repotenciação: bases teóricas, oportunidades e experiência internacional prof. dr. edson da...
TRANSCRIPT
![Page 1: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/1.jpg)
Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional
Prof. Dr. Edson da Costa BortoniUniversidade Federal de ItajubáInstituto de Sistemas Elétricos e EnergiaCentro de Excelência em Eficiência Energética
![Page 2: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/2.jpg)
Inauguração da Universidade Federal de Itajubá em 1913
![Page 3: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/3.jpg)
![Page 4: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/4.jpg)
![Page 5: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/5.jpg)
EXCEN – Centro de Excelência em Eficiência Energética
![Page 6: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/6.jpg)
Expansão! Nova área do Campus
![Page 7: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/7.jpg)
redefinição modernização reabilitação revitalização
reforma turbina manutenção
upgrading up-rating
repowering redefinição
automação reparo
reconstrução gerador
monitoramento refurbishment
REPOTENCIAÇÃO
![Page 8: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/8.jpg)
Repotenciação
Adoção de avanços tecnológicos, de concepções mais modernas de projeto,
utilização de folgas existentes no projeto original ou mediante instalação de unidades
adicionais, a fim de aumentar a potência possível de ser gerada em usinas
hidrelétricas existentes.
![Page 9: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/9.jpg)
Bases teóricas
A potência elétrica possível de ser gerada nos bornes do gerador – P (W) – é dada por:
P = ρ g Q H η
Onde:ρ é a massa específica da água (kg/m³)Q é a vazão turbinada (m³/s)H é a queda bruta (m)η é o rendimento total, produto dos rendimentos de sistema de adução, turbina e gerador.
![Page 10: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/10.jpg)
Bases teóricas
A potência elétrica possível de ser gerada nos bornes do gerador – P (W) – é dada por:
P = ρ g Q H η
Naturalmente, esta potência está limitada pela capacidade de cada um dos elementos da cadeia de conversão energética, a saber, sistema de adução, turbina hidráulica e gerador elétrico.
.SA
TH
GE
PHB PHL Pm Pe
ηSA ηTH ηGE
![Page 11: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/11.jpg)
Bases teóricasPor outro lado, a garantia física de um aproveitamento hidroelétrico é dada por:
Assim, além das características ligadas à potência possível de ser gerada, há também a possibilidade de aumentar a garantia física pela redução das taxas de indisponibilidade forçada e programada.
![Page 12: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/12.jpg)
Possibilidades de incremento de potência e energia
• Melhorias / substituição da turbina hidráulica, aumentando potência e rendimento;
• Melhorias / substituição do gerador elétrico, aumentando potência e rendimento;
• Aumento da potência hidráulica com modificações nos níveis de montante e jusante, aumento de vazão turbinada e redução de perdas na adução;
• Implantação de sistemas de monitoramento;• Implantação de unidade geradora adicional;• Otimização da operação da central e
conservação de energia em sistemas auxiliares.
![Page 13: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/13.jpg)
Otimização da Turbina Hidráulica
•Utilização de margens disponíveis;•Substituição de rotores; •Aumento do rendimento interno e do
rendimento mecânico;•Otimização de perfis das pás das turbinas;•Otimização da curva de conjugação em
rotores Kaplan;•Atentar para iminência de problemas.
![Page 14: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/14.jpg)
Otimização da Turbina Hidráulica com aumento de potência e de rendimento
Fonte: R. Cuenod, S. Martelli, R.V. Freitas; "Modernização de turbinas hidráulicas" - XIV SNPTEE, Belém-PA, 1997
![Page 15: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/15.jpg)
Otimização da Turbina Hidráulica com aumento de potência e de rendimento
Fonte: Catálogo GE Hydro.
![Page 16: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/16.jpg)
Experiência internacional
• Alabama Power Co.: Aumento da eficiência e repotenciação de quatro unidades em três centrais do Rio Coosa, pela substituição de turbinas de 1940 a 1960, por novas turbinas de aço inoxidável, com aumento da geração anual em 36 GWh (+7,3%) por US$ 6 milhões.
• Alcoa, Inc. – Substituição de quatro grupos geradores por novos rotores Francis , geradores e transformadores, adicionando 22 MW à capacidade instalada da UHE Tapoco Cheoah e aumento de 95 GWh (+23%), por US$ 13 milhões.
