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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis
X SPMCH – Florianópolis, 28/04/2016
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Arthur Leotta
Diretor Técnico
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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis
Conteúdo
Andritz
Introdução
Cenário
Tecnologias
Referências
3 www.andritz.com
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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis
Andritz
Introdução
Cenário
Tecnologias
Referências
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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
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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
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Maior Fornecedora de Turbinas Hidráulicas do mundo,
Mais de 400.000 MW Instalados.
8
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ANDRITZ HYDRO no BRASIL
Áreas de Atuação
Grandes Centrais
Hidrelétricas
Pequenas Centrais
Hidrelétricas
Serviços &
Reabilitação
Bombas
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Cenário
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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;
11
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.
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Introdução
Mas… Por quê?
12
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;
Eólica e solar não oferecem inércia suficiente para a rede.
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Introdução
Mas… Como?
13
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.
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Introdução
Mas… Como?
14
Fonte: SUFG Energy Sotorage Report - 2013
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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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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis
Andritz
Introdução
Cenário
Tecnologias
Referências
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Cenário
Mas… Qual?
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Fonte: Global Technology Roadmap- 2015
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Cenário
Mas… Qual?
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Fonte: SUFG Energy Sotorage Report - 2013
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Cenário
Mas… Qual?
19
Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012
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Cenário
Mas… Qual?
21
Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012
www.andritz.com
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Cenário
Mas… Qual?
24
Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012
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Cenário
Mas… Qual?
26
Fontes: SUFG Energy Sotorage Report – 2013; Store D2.1 - 2012; NHA – Pumped Storage Development Council -
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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);
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Cenário
Mas… E então?
29
Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012
Exemplo austríaco
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Cenário
Mas… Qual?
30
Fonte: Global Technology Roadmap- 2015
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Exemplo austríaco
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Cenário
Mas… E no Brasil?
32
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
Poucos projetos estudados até o momento.
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Cenário
Mas… E no Brasil?
33
Fonte: PDE 2024 ANEEL - 2015
Plano Decenal
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Cenário
Mas… E no Brasil?
34
Fonte: PDE 2024 ANEEL - 2015
Plano Decenal
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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis
Andritz
Introdução
Cenário
Tecnologias
Referências
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Tecnologias
Necessidades
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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
37
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
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Tecnologias
Conceito clássico
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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
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Tecnologias
Conceito ternário
40
Fonte: Global Technology Roadmap- 2015
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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 ]
Eta
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.
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Tecnologias
Baixa Queda
42
Reserva complementar;
Limitações topográficas.
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Tecnologias
Múltiplos estágios
43
Quedas altas;
Somente em plena
carga;
Flexibilidade somente
em conjuntos
ternários.
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ar
Tecnologias
Padronizadas
44
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;
Custos adicionais significativos.
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Tecnologias
O que mais?
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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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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis
Andritz
Introdução
Cenário
Tecnologias
Referências
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Referências
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Referências
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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
Andritz Hydro
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Referências
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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
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Nestil, Suíça
1 Conjunto turbina de 4
estágios
P = 130 MW
H = 1062 m
n = 600 rpm
ano: 2005
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Referências
Andritz
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Baixo Sabor Jusante
Diâmetro D1 3948 mm
Queda 26.2m – 35.2m
Potência 17.8 MW
Rotação 150 rpm
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Referências
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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 Ring gate
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Turbinas CAT Verticais
Referências
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"We focus on the best solution
From water to wire"
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