Cogeração de Energia. Angelo Kaiser Regini Novembro Page 1

(1)

Cogeração de Energia

Angelo Kaiser Regini

(2)

§ Introdução

§ Geração de Energia: Produto ou Sub Produto?

§ Típicos Ciclos de Vapor em Usinas de Açucar

§ Influencias de Vapor de Entrada

§ Linha de Produtos

(3)

(4)

Definição da planta de Cogeração

Pontos a serem considerados:

§

Combustivel (bagaço somente ou bagaço + palha…)

§

Parametros de Vapor

§

Redução do consumo de vapor de processo

§

Conexão à rede pública

§

Operação da Usina

§

Novas tecnologias

(5)

Geração de Energia

Produto ou Sub Produto?

USINA

Bagaço (variável)

Geração com

média

eficiencia

Cana de

Açucar

Produtos

Açucar

Etanol

Palha

(queimada)

Sub-produtos

Bagaço Excedente

Vinhaça

Energia!!

(6)

Geração de Energia

Produto ou Sub Produto?

USINA

Bagaço (variável)

Geração com

ALTA

eficiencia

Cana de

Açucar

Produtos

Açucar

Etanol

Eletricidade

Biogas

Energia!!

(7)

η

Água

Combustível

Turbina

Vapor de Entrada

Vapor de Saída

Acionamento:

Compressores

Ventiladores

Bombas

Gerador Energia

Elétrica

Conceito Básico – Turbina a Vapor

(8)

Processo

Turbo gerador

Turbo Acionamento

Energia

Vapor @2,5 bar (a)

Caldeira

Agua de

Reposição

Condensado

Diagrama Típico de Usina

Tradicional

Vapor @

21 bar/

300 ºC

Ainda adotado em muitas usinas não

dedicadas à cogeração

Ainda adotado em muitas usinas não

dedicadas à cogeração

(9)

§ Bagaço ainda considerado como um problema ambiental

è

deve ser descartado

§ Caldeiras de baixa pressão e temperatura

è baixa eficiencia

§ Cogeração com baixa eficiencia

è não atendem à demanda

da usina

§ Acionamentos mecanicos com pequenas turbinas

è baixa

eficiencia

§ Eficiencia da planta de geração não é re;levante para a usina

Diagrama Típico de Usina

(10)

Processo

Turbo Acionamentos

Vapor @

65 bar /

480 ºC

Vapor @2,5 bar saturado

Caldeira

Condensado

~

Adotado pela

maioria das

usinas

Adotado pela

maioria das

usinas

Energia

Turbo gerador

Diagrama Típico de Usina

Otimizado

Agua de

Reposição

(11)

§ Geração começa a ficar mais efetiva

è melhor eficiencia

§ Par pressão/temperatura mais adequado

è ainda abaixo

das reais possibilidades

§ Nova geração de caldeira

è melhor eficiencia

§ Ainda acionamentos mecanicos por turbinas

è baixa

eficiencia

§ Performance da planta como um todo é melhor

è porém

ainda não é sériamente considerada

Diagrama Típico de Usina

Otimizado

(12)

Processo

Motorizado

Vapor @2,5 bar saturado

Caldeira

Condensado

Energia

Turbo gerador

~

condensador

Novo conceito já

sendo adotado

Novo conceito já

sendo adotado

Vapor

@ 90 bar

520 ºC

Diagrama Típico de Usina

Melhor Tecnologia

Agua de

Reposição

(13)

§ Geração de Energia é um dos produtos da usina;

§ Elevados parametros de vapor (pressão e temperatura)

è

caldeiras de alto rendimento;

§ Acionamentos motorizados

è melhoria da eficiencia

§ Eficiencia de toda a planta é considerada

è uso da palha e

das pontas de cana

è foco em equipamentos com alta

performance

§ Avaliação técnica da gaseificação da palha e bagaço

è

migração para ciclos combinados ?

Diagrama Típico de Usina

Melhor Tecnologia

(14)

Falando sobre Turbo Geradores

§ Equipamentos atualmente usados nos projetos mais recentes:

• Turbinas com palhetas de reação;

• @ 90 bar/ 520 ºC

• Unidades maiores de geração ao invés de dividir em dois

ou maios turbos

è melhor eficiencia

• Uma máquina de condensação com extração ao invés de

1 x BPE + 1 x Cond

• Turbinas selecionadas para o ponto de operação mais

frequente

è otimização do projeto

§ Turbinas de condensação usadas para assegurar geração

todo o ano e não somente quando há processo de produção;

§ Os investimentos são definidos com base também na melhor

(15)

180 ton/h vapor – Considerada Eficiencia TG = 84%

Influencia dos Parametros de Vapor

(16)