![Page 17: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/17.jpg)
Otimização da Gerador Elétrico
•Utilização de margens disponíveis;•Substituição dos enrolamentos da armadura ou do
rotor com modificação da isolação dos mesmos;•Melhoria no sistema de refrigeração e troca de
calor do gerador permitindo aumento da densidade de corrente ou de temperatura de operação;
•Aumento da densidade de fluxo magnético na armadura (0,75-0,8 T para 1-1,2 T);
•Redução do fator de potência nominal;•Atentar para iminência de problemas.
![Page 18: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/18.jpg)
Evolução das dimensões do isolamento de geradores
Fonte: C. Sumereder; “Statistical Lifetime of Hydro Generators and Failure Analysis”, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 15(3), pp 678 - 685, June 2008.
![Page 19: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/19.jpg)
Análise Dimensional
nDLcS 2
![Page 20: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/20.jpg)
100 1000 100003
4
5
6
7
8
9
10
1950 1960 1970
1980 1990 2000
Relação (kVA/polo)
c (k
VA
/m³.
rpm
)Evolução do coeficiente
tecnológico
![Page 21: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/21.jpg)
Experiência internacional
Fonte: Z.Kuchinskaya, V. Novozhilov, "OJSC POWER MACHINES experience on hydrogenerators reconstruction". Russia Hydro 2011.
![Page 22: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/22.jpg)
Experiência internacional
![Page 23: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/23.jpg)
Experiência internacional
![Page 24: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/24.jpg)
Experiência internacional
![Page 25: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/25.jpg)
Aumento da Potência Hidráulica
•Aumento do nível de montante pela redefinição de níveis máximos, cotas operativas, avaliação e alteamento de estruturas;
•Redução do nível de jusante pela coordenação da operação de vertedouros, redução de soleiras, tratamento do canal de fuga;
•Redução de perdas na adução pela operação otimizada da central, redução dos coeficientes de perda de carga.
•Outros...
![Page 26: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/26.jpg)
Experiência nacional e internacional
•Elevação da cota do reservatório da UHE Tucuruí de 72,00 para 74,00 m, aumentando a geração hidráulica em 94 MW médios ao custo aproximado de US$ 2 milhões, com retorno US$1,375 milhões ao mês! [1]
•Redução das perdas de carga através do revestimento das paredes internas de sistemas de adução.
Fonte [1]: C. Gonçalves, R.R. Gonçalves, I.M. Fernandes, P.C.M. Domingues; “Elevação do nível do reservatório da UHE Tucuruí, utilizando vigas espelho no vertedouro”. XVIII
SNPTEE, Curitiba-PR, 2005
![Page 27: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/27.jpg)
Adição de Unidade Geradora
•Centrais que possuam poços disponíveis para a inserção de unidades geradoras adicionais;
•Disponibilidade hídrica para motorização das unidades adicionais;
•Reconhecimento financeiro e comercial dos possíveis ganhos energéticos da usina;
•Reconhecimento do aumento de potência e conseqüente contribuição para o aumento da reserva de potência do SIN;
•Compensação pelos investimentos realizados.
![Page 28: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/28.jpg)
Experiência internacional
![Page 29: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/29.jpg)
Experiência internacional
O “Recovery Act” de 2009 é uma ação do governo dos Estados Unidos em resposta à crise econômica e prevê cortes de taxas da ordem de US$ 228 bilhões, US$ 235 bilhões em contratos, e US$224 bilhões em programas sociais.
![Page 30: Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de](https://reader036.vdocuments.mx/reader036/viewer/2022081518/552fc103497959413d8bee8f/html5/thumbnails/30.jpg)
E no Brasil ?
• Como estimular os projetos de repotenciação ?• Há a necessidade de estudos detalhados dos
benefícios energéticos auferidos e determinação do montante de repotenciação.
• Análise pelo custo evitado de geração termelétrica ?• Reconhecimento do aumento de potência efetiva e
de sua contribuição para o aumento da reserva de potência?
• Remuneração do investimento como prestação de serviço ancilar?
• Contratação do acréscimo dessa disponibilidade por meio de leilões ?
• ... ?