CENTRAIS TEMELÉTRICAS E COGERAÇÃO

Transcrição

1 CENTRAIS TEMELÉTRICAS E COGERAÇÃO GRUPOS MOTOGERADORES Prof. Dr. Ramón Silva

2 O Grupo Motogerador consiste de um ou mais motores alternativos de combustão interna utilizados para converter energia mecânica em energia elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva

3 O GMG contém todos os componentes utilizados para conectar o acionador primário ao gerador elétrico (caixa de redução, acoplamento, etc...) e quando aplicável os dispositivos de fixação (coxins, etc..) Prof. Dr. Ramón Silva

4 Os mais utilizados são os GMGs ciclo Diesel de quatro tempos, sendo que a utilização de ciclo Otto a gás natural vem sendo expandida ultimamente. Prof. Dr. Ramón Silva

5 Grupos Motogeradores Componentes Prof. Dr. Ramón Silva

6 Os motores alternativos utilizados como fonte primária podem ser de dois tipos: motores de ignição por compressão - ciclo Diesel; e motores de ignição por centelha elétrica - ciclo Otto Prof. Dr. Ramón Silva

7 A maioria dos GMGs utilizados utilizam os motores IC operando com óleo diesel. Esse combustível é recomendado para aplicações de emergência e standby. Prof. Dr. Ramón Silva

8 Combustíveis Para um bom desempenho de partida e máxima vida útil do motor, recomenda-se o combustível diesel ASTM D975 Grau No. 2. Para a utilização de outros graus de combustível diesel para diversos o distribuidor do fabricante do motor deverá ser consultado. Prof. Dr. Ramón Silva

9 Em motores ICE o combustível mais utilizado é o Gás Natural (GN) que pode ser uma opção econômica caso haja disponibilidade local nas taxas de vazão e pressão exigidos para operação. Um suprimento de reserva de GLP combustível pode ser necessário para sistemas de fornecimento de energia elétrica de emergência. Prof. Dr. Ramón Silva

10 A gasolina não é um combustível adequado para grupos geradores standby estacionários devido à sua volatilidade e prazo de validade. Vários estudos têm sido realizados em relação à utilização de Biodiesel e Etanol Boletim ABNT Volume (2012) Prof. Dr. Ramón Silva

11 Dependendo da aplicação do GMG os seguintes critérios, entre outros, são importantes na seleção do acionador primário a ser utilizado: qualidade do combustível; consumo de combustível; emissão de poluentes gasosos; emissão de ruídos; rotação de operação; peso e dimensões; características de curto-circuito do gerador; sistema de arrefecimento; sistema de partida; requisitos de manutenção; cogeração. Prof. Dr. Ramón Silva

12 Os geradores elétricos, também conhecidos como alternadores, podem ser de dois tipos: síncronos; e assíncronos. Prof. Dr. Ramón Silva

13 Os geradores síncronos são os mais utilizados em centrais terméletricas. Esse tipo de gerador opera com velocidade de rotação constante e sincronizada com a frequência da tensão elétrica alternada. Prof. Dr. Ramón Silva

14 Dependendo da aplicação do GMG os seguintes critérios, entre outros, podem ser relevantes na seleção do alternador: características de tensão durante partida e operação normal; características de tensão em cargas repentinas; comportamento em curto-circuito (elétrico e mecânico); eficiência; projeto do gerador e tipo de carcaça; comportamento em operação paralela; requisitos de manutenção. Prof. Dr. Ramón Silva

15 Equipamentos para controle, comutação, operação e monitoramento do GMG devem ser parte dos sistemas associados controle e monitoramento. Prof. Dr. Ramón Silva

16 Os equipamentos auxiliares são itens adicionais àqueles já instalados no GMG e são essenciais à operação segura do equipamento: sistema de partida; sistema de admissão; sistema de exaustão; sistema de arrefecimento; sistema de combustível; sistema auxiliar de energia. Prof. Dr. Ramón Silva

17 Grupos Motogeradores Operação Prof. Dr. Ramón Silva

18 Grupos Motogeradores Operação Prof. Dr. Ramón Silva

19 O modo de operação do GMG pode afetar certas características importantes de desempenho (operação econômica e confiável e requisitos de mantenabilidade) e devem ser consideradas na seleção dos requisitos do grupo em conjunto entre fabricante e consumidor. Prof. Dr. Ramón Silva

20 Operação contínua a carga constante é definida como a operação do GMG sem limite e levando-se em conta o período de manutenção, onde a carga elétrica aplicada é constante. EXEMPLO: proporcionando carga base para ciclo combinado de potência e calor. Prof. Dr. Ramón Silva

21 Operação contínua em carga variável é definida como a operação do GMG sem limite de tempo, levando-se em conta o período de manutenção, onde a carga elétrica aplicada é variável. EXEMPLO: proporcionando energia elétrica em locais onde não há disponibilidade de energia elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva

22 Operação Limitada a Carga Constante é definida como operação em carga constante dentro de limites de tempo definidos e com carga constante. EXEMPLO: gerenciamento de cargas de pico onde um grupo motogerador operando em paralelo proporciona suprimento de carga constante durante períodos de consumo de pico. Prof. Dr. Ramón Silva

23 Operação Limitada a Carga Variável -Tempo limitado de operação com carga variável. EXEMPLO: proporcionar suporte básico em caso de falha no suprimento principal de energia. Prof. Dr. Ramón Silva

24 Critério de Local Uso Terrestre o uso terrestre compreende os GMGs fixos, transportáveis ou móveis utilizados em terra. Uso Marítimo - são os GMGs utilizados embarcados em navios e instalações offshore. Prof. Dr. Ramón Silva

