnated* Depth*550*m* Double*armouring* Haglöf,*L.*&*Hammarlund,*B.:* SkagerackBöverföringen,*HVDC*för*världens*längsta*kabelförbindelse,* ASEA*Tidning,*vol.71,*no.*5B6,*December*1979.* Bal6c&Cable&1994& Length*OHL*12*km* Length*cable*250*km* Depth*45*m* Monopolar* Capacity*600*MW* Voltage*450*kV* Current*1*335*A* Area*1*600*mm 2* h;p://abbcloud.blob.core.windows.net/public/images/781971dab3538b4e93b8ec8bb813a /master.jpg* h;p:// h;p://

25 Cross&Border&Interconnectors& Kra%nätet*i*Nordvästeuropa,*SVKK030121,*h;p:// Four&Genera6ons&of&HVDCWlinks& ThuryBsystems*(1889B1905)* MercuryBarc*HVDCBlinks*(1954B1977)* ThyristorBbased*HVDCBlinks*(1972B* TransistorBbased*HVDCBlinks*(1997B*

26 Conclusions& ConnecEon*of*hydro*power*systems*and*thermal* power*systems*is*a*o%en*a*very*good*business* case* HVDC*links*has*had*and*will*have*an*even*more* important*role*to*play*in*a*global*grid:* ConnecEng*systems*with*different*frequencies* CreaEng*long*highBcapacity*pointBtoBpoint*links* CreaEng*medium*and*long*subsea*links* CreaEng*environmentalBfriendly*underground*links* CreaEng*meshed*HVDC*networks** Ques6ons&and&Remarks&?????*?????*!!!!!!!*!!!!!!!* Thank*you*for*your*a;enEon*