Cogeração de Energia. Angelo Kaiser Regini Novembro Page 1

Transcrição

1 Cogeração de Energia Angelo Kaiser Regini Novembro 2008 Page

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 Avanços e Desenvolvimentos Page 2

3 Mercado de Açucare Etanolno Brasil Produtor de Açucar Produtor de Energia Back Page 3

4 Definição da planta de Cogeração Pontos a seremconsiderados: Combustivel(bagaço somenteoubagaço + palha ) Parametros de Vapor Redução do consumo de vapor de processo Conexão àrede pública Operação da Usina Novas tecnologias Page 4

5 Geração de Energia Produto ou Sub Produto? Geração com média eficiencia Bagaço (variável) Cana de Açucar USINA Produtos Açucar Etanol Energia!! Palha (queimada) Sub-produtos Bagaço Excedente Vinhaça Eletricidade Energia!! Page 5

6 Geração de Energia Produto ou Sub Produto? Geração com ALTA eficiencia Cana de Açucar USINA Bagaço (variável) Produtos Açucar Etanol Energia!! EletricidadeEnergia!! Biogas Energia!! Page 6

7 Conceito Básico Turbina a Vapor Vapor de Entrada Acionamento: Compressores Caldeira Água Turbina η Ventiladores Bombas Gerador Energia Elétrica Combustível Vapor de Saída Page 7

8 Diagrama Típico de Usina Tradicional 2 bar/ 300 ºC Aindaadotadoem muitasusinasnão dedicadasàcogeração Turbo gerador Turbo Acionamento Energia Caldeira Agua de Reposição bar (a) Processo Condensado Page 8

9 Diagrama Típico de Usina Tradicional Bagaço ainda considerado como um problema ambiental Ł deve ser descartado Caldeiras de baixa pressão e temperatura Ł baixa eficiencia Cogeração com baixa eficiencia Ł não atendem àdemanda da usina Acionamentos mecanicos com pequenas turbinas Ł baixa eficiencia Eficiencia da planta de geração não é re;levante para a usina Page 9

10 Diagrama Típico de Usina Otimizado 65 bar / 480 ºC Adotadopela ~ maioria das usinas Energia Turbo gerador Turbo Acionamentos Caldeira Agua de Reposição bar saturado Processo Condensado Page 0

11 Diagrama Típico de Usina Otimizado Geração começa a ficar mais efetiva Ł melhor eficiencia Par pressão/temperatura mais adequado Ł ainda abaixo das reais possibilidades Nova geração de caldeira Ł melhor eficiencia Ainda acionamentos mecanicos por turbinas Ł baixa eficiencia Performance da planta como um todo émelhor Ł porém ainda não ésériamente considerada Page

12 Diagrama Típico de Usina MelhorTecnologia 90 bar 520 ºC Turbo gerador ~ Energia Novo conceitojá sendoadotado Motorizado condensador Caldeira Agua de Reposição bar saturado Processo Condensado Page 2

13 Diagrama Típico de Usina MelhorTecnologia Geração de Energia éum dos produtos da usina; Elevados parametros de vapor (pressão e temperatura) Ł caldeiras de alto rendimento; Acionamentos motorizados Ł melhoria da eficiencia Eficiencia de toda a planta éconsiderada Ł uso da palha e das pontas de cana Ł foco em equipamentos com alta performance Avaliação técnica da gaseificação da palha e bagaço Ł migração para ciclos combinados? Page 3

14 Falando sobreturbo Geradores Equipamentos atualmente usados nos projetos mais recentes: Turbinas com palhetas de 90 bar/ 520 ºC Unidades maiores de geração ao invés de dividir em dois ou maios turbos Ł melhor eficiencia Uma máquina de condensação com extração ao invés de x BPE + x Cond Turbinas selecionadas para o ponto de operação mais frequente Ł 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 performance dos equipamentos Page 4

