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1 Presentation title | Prysmian Group | Date
Giornata di Studio
La Rete Elettrica di Trasmissione Nazionale e la Sfida delle Energie Rinnovabili
L’evoluzione del Sistema di Trasmissione in Italia
Date
Intervento Prysmian: Ing. Giovanni Pozzati Giovedì, 29 novembre 2012
AEE - Gruppo Tematico “Trasmissione dell’Energia Elettrica” AEIT Sezione di Napoli ASTRI Associazione Scienze e Tecnologie per la Ricerca e l’Industria della Federazione AEIT Università di Napoli Federico II – Gruppo di Ricerca Consorzio EnSIEL - Dip. Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione
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Giornata di Studio – Napoli, 29 Novembre 2012 La Rete Elettrica di Trasmissione Nazionale e la Sfida delle Energie Rinnovabili L’evoluzione del Sistema di Trasmissione in Italia
1. I cavi sottomarini per impianti di generazione off-shore e per lunghi collegamenti. 1.1 - La Generazione eolica off-shore: Configurazione tipica di un parco eolico off-shore
1.2 - Schema tipico di collegamento sottomarino e terrestre in uso nel Mare del Nord 1.3 - Disegno Tipico di cavo MV Tripolare Sottomarino, “Wet Design” 1.4 - Disegno Tipico di cavo HV Tripolare Sottomarino, “Dry Design” 1.5 – Tecnologie dei cavi HVDC: MI, SCFF, MI PPL, Estruso. 1.6 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini 1.7 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini: Diagramma di Flusso
1.8 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: Thanet 1.9 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: i progetti nel Mare del Nord
1.10 - Il SA.PE.I 1.11 - Il Progetto HVDC Western Link
2. I Cavi Terrestri HVAC e HVDC: Interconnessioni e Collegamenti coi parchi Eolici e Fotovoltaici. 2.1 - Esempi Interconnessioni: The European Supergid 2.2 - Esempi Interconnessioni: Il Progetto Desertec 2.3 – Evoluzione delle reti HVDC e sistemi di conversione
2.4 - Esempio Applicativo di interconnessioni terrestri HVDC: Inelfe: Francia-Spagna 2.5 - Inelfe: Francia-Spagna - Realizzazione 2.6 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre HVAC per parco eolico: Buddusò - Alà dei Sardi, 150 kV 2.7 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre per parco fotovoltaico: Galatina - Gamascia, 150 kV 2.8 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri 2.9 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri: Diagramma di Flusso 2.10 – Pignataro Maggiore: Cavo 87/150 kV – Guaina Al saldato longitudinalmente 2.11 – Pignataro Maggiore – La linea per la Tecnologia WAS Prysmian.
3. Sviluppi Tecnologici: cavi a ridotto impatto ambientale 3.1 - Il concetto Prysmian P-Laser 3.2 – L’ Esperienza Applicativa del concetto P-Laser: La Media Tensione 3.3 – Il P-Laser: la Riciclabilità dei Materiali
3.4 – Il P-Laser: La Carbon Footprint
AGENDA
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Configurazione tipica di un parco eolico off-shore:
Off-Shore MV/HV transformer platform
HV station
Transmission Grid
HV 150 kV cable
MV Cables 20 or 30 kV
Tipi di struttura di sostegno degli aerogeneratori off-shore in funzione della profondità del mare:
La Generazione eolica off-shore: Configurazione tipica di un parco eolico off-shore
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1 – Terminali HVAC 2 – Terminali HVDC 3 – Stazione di conversione AC/DC offshore 4 – Stazione di conversione DC/AC terrestre 5 – Giunto di transizione terra/mare
Schema tipico di collegamento sottomarino e terrestre in uso nel Mare del Nord
Per collegamenti con cavi estrusi fino a 320 kVdc vengono impiegati diversi disegni di cavo e sezioni. È disponibile un’ ampia gamma di giunti asimmetrici.
