bland annat på grund av den höga totalverkningsgrad



Relevanta dokument
Kraftvärmeverket För en bättre miljö

DryformerTM. en ny oljefri krafttransformator med liten miljöpåverkan

Powerformer en radikalt ny roterande maskin

Elenergiteknik. Industrial Electrical Engineering and Automation. Energi och effekt. Extra exempel

Vertical Wind. Vertical Wind kan idag offerera nyckelfärdiga 200kW system i parker om 1-5 vindkraftverk per ställverk.

WindformerTM. Vindkraften blir storskalig. Mikael Dahlgren, Harry Frank, Mats Leijon, Fredrik Owman, Lars Walfridsson

Tentamen den 22 mars 2003 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

Nya vattenkylda turbogeneratorer för effekter från 400 MVA

Allmän behörighet. Facit - Övningstenta

ORC för elproduktion i värmeverk

Vattenkraftstationers generatorer Vattenkraftstationers reläteknik 15% rabatt om du går båda kurserna!

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Lektion Elkraft: Dagens innehåll

VVKV med 10kW nominell effekt vid 10m/s av typ V10K. VVKV med 50kW nominell effekt vid 10m/s av typ V50K

BILLERUD AB GRUVÖNS BRUK. Ö-drift. Malin Jervant

Industriellspillvärme

6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas

Fö 6 - TMEI01 Elkraftteknik Asynkronmaskinen

Högt över alla förväntningar. HP Processmotorer

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Tentamen i Elkraftteknik 3p

Välkommen till REKO information Fjärrvärme

Tentamen den 9 januari 2002 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

söndag den 11 maj 2014 Vindkraftverk

Kraftvärme i Katrineholm. En satsning för framtiden

Tentamen i Elkraftteknik för Y

ELMASKINLÄRA ÖVNINGSUPPGIFTER

Nya luftkylda turbogeneratorer i 300 MVA-klassen

Utsläpps Kontrollerade Generator bilresa Version. Generation Förskjutning (liter) Dieselbränsle Luft till luft intercooler Turboladdad

Likströmsmotorer har funnits

Projektuppgift i Simulering Optimering av System. Simulering av kraftvärmeverk med olika bränslen.

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

a) Beräkna spänningen i mottagaränden om effektuttaget ökar 50% vid oförändrad effektfaktor.

Mer El Metodisk genomgång av befintliga anläggningar

Synkronmaskinen. Laboration Elmaskiner 1. Personalia: Godkänd: UMEÅ UNIVERSITET Tillämpad fysik och elektronik Dan Weinehall.

Jag har inte lyckats förstå varför frekvensen i stamnätet pendlar beroende av förhållandet mellan produc erad kraft och uttagen kraft, momentant.

10 % Överlägsen systemeffektivitet Ett nytt sätt att minska kostnaderna Micro Plate -värmeväxlare för värmesystem. mphe.danfoss.

Synkron reluktansmotor och drivpaket med hög uteffekt Optimerad ägandekostnad för pumpoch fläkttillämpningar

Spänningen som angets ovan är spänningen mätt mellan 2 faser. Den kallas för systemspänning.

Tentamen (TEN1) TMEI01 Elkraftteknik

Hållbar utveckling Vad betyder detta?

Lågspänningsprodukter Produkter för solcellsystem

Säkerheten vid våra kraftverk

STAL TURBOGENERATOR en kortfattad systembeskrivning

TopCycle Framtidens kraftverk. Integrerad Ång/Gasturbin process för hållbar elproduktion

INFO från projektet 45

Kunskaper i teknik för skolår 7. El i vardagen.

Uppvärmning och nedkylning med avloppsvatten

KUNDUNIKA LÖSNINGAR OCH UTRUSTNING FÖR. Förnybar energi

Yrkeshögskolan Novia Utbildningsprogrammet i elektroteknik

Synkron koppling av effektbrytare

Kommentarer till målen inför fysikprovet. Magnetism & elektricitet

Synkrongeneratorn och trefas

LANDANSLUTNING AV FARTYG I HAMN ETT EFFEKTIVT SÄTT ATT ELIMINERA LOKALA UTSLÄPP

Statorn i både synkron- och asynkronmaskinerna är uppbyggda på samma sätt.

