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Publicação
Techno-Economic Assessment of a Superconducting Fault Current Limiter for Wind Farm Grid Integration: A Case Study in Portugal
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 3.88 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
The integration of new renewable energy sources, particularly wind farms, into existing
power grids presents significant technical challenges due to the rise in short-circuit current
levels. As fault currents approach equipment ratings, grid operators must either reinforce
protection systems or consider alternative solutions to ensure safe and reliable opera-
tion. Conventional approaches, such as upgrading switchgear and circuit breakers, often
involve significant investment and prolonged downtime. High Temperature Supercon-
ductor (HTS) Fault Current Limiters (FCLs) of the saturated-core type offer a promising
alternative by reducing fault current levels, thereby limiting the need for costly protection
system upgrades or allowing such investments to be deferred. Although HTS-based
Superconducting Fault Current Limiters (SFCLs) have been successfully demonstrated,
they have not been adopted by utilities, primarily due to high initial investment costs.
In this context, the present study conducts a Techno-Economic Assessment (TEA) of
the Saturated Iron Cores Superconducting Fault Current Limiter (SIC-SFCL) to evaluate its
feasibility in practical power system environments. A case study in Portugal is presented,
analyzing the impact of the integration of a new wind farm into the Portuguese distribution
grid, with the objective of determining whether the implementation of a SIC-SFCL is
more economically advantageous than upgrading conventional protection equipment
(switchgear and circuit breakers).
The economic analysis identifies the conditions under which the SFCL deployment be-
comes cost-effective, offering valuable insights for utilities and grid operators considering
the integration of superconducting technologies. This assessment therefore contributes
to overcoming barriers to SFCL deployment and supports the transition towards more
resilient and renewable-based power systems.
A integração de novas fontes de geração renovável, em particular parques eólicos, nas redes elétricas existentes apresenta desafios técnicos significativos devido ao aumento dos níveis de corrente de curto-circuito. À medida que as correntes de defeito se aproximam dos limites nominais dos equipamentos, os operadores de rede têm de reforçar os sistemas de proteção ou considerar soluções alternativas para garantir uma operação segura e fiável. As abordagens convencionais, como a substituição ou o reforço dos dispositivos de proteção da rede, como disjuntores e seccionadores, implicam frequentemente investimentos elevados e longos períodos de indisponibilidade. Os limitadores de corrente supercondutores do tipo núcleos saturados, oferecem uma alternativa promissora ao reduzir os níveis de corrente de defeito, limitando assim a necessidade de dispendiosas modificações dos sistemas de proteção ou permitindo o adiamento desses investimentos. Embora os limitadores de corrente baseados em supercondutores de alta temperatura já tenham sido demonstrados com sucesso, ainda não foram adotados pelas empresas de energia, sobretudo devido aos elevados custos de investimento inicial. Neste contexto, o presente estudo realiza uma análise tecno-económica do limitador de corrente supercondutor de núcleos saturados, com o objetivo de avaliar a sua viabilidade num contexto real. É apresentado um caso de estudo em Portugal, analisando o impacto da integração de um novo parque eólico na rede de distribuição portuguesa, com o intuito de determinar se a implementação do dispositivo supercondutor é economicamente mais vantajosa do que o reforço dos equipamentos de proteção da rede (disjuntores e seccionadores). A análise económica identifica as condições em que a implementação do limitador de corrente baseados em supercondutores de alta temperatura se torna economicamente viavel, oferecendo contributos relevantes para as empresas de energia e operadores de rede que considerem a integração de tecnologias supercondutoras. Esta avaliação contribui, assim, para ultrapassar barreiras à adoção dos limitadores de corrente supercondutores e apoia a transição para sistemas elétricos mais resilientes e assentes em energias renováveis.
A integração de novas fontes de geração renovável, em particular parques eólicos, nas redes elétricas existentes apresenta desafios técnicos significativos devido ao aumento dos níveis de corrente de curto-circuito. À medida que as correntes de defeito se aproximam dos limites nominais dos equipamentos, os operadores de rede têm de reforçar os sistemas de proteção ou considerar soluções alternativas para garantir uma operação segura e fiável. As abordagens convencionais, como a substituição ou o reforço dos dispositivos de proteção da rede, como disjuntores e seccionadores, implicam frequentemente investimentos elevados e longos períodos de indisponibilidade. Os limitadores de corrente supercondutores do tipo núcleos saturados, oferecem uma alternativa promissora ao reduzir os níveis de corrente de defeito, limitando assim a necessidade de dispendiosas modificações dos sistemas de proteção ou permitindo o adiamento desses investimentos. Embora os limitadores de corrente baseados em supercondutores de alta temperatura já tenham sido demonstrados com sucesso, ainda não foram adotados pelas empresas de energia, sobretudo devido aos elevados custos de investimento inicial. Neste contexto, o presente estudo realiza uma análise tecno-económica do limitador de corrente supercondutor de núcleos saturados, com o objetivo de avaliar a sua viabilidade num contexto real. É apresentado um caso de estudo em Portugal, analisando o impacto da integração de um novo parque eólico na rede de distribuição portuguesa, com o intuito de determinar se a implementação do dispositivo supercondutor é economicamente mais vantajosa do que o reforço dos equipamentos de proteção da rede (disjuntores e seccionadores). A análise económica identifica as condições em que a implementação do limitador de corrente baseados em supercondutores de alta temperatura se torna economicamente viavel, oferecendo contributos relevantes para as empresas de energia e operadores de rede que considerem a integração de tecnologias supercondutoras. Esta avaliação contribui, assim, para ultrapassar barreiras à adoção dos limitadores de corrente supercondutores e apoia a transição para sistemas elétricos mais resilientes e assentes em energias renováveis.
Descrição
Palavras-chave
Renewable energy integration superconducting fault current limiter (SFCL) techno-economic assessment (TEA)