Apresentação Siemens Unica Ceise

Transcrição

Turbinas a Vapor
Maximizando Resultados com Tecnologias
Integradas para Cogeração de Energia
Siemens Brasil
Copyright © Siemens Ltda. 2014. TodosMarcio
direitos reservados
.
Campos
Conteúdo
1.
Introdução Siemens
2.
Ciclo a Vapor
3.
Tipos de Turbinas - Conceito
4.
Calculos de Geração de Vapor e Potência
5.
Usina e a Maximização da Eficiência Energética
6.
Pressão e Temperatura; Ciclo Rankine Convencional vs Regenerativo
7.
Ciclo Rankine de Reaquecimento
8.
Aplicação Industrial – Turbinas em Usinas de Açúcar e Etanol
9.
Otimizações de CAPEX e OPEX
Conteúdo
1. Introdução Siemens
Organização Global – Turbinas a Vapor
Servindo localmente os clientes
Organização – Turbinas a Vapor
16 localidades
~ 6.000 colaboradores
Newcastle
Erlangen
Finspong
Brno
Muelheim
Charlotte
Budapest
Frankenthal
Goerlitz/
Nuremberg
Orlando
Huludao
Vadodara
Bandung
Jundiai
Cilegon
Gurgaon
Fábricas
Siemens Brasil
Copyright © Siemens Ltda. 2014. Todos direitos reservados.
Portfolio - Mais ampla linha de produtos
Líder Mundial em fabricação de Turbinas a Vapor
SST-9000
1,900 MW
SST-8000
1,900 MW
SST-6000
1,200 MW
750 MW
SST-5000
SST-4000*
380 MW
SST-3000
250 MW
SST-900
250 MW
175 MW
SST-700
250 MW
SST-600
150 MW
SST-500
100 MW
SST-400
65 MW
SST-300
SST-200
SST-150
Compact app.
Process Steam
Power Generation (50/60 Hz)
SST-800
50 MW
10 MW
20 MW
SST-111
12 MW
SST-110
7 MW
SST-100
8.5 MW
SST-070
SST-050
SST-040
8 MW
0.75 MW
0.3 MW
*) currently no development
Siemens Brasil
Siemens no Brasil – Site Jundiaí
Siemens Brasil
Siemens Turbinas a Vapor - Jundiaí
 Fábrica de Turbinas a Vapor em Jundiaí - SP
 Investimentos para a nacionalização do portfolio
 Índice FINAME para Turbinas até 100MW
 Balanceamento de alta rotação para todos os rotores de Turbinas
 Serviços de engenharia e assistência técnica para Turbinas a
Vapor da frota Siemens, em toda América Latina
 Entrega da milésina Turbina fabricada no Brasil em 2013
Siemens Brasil
Conteúdo
2. Ciclo a Vapor
Caldeira – Gerador de Vapor
Turbina a Vapor
Ciclo Rankine
Ciclo de potência a vapor
GERADOR DE
ENERGIA ELÉTRICA
Chamin
é
Gases da
combustão
Combustív
el
Ar
Torre de
resfriament
o
Turbina
Caldeir
a
~
Condensado
r
III
Bomba
SISTEMA DE
CONTROLE DE
FLUIDO DA
CALDEIRA
Bomba de
alimentaçã
o
CICLO RANKINE
Águ
a
SISTEMA DE
REFRIGERAÇÃO
D’ÁGUA
Conteúdo
3. Tipos de Turbinas - Conceito
Turbinas de Contrapressão
Turbina de
contrapressão
Caldeira
Redutor de
velocidade
Processo
Industrial
Gerador
elétrico
~
Turbinas de Condensação com extração
Turbina de
condensação
Gerador
elétrico
~
Caldeira
Redutor de
velocidade
Processo
Industrial
Condensador
Bomba de
alimentação
Turbinas de Condensação: Axial e Radial
Turbina com escape axial
Condensador
Turbina com escape radial
Turbina – Fluxo de Vapor
Tubulação AK1
Tubulação AK2
Conteúdo
4. Cálculos de Geração de Vapor e Potencia
Entalpia
ENTALPIA DO VAPOR
Exemplo condições
do vapor:
p1 = 100 bar
T1= 540°C
H = 3.475 kJ/kg
p1
ΔH = 926 kJ/kg
H = 2.549 kJ/kg
Exemplo queda entalpica:
p1 = 100 bar ; T1 = 540°C
p2 = 2 bar
p2
Geração de Vapor
m = Vazão mássica de vapor (t/h)
PCI = Poder Calorífico Inferior do combustível (kJ/kg)
Q = Vazão de combustível (t/h)
H1 = Entalpia da água de alimentação (kJ/kg)
H2 = Entalpia do vapor (kJ/kg)
η = Rendimento
Geração de Energia
Pe = Potência elétrica nos terminais do gerador (kW)
m1 = vazão mássica de vapor de entrada na primeira
parte da turbina (t/h)
mn = vazão mássica de vapor de entrada na
“enésima” parte da turbina (t/h)
ΔH = Queda de energia entalpia (kJ/kg)
η = Rendimento do turbogerador
Conteúdo
5. Usina e a Maximização da Eficiência Energética
Geração em Usinas de Açúcar e Etanol
Agrícola
Indústria
Biomassa e
Bioeletricidade
Siemens Brasil
Como aumentar a Eficiência Energética?