15 Influencia dos Parametros de Vapor Turbina de Contrapressão 80 ton/h vapor Considerada Eficiencia TG = 84% Page 5

16 Influencia dos Parametros de Vapor Turbina de Condensação 20 ton/h vapor Considerada Eficiencia TG = 82% Page 6

17 Classificação das Turbinas a Vapor Ação e Reação AÇÃO REAÇÃO Vapor P Vapor P Força de ação Força de reação W W Injetor Palheta Injetor Palheta Pressão Pressão Volume Velocidade Volume Velocidade Page 7

18 Classificação das Turbinas a Vapor Ação e Reação 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. Page 8

19 Classificação das Turbinas a Vapor Ação e Reação 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 variação de carga e alta velocidade. Page 9

20 Classificação das Turbinas a Vapor Condensação Pressão de saída de vapor < Pressão atmosférica (vácuo) Necessita de condensador de vapor, sistema de vácuo, bombas de condensado, etc; Necessita de sistema de injeçãode vapor nas extremidades para selagem; Normalmente temextração e/ou tomadas; Carcaça de escapepode ser fundidaou de chapas soldadas. Page 20

21 Classificação das Turbinas a Vapor Contrapressão Pressão de saída de vapor > Pressão atmosférica Buchas para selagem mais compridas; Vapor de fuga; Carcaça de escapepode ser fundidajunto coma carcaça de entrada; Pode ter extrações e tomadas; Vapor de escapeda turbina vai para o processo. Page 2

22 Classificação das Turbinas a Vapor Avanços Tecnológicos Porta Palhetas Bucha de Selagem Mancal Posterior Carcaça Carcaça Mancal Frontal Válvula Fecho Rápido Rotor Segmento Injetor Válvulas Controle Page 22

23 Fita de Cobertura Acabamento Rebitado Acabamento Usinado Mais suscetível a soltura e danificação da turbina; Folgas que podem gerar vibração na turbina. Page 23

24 Válvulas de Controle 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 Page 24

25 Válvulas de Extração/ Drehchieber Bloco de válvulas 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 Ganho de 0,2 a 0,3% de eficiência na turbina em função da redução das perdas Page 25

26 Sistemas Auxiliares Sistema Hidráulico de controle em alta pressão Caixa de ligação Refrigerador de óleo Filtro duplo Bloco Bloco de solenóides de trip Bombas Bombas de de óleo óleo Tanque Acumulador hidráulico Page 26

27 Sistemas Auxiliares Instrumentação e Sistema de Controle Monitoração remota do TG, Análise de tendências de vibração Cog Wheel on turbine shaft PLC I/O-card (counter) Beräkning av periodtid Counter 24 Volt Sign. conditioner 5 Volt Bentley Nevada Probe (Eddie Current) PCS7 I/O-bus t p Timer S>0% Time base Mhz Volt Volt Volt Trip contact G Page 27

28 Instalação Arranjo com Escape Axial Casa de Força e Fundações menores menores custos de instalação; Menores perdas no escape comparado com o escape radial melhor eficiencia Nenhuma junta de expansão requerida instalação mais fácil e barata; Esforços entre a turbina e condensador neutralizados; Manutenção mais fácil do condensador Escape Axial Escape Radial Page 28

29 Turbinas de alta eficiência Porque usar uma turbina de alta performance Considerandoum adicional de,0 MW, temos: Períodode ano (safra e entre-safra),0 MW * 35 R$/MWh * 8000 horas/ano = R$ ,00 Período : 5 anos = R$ ,00 Page 29

30 EO SU Turbinas Industriais a Vapor Finspång Suécia Nürnberg Alemanha Brno Rep Tcheca Frankenthal Alemanha Görlitz Jundiaí Brasil Vadodara India Page 30