120 ton/h vapor – Considerada Eficiencia TG = 82%

Influencia dos Parametros de Vapor

(17)

Vapor P1

W

Força de ação

Classificação das Turbinas a Vapor

Ação e Reação

AÇÃO

REAÇÃO

W Vapor P1 Força de reação Pressão Volume Velocidade Injetor Palheta Pressão Volume Velocidade Injetor Palheta

(18)

Ação

§ Palhetas montadas sobre discos;

§ Expansão do vapor somente nas

palhetas fixas;

§ Menor velocidade de rotação;

§ Palhetas maiores (maior área

exposta para impacto do vapor);

§ Menor diâmetro de rotor;

§ Menor eficiência devido a

transformação de energia em

duas etapas: potencial em

cinética e cinética em mecânica;

§ Menor número de estágios

(menor flexibilidade para

processo industrial);

§ Dotado de diafragmas.

Classificação das Turbinas a Vapor

Ação e Reação

(19)

Reação

•

Palhetas montadas diretamente no

rotor;

•

Expansão do vapor nas palhetas

fixas e móveis;

•

Maior velocidade de rotação

(balanceamento em alta velocidade);

•

Palhetas menores;

•

Maior diâmetro de rotor;

•

Transformação de energia em

apenas um etapa: potencial em mecânica;

•

Maior número de estágios;

•

Dotado de porta palhetas (menor

número de pontos de fixação-fácil manutenção);

•

Recomendado para processos industriais, diversos pontos e

Classificação das Turbinas a Vapor

Ação e Reação

(20)

Æ

Necessita de condensador

de vapor, sistema de

vácuo, bombas de

condensado, etc;

Æ

Necessita de sistema de

injeção de vapor nas

extremidades para

selagem;

Æ

Normalmente tem extração

e/ou tomadas;

Æ

Carcaça de escape pode

ser fundida ou de chapas

soldadas.

Pressão de saída de vapor < Pressão atmosférica (vácuo)

Classificação das Turbinas a Vapor

(21)

Æ

Buchas para selagem mais

compridas;

Æ

Vapor de fuga;

Æ

Carcaça de escape pode ser

fundida junto com a carcaça

de entrada;

Æ

Pode ter extrações e

tomadas;

Æ

Vapor de escape da turbina

vai para o processo.

Pressão de saída de vapor > Pressão atmosférica

Classificação das Turbinas a Vapor

(22)

Válvulas Controle Rotor Carcaça Carcaça Bucha de Selagem Segmento Injetor Mancal Frontal Mancal Posterior Porta Palhetas Válvula Fecho Rápido

Classificação das Turbinas a Vapor

Avanços Tecnológicos

(23)

Fita de Cobertura

Acabamento Rebitado

Acabamento Usinado

(24)

• Até 4 válvulas de assento simples separadas • Boa eficiencia em cargas parciais • Sistema de óleo de alta pressão • Rapida resposta `mudanças das condições de operação • Válvula de emergencia hidraulicamente operada

Válvulas de Controle

(25)

Válvula de extração tipo “Gate” Estágio adaptativo “Drehchieber”

Ganho de 0,3 a 0,4% de

eficiência na turbina em

função da redução das

perdas

Bloco de válvulas

Ganho de 0,2 a 0,3% de

eficiência na turbina em

função da redução das

perdas

(26)

Caixa de ligação Refrigerador de óleo Filtro duplo Bloco de Tanque Acumulador hidráulico Bombas de óleo Bombas de óleo Bloco de solenóides de trip

Sistemas Auxiliares

(27)

Monitoração remota do TG, Análise de tendências de vibração

Sistemas Auxiliares

Instrumentação e Sistema de Controle

G

PLC I/O-card (counter) - + 24 Volt PCS7 I/O-bus Cog Wheel on turbine shaft Probe (Eddie Current) Bentley Nevada S>110% Sign. conditioner + -24 Volt + -24 Volt 5 Volt 24 Volt Beräkning av periodtid t_p Counter Timer Time base 1 Mhz Trip contact

(28)

Instalação

Arranjo com Escape Axial

Escape Axial

Escape Radial

§ Casa de Força e Fundações menores Æmenores custos de

instalação;

§ Menores perdas no escape comparado com o escape radial Æ

melhor eficiencia

§ Nenhuma junta de expansão requerida Æ instalação mais fácil e

barata;

§ Esforços entre a turbina e condensador neutralizados; § Manutenção mais fácil do condensador

(29)

Turbinas de alta eficiência

Considerando um adicional de

1,0 MW

, temos:

Período de 1 ano (safra e entre-safra)

1,0 MW *

135 **R$/MWh * 8000 horas/ano =**

R$

1.080.000,00

Período : 5 anos =

R$ 5.400.000,00

(30)

Görlitz Brno Rep Tcheca Frankenthal Alemanha Jundiaí Brasil Finspång Suécia Nürnberg Alemanha Vadodara India

(31)

Presença Regional em Mercados Importantes

Engenharia, geenciamento de projetos, vendas, fabricação e serviços.