 Entendimento das necessidades do
processo (prioridade)
Análise do potencial de combustível
 Estudos de balanço térmico e
criação de alternativas
 Otimização das melhores
alternativas: custo do combustível,
regime de operação, preço de venda
de energia, CAPEX, OPEX, etc
 Definição da melhor opção em
conjunto com a Usina
Conteúdo
6. Pressão e Temperatura; Ciclo Rankine Convencional vs Regenerativo
Balanço de Vapor – 42bar
Rede elétrica Concesionaria
Consumo da fábrica
Rede elétrica da Usina
Caldeira
2
Rede de vapor de 42 bar
~
Caldeira
1
Moendas
Picador
Desfribrador
Bombas
Acionamiento mecanico
Rede de vapor de 2,5 bar
Fábrica
Balanço de Vapor – 65 ou 100 bar
Rede elétrica Concesionaria
Consumo da fábrica
Rede elétrica da Usina
Caldeira
2
Rede de vapor de 65 ou 100 bar
~
Caldeira
1
Moendas
Picador
Desfribrador
Bombas
Acionamento mecanico
Rede de vapor de 2,5 bar
Fábrica
Eletrificação
da Moenda
Analise Sensibilidade – P/T do Vapor –
Turbina de Contrapressão
Exemplo: Fluxo de vapor de entrada: 180 t/h - Eficiencia do TG: 84%
Entrada
Escape
42bar(a) / 400ºC
2,5bar(a)
Geração de Energia (MW)
Eficiencia
Geração / ton de bagaço
26.0
+ 23%
65bar(a) / 480ºC
2,5bar(a)
65bar(a) / 510ºC
2,5bar(a)
85bar(a) / 520ºC
2,5bar(a)
100bar(a) / 530ºC
2,5bar(a)
+ 26.6 %
32.0
33.5
35.5
36.8
+
4,6%
+5%
+
5,9%
+ 2.5 %
+
3,6%
+ 2.7%
Ref. Caldeiras eff 87.8%, PCI, combustivel 50% H2O, PCI 1775kCal/kg
Analise Sensibilidade – P/T do Vapor –
Turbina de Condensação
Exemplo: Fluxo de vapor de alimentação: 120 t/h - Eficiencia TG: 82%
Alimentação
Escape
42bar(a) / 400ºC
0,15bar(a)
65bar(a) / 480ºC
0,15bar(a)
65bar(a) / 510ºC
0,15bar(a)
85bar(a) / 520ºC
0,15bar(a)
100bar(a) / 530ºC
0,15bar(a)
Geração de Energía
(MW)
Eficiencia
Geração / ton de
bagaço
28.0
+
14.2%
+ 11.3%
32.0
33.1
34.2
35.0
+
3.4%
+
3.3%
+
2.3%
Ref. Caldeiras ef 87.8%, PCI, combustivel 50% H2O, PCI
1775kCal/kg
+ 2.5%
+ 1.1%
+ 0.9%
Analise Sensibilidade
Aumento da P/T do Vapor
 Geração de Energia como sendo um
terceiro produto da Usina (aumento da receita
e do lucro)
 Substituição de Turbinas de acionamento
mecânico por motores: aumento eficiência
global
Com os novos patamares de preço de
energia, favorece as soluções mais eficientes
(retorno mais rápido do investimento)
A maior confiabilidade / disponibilidade do
equipamento traz melhores resultados
financeiros ao projeto
 Redução emissões de CO2 e recebimento
de créditos de carbono
Ciclo Regenerativo - Conceito
~
Siemens Brasil
CICLO REGENERATIVO – CASO REAL
Siemens Brasil
Possibilidades de ganho
ELEVAÇÃO DA RELAÇÃO VAPOR/COMUSTÍVEL
 Aumento da geração de vapor → Maior geração durante o período de
operação
 Economia de combustível → Potencial para gerar em períodos de
parada e/ou entressafra
Resultado final → MAIOR GERAÇÃO DE BIOELETRICIDADE
Siemens Brasil
