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CICLO SEMINARI LEDS 2016-17
Department of Industrial Engineering !
Padova,11o)obre2016
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LAMPADAADINCANDESCENZA
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)
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DISTRIBUZIONECOMMERICALE
1882-Edison
Aprile:HolbornViaduct(Londra)–2000lampade
Se)embre:PearlStreet(Manha)an)–400lampade
sistemaperladistribuzioneevendita
commercialedell’energiaele5ricaper
illuminazioneprodo5adaunacentraledi
EdisonIllumina8ngCompay:
• GeneratoriJumboda27ton100kW
• Correntecon8nuaa110V
Distribuzionederivata
(lampadeinparallelo)
• Lineeisolateedinterrate
• Contatoriperlafa5urazionedell’energia
(conta-caricaele5rica)
Peraverel’ele)ricitàincasanonèpiùnecessariocomperarsiancheilgeneratore
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CENTRALEELETTRICA
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STRETEGIACOMMERCIALE
Supportofinanziario:
grandifinanzieriJohnPierpontMorgan,…
Collocazionestrategicaàpromozione:
vicinoaWallStreet
80clien8influen8:NewYorkTimes,finanzieri,banche,…
Replicheimmediate:
1883:
SantaRadegonda(MI)–GiuseppeColombo
(SocietàEdison)
GranBretagna
Germania–EmilRathenau(àAEG)
1884:
Parigi,Tokyo….
LineeinCCBT(110V)limitateapochecenZnaiadimetri:
Pdiss 2R I 2
2L Pu
=
=ρ
Pu
Pu
S V2
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TRASMISSIONEINCONTINUAINEUROPA
MarcelDeprez(1843-1918)
Proge\stadilineeindcdal1876
1881:proge5operlineadigrandeestensione
1882:Esposizioneele)rotecnicadiMonaco
conOskarvonMiller(1855-1934)
Primatrasmissioneinccagrandedistanza:
1,5kWa2kV,di57kmtraMiesbacheMonaco
àfunziona,maconrendimen8ditrasmissionedel50%
1886:ele5rodo5oincca6kVdi60kmtraCreileParigi
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TRASMISSIONEINCONTINUAINEUROPA
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
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SISTEMIINCONTINUA
L=500m
G
110V
40kW
Edison:
idoneo all’utenza finale,
ma limitato a brevi distanze
EDISON
I=360A
L=230km
G
G
15kV
2,5MW
15kV
2,5MW
125kV
20MW
15kV M
G
15kV M
G
THURY
Thury:
idoneo a grandi distanze,
precluso all’utenza finale
I=160A
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CORRENTEALTERNATA
1850:FlorisNollet
Sociétédel’Alliance
alternatore(PM)pra8co
1858:FrederickHaleHolmes
36PM,1,5kW,600rpm,2tons
faroele5ricodiSouthForeland
1878:ZénobeThéophileGramme
alternatoreindustrialepercandelediJablochkov
1881:Siemens&Halske
sistemad’illuminazioneele5ricastradaleincorrente
alternataconAlternatoreSiemens&Halskeelampadead
arcoaGodalming(UK)
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TRASFORMATOREELETTRICODIPOTENZA
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
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ESIBIZIONEINTERNAZIONALEDITORINO
1884
GalileoFerraris(1847-1897)
LucienGaulard(1850-1888)
Dimostrazionetrasmissioneinccagrandedistanza:
Torino-Lanzo–34km
alternatoreSiemens&Halskeda2kVa130Hz
generatorisecondari1:1coniprimariinserieesecondariinbassatensione
Ferraris-studisullacorrentealternata
1884:fa5oredipotenza-cosfi
1885:scopertadelcampomagne8corotante
1888:formalizzazioneteoricadelcampomagne8corotante
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DISTRIBUZIONEDERIVATAINCA
1883:RankimKennedy
proponeladistribuzionederivatainca(primariinparallelo)
1885
O)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
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L=34km
G
2kV
2,5kW
100V
100V
100V
100V
GAULARD/LANZO
I=1,25A
L=2km
20V
G
2kV
22kW
GAULARD/ROMA
20V
I=11A
L=2km
G
2,4kV
400kW
FERRANTI
2,4kV
100V
2,4kV
100V
I=160A
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MONOFASEATEPRIMOPOLIFASE
Monofase
1889:S.Z.deFerranZ(1864-1930)
centralediDepjord(Tamigi)
peralimentareLondra
4macchineda1MW10kV85Hz
cavia10kV(recordperac)di11km
tensionerecordperiltempo
Trifase
1882:breve5odiHopkinson
1887:FriedrichHaselwander(1859-1932)
primoalternatoresincronotrifase
1889:M.O.Dolivo-Dobrowolsky(AEG)eC.E.L.Brown(Maschinenfabrik
Oerlikon–Zurigo):primimotoriasincronitrifase(20Hp,15kW)
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DIMOSTRAZIONESISTEMATRIFASE
1891
OscarvonMiller-EsibizioneInternazionalediFrancoforte
primalineatrifase,da240kW15kV175kmdacascateLauffensulNeckaraFrancoforte.
