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

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

2 Arthur Leotta Diretor Técnico

3 Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis Conteúdo Andritz Introdução Cenário Tecnologias Referências 3

4 Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis Andritz Introdução Cenário Tecnologias Referências 4

5 ANDRITZ Grupo 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 DADOS FINANCEIROS 2014 Unit 2015 Entrade de pedidos MEUR* 6,017.7 Pedidos em Carteira MEUR 7,324.2 Vendas MEUR 6,377.2 EBITA MEUR Resultado Liquido MEUR Empregados - 24,508 5

6 Áreas de Negócios 35 40% 25-30% 25% 10% Separation Equipamentos eletromecânicos e prestação de serviços para centrais hidroelétricas e bombas. 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. 6

7 Empresas Pioneiras 7

8 Maior Fornecedora de Turbinas Hidráulicas do mundo, Mais de MW Instalados. 8

9 ANDRITZ HYDRO no BRASIL Áreas de Atuação Grandes Centrais Hidrelétricas Pequenas Centrais Hidrelétricas Serviços & Reabilitação Bombas 9

10 Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis Andritz Introdução Cenário Tecnologias Referências 10

11 Introdução Mas Por quê? Eletricidade não pode ser armazenada diretamente; O fornecimento deve ser continuamente balanceado com a demanda; O balanço constante tem implicações; 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. 11

12 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; Eólica e solar não oferecem inércia suficiente para a rede. 12

13 Introdução Mas Como? 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. 13

14 Introdução Mas Como? Fonte: SUFG Energy Sotorage Report

15 Introdução Mas Qual? 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. 15

16 Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis Andritz Introdução Cenário Tecnologias Referências 16

17 Cenário Mas Qual? Fonte: Global Technology Roadmap

18 Cenário Mas Qual? Fonte: SUFG Energy Sotorage Report

19 Cenário Mas Qual? Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies

20 Cenário Mas Qual? Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies

21 Cenário Mas Qual? Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies

22 Cenário Mas Qual? Fontes: SUFG Energy Sotorage Report 2013; Store D ; NHA Pumped Storage Development Council - 26

23 Cenário Mas E então? 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); 27

24 Cenário Mas E então? Exemplo austríaco Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies

25 Cenário Mas Qual? Exemplo austríaco Fonte: Global Technology Roadmap

26 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 Poucos projetos estudados até o momento. 32

27 Cenário Mas E no Brasil? Plano Decenal Fonte: PDE 2024 ANEEL

28 Cenário Mas E no Brasil? Plano Decenal Fonte: PDE 2024 ANEEL

29 Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis Andritz Introdução Cenário Tecnologias Referências 35

30 Tecnologias Necessidades Necessidades Melhor desempenho hidráulico Rendimento, potência, Prevenção a cavitação Operação suave e estável Ampla faixa operativa Operação em baixa carga parcial Operação dinâmica Mudanças frequentes no modo de operação e carga Máxima confiança e disponibilidade Longa vida útil Respostas tecnológicas Layout hidráulico adequado Seleção entre velocidade fixa e variável Adequação do nível de implantação Desenvolvimento hidráulico Simulações e ensaios de modelo Simulação avançada de escoamento, estabilidade em modo bomba, Controle da curva-s Operação em baixa carga como turbina, melhora nas condições operacionais e sincronização Integridade estrutural Projeto mecânico robusto Análises estáticas, dinâmicas, modal, de mecanismos de fratura e fadiga 36

31 Tecnologias Necessidades Necessidades Reversão de operação Respostas tecnológicas Sistemas de automação modernos e eficientes Manobras em barramentos, ativação/desativação de sistemas auxiliares, bombas Partidas e paradas em curto tempo Monitoramento de todas as condições operativas da máquina e atuação nos sistemas auxiliares por telecomando Sistemas especiais de partida SFC, motor, turbina auxiliar, partida direta Resposta rápida à variação de demanda Soluções econômicas (O&M + civil) Sistemas especiais de parada Frenagem mecânica e elétrica Soluções otimizadas para cada projeto Uso de comportas cilíndricas em substituição a válvulas de nos condutos forçados 37

32 Tecnologias Conceito clássico 38

33 Tecnologias Conceito ternário Possível para arranjos verticais e horizontais; Máxima flexibilidade em função do Curto Circuito hidráulico; >>Eólicas e Solares montante jusante Curto circuito hidráulico, parcialmente para montante e parcialmente para a turbina Curto circuito hidráulico, parcialmente para jusante e parcialmente para a bomba jusante 39

34 Tecnologias Conceito ternário Fonte: Global Technology Roadmap

35 Etah [ % ] H [ m ] Tecnologias Velocidade Variável Regulação da potência da bomba; Rápida adequação a mudanças dinâmicas; Maior eficiência para queda variável Limite de cavitação, baixa pressão Limite de estabilidade Operating range n = variable Optimum efficiency operating curve n = constant max. queda max. velocidade Limite de cavitação, alta pressão min. velocidade min. queda Q [ m 3 /s ]

36 Tecnologias Baixa Queda Reserva complementar; Limitações topográficas. 42

37 Tecnologias Múltiplos estágios Quedas altas; Somente em plena carga; Flexibilidade somente em conjuntos ternários. 43

38 Tecnologias Padronizadas Custos de projeto e montagem reduzidos; Sem ensaio específico; Componentes padronizados. Montagem simples; Velocidade variável; Solução competitiva 44

39 Tecnologias Água do mar 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. 45

40 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;... 46

41 Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis Andritz Introdução Cenário Tecnologias Referências 47

42 Referências Andritz 48

43 Referências Andritz Goldisthal, Germany Em operação desde x 265 MW 2 unidades com velocidade variável Moto gerador assíncrono fornecido pela Andritz Hydro Consórcio Andritz Hydro & Voith 49

44 Referências Andritz Kops 2, Austria Conceito ternário Câmara de jusante pressurizada Em opração desde x 200 MVA / 180 MW Tu / 150 MW Pu 500 rpm Full load in s (Tu para Pu) > 8000 horas de operação / ano! TUR Conversor hidráulico de torque permita máxima flexibilidade PUMP Typical operation curve 12h - 24h 50

45 Referências Andritz Nestil, Suíça 1 Conjunto turbina de 4 estágios P = 130 MW H = 1062 m n = 600 rpm ano:

46 Referências Andritz Baixo Sabor Jusante Diâmetro D mm Queda 26.2m 35.2m Potência 17.8 MW Rotação 150 rpm 52

47 Referências Andritz Foz Tua Diâmetro D mm Queda 87.1 m 99.5 m Potência = MW Rotação = rpm Equipado com comporta cilíndrica Ring gate 53

48 Turbinas CAT Verticais Referências "We focus on the best solution From water to wire" 54