25 Operação singela: aplica-se aos GMGs, independente de sua configuração ou modo de partida e controle, que operam como fonte exclusiva de potência elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva

26 Operação em paralelo: aplica-se a conexão elétrica entre o GMG e outra fonte de potência de energia elétrica com as mesmas características de tensão, frequência e fase de maneira a dividir a demanda de carga. Prof. Dr. Ramón Silva

27 Operação em Paralelo com outro GMG Neste tipo de operação um ou mais GMGs estão conectados eletricamente entre si e trabalhando em sincronismo. Podem ser utilizados GMS com diferentes potências e velocidades. Prof. Dr. Ramón Silva

28 Operação em Paralelo com a Rede Neste tipo de operação um ou mais GMGs operam em paralelo e conectados à rede principal de suprimento de energia. Prof. Dr. Ramón Silva

29 Operação em Paralelo com a Rede Neste tipo de operação um ou mais GMGs operam em paralelo e conectados à rede principal de suprimento de energia. Prof. Dr. Ramón Silva

30 GMG Modos de Partida e Controle Prof. Dr. Ramón Silva

31 Os modos de partida e controle envolvidos na operação dos GMGs normalmente são as seguintes: partida; monitoramento; ajuste de tensão e frequência a sincronização; comutação; parada. Estes modos podem ser completamente ou parcialmente manuais ou automáticos. Prof. Dr. Ramón Silva

32 Operação Manual -aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados manualmente. Operação Semi-Automática - aplica-se aos grupos em que algumas dessas funções são iniciadas e controladas manualmente e que as restantes automaticamente. Operação Automática - aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados de maneira completamente automática. Prof. Dr. Ramón Silva

33 Operação Manual -aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados manualmente. Operação Semi-Automática - aplica-se aos grupos em que algumas dessas funções são iniciadas e controladas manualmente e que as restantes automaticamente. Operação Automática - aplica-se aos grupos que são iniciados e controlados de maneira completamente automática. Prof. Dr. Ramón Silva

34 GMG Tempos de Partida Prof. Dr. Ramón Silva

35 O tempo de partida é definido como o tempo decorrido entre o instante em que aparece a demanda de potência e o momento em que essa potência é disponibilizada. O tempo de partida é normalmente especificado em segundos (s) e deve cumprir o requisito para aquela aplicação particular em que o grupo esteja sendo utilizado. Prof. Dr. Ramón Silva

36 Grupo Motogerador sem Tempo de Partida Não Especificado É o tipo de GMG em que, devido as suas condições de operação, o tempo de partida não é um requisito importante. Normalmente têm sua partida de modo manual. Prof. Dr. Ramón Silva

37 Grupo Motogerador com Tempo de Partida Especificado É o tipo de GMG cujo tempo de partida é especificado. Esses grupos normalmente são iniciados de maneira automática e podem ser classificados como: Long-Break Short-Break No-Break Prof. Dr. Ramón Silva

38 Long-Break o tempo decorrido entre a falha no fornecimento de energia e a disponibilidade de energia no GMG é relativamente alto. Nesse caso o GMG é iniciado de uma condição estacionária após identificada a demanda de potência elétrica. Prof. Dr. Ramón Silva

39 Short-Break nesse caso o GMG opera com geradores onde o fornecimento de potência elétrica é interrompido por um tempo específico (normalmente milisegundos) enquanto a energia elétrica é comutada. Um acumulador de energia mecânica é utilizado para acionar o gerador por um curto período e, se necessário, para partir e acelerar o motor. Prof. Dr. Ramón Silva

40 No-Break É um GMG que opera continuamente de maneira a garantir um fornecimento ininterrupto de potência em caso de falha no fornecimento principal. Um acumulador de energia mecânica é utilizado para acionar o gerador por um curto período e, se necessário, para partir e acelerar o motor. Um pequeno desvio temporário de frequência pode ocorrer na comutação.. Prof. Dr. Ramón Silva

41 GMG Classes de Desempenho Prof. Dr. Ramón Silva

42 São definidas quatro classes de desempenho de maneira a cumprir os vários requisitos de fornecimento de energia: G1 G2 G3 G4 Prof. Dr. Ramón Silva

43 Classe G1 classe de desempenho dos GMGs onde as cargas conectadas são aquelas onde somente os parâmetros básicos de tensão e frequência precisam ser especificados (aplicações de uso geral como iluminação e outras cargas elétricas simples); Prof. Dr. Ramón Silva

44 Classe G2 aplica-se a GMGs onde as características de tensão são muito parecidas às do sistema público de fornecimento. Em caso de mudanças de carga podem ocorrer desvios de tensão e frequência temporários, mas dentro dos valores aceitáveis (sistemas de iluminação, bombas, ventiladores, guindastes, etc...); Prof. Dr. Ramón Silva

45 Classe G3 aplica-se a GMGs conectados a equipamentos que exigem severas demandas na estabilidade e nível de frequência, tensão e formato de onda da energia fornecida (telecomunicações e cargas controladas por tiristor); Prof. Dr. Ramón Silva

46 Classe G4 aplica-se a condições onde a demanda exige níveis de tensão, frequência e formato de onda extremamente severas (equipamentos de processamento de dados ou sistemas de computação). Prof. Dr. Ramón Silva

47 Bibliografia ISO Reciprocating Internal Combustion Engine Driven Alternating Current Generator Sets Prof. Dr. Ramón Silva