31 PresençaRegional em Mercados Importantes Frankenthal, DEU Finspång, SWE Goerlitz, DEU Nuremberg, DEU Brno, CZE Wuhan, CHN (JV) Vadodara, IND Jundiai, EO SU Localizações Görlitz DEU 727 Escritórios Centrais, P&D e maior parte das funções centrais. Maior fábrica. Brno CZE 558 Segunda maiorfábrica (antiga Alstom). Produção dividida com Görlitz para otimização dos custos. 7 plantas Finspång SWE 7 Antiga fábrica Alstom. P&D, projetos, fabricação e serviços (grandes máquinas). 5 países ~ colaboradores Frankenthal Jundiai Nüremberg DEU DEU Aquisição da antiga KK&K em Nov-06. Prquenasturbinas a vapor, até 0 MW. Integração em andamento. Foco: MercadosAmericas Central e do Sul. Mudou em 2006 de Taubaté para Jundiai.. Engenharia, geenciamento de projetos, vendas, fabricação e serviços. Vadodara IND 80 Foco: MercadoIndiano. Nova fárbica inaugurada em Jan-07 Wohan CHN - Joint Venture under negotiation Page 3

32 EO SU Diferentes Culturas e Tecnologias Industrie Turbinen Power Generation AEG KWU AG KWU Aplicações Industriais Westinghouse Mannesmann Demag Delaval AEG KANIS AKZ DemagDelaval Segmento Industrial ASEA BBC Ruston Alsthom STAL LAVAL GEC ABB GEC Alsthom Alstom ABB Alstom Power Alstom KKK Page 32

33 Turbinas a Vapor no Brasil 976 up to 992 AKZ Cravinhos-SP De 992 até 999 Cravinhos-SP De 999 até 2000 Cravinhos-SP De 2000 até 2003 Taubaté -SP De 2003 até 2005 A partirde Jan/2006 Taubaté -SP Jundiaí -SP Page 33

34 Principais Produtos Muito Padronizada Modulos padrãocom várias configurações Especiais até 65 MW, 20 bar / 520 C até 80 MW, 65 bar / 585 C até 50 MW, 40 bar / 540 C Energy Supplying Complexos [ESCO] Processos Industriais Complexos [IND] Range of Products Page 34

35 Linhade Produtos SST-9000 SST-8000 SST-6000 SST-5000 SST-4000 SST-3000 SST-000 SST-900 SST-800 SST-700 SST-600 SST-500 SST-400 SST-300 SST-200 SST-00 SST-050 KK&K , TurbinasIndustriais a Vapor EO SU 500 U/min.900 Product Characteristics Page 35

36 Características dos Produtos Page 36

37 Origem da Linhade Produtos 40 AntigaTecnologia Siemens 40 bar/540 C AntigaTecnologiaAlstom ST6 65 bar/585 C 40 bar/540 C 20 Tipo HN bar/520 C ST5 Pressão de Vapor [bar] Tipo N 30 bar/350 C Pressão0 de Vapor [bar] ST2 80bar/480 C 65bar/480 C ST7 0 bar/50 C ST3 ST4 20 Tipo WK Potencia Aproximada [MW] Potencia Aproximada [MW] Local production Line Page 37

38 LinhaLocal de Produtos SST-300 Turbina de Reação Totalmente fabricada no Brasil Pressão de Vapor [bar] ST2 ST7 80 bar/480 C SST bar/480 C 40 bar/540 C ST6 SST-600 SST-400 ST4 SST bar/520 C 0 bar/50 C ST3 30 bar/350 C 40 bar/ 540 C Tipo HN ST5 Tipo N SST-200 SST-400 SST-600 Trubinas de Reação fabricadas no Brasil com siporte da Alemanha 20 Tipo WK Potencia [MW] New Factory Page 38

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 Europa New Factory Page 39

40 Fábrica em Jundiai-SP Exportato Page Countries 40

41 Forte Presençano Mercado Externo Africa do Sul Alemanha Argentina Belgica Chile Colombia Etiopia India Mexico Peru Tailandia Venezuela Siemens Fleet Page 4

