Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis X SPMCH Florianópolis, 28/04/2016

Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis

Arthur Leotta

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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis

Conteúdo

 Andritz

 Introdução

 Cenário

 Tecnologias

 Referências

3 www.andritz.com

Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis

 Andritz

 Introdução

 Cenário

 Tecnologias

 Referências

y e a r DADOS FINANCEIROS 2014

ANDRITZ

Grupo

Unit 2015 Entrade de pedidos MEUR* 6,017.7

Pedidos em Carteira MEUR 7,324.2

Vendas MEUR 6,377.2

EBITA MEUR 429.0

Resultado Liquido MEUR 270.4 Empregados - 24,508

Perfil: fornecedor global de plantas, equipamentos serviços para usinas hidrelétricas, indústria de celulose e papel, indústrias de metalurgia e siderurgia e separação sólido / líquido nos setores urbanos e industriais

Sede: Graz, Áustria

Presença Global: mais de 250 locais de produção e empresas de serviços / vendas em todo o mundo

Áreas de Negócios

Separation Equipamentos eletromecânicos e prestação de serviços para centrais hidroelétricas e bombas. 35 – 40% 25 - 30% 25% 10% Equipamentos e prestação de serviços para a produção de todos os tipos de materiais fibrosos. Equipamentos para produção e beneficiamento de metais, por ex. de aço carbono e aço inoxidável. Instalações, equip. e prestação de serviços para a separação sólido/líquido, além de sistemas e equip. para a produção de ração para animais.

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Empresas Pioneiras

7 www.andritz.com

Maior Fornecedora de Turbinas Hidráulicas do mundo,

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ANDRITZ HYDRO no BRASIL

Áreas de Atuação

Grandes Centrais Hidrelétricas Pequenas Centrais Hidrelétricas Serviços & Reabilitação Bombas 9

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 Andritz

 Introdução

 Cenário

 Tecnologias

 Referências

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Introdução

Mas… Por quê?

 Eletricidade não pode ser armazenada diretamente;

 O fornecimento deve ser continuamente balanceado com

a demanda;

 O balanço constante tem implicações;

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 Capacidade de geração deve ser suficiente para um alto nível de consumo,

mesmo que este seja inconstante e por períodos curtos;

 Impossibilidade de armazenamento exige reservas de capacidade (girante ou

não) para mudanças de carga não planejadas;

 Mix de energia precisa manter a estabilidade da rede.

Introdução

Mas… Por quê?

 Energias renováveis eólica e solar são

extremamente voláteis;

 Previsão muito difícil e não despacháveis;

 Participação de eólica e solar na matriz mundial tem crescido rapidamente

 Dificuldades para as redes e operadores;

 A entrada de eólica e solar não deve ser cerceada;

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Introdução

Mas… Como?

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 Converter em outra forma que possa ser armazenada;

 Quando necessário converter novamente para energia elétrica.

 Algumas possibilidades:

 Química – ex. baterias;  Cinética – ex. volantes;

 Potencial – ex. turbina bomba;  Elétrica – ex. capacitores;

 Magnética – ex. SMES.

Introdução

Mas… Como?

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Introdução

Mas… Qual?

15  Tempo de resposta

Quão rápido a energia pode ser colocada no sistema.

 Duração

Por quanto tempo ela pode ser mantida.

 Variabilidade;

Como varia a geração durante a operação.

 Frequência;

Qual a frequência de utilização.

 Eficiência

Quanta energia é perdida em todo o processo.

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 Andritz

 Introdução

 Cenário

 Tecnologias

 Referências

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Cenário

Mas… Qual?

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Fonte: Global Technology Roadmap- 2015

Cenário

Mas… Qual?

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Cenário

Mas… Qual?

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Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012 www.andritz.com

Cenário

Mas… Qual?

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Cenário

Mas… Qual?

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Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012 www.andritz.com

Cenário

Mas… Qual?

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Cenário

Mas… E então?

27  Turbina Bomba

 Tecnologia mais madura (> 100anos);  *Diversas opções de concepção;

 Capacidade unitária elevada (até 2GW);

 Maior capacidade instalada no mundo (>150GW);

 Tempo de geração elevado (até 100 horas dependendo do reservatório);  Impacto ao meio ambiente depende da localização;

 Flexibilidade: mudança de modo de operação, controle da geração, controle da frequência;

 Viabilidade depende de condições adequadas de topografia;  Alto custo inicial do empreendimento;

 Baixos custos de O&M;  Alta eficiência (até 85%);

 Elevada vida útil (50 a 100 anos);

Cenário

Mas… E então?

Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012

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Cenário

Mas… Qual?

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Fonte: Global Technology Roadmap- 2015

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Cenário

Mas… E no Brasil?

 Energia renovável

Presente e futuro (PDE).

 Reserva operacional

Reserva em tempos de escassez.

 Eólicas e Solares

Variabilidade, instabilidade e imprevisibilidade; Inércia do sistema.

 Regulamentação

Ausência de regulamentação para este tipo de usina.

 Remuneração

Inexistência de remuneração específica (ex. horários de pico).

 Projetos

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Cenário

Mas… E no Brasil?