Tentamen den 10 januari 2001 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

Effekt kva 5,2 5,8 Effekt kw 5,2 5,8 Nominellt varvtal r.p.m Standardspänning V 240/120 Märkt vid effektfaktor Cos Phi 1

KRAFTVÄRMEVERKET TORSVIK

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Vattenkraft. En oändlig energi.

Torrisolerade transformatorer. RESIBLOC Transformatorteknik med mindre miljöpåverkan

Bioterias ventilationssystem

Fjärrkyla med hjälp av överskottsvärme Ilkka Salo

Kraftvärme. - Powered by Swebo.

Hörneborgsverket i Örnsköldsvik. Från biobränsle till el, ånga och värme

OUR ENERGY YOUR SUCCESS. Lösningar och utrustning för Förnybar energi

TSFS11 - Energitekniska system Kompletterande lektionsuppgifter

Bioterias ventilationssystem

Transformatorns princip. Transformatorns arbetssätt. Styrteknik ETB Transformatorn

Bioenergi. En hållbar kraftkälla.

Småskalig kraftvärme från biomassa - Sveriges första micro-förgasare på Emåmejeriet

Elektriska drivsystem Föreläsning 2 - Transformatorer

Effekt kva 3,9 4,4 Effekt kw 3,1 3,5 Nominellt varvtal r.p.m Standardspänning V 400/230 Märkt vid effektfaktor Cos Phi 0,8

LNB727, Transformatorn. Jimmy Ehnberg, Examinator Avd. för Elkraftteknik Inst. för Elektroteknik

B2 1 (4) Typ av åtgärd på respektive del. Helt ny Renoverad. Planerat Utfört. Planerat Utfört

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Varvtalsreglerad kapacitetsstyrning av skruvkompressorer. driftsekonomi och. 18 ABB Tidning 4/1996

Fö 10 - TSFS11 Energitekniska System Synkronmaskinen

Sune Zander Brittedals Elnät ekonomisk förening. Ett medlemsägt företag med eldistribution, elproduktion med vattenkraft samt elhandel.

V90-1,8 MW & 2,0 MW Bygger på erfarenhet

Föreläsning i termodynamik 11 oktober 2011 Lars Nilsson

Utbildningsplan YH Vattenkrafttekniker 2014/15

Effektiv användning av olika bränslen för maximering av lönsamheten och minimering av koldioxidutsläppet.

en elektrisk nettoverkningsgrad på 50 % 1.

Tekniska data för värmekraftaggregat vid ansökan om undantag enligt 9 kap SvKFS 2005:2

Skruvkompressorer över 30 kw. Människor. Passion. Prestanda.

Optimal råvaruinsats och utnyttjandegrad i energikombinat

Vindkraft i Halland - möjligheter och problem

Järnvägens elanläggningar

Upp till kamp mot den reaktiva effekten. Hur du ökar verkningsgraden med ABBs nya utrustning för faskompensering

Bioenergi för värme och elproduktion i kombination

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings universitet

Optimalt nyttjande av exergipotentialen i bränslen och förnybar energi med kombikraftverk

1 (4) Bilaga till A1 Beskrivning av ombyggnad. 1 Kraftvärmeverk eller industriell mottrycksanläggning. Bedömning av teknisk livslängd

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

(Framsida Adlibris, redigerad i paint)

Goda förutsättningar för ökad lönsamhet. Direktdrivet vindkraftverk SWT Answers for energy.

Möjligheter för småskalig kraftvärme från biomassa Ett demonstrationsprojekt i sydöstra Sverige

Det enda du inte kan mäta är potentialen

Transkript:

