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

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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

4 www.andritz.com

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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

5 www.andritz.com

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www.andritz.com

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.

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ANDRITZ HYDRO no BRASIL

Áreas de Atuação

Grandes Centrais

Hidrelétricas

Pequenas Centrais

Hidrelétricas

Serviços &

Reabilitação

Bombas

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Soluções Eletromecânicas para Usinas Reversíveis

Andritz

Introdução

Cenário

Tecnologias

Referências

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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?

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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?

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Fonte: SUFG Energy Sotorage Report - 2013

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Introdução

Mas… Qual?

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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?

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Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012

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Cenário

Mas… Qual?

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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?

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Fonte: Store D2.1 Report summarizing the current Status, Role and Costs of Energy Storage Technologies - 2012

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Cenário

Mas… Qual?

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Fontes: SUFG Energy Sotorage Report – 2013; Store D2.1 - 2012; NHA – Pumped Storage Development Council -

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Cenário

Mas… E então?

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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?

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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?

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Fonte: Global Technology Roadmap- 2015

www.andritz.com

Exemplo austríaco

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Cenário

Mas… E no Brasil?

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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?

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Fonte: PDE 2024 ANEEL - 2015

Plano Decenal

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Cenário

Mas… E no Brasil?

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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

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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

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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

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Fonte: Global Technology Roadmap- 2015

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Tecnologias

Velocidade Variável

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81

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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

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Reserva complementar;

Limitações topográficas.

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Tecnologias

Múltiplos estágios

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Quedas altas;

Somente em plena

carga;

Flexibilidade somente

em conjuntos

ternários.

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Tecnologias

Padronizadas

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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

47 www.andritz.com

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Referências

Andritz

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Referências

Andritz

49 www.andritz.com

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

Andritz

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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

Andritz

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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

52 www.andritz.com 52

Baixo Sabor Jusante

Diâmetro D1 3948 mm

Queda 26.2m – 35.2m

Potência 17.8 MW

Rotação 150 rpm

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Referências

Andritz

53 www.andritz.com

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

54

"We focus on the best solution

From water to wire"

www.andritz.com