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Copper Conductor (longitudinally sealed)
Semi-conducting Conductor Screen
EPR Extruded Insulation
Semi-conducting Insulation Screen
Tinned Copper Tape Screen
Polypropylene Fillers
Binder tape
Polypropylene String Bedding
Galvanized Steel Wire Armour +Bitumen Wash
Polypropylene String Serving
Fibre Optic Unit
Disegno Tipico di cavo MV Tripolare Sottomarino, “Wet Design”
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1 - Conduttore 2 - Schermo semiconduttivo sul conduttore 3 - Isolamento – XLPE 4 - Schermo semiconduttivo sull’isolante 5 - Fasciatura di nastri igroespandenti 6 - Guaina di piombo 7 - Guaina di polietilene 8 - Riempitivi 9 – Fasciatura di riunione 10 - Imbottitura 11 - Armatura 12 - Fasciatura esterna 13 - Cavo ottico interstiziale
Disegno Tipico di cavo HV Tripolare Sottomarino, “Dry Design”
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Tecnologie dei cavi HVDC: MI, MI PPL, SCFF, ESTRUSO
MI Paper (carta impregnata) Temperatura di funzionamento: 55 °C Potenza massima per bipolo: 1800 MW
•LCC & VSC Converter Technology; •Qualificato fino a ± 500 kV; •In servizio fino a ± 500 kV;
•LCC & VSC Converter Technology; •Qualificato fino a ± 600 kV; •In servizio fino a ± 400 kV;
SCFF (olio fluido) Temperatura di funzionamento: 90 °C Potenza massima per bipolo: 2500 MW
MI PPL (carta/polipropilene impregnata) Temperatura di funzionamento: 85 °C Potenza massima per bipolo: 2200 MW
•LCC & VSC Converter Technology; •Qualificato fino a ± 600 kV; •Non ancora in servizio;
ESTRUSO (a base di polietilene reticolato) Temperatura di funzionamento: 70°C; Potenza massima per bipolo: 1000 MW
Extruded Cable - VSC Technology; •Qualificato fino a ± 320 kV; •In servizio fino a ± 200 kV; Extruded Cable - LCC Technology; •Qualificato fino a ± 250 kV; •Non ancora in servizio;
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Un impianto per la produzione di cavi sottomarini deve includere: • un approdo; •grandi piattaforme fisse e rotanti per riporre le lunghe pezzature prima della confezione dei giunti; •grandi piattaforme per lo stoccaggio dei cavi finiti, •strumentazione e macchinari per il collaudo dei cavi. Arco Felice è adatto per la fabbricazione di cavi di grandi dimensioni, tipicamente HVAC e HVDC, entrambi con isolamento laminare e solido.
Arco Felice, Italia
L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini
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Diagramma di flusso della produzione presso l’ Impianto di Arco Felice. Le differenze principali tra i Cavi a Massa Impregnata ed Estrusi sono evidenziate con l’ area colorata in giallo.
TURNTABLE
CONDUCTOR STRANDING
TURNTABLE
IMPREGNATION VESSEL PAPER LAPPING MACHINE
LEAD EXTRUDER
PE SHEATH EXTRUDER ARMOURING MACHINE
TURNTABLES Factory
Joint
EXTRUSION LINE (CCV) DE-GASSING TANK
L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini: Diagramma di Flusso
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0 100000 200000 300000 400000 500000 600000 700000
A12 D17C15B14
G1F1E1
D1
C1
B1
A1
E17
F14
G11
Line 8
Line 1
Line 2
Line 3
Line 4
Line 5
Line 6
Line 7
Line 10
Line 9
Customer: Thanet Offshore Wind Ltd Scope: 55km 132KV 3 Core 630/1000mm2
72km 33KV 3 Core 95/300/400mm2
Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: Thanet
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Connessioni HVDC sottomarine e terrestri nel mare del Nord Sulle coste della Germania >1300 km HVDC cable…
• BorWin2 – 300 kV 800MW • SylWin1 – 320 kV 900 MW • HelWin1 – 250 kV 576 MW • HelWin2 – 320 kV 690 MW
HVDC HVAC
Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: i progetti nel Mare del Nord
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POWER 1000 MW
(2x500MW)
VOLTAGE 500 kV DC
ROUTE LENGTHS: - Submarine 2x425 km - Land 2x15 km
MAX WATER DEPTH 1650 m
CABLE TYPE AND SIZE Paper, MI High water depth Al 1150 mm2
Medium-low water depth Cu 1000 mm2
Land portion Cu 1400 mm2
SA.PE.I (Sardegna – Penisola
Italiana)
Il SA.PE.I