Powerformer till svenskt kraftvärmeverk Powerformer, en helt ny typ av generator som utvecklats av ABB, har valts för Eskilstunas nya kraftvärmeverk. Detta är den första kommersiella beställningen av en Powerformer till värmekraftsektorn. Generatorn har märkeffekten 4 MVA vid 136 kv och 3000 r/min. Den ansluts direkt till befintligt ställverk på 136 kv och behöver inte någon transformator. Livscykelkostnaden för Powerformer beräknas vara 1 % lägre än för en konventionell generator. D et kommunala energibolaget Eskilstuna Energi & Miljö AB har valt Powerformer till sitt nya kraftvärmeverk. Beslutet fattades på grundval av en analys av livscykelkostnad, som jämförde den totala ekonomin för en konventionell anläggning med ett kraftverk baserat på den nya generatortekniken Powerformer. Anläggningen ska byggas vid ett befintligt fjärrvärmeverk i Eskilstuna. Driftsättning är planerad år 000 och kraftverket beräknas vara i drift under ca 000 timmar per år 1. Kraftvärmeverksprojektet i Eskilstuna Det nya kraftvärmeverket i Eskilstuna får en elektrisk effekt på 38 MW och ska dessutom producera 71 MW värme. Ytterligare 1 MW värme kan återvinnas ur rökgaserna. Anläggningen ska eldas med biomassa, i första hand skogs- och sågverksavfall. Ånga från pannan på 110 MW ska mata en ångturbin som levereras av ABB Stal AB. Turbinen är av tvåhustyp med en högtrycks- och en lågtrycksdel. Powerformer-generatorn, som byggs av ABB Generation AB, ska drivas från båda ändarna av de båda turbinmodulerna. Kraftbolaget valde Powerformer bland annat på grund av den höga totalverkningsgrad och enkla struktur som går att uppnå med det innovativa konceptet. Båda dessa faktorer beräknas sänka livscykelkostnaden för Eskilstunas kraftvärmeverk. Lars Andersson Eskilstuna Energi & Miljö AB Mats Kjellberg Christer Parkegren Torbjörn Sörqvist Annika Karlsson Kåre Gundersen ABB Generation AB Powerformer en helt ny högspänningsgenerator Powerformer tillämpar ny generatorteknik för att generera elkraft på högspänningsnivå. Med Powerformer är det inte nödvändigt att transformera generatoreffekten till högre spänningsnivå, som fallet är med konventionella generatorer. Genom att eliminera transformatorn kan kraftverkets elektriska verkningsgrad ökas med 0, till,0 procentenheter i förhållande till konventionella anläggningar. Powerformer revolutionerar den etablerade, traditionella generatortekniken och utgör en milstolpe inom elkraftteknikens historia [1]. Vid en första anblick ser en Powerformer ut som en konventionell luftkyld turbogenerator 3. Den bygger också i huvudsak på beprövad teknik, exempelvis: Luftkyld cylindrisk -polig rotor Borstlös magnetisering Piedestallager Laminerad statorkärna Cylindrisk statorstomme Högspänningskablar som statorlindning I Powerformer används högspänningskablar med XLPE-isolation som statorlindning, istället för den komplexa struktur av isolerade kopparledare med rektangulärt tvärsnitt som används i konventionella generatorer. Idag finns det XLPE-isolerade högspänningskablar för spänningar upp till 400 kv. När den XLPE-isolerade kabeln introducerades på 1960-talet förekom det till en början problem med tillförlitligheten, orsakade av bristande styrning av tillverkningsprocessen. Dessa problem har sedan länge lösts och dagens högspänningskablar av XLPE-typ uppvisar imponerande prestanda. En jämförelse mellan konventionella generatorlindningar och sådana som bygger på XLPE-isolerad högspänningskablar visar att kabelvarianten har färre fel. Användning av högspänningskablar innebär vissa viktiga fördelar. För det första ger den cirkulära ledargeometrin ett jämnare fördelat elektriskt fält. Detta betyder att påkänningen på isolationsmaterialet blir likformig. För det andra har kabeln en isolationsförmåga på 10 kv/mm, ett mycket högre värde än de 3 kv/mm som dagens konventionella generatorlindningar erbjuder. ABB Tidning 3/1999 19

Arkitekt-vy av Eskilstunas kraftvärmeverk 1 Processchema för Eskilstunas kraftvärmeverk 1 Panna Kondensorer för fjärrvärme Högtrycksångturbin 6 Lågtrycksförvärmare 3 Lågtrycksångturbin 7 Avluftare 4 Powerformer (högspänningsgenerator) 8 Högtrycksförvärmare 1 8 7 4 6 3 Kombinationen av dessa båda faktorer tillåter en dramatisk ökning av den genererade spänningen. Användning av högspänningskablar garanterar också fullständig isolation av generatorlindningen. Med detta arrangemang minimeras risken för partiell urladdning samt interna två- och trefasfel. Statorströmmen är betydligt lägre än i konventionella generatorer på grund av den högre genererade spänningen. Den låga strömmen medför att de mekaniska krafter som påverkar härvändarna blir låga. Följden är att härvändstagningarna kan göras enklare än i en konventionell generator. 0 ABB Tidning 3/1999