118 DEU

Nüremberg

Foco: Mercados Americas Central e do Sul. Mudou em 2006 de Taubaté para Jundiai..

140 BRA

Jundiai

Aquisição da antiga KK&K em Nov-06. Prquenas turbinas a vapor, até 10 MW. Integração em andamento. 581

DEU Frankenthal

Antiga fábrica Alstom. P&D, projetos, fabricação e serviços (grandes máquinas).

117 SWE

Finspång

Segunda maior fábrica (antiga Alstom). Produção dividida com Görlitz para otimização dos custos.

558 CZE

Brno

Escritórios Centrais, P&D e maior parte das funções centrais. Maior fábrica. 727 DEU Görlitz

EO SU Localizações

●

Finspång, SWE

Frankenthal, DEU Goerlitz, DEU

Brno, CZE Nuremberg, DEU Wuhan, CHN (JV) Vadodara, IND Jundiai, BRA 7 plantas 5 países ~ 2’300 colaboradores

●

● ●●

(32)

Power Generation KWU

Aplicações Industriais

EO SU – Diferentes Culturas e Tecnologias

KWU AG 2000 1990 1980 1970 1960 2003 Westinghouse Mannesmann Demag Delaval DemagDelaval Alstom ABB GEC Alsthom Alsthom GEC BBC ASEA ABB Alstom Power Segmento Industrial Alstom Ruston STAL LAVAL

AEG KANIS AKZ

Industrie Turbinen

AEG

2006

(33)

Turbinas a Vapor no Brasil

AKZ

1976 up to 1992 De 1999 até 2000 De 1992 até 1999 De 2000 até 2003 De 2003 até 2005

Cravinhos - SP

Taubaté - SP

Cravinhos - SP

Taubaté - SP

(34)

Principais Produtos

Especiais

Muito Padronizada

Modulos padrão com

_{várias configurações}

Energy Supplying Processos Industriais

Complexos [ESCO] Complexos [IND]

até 180 MW, 165 bar / 585 °C _{até 150 MW, 140 bar / 540 °C} até 65 MW, 120 bar / 520 °C

(35)

150 300 3 9 10 50 65 85 100 200 250 700 SST-900 SST-800 130+ SST-700 SST-600 SST-500 SST-400 SST-300 SST-200 SST-100 SST-050 1.900 SST-9000 1.100 SST-8000 1.200 SST-6000 SST-5000 SST-4000 SST-3000 SST-1000 180+ Turbinas Industriais a Vapor – EO SU 1500 U/min

Linha de Produtos

(36)

(37)

Origem da Linha de Produtos

140 120 100 80 60 40 20 0 3 4 5 6 7 8 910 20 30 40 50 60 80100 150 Potencia Aproximada [MW] P re s s ã o d e V a p o r [b a r] 140 bar/540 °C Tipo HN Tipo N Tipo WK 30 bar/350 °C P re s s ã o 0 d e V a p o r [b a r] Potencia Aproximada [MW] 140 120 100 80 60 40 20 0 160 3 4 5 6 7 8 910 20 30 40 50 60 80100 150180 165 bar/585 °C ST6 140 bar/540 °C ST5 120 bar/520 °C ST4 110 bar/510 °C ST3 80 bar/480 °C ST2 65 bar/480 °C ST7

(38)

Linha Local de Produtos

Tipo HN Tipo N Tipo WK P re s s ã o d e V a p o r [b a r] Potencia [MW] 140 120 100 80 60 40 20 0 160 3 4 5 6 7 8 910 20 30 40 50 60 80100 150180 140 bar/540 °C ST5 ST4 ST3 ST2 ST7 65 bar/480 °C 80 bar/480 °C 110 bar/510 °C 30 bar/350 °C ST6 120 bar/520 °C 140 bar/ 540 °C

SST-200

SST-300

Turbina de

Reação

Totalmente

fabricada

no Brasil

SST-300

SST-400

SST-600

SST-200

_SST-400

SST-600

Trubinas de

Reação

fabricadas

no Brasil

com siporte

da

Alemanha

New Factory

(39)

Fábrica em Jundiai - SP

Projetada e construída para a produção local de todas as linhas de turbinas a

vapor oferecidas pela Siemens

Estratégicamente localizada, junto aos princpais clientes e fornecedores,

utiliza os mesmos processos de engenharia e produção das demais fábricas na

(40)

(41)