CICLO REGENERATIVO – CASO REAL
 Sofware proprietário
Simula condições
reais de performance
 Interação do balanço
térmico com o cálculo
da turbina a vapor
Siemens
 Permite cálculo com
vários elementos
(caldeiras & turbinas)
Conteúdo
7. Ciclo Rankine de Reaquecimento
Ciclos de Reaquecimento
 UTE Canoas – Petrobras;
88,4 MW - 111 Bar / 524 oC;
Siemens Brasil
Ciclos de Reaquecimento
Siemens Brasil
Conteúdo
8. Aplicação Industrial – Turbinas em Usinas de Açúcar e Etanol
Ciclos Regenerativo – Caso Real
Premissas (informações fornecidas pelo cliente)
Moagem
2013
2014
2015
4 MTC
5 MTC
6 MTC
Fibra média
13%
Consumo específico de vapor
por tonelada de cana
490 kg/t
Tempo operação
240 dias
Aproveitamento
80%
Tempo efetivo
4.608 h
Consumo específico de vapor da
turbinas existentes
5,7 kg/kW
Palha
N.A
Reserva de combustível
3%
Ciclos Convencional – Caso Real
SAFRA
Geração Total = 122MW
Selagem e ejetores (2 x 0.5t/h)
450 T/h
Caldeiras
novas
214T/h
Turbinas novas
2 x 176.7 T/h
2x
31 MW
Vapor Processo + Desaerador (637 t/h)
30 MW
30 MW
15 T/h
2 x 176.7 T/h
67bara - 530°C – 1 x 250t/h + 1x 200 t/h
água alimentação = 115°C
154.8 T/h
154.8 T/h
141.8T/h
15 T/h
141.8T/h
Ciclos Convencional – Caso Real
ENTRE-SAFRA
Geração Total = 28 MW
Período
= 85 dias
111 T/h
0 T/h
Caldeiras
novas
Turbinas novas
0 T/h
0 T/h
-- MW
110 T/h
-- MW
28 MW
10T/h
67bara - 530°C – 1 x 250t/h + 1x 200 t/h
água alimentação = 115°C
10 t/h - Desaerador
100 T/h
SAFRA
Geração Total = 128MW
450 T/h
Caldeiras
novas
255T/h
Turbinas novas
175 T/h
175 T/h
2 x 176.7 T/h
2x
31 MW
33 MW
33 MW
15 T/h
2 x 176.7 T/h
15 T/h
67bara - 530°C – 1 x 250t/h + 1x 200 t/h
água alimentação ~ 160°C
141.8T/h
141.8T/h
Vapor Processo + Desaerador (637 t/h)
Ciclo regenerativo
Ciclo regenerativo
ENTRE-SAFRA
Geração Total = 42 MW
Período
= 85 dias
175 T/h
0 T/h
Caldeiras
novas
Turbinas novas
0 T/h
87 T/h
87 T/h
21 MW
-- MW
21 MW
70 T/h
70 T/h
67bara - 530°C – 1 x 250t/h + 1x 200 t/h
água alimentação ~ 160°C
9T/h
9T/h
18 t/h - Desaerador
Ciclo regenerativo
Ciclo regenerativo
Caso Real
Ciclo Convencional vs Regenerativo
Solução
Geração Safra
Consumo interno
Tempo efetivo
Exportação
Geração Entressafra
Consumo interno
Tempo Efetivo
Exportação
Total Exportação
Valor Energia
Faturamento/safra
Otimização/ano
Básica
Otimizada
122
39
4,600
381,800
MW
MW
h
MWh
128
39
4,600
409,400
MW
MW
h
MWh
28
3.5
2,040
49,980
MW
MW
h
MWh
42
3.5
2,040
78,540
MW
MW
h
MWh
431,780 MWh
R$ 110.00 MWh
487,940 MWh
R$ 110.00 MWh
R$ 47,495,800.00
R$ 53,673,400.00
R$ 6,177,600.00
Receita da Venda Energia vs Investimento no Turbogerador
Total Cost of Ownership (TCO)
O custo do Turbogerador representa <5% da receita com a venda da energia
exportada
Aumento de 3% na
Eficiência da turbina:
Receita adicional de
MR$ >20
Turbina (35MW)
parada durante 1
mes:
MR$ ~4,0