42 FrotaInstaladaSiemens Segmento de Mercado Química e Petroquímica Metalurgia e Mineração Oil & Gas (On Shore + Off Shore) Outros Geração de Energia Papele Celulose Açucar e Etanol(com Alimentos e Bebidas) Total (Turbinas Multi-estagios) 220 unds Total (Turbinas Simples Estágios) 692 unds Total 92 unds PotenciaTotal 465 MW 59 MW 20 MW 53 MW,66 MW,455 MW,83 MW 5,033 MW 68 MW 5,74 MW References Page 42

43 Referencias Recentes (/3) Cliente Pais Segmento Venda Qt Turbina Tipo Unit MW Molinos ARG Food & Beverage Jul-06 SST300 BP + E 27 Cemdel Valle COL Metals & Mining Oct-05 SST300N Cond+E 7 CemPaz del Rio COL Metals & Mining Oct-05 SST300N Cond+E 7 CemArgos COL Metals & Mining Oct-05 SST300N Cond+E 5 Bahiasul Pulp & Paper Nov-05 SST600 Cond+E 6 Bahiasul Pulp & Paper Nov-05 SST600 BP 6 Usiminas Metals & Mining Apr-06 SST600 Cond+E 63 Alunorte Metals & Mining Apr-06 2 SST300 BP 32 Alumar Metals & Mining May-06 2 SST300 BP 44 Klabin M Alegre Pulp & Paper Jul-06 SST600 Cond+EE 63 UsinaStaCruz Sugar& Ethanol Oct-06 SST300N BP 25 RIPASA Pulp & Paper Oct-06 SST300N BP + E 7 Ac Gal Dehesa ARG Food & Beverage Nov-06 SST300N BP + E Propal COL Pulp & Paper Dec-06 SST300N Cond+EE 5 References Page 43

44 Referencias Recentes (2/3) Cliente Pais Segmento Venda Qt Turbina Tipo Unit MW VCP 3 Lagoas Pulp & Paper Feb-07 2 SST800 Cond+EE 8 UsinaColorado Sugar& Ethanol Feb-07 SST600 Cond+EE 43 Petrobras RPBC Power Generation Mar-07 SST600 Cond+EE 55 Usina São Jose Sugar& Ethanol Apr-07 2 SST300N BP 30 UsinaQuatá Sugar& Ethanol Apr-07 2 SST300N BP 30 UTE Rondon II Power Generation Jun-07 2 SST300N Cond 2 Fenirol URU Power Generation Jul-07 SST300N Cond 0 UsinaSanta Cruz 2 Sugar& Ethanol Jul-07 SST300N BP 25 UsinaSanta Cruz 3 Sugar& Ethanol Jul-07 SST300N Cond+E 25 Pioneiros Sugar& Ethanol Aug-07 2 SST300 Cond+EE 25 Paramonga PER Sugar& Ethanol Aug-07 SST300 Cond+EE 23 Urufor URU Power Generation Sep-07 SST300 BP + E 2 References Page 44

45 Referencias Recentes (3/3) Customer Country Segment Award Qty Turbine Type Model Unitaty MW Smurfit COL Pulp & Paper Aug-07 SST400 BP+E 8.5 UTE Sykué I Power Generatio Aug-07 SST300N Cond 3 UsinaStaVitória Sugar& Ethanol Nov-07 SST300N BP+E 4 COSAN Jataí Sugar& Ethanol Dec-07 2 SST300N BP 34 COSAN Jataí Sugar& Ethanol Dec-07 SST300N Cond 34 Tabacal ARG Sugar& Ethanol Dec-07 SST600 Cond+EE 38. Petrobras Argent ARG Oil & Gas Apr-08 SST300N Cond 4. COSAN Bonfim Sugar& Ethanol Apr-08 SST400 Cond 40 COSAN Bonfim Sugar& Ethanol Apr-08 2 SST300 BP 33 Copesul Chemical May-08 SST400 Cond 45 Aracruz Pulp & Paper Jun-08 SST600 Cond+E 82 Aracruz Pulp & Paper Jun-08 SST600 BP+E 82 End Page 45