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Il Sistema HVDC alla più alta tensione mai realizzato: 600kV – Isolamento in PPL
• La più grande potenza trasportata lungo un sistema HVDC: 2250 MW continuativo; 2400 MW 6 ore di sovraccarico
•Lunghezza totale del collegamento: c.a. 424 km
• 4 km di sezione interrata in Scozia
• 338 km di sezione sottomarina
• 32 km di sezione interrata England-Wales
• Tempi di realizzazione: completamento entro fine 2015
Il Progetto HVDC Western Link
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1. I cavi sottomarini per impianti di generazione off-shore e per lunghi collegamenti. 1.1 - La Generazione eolica off-shore: Configurazione tipica di un parco eolico off-shore
1.2 - Schema tipico di collegamento sottomarino e terrestre in uso nel Mare del Nord 1.3 - Disegno Tipico di cavo MV Tripolare Sottomarino, “Wet Design” 1.4 - Disegno Tipico di cavo HV Tripolare Sottomarino, “Dry Design” 1.5 – Tecnologie dei cavi HVDC: MI, SCFF, MI PPL, Estruso. 1.6 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini 1.7 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini: Diagramma di Flusso
1.8 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: Thanet 1.9 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: i progetti nel Mare del Nord
1.10 - Il SA.PE.I 1.11 - Il Progetto HVDC Western Link
2. I Cavi Terrestri HVAC e HVDC: Interconnessioni e Collegamenti coi parchi Eolici e Fotovoltaici. 2.1 - Esempi Interconnessioni: The European Supergid 2.2 - Esempi Interconnessioni: Il Progetto Desertec 2.3 – Evoluzione delle reti HVDC e sistemi di conversione
2.4 - Esempio Applicativo di interconnessioni terrestri HVDC: Inelfe: Francia-Spagna 2.5 - Inelfe: Francia-Spagna - Realizzazione 2.6 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre HVAC per parco eolico: Buddusò - Alà dei Sardi, 150 kV 2.7 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre per parco fotovoltaico: Galatina - Gamascia, 150 kV 2.8 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri 2.9 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri: Diagramma di Flusso 2.10 – Pignataro Maggiore: Cavo 87/150 kV – Guaina Al saldato longitudinalmente 2.11 – Pignataro Maggiore – La linea per la Tecnologia WAS Prysmian.
3. Sviluppi Tecnologici: cavi a ridotto impatto ambientale 3.1 - Il concetto Prysmian P-Laser 3.2 – L’ Esperienza Applicativa del concetto P-Laser: La Media Tensione 3.3 – Il P-Laser: la Riciclabilità dei Materiali
3.4 – Il P-Laser: La Carbon Footprint
AGENDA
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“an electricity transmission system, mainly based on direct current, designed to facilitate large-scale sustainable power generation in remote areas
for transmission to centers of consumption, one of whose fundamental attributes will be the
enhancement of the market in electricity.”
2020
2050
Esempi Interconnessioni: The European Supergid
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Esempi Interconnessioni: Il Progetto Desertec
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LCC: i Line Commutated Converters (LCC) sono generalmente conosciuti come “HVDC Classic”.Questa tecnologia ha un senso unidirezionale della corrente, quindi per invertire la direzione del flusso di potenza richiede l’inversione di polarità.
VSC: nei Voltage Source Converters, l’inversione del flusso di potenza avviene invertendoIl f lusso della corrente. Questa caratteristica ed il minor spazio richiest, rappresentano i due vantaggi principali dell’utilizzo dei VSC negli impianti off-shore;
Limite di convenienza di trasmissione in cavo AC e DC in funzione della potenza da trasmettere e della lunghezza del collegamento.
Evoluzione delle reti HVDC e sistemi di conversione
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INELFE HVDC INTERCONNECTION 64 km
Baixas – Santa Llogaia FRA – SPA
Esempio Applicativo di interconnessioni terrestri HVDC: Inelfe: Francia-Spagna
HVDC DOPPIO BIPOLO
La potenza e la tensione più elevate per un sistema VSC che impieghi cavi terrestri/sottomarini.