Powerformer-generator på 136 kv för Eskilstunas nya kraftvärmeverk 3 Kylsystem Powerformer har två kylsystem, båda av konventionell och beprövad typ. Rotorn och härvändarna luftkyls av ett slutet ventilationssystem där luften återkyls i luft-/vattenkylare. Statorkärnan är vattenkyld med hjälp av kylvattenrör som löper axiellt genom kärnan. Kylvatten av normal kvalitet kan användas eftersom vattnet förblir vid nollpotential. reaktanser i samma storleksordning som traditionella lösningar med generator och transformator. Kortslutningsströmmarna i högspänningsställverket ökar alltså inte. Minskad miljöpåverkan En annan viktig fördel med Powerformer är att dess höga verkningsgrad minskar kraftverkets totala miljöbelastning. Powerformer innehåller för övrigt färre miljöskadliga ämnen. Exempelvis förekommer ingen epoxyharts, ett material som används för att impregnera statorlindningarna i konventionella generatorer. Eftersom det inte behövs någon transformator till en Powerformer försvinner hela problemet med tonvis av Förluster och reaktanser Förlusterna i Powerformer är av samma storleksordning som i traditionella generatorer, men annorlunda fördelade. Kopparförluster, tillsatsförluster och ventilationsförluster är lägre, medan järnförlusterna är högre. Verkningsgraden för en Powerformer ligger normalt i området 97, till 98, %. För kraftvärmeverket i Eskilstuna ligger verkningsgraden på 98, % (tabell 1). Powerformer kan konstrueras med Tabell 1: Powerformer för Eskilstunas kraftvärmeverk: tekniska data Uteffekt MVA 4 Effektfaktor 0,93 Spänning kv 136 Varvtal rev/min 3000 Frekvens Hz 0 Kylning Rotor IC8A1W7 (luft) Härvändar IC8A1W7 (luft) Statorkärna IC9W7W7 (vatten) Verkningsgrad 98, % ABB Tidning 3/1999 1

Tabell : Analys av livscykelkostnaden för Eskilstunas kraftvärmeverk Anläggning baserad Konventionell på Powerformer anläggning (%) (%) Investeringar Powerformer, 136 kv 100 Generator, 11 kv 44 Generatorskenstråk och ställverk, 11 kv 7 Transformator, 11/136 kv 6 Transformatorbyggnad Drift och underhåll Verkningsgrad, 400 kwe lägre uteffekt Tillgänglighet, 0 timmar mindre per år 11 Underhåll Reaktiv effekt Miljöbelastning Totalt 100 11 Villkor: Ränta 6 % Driftstimmar per år 000 Livscykel 0 år Förlustvärdering USD /MWh Generatorställverk på 11 kv-nivån behövs inte. Ingen 11/136 kv-transformator behövs. Ett antal mindre komponenter, exempelvis strömtransformatorer, spänningstransformatorer och ventilavledare, kan också elimineras. Följden är att det nya kraftvärmeverket i Eskilstuna blir betydligt enklare än en konventionell anläggning. Powerformer har alla de vanliga skyddsfunktionerna, som överspänningsskydd, generatorskydd och kabelskydd. Vad jordningen beträffar utnyttjar Powerformer systemjordningen i 136 kv-ställverket. Generatorns nollpunkt skyddas av en ventilavledare. På grund av det mindre antalet komponenter räknar kraftbolaget med att den nya Eskilstuna-anläggningen ska bli billigare i underhåll. olja i transformatortanken. Inte heller finns det några oljebaserade isolations- och kylsystem som annars utgör potentiell brandfara och risk för oljeläckage. Andra faktorer är de svagare elektriska och magnetiska fälten som ger en säkrare arbetsmiljö i anläggningen. Enklare och effektivare elektrisk anläggning Färre komponenter Generatorklämmorna är via högspänningskablar direkt anslutna till 136 kvställverket. Ställverket ligger ca 1,3 km från kraftvärmeverket. En 136 kv-brytare övertar den konventionella generatorbrytarens funktion. Lösningen medför vissa viktiga fördelar för kraftverket 4 : Inget skenstråk på 11 kv-nivån behövs. Tabell 3: Powerformer för värmekraft (uteffektområde 0 00 MW) Uteffekt MW 0 00 Spänning kv 0 Varvtal r/min 3000/3600 Frekvens Hz 0/60 Drivning Ångturbin/gasturbin Enkeländsdrift/ dubbeländsdrift Högre verkningsgrad och tillförlitlighet Genom att eliminera generatorskenstråken, generatorställverket och transformatorn minskar förlusterna med ca 400 kw. Utan dessa komponenter beräknas dessutom tillgängligheten för Eskilstuna-anläggningen bli högre än i en konventionell anläggning motsvarande ca 0 produktionstimmar per år. Det är inte bara de aktiva förlusterna som minskar. En transformator förbrukar även reaktiv effekt. Eftersom transformatorn elimineras, och därmed behovet av reaktiv effekt, står mera reaktiv effekt till förfogande för nätet för att möta tillfälliga interna behov. Högre verkningsgrad har ytterligare två viktiga fördelar. Mer elektrisk energi kan genereras med samma bränsleåtgång, eller samma mängd elektrisk energi kan produceras med mindre bränsle. I båda fallen uppstår kommersiella och miljömässiga fördelar. ABB Tidning 3/1999