Forte Presença no Mercado Externo

Africa do Sul

Alemanha

Argentina

Belgica

Chile

Colombia

Etiopia

India

Mexico

Peru

Tailandia

(42)

Frota Instalada Siemens

MW

5,714

912 unds

Total

MW

681 692 unds

Total (Turbinas Simples Estágios)

MW

5,033

220 unds

Total (Turbinas Multi-estagios)

MW

1,183

Açucar e Etanol (com Alimentos e Bebidas)

MW

1,455

Papel e Celulose

MW

1,166

Geração de Energia

MW

53 Outros

MW

120 Oil & Gas (On Shore + Off Shore)

MW

591 Metalurgia e Mineração

MW

465 Química e Petroquímica

Potencia Total

Segmento de Mercado

References

(43)

Referencias Recentes (1/3)

11 BP + E SST300N 1 Nov-06 Food & Beverage

ARG Ac Gal Dehesa 17 BP + E SST300N 1 Oct-06 Pulp & Paper

BRA RIPASA 25 BP SST300N 1 Oct-06 Sugar & Ethanol

BRA Usina Sta Cruz 1

63 Cond+EE

SST600 1

Jul-06 Pulp & Paper

BRA Klabin M Alegre 44 BP SST300 2 May-06 Metals & Mining

BRA Alumar 32 BP SST300 2 Apr-06 Metals & Mining

BRA Alunorte 63 Cond+E SST600 1 Apr-06 Metals & Mining

BRA Usiminas 61 BP SST600 1 Nov-05 Pulp & Paper

BRA Bahiasul 61 Cond+E SST600 1 Nov-05 Pulp & Paper

BRA Bahiasul 15 Cond+E SST300N 1 Oct-05 Metals & Mining

COL Cem Argos 17 Cond+E SST300N 1 Oct-05 Metals & Mining

COL Cem Paz del Rio

17 Cond+E

SST300N 1

Oct-05 Metals & Mining

COL Cem del Valle

27 BP + E

SST300 1

Jul-06 Food & Beverage

ARG Molinos Unit MW Tipo Turbina Qt Venda Segmento Pais Cliente

(44)

Referencias Recentes (2/3)

12 BP + E SST300 1 Sep-07 Power Generation URU Urufor 23 Cond+EE SST300 1 Aug-07 Sugar & Ethanol

PER Paramonga 25 Cond+EE SST300 2 Aug-07 Sugar & Ethanol

BRA Pioneiros 25 Cond+E SST300N 1 Jul-07 Sugar & Ethanol

BRA Usina Santa Cruz 3

25 BP

SST300N 1

Jul-07 Sugar & Ethanol

BRA Usina Santa Cruz 2

10 Cond SST300N 1 Jul-07 Power Generation URU Fenirol 12 Cond SST300N 2 Jun-07 Power Generation BRA UTE Rondon II 30 BP SST300N 2 Apr-07 Sugar & Ethanol

BRA Usina Quatá 30 BP SST300N 2 Apr-07 Sugar & Ethanol

BRA Usina São Jose

55 Cond+EE SST600 1 Mar-07 Power Generation BRA Petrobras RPBC 43 Cond+EE SST600 1 Feb-07 Sugar & Ethanol

BRA Usina Colorado 81 Cond+EE SST800 2 Feb-07 Pulp & Paper

BRA VCP 3 Lagoas Unit MW Tipo Turbina Qt Venda Segmento Pais Cliente References

(45)

Referencias Recentes (3/3)

82 BP+E SST600 1 Jun-08 Pulp & Paper

BRA Aracruz 82 Cond+E SST600 1 Jun-08 Pulp & Paper

BRA Aracruz 45 Cond SST400 1 May-08 Chemical BRA Copesul 33 BP SST300 2 Apr-08 Sugar & Ethanol

BRA COSAN Bonfim 40 Cond SST400 1 Apr-08 Sugar & Ethanol

BRA COSAN Bonfim 14.1 Cond SST300N 1 Apr-08 Oil & Gas

ARG Petrobras Argent 38.1 Cond+EE SST600 1 Dec-07 Sugar & Ethanol

ARG Tabacal 34 Cond SST300N 1 Dec-07 Sugar & Ethanol

BRA COSAN Jataí 34 BP SST300N 2 Dec-07 Sugar & Ethanol

BRA COSAN Jataí 41 BP+E SST300N 1 Nov-07 Sugar & Ethanol

BRA Usina Sta Vitória

31 Cond SST300N 1 Aug-07 Power Generatio BRA UTE Sykué I 18.5 BP+E SST400 1 Aug-07 Pulp & Paper

COL Smurfit Unitaty MW Model Turbine Type Qty Award Segment Country Customer