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Fonte: PDE 2024 ANEEL - 2015

 Plano Decenal

Cenário

Mas… E no Brasil?

Fonte: PDE 2024 ANEEL - 2015

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 Andritz

 Introdução

 Cenário

 Tecnologias

 Referências

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Tecnologias

Necessidades

Necessidades Respostas tecnológicas

“Melhor” desempenho hidráulico

Rendimento, potência, …

Prevenção a cavitação Operação suave e estável

“Layout” hidráulico adequado

Seleção entre velocidade fixa e variável

Adequação do nível de implantação Desenvolvimento hidráulico

Simulações e ensaios de modelo

Ampla faixa operativa

Operação em baixa carga parcial

Operação dinâmica

Mudanças frequentes no modo de operação e carga

Simulação avançada de escoamento, estabilidade em modo bomba,

Controle da “curva-S”

Operação em baixa carga como turbina, melhora nas condições operacionais e sincronização

Máxima confiança e disponibilidade

Longa vida útil

Integridade estrutural Projeto mecânico robusto

Análises estáticas, dinâmicas, modal, de mecanismos de fratura e fadiga

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Tecnologias

Necessidades

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Necessidades Respostas tecnológicas

Reversão de operação

Manobras em barramentos,

ativação/desativação de sistemas auxiliares, bombas

Sistemas de automação modernos e eficientes

Monitoramento de todas as condições operativas da máquina e atuação nos sistemas auxiliares por telecomando

Partidas e paradas em curto tempo

Resposta rápida à variação de demanda

Sistemas especiais de partida

SFC, motor, turbina auxiliar, partida direta

Sistemas especiais de parada

Frenagem mecânica e elétrica

Soluções econômicas (O&M + civil)

Soluções otimizadas para cada projeto

Uso de comportas cilíndricas em substituição a válvulas de nos condutos forçados

Tecnologias

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Tecnologias

Conceito ternário

39 jusante Curto circuito hidráulico, parcialmente para jusante e parcialmente para a bomba montante Curto circuito hidráulico, parcialmente para montante e parcialmente para a turbina jusante

 Possível para arranjos verticais e horizontais;

 Máxima flexibilidade em função do Curto Circuito hidráulico;  >>Eólicas e Solares

Tecnologias

Conceito ternário

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Tecnologias

Velocidade Variável

41 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Q [ m3/s ] E ta h [ % ] 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 H [ m ] n = constant

Optimum efficiency operating curve

Operating range n = variable max. queda min. queda max. velocidade min. velocidade Limite de cavitação, alta pressão Limite de cavitação, baixa pressão Limite de estabilidade  Regulação da potência da bomba;  Rápida adequação a mudanças dinâmicas;  Maior eficiência para queda variável. www.andritz.com

Tecnologias

Baixa Queda

 Reserva complementar;  Limitações topográficas.

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Tecnologias

Múltiplos estágios

43  Quedas altas;  Somente em plena carga;  Flexibilidade somente em conjuntos ternários. www.andritz.com

Tecnologias

Padronizadas

 Custos de projeto e montagem reduzidos;  Sem ensaio específico;  Componentes padronizados.  Montagem simples;  Velocidade variável;  Solução competitiva

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Tecnologias

Água do mar

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 Sem reservatório de jusante;  Sem problemas de evaporação;  Maior densidade da água.

 Aço inox para vários componentes;  Conduto e comportas sujeitos a

corrosão;

 Organismos nos sistemas;  Maior manutenção;

Tecnologias

O que mais?

 Quantidade de partidas e paradas – às vezes mais de 20 ao dia;  Solução robusta é importante e deve ser priorizada;

 Podem ser considerados reservatórios subterrâneos;

 Podem ser utilizadas partículas para aumentar a densidade;  ...

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 Cenário

 Tecnologias

 Referências

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Referências

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Referências

Andritz

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

Em operação desde 2002



4x 265 MW



2 unidades com velocidade variável

Goldisthal, Germany

Consórcio Andritz Hydro & Voith Moto gerador assíncrono fornecido pela

Referências

Andritz

Kops 2, Austria

 Conceito ternário

 Câmara de jusante pressurizada  Em opração desde 2009

 3 x 200 MVA / 180 MW Tu / 150 MW Pu  500 rpm

 Full load in 20-30 s (Tu para Pu)  > 8000 horas de operação / ano!

Typical operation curve 12h - 24h

PUMP TUR

Conversor hidráulico de torque permita máxima flexibilidade

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Referências

Andritz

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Nestil,

Suíça

1 Conjunto turbina de 4

estágios

P = 130 MW

H = 1062 m

n = 600 rpm

ano: 2005

Referências

Andritz

Baixo Sabor Jusante

Diâmetro D1 3948 mm Queda 26.2m – 35.2m Potência 17.8 MW Rotação 150 rpm

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Referências

Andritz

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Foz Tua

Diâmetro D1 4875 mm Queda 87.1 m – 99.5 m Potência = 131.3 MW Rotação = 187.5 rpm

Equipado com comporta cilíndrica

Turbinas CAT Verticais

Referências

"We focus on the best solution

From water to wire"