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• Cavo HVDC cable kV – Cu 2500 mm2
• Diametro esterno = 128 mm • Peso = 34 kg/m • Lunghezza delle pezzature 1200-2150 m • Massimo peso delle bobine: 90 T
Guaina LSOH per posa in tunnel
Inelfe: Francia-Spagna - Realizzazione
Il circuito di pre-Qualifica
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Buddusò-Ala dei Sardi – Sardegna - Italia
Principali Dati di Progetto:
Tensione di fase: 150 [kV]
Potenza totale installata 138 [MW]
Potenza totale di Progetto: 200 [MW]
Corrente nominale 770 [A]
Numero dei circuiti/cavi 1/3
Lunghezza del collegamento: 16.6 [km]
Numero degli aero-generatori 69
1. Conduttore di Alluminio (tamponato) 2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Schermo a fili di rame 7. Nastro di rame equalizzatore 8. Barriera longitudinale all’ acqua 9. Guaina di Alluminio laminato 10. Guaina di PE
Esempio Applicativo di collegamento terrestre HVAC per parco eolico
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Terna SpA ST/NE 380/150 GALATINA– ST/NE 150/20 GAMASCIA” Puglia- Italia
Principali Dati di Progetto Tensione di fase: 150 [kV] Potenza totale di Progetto: 14.4 [MW] Corrente nominale 58 [A] Numero dei circuiti/cavi 1/3 Lunghezza del collegamento: 3 [km] Superficie: 23000 ettari Potenza Massima: 9.69 MW Produzione annuale 13000000 kWh Abitazioni servite: 4333
1. Conduttore di Alluminio (tamponato)
2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Schermo a fili di rame 7. Nastro di rame equalizzatore 8. Barriera longitudinale all’ acqua 9. Guaina di Alluminio laminato 10. Guaina di PE
Esempio Applicativo di collegamento terrestre per parco fotovoltaico
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L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri
Pignataro Maggiore, Italia
Un impianto per la produzione di cavi terrestri deve includere: • un reparto di metallurgia; • delle linee di isolamento CCV o VCV; • camere di trattamento per il degasaggio delle anime isolate; • linee per la schermatura e la messa in guaina, metallica e plastica; •macchinari per il collaudo dei cavi. Pignataro è qualificato per la fabbricazione di cavi fino a 150 kV con isolamento solido.
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TRAFILATURA VERGELLA DI
ALLUMINIO / RAME
FORMAZIONE DEL CONDUTTORE
TAMPONATURA CON NASTRI IGROESPANDENTI
ESTRUSIONE DEGLI STRATI SEMICONDUTTIVI
E DELL'ISOLANTE
DEGASAGGIO DELLE ANIME
SCHERMATURA CON FILI DI RAME FASCIATURA CON
NASTRO SEMICONDUTTIVO IGROESPANDENTE SOPRA E
SOTTO LO SCHERMO
FORMAZIONE DELLA GUAINA DI ALLUMINIO ED
ESTRUSIONE DELLA GUAINA DI POLITENE
+ GRAFITATURA
PROVE FINALI
COLLAUDO CON IL CLIENTE
IMBALLO E SPEDIZIONE
Metallurgia Schermatura e messa in
guaina Isolamento
Prove Finali e
spedizione
L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri: Diagramma di Flusso
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1. Conduttore di Alluminio (tamponato) 2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Schermo a fili di rame 7. Nastro di rame equalizzatore 8. Barriera longitudinale all’ acqua 9. Guaina di Alluminio laminato 10. Guaina di PE
1. Conduttore di Alluminio (tamponato) 2. Schermo del conduttore 3. Isolamento in XLPE 4. Schermo dell’ Isolante 5. Barriera longitudinale all’ acqua 6. Guaina di Alluminio sadato 7. Guaina di PE
Cable type Al/XLPE/WAS/PE Cross Section 1 x 1600 mm² Rated Voltage 87/150 kV Standard IEC 60840
Pignataro Maggiore – Cavo 87/150 kV – Guaina Al Saldato Longitudinalmente
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Aluminium l Braking-unit
Cable flow
TIG Welding Unit First extruder: Primer Core cable
Pay-off
Core cable caterpillar
Cooling trough
Aluminiuml Pay-off
Forming unit
Closing dies Second extruder: PE Sheath
Drawing Down Dies
Cable caterpillar
Core cable Take-up
Induction Pre-heater
(*) Welded Aluminium Sheath
Pignataro Maggiore – La linea per la Tecnologia WAS (*) Prysmian