1 procent lägre livscykelkostnad Powerformer har utvecklats som ett svar på kraftindustrins krav på effektivare drift och lägre underhållsbehov för sina genereringsanläggningar. Powerformer erbjuder fördelar i teknisk prestanda som kan omsättas till ekonomisk vinst. Eskilstuna Energi & Miljö valde Powerformer-tekniken på grund av dess potential att skapa kostnadseffektiva och miljövänliga lösningar för produktion av elkraft. Kraftbolaget räknar med att investeringen ska återbetala sig på 7 10 år. En analys som genomförts av kraftbolaget visar att livscykelkostnaden för en anläggning baserad på Powerformer-tekniken bör bli 1 % lägre än för en konventionell anläggning (tabell ). Denna analys tog bland annat hänsyn till investeringskostnader, räntor, driftskostnader och vinstkrav. 3 1 136kV 136kV 4 4 9 8 11kV 7 6 a b Powerformer kan nu levereras för effekter från 0 till 00 MW Grundläggande i Powerformer-tekniken är att högspänningskabel används istället för konventionella statorledare. Denna teknik kan i princip utnyttjas för alla roterande elektriska maskiner. ABB utvecklar nu Powerformer-konceptet för olika tillämpningar och för närvarande kan tekniken levereras för såväl vattenkraftverk som värmekraftverk. Då det gäller värmekraftverk finns Powerformer för närvarande tillgänglig i effektområdet från 0 till 00 MW och för spänningar från till 0 kv (tabell 3). Utvecklingen fortsätter med målet att öka såväl uteffekt som spänning. Den elektriska delen Powerformer (a) i jämförelse med en konventionell anläggning (b) 1 Powerformer (högspänningsgenerator) Konventionell 11 kv-generator 136 kv-kabel (1,3 km) 6 11 kv-generatorbrytare 3 136 kv-brytare 7 11 kv-skenstråk (fungerar som generatorbrytare) 8 11/136 kv-transformator 4 136 kv-skenstråk 9 136 kv-brytare Referenser [1] Leijon, M.: Powerformer radikalt nytänkande bakom ny elektrisk maskin. ABB Tidning /98, 1 6. Författarnas adresser Lars Andersson Eskilstuna Energi & Miljö AB Mats Kjellberg Christer Parkegren Torbjörn Sörqvist Annika Karlsson Kåre Gundersen ABB Generation AB S-71 76 Västerås Fax: +46 1 41 9 77 E-mail: mats.kjellberg@segen.mail.abb.com 4 ABB Tidning 3/1999 3