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Implantação de usina piloto por meio de
integração da fonte de geração termosolar
ao complexo de energias renováveis da
UHE Porto Primavera
Concentração da radiação solar
• Porque a concentração do sol para geração de calor?
– A energia solar tem baixa densidade
– Um coletor solar plano chega ao máximo em cerca de 100°C
– Algumas aplicações industriais utilizam temperaturas mais altas
Ciclo Rankine 300°C a 600°C
Ciclo Brayton 800°C a 1000°C
Processos industriais
até 250°C
Recuperação de petróleo
300°C
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Conversão da energia solar em térmica-elétrica
• Da luz solar ao calor de processo e à termoeletricidade
• Versatilidade do CSP: energia absorvida do sol (em forma de calor) pode ser utilizada para:
– Geração de eletricidade
– Cogeração
– Dessalinização de água
– Tratamento de esgoto
– Suprimento de calor de processos industriais
– Recuperação avançada de petróleo
SOL – concentração da irradiação
Foco na superfície
absorvedora
Aquecimento de fluido de
transferência de calor
Geração de vapor
Processos industriais
Termoeletricidade
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• P&D ANEEL nº19/2015 – “Desenvolvimento de Tecnologia Nacional de Geração Heliotérmica de Energia Elétrica”
– Empresas
• Proponente: Companhia Energética de São Paulo (CESP)
• Executoras:
– Lactec
– RTB Holding Energia
– Eudora Energia
–MFAP
–MRTS
• Duração: 48 meses
• Produto
– Planta piloto de concentradores cilindro parabólicos de 0,5 MWe (ou 4,1 MWt)
» Esta planta será integrada à Usina Porto Primavera e vai operar em conjunto com tecnologias de geração que já existem no local: energia eólica, fotovoltaica (flutuante, em solo com tracking, em solo fixo) e a hidrelétrica.
Resumo do projeto
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Geração hidrelétrica (1540 MW)
Geração eólica (0,2 MW)
Geração fotovoltaica (0,65 MW)
Geração de energia heliotérmica (0,5MWe ou 4,1MWt)
Infraestrutura da usina hidrelétrica Porto Primavera
Planta Termosolar
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• Implementar uma usina heliotérmica com cilindros parabólicos, avaliando quais os seus componentes são passíveis de nacionalização
• Desenvolver sistema e metodologia para acompanhar o desempenho da usina heliotérmica e avaliar a viabilidade técnico-econômica
• Adquirir conhecimentos sobre a complementariedade energética desta usina com as fontes eólica, fotovoltaica e hidrelétrica
• Descrever os locais mais apropriados para usar a tecnologia desenvolvida em diferentes regiões do Brasil
• Desenvolver um roadmap para aplicações em larga escala e determinar modelos comerciais
Objetivos do projeto
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• Usina termosolar de 0,5 MWe
• Nacionalização de equipamentos
• Manual de operação, montagem e manutenção da usina heliotérmica / Treinamento da equipe da concessionária
• Estudos de operação, manobra e automação da planta piloto termossolar
• Aplicativo de análise de complementaridade energética entre as fontes
• Qualificação profissional
02 Doutorados USP
02 Mestrados Profissionais em desenvolvimento tecnológico
Publicação dos resultados dos projetos em revistas e congressos relevantes do setor elétrico e da comunidade científica
• Roadmap para inserção da tecnologia em larga escala no contexto nacional
• Edição de um Livro sobre energia heliotérmica com dados do projeto
Resultados
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Lactec
• Estudos Elétricos
• Automação
• Meio ambiente e Georreferenciamento
• Planejamento
• Coordenação
MFAP
• Gerenciamento e suporte técnico, administrativo e documental
• Controle e monitoramento
RTB e Eudora
• Projeto e Engenharia
• Construção
• Comissionamento
• Expertise em energia Solar
MRTS
• Modelagem integrada das fontes renováveis
• Modelo ecnonômico-financeiro
• Estudos energéticos
• Arranjos comerciais e regulatórios
CESP
• Gerenciamento do projeto
• Prestação de O&M e estrutura de engenharia
• Análise de projeto e produto
Matriz de competência dos executores
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CARACTERÍSTICAS DO PROJETO
Concepção do Sistema de Armazenamento Térmico
• Armazenamento em um único tanque (Thermocline)
• Capacidade de armazenamento = 3,1 MWth (1 hora)
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Modelo de Simulação Individualizada da Operação Ótima de Usina Hidrelétrica associada com outras fontes de geração (Termosolar, Solar Fotovoltaica e Eólica).
Exemplos de interfaces
do Modelo
Ferramental robusto de otimização (linear e não-
linear, processado em servidor exclusivo).
O modelo permite a definição de quais usinas
deseja-se simular na cascata e com quais
associações.