ImpianZ:
C.E.L.Brown(MaschinenfabrikOerlikon):
alternatoretrifase240kW86V40Hzetrasformatoritrifase
AEG:
trasformatoritrifasiemotoreasincronotrifaseda100Hp(75kW)
Dimostralepotenzialitàdellatrasmissionetrifasedielevatepotenzeagrandedistanza
conelevatorendimento
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PRIMOTRIFASECOMMERCIALE
SviluppicommercialiinEuropa
1891:FondazionediBrownBoveri&Company(BBC)
1893:Siemens:centraletrifasea5kVaSoden(Germania)
1893:ASEAJonasWenström:centraletrifaseconlineadi14kmaLudvika(Svezia)
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CORRENTEALTERNATAINAMERICA
1885-6
GeorgeWesZnghouse(1846-1914)
dopodimostrazioneaTorinodel1884
1885:acquistatecnologiaebreve\europei
1886:WesBnghouseElectricCompany
ingaggiaWilliamStanleyJr.(1858-1916)
• primotrasformatorealamierinipra8co
• GreatBarrington(MA):
primosistemaamericanoinca
contrasformatorisiaelevatoricheridu5ori
1886:Thomson-HustonElectricCompany
sistemiincorrentealternataperilluminazioneconlampadeadarco
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NIKOLATESLA
InizialmentelavoraperEdison
1882:Con8nentalEdison(Parigi)
1884:EdisonMenloParkLaboratory(NewYork)
Poirompeelavorainproprio
1887:NikolaTesla(1857-1943)richiedeilbreve5o(registratonel
1888)permotorebifaseacamporotantecongliindu5ori
avvol8suununicoanelloferromagne8co:primomotore
adinduzione(asincrono)
perpotenzialesviluppopra8co
1888conferenzaAIEE:Anewsystemof
alternatecurrentmotorsandtransformers
promuoveisuisistemiinalternata
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WESTIGHOUSE–TESLA
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
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1886-1891:GUERRADELLECORRENTI
CONTINUAOALTERNATA?
Compe8zionetraidiuesistemiancheinEuropa,mainAmericaognimezzoèbuonoper
prevalere
1890:penitenziariodiAuburn(Albany,NY)primaesecuzioneconsediaele5rica
conalternatoreSiemens,sceltodalschieramentopro-Edisonperdimostrareche
l’alternataèletale.
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World’sColumbianExposiZondiChicago
1892:GeneralElectric(EdisonGeneralElectricCompany+Thomson-HoustonElectric
Company)percompeterenelmercatodell’alternata,oramaivincente
1893:World’sColumbianExposiZondiChicago
Wes8ghousevincelagaraperfornireilsuosistemauniverale,
2alternatoriTesla+96000lampade+conver8triceac/dc+piccolaferroviaà
dimostraversa8litàedaffidabilitàperogni8podifornituradipotenzaele5rica
“TeslaPolyphaseSystem”Teslapresentailsuosistemabifase:alternatori,motori,
conver8tori
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CENTRALEALLECASCATENIAGARA
1893:assegnazioneaWes8ghouse
(dopoilrifiutoallaBBCsvizzera,tecnologicamentepiùavanzata,mastraniera)
contra5operleprimacentrale:bifase3,5MW2,2kV
proge5odiTesla
1895:messainservizio(secondosistemapolifaseamericano,dopoquellodiStanley
del1893)
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CENTRALEALLECASCATENIAGARA
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
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SFRUTTAMENTOIDROELETTRICODELLEALPI
1898:SocietàEdison
entrainserviziolacentraleidroele5ricatrifaseaPadernod’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.
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TRASMISSIONEINCORRENTEALTERNATA
Boomdellatrasmissioneincorrentealternata
Trasmissioneagrandedistanzaconele)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
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TRASMISSIONEINCORRENTEALTERNATA
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
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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-StaZUniZ
Calcolatoreele)romeccanicoanalogico
Sviluppatoperaffrontareproblemidianalisieges8onedellegrandire8ele5riche
• Risolvesistemidiequazionidifferenziali
con18variabili(impossibili“amano”)
• Avvialericerchesulle
macchinedacalcolo
cheporteràallaprimagenerazione
dielaboratoriele5romeccanici
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E LA CORRENTE CONTINUA?
RINASCITADELL’HVDC(HighVoltageDirectCurrent)
1929:UnoLamm(ASEA):raddrizzatoreavaporidimercurioadele5rodisequenziali
ada\allaAT
1941:Siemens:ElbeProjekt115kmdall’ElbaaBerlino60MW±200kV
1945:requisitodaURSS:Moscow–Kashira,112km30MW±100kV
caviso)omarinielunghelineeaereecondebolestabilità
ASEA,monopolio
1954:20MW,380kVGotlandSvezia
1961:160MW±100kV,Francia-Inghilterra
1965:250MW±275kVDanimarca-Svezia
300MW±125kVGiappone
600MW±250kVisoledelsude
delnordinNuovaZelanda
1968:200MW200kVSardegna-Italia
1970:PacificInter8e1380km1,44GW±400kV
…..
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BOOM DELL’ HVDC
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
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E LA CORRENTE CONTINUA?
NUOVISCENARIPERLACORRENTECONTINUABTEMT:SMARTGRID
Fon8rinnovabiliconvocazioneindc:
- Fotovoltaichedc
- Eolicheinpra8cadc(avalledell’inverterconnessoall’alternatore)
- …
- Lefon8rinnovabilisonospessodistribuiteeintermi5en8
- Uten8diventanouZlizzatori/produ)ori
- Ges8oneo\malepermezzodisistemidiaccumuloenerge8codc
àFlussidipotenzabidirezionaliconges8oneenegoziazionedell’energiao\mizzata=
SMARTGRID
- Anchemoltedisposi8viu8lizzatorisonoessenzialmentedc
- Esipossonocostruiretrasformatoridc/dcallostatosolidoefficien8edeconomici
- Lere8possonoesserereseancorapiùSMART
- Diventapossibileges8relere8elainterconnessioniincorrentecon8nuaadiversilivelli
dipotenzaetensione
- EvoluzioneversoENERGYHUBindcBTeMT
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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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