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1. I cavi sottomarini per impianti di generazione off-shore e per lunghi collegamenti. 1.1 - La Generazione eolica off-shore: Configurazione tipica di un parco eolico off-shore
1.2 - Schema tipico di collegamento sottomarino e terrestre in uso nel Mare del Nord 1.3 - Disegno Tipico di cavo MV Tripolare Sottomarino, “Wet Design” 1.4 - Disegno Tipico di cavo HV Tripolare Sottomarino, “Dry Design” 1.5 – Tecnologie dei cavi HVDC: MI, SCFF, MI PPL, Estruso. 1.6 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini 1.7 - L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Sottomarini: Diagramma di Flusso
1.8 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: Thanet 1.9 - Esempi Applicativi di parchi eolici off-shore: i progetti nel Mare del Nord
1.10 - Il SA.PE.I 1.11 - Il Progetto HVDC Western Link
2. I Cavi Terrestri HVAC e HVDC: Interconnessioni e Collegamenti coi parchi Eolici e Fotovoltaici. 2.1 - Esempi Interconnessioni: The European Supergid 2.2 - Esempi Interconnessioni: Il Progetto Desertec 2.3 – Evoluzione delle reti HVDC e sistemi di conversione
2.4 - Esempio Applicativo di interconnessioni terrestri HVDC: Inelfe: Francia-Spagna 2.5 - Inelfe: Francia-Spagna - Realizzazione 2.6 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre HVAC per parco eolico: Buddusò - Alà dei Sardi, 150 kV 2.7 – Esempio Applicativo di collegamento terrestre per parco fotovoltaico: Galatina - Gamascia, 150 kV 2.8 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri 2.9 – L’ Impianto per la Produzione dei Cavi Terrestri: Diagramma di Flusso 2.10 – Pignataro Maggiore: Cavo 87/150 kV – Guaina Al saldato longitudinalmente 2.11 – Pignataro Maggiore – La linea per la Tecnologia WAS Prysmian.
3. Sviluppi Tecnologici: cavi a ridotto impatto ambientale 3.1 - Il concetto Prysmian P-Laser 3.2 – L’ Esperienza Applicativa del concetto P-Laser: La Media Tensione 3.3 – Il P-Laser: la Riciclabilità dei Materiali
3.4 – Il P-Laser: La Carbon Footprint
AGENDA
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CHARACTERISTICS OUTCOME
ELECTRICAL PERFORMANCE Excellent dielectric strength Low dielectric losses
(εtanδ) IMPROVED RELIABILITY
INSULATION TEMPERATURE Thermal rating up to 110 °C Overload temperature up to 130 °C HIGHER TRANSMISSIBLE POWER
DELIVERY TIME
NO DEGASSING TECHNOLOGY
(no chemical reactions and
no by-products)
SHORTER DELIVERY TIMES
MATERIALS Metals
(Cu & Al) Not crosslinked poymers RECYCLABILITY AND LOW
ENVIRONMENTAL IMPACT
Il concetto Prysmian P-Laser
MT: 12/20 kV AT: 87/150 kV
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L’ esperienza Applicativa del concetto P-Laser: la Media Tensione
La Fabbrica di Pignataro produce I cavi 20 kV per ENEL. Ad oggi sono stati prodotti più di 5000 km di cavo tripolare. Attualmente è in esame la possibilità di introdurre questa tecnologia anche in altre Affiliate del Gruppo.
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Il P-Laser: la Riciclabilità dei Materiali
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Raw Materials (Suppliers)
Extrusion Process (cable manufacturers)
operating condition “life” of the product
(Utilities)
End –of-life (Waste management
Companies)
CO2 emission evaluation across the whole supply chain
CO2 equivalent emission (kg/Km) reduct. P-LASER vs Cr.Link.: > 800 - 1000, > -80%
CO2 Red. (kg/Km) >100, -10/13%
CO2 Red. (kg/Km) > 150,-50% CO2 Red. (kg/Km) > 0, f(TG Delta)
CO2 Red. (kg/Km) >600-1000, -70-90%
P-LASER vs crosslinked material equivalent CO2 emission reduction
Il P-Laser: la Carbon Footprint
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Grazie per la vostra gentile attenzione
Giovanni Pozzati R&D – Head of Product Development HV & Cables Technology T +39.02.6449.3557 F +39.02.6449.2849 M +39 335 5462438 E [email protected] Prysmian S.p.A. Viale Sarca 336 Building Ansaldo 16 20126 Milano ITALY