Capaz de realizar simulações, dentre outras, para
aferir os efeitos da associação de uma Usina
Termosolar acoplada a uma UHE.
Por exemplo, considerando Patamares Ponta/Fora-
Ponta é possível simular os rebatimentos na Carga
Crítica, Potência Crítica, Geração Média e
Geração Média na Ponta.
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Exemplo: Resultados do Modelo de Simulação (módulo de otimização não-linear) para
UHE Emborcação
UHE Emborcação com possibilidade de associação local com usinas: Eólica, Solar (PV) ou
Termosolar (com armazenamento).
Potência de 100 MW das usinas (Totalizando Potência total UHE + usinas de 1.292 MW) e
restrição de 1.200/1.300 MW na subestação.
Modelo Eólica SolarTermo
SolarRestrSED Potência
Carga
Crítica
Potência
Crítica
Geração
Total
Média
Geração
Média
Ponta
GHD
Média
GHDP
média
GSOL
Média
GSOLP
Média
GEOL
Média
GEOLP
Média
Carga
Crítica
Potência
Crítica
Geração
Total
Média
Geração
Média
Ponta
Não Linear - - - 1.200 1.192 533,0 761,4 564,4 774,1 564,4 774,1 - - - - - - - -
Não Linear 100 - - 1.200 1.292 551,0 787,2 583,9 800,6 564,7 776,1 - - 19,2 24,5 18,1 25,8 19,5 26,5
Não Linear - 100 - 1.200 1.292 558,5 797,8 591,1 810,3 564,0 796,6 27,1 13,7 - - 25,5 36,4 26,7 36,2
Não Linear - - 100 1.200 1.292 562,5 803,6 592,2 860,5 565,1 570,4 27,1 13,7 - - 29,5 42,2 27,8 86,5
Não Linear 100 - - 1.300 1.292 551,0 787,2 583,9 801,2 564,7 776,7 - - 19,2 24,5 18,1 25,8 19,5 27,1
Não Linear - 100 - 1.300 1.292 558,5 797,8 591,1 808,9 564,1 795,2 27,1 13,7 - - 25,5 36,4 26,7 34,9
Não Linear - - 100 1.300 1.292 562,5 803,6 592,2 862,2 565,1 571,3 27,1 13,7 - - 29,5 42,2 27,8 88,2
.
A
B
A Carga Crítica, Potência Crítica, Geração Média e Geração Média na Ponta aumentam
significativamente com a associação da Termosolar.
B Os resultados são ainda melhores na geração média da ponta quando altera-se o limite da subestação
(superior a potência do conjunto.
Modelo Não Linear Resultados Variação
Modelo de Simulação Individualizada da Operação Ótima de Usina Hidrelétrica associada com outras fontes de geração (Termosolar, Solar Fotovoltaica e Eólica).
A usina Termosolar tem a capacidade de armazenar energia durante o dia, transferindo parte desta energia do
patamar Fora Ponta para o Patamar de Ponta. A quantidade a ser transferida é uma variável de decisão do
modelo.
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• Início: Jan. 2017 (Mês 1)
- Engenharia básica e detalhada
- Construção
Terraplanagem e nivelamento terreno
Ferragens para as bases civis do campo solar
Terraplanagem e nivelamento terreno
Vista geral do local de instalação da planta termosolar
Status da Implantação
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• Início: Jan. 2017 (Mês 1)
- Engenharia básica e detalhada
- Construção
Status da Implantação
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• Tratativas ambientais
• Levantamento topográfico
• Estudo de sondagem do solo
• Projeto básico
• Terraplanagem
• Determinação da cadeia de suprimentos e aquisição (fornecedores)
• Projeto executivo e estudos complementares
• Instalação do canteiro de obras
• Obras civis
• Montagem
• Comissionamento
• Treinamentos da operação
Status da Implantação
Legenda das atividades:
Realizado
Em execução
Não inicializado
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Calor de processo de uma planta do porte da CESP
• Possíveis aplicações para calor de processo de:
– 4,1MWt + armazenamento de 3MWht
– Produção de vapor: 4000 kg/h @ 320°C 23 bar
– Vapor superaquecido: para processos de movimento e acionamento
• Outros tipos de aplicações
• Indústria alimentar: padarias industriais, matadouros, fabricação de comida processada, bebidas, produtos derivados do leite
• Indústria têxtil: secadores giratórios, tinturarias, laminação e tecelagem
• Indústria química: reatores e armazenamento
• Farmacêuticas: fabricação de medicamentos, vacinas, vapor estéril
• Papel / Impressão: rolos de secagem, secagem de impressão
• Indústrias de açúcar e álcool: processos e cogeração
• Indústria do cimento, petróleo, madeira, automóveis
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