Usina base: Geração total = 70MW; Energia exportada = 45MW;
Siemens Brasil
Conteúdo
9. Otimizações de CAPEX & OPEX
Otimização de Layout
Escape axial
Transversal a frente da turbina
Condensador
Escape radial
Transversal abaixo da turbina
Siemens Brasil
SOLUÇÃO COM ESCAPE AXIAL
INSTALAÇÃO DO CONDENSADOR FORA DA CASA DE FORÇA
Siemens Brasil
Instalação ao tempo - Outdoor
 Siemens possui diversas referências
experiências de instalação ao tempo;
Siemens Brasil
e
Acionamento direto vs. Acionamento
com redutor
Acionamento direto
Acionamento com redutor
Siemens Brasil
TÚNEL DE BALANCEAMENTO
Siemens Brasil
ESTUDO DE CASO
Baixa Rotação vs. Alta Rotação
Redução de 63% no nível de vibração
CONFIDENCIAL
Rotor balanceado
em baixa rotação
Vibração no mancal
[mm/s rms]
transmitido para a caixa de mancal do valor
que teríamos se fizéssemos apenas o
balanceamento em baixa rotação
Limite da norma
Mesmo rotor
balanceado em
alta rotação
Balanceamento em
Baixa rotação
Balanceamento em
Alta rotação
Siemens Brasil
CONFIDENCIAL
Os níveis de vibração não são
percebidos em baixa rotação
MANUTENÇÃO / ASSISTÊNCIA TÉCNICA
Maior confiabilidade = menos manutenção
Na prática = redução do OPEX
Siemens Brasil
Referencias
+25 Referências com Potencia >
50MW
Alta confiabilidade / disponibilidade
Fabricação local (FINAME) de
Turbinas em Jundiaí
Turbinas para instalação outdoor –
UTE Canoas (1 x 88MW), 3 Lagoas
(2 x 62MW), Delta, etc
Maiores máquinas já produzidas no
Brasil: 100MW e 92MW CMPC
Guaíba
Siemens Brasil
1ª Turbina com acionamento direto
de gerador no mercado
sucroenergético
– 2014.
73,5MW
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RECENTE REFERÊNCIAS NO MERCADO DE AÇÚCAR E ETANOL
Count
ryTurbine
Turbine
Out put
Market
Owner
Turbine
Output
Market
Inlet
OwnerOwner Country
Country
Output
Market
Owner
Country
Turbine
Output
Market
Model
ModelModel
Model
kW
kW
kW kW
InletExtraction
InletExtraction
Ext ract ion
Exhaust
Inlet
Exhaust
Inlet
Extraction
Exhaust
Inlet
InletInlet
Exhaust
data
dat a
dat a data
dat a
data
data data
data
data
datadata data
bar(a)
°Cbar(a) bar(a)
bar(a)
°C °C
Usina Quissamã
Brazil
SST-300
38.000 Sugar & Ethanol
Santa Cruz S.A.
Brazil
SST-300
64,0
Acúcar
e Álcool
Cosan
Jatai
SST-300
35.230
Sugar
& Ethanol
CP
FL
- Usina PedraBrazil
Brazil
SST-300
34.785
Sugar
& Ethanol
Ingenio Tabacal 2
Usina Colorado
Cosan Jatai
Brazil
Brazil
Argentina
SST-600
SST-300
SST-300
64,8
CPFL
-Cocal
UsinaEnergia
Pedra BrazilBrazil SST-300
35.750
Sugar
& Ethanol
SST-600
51.300
Sugar
& Ethanol
Açucareira
Zillo
Brazil
SST-300
91,2
Lorenzetti
(Usina
IngenioS.A.
Tabacal
Argentina
SST-600
38.130
Sugar
&
Ethanol
Cocal Energia
Brazil
SST-600
Açucareira
Zillo
Ingenio
Casagrande
PeruSST-300
SST-300
31.500
Sugar & Ethanol
Brazil
91,2
Lorenzetti S.A.Açúcar
(Usina Guarani Maple
Peru
SST-300 SST-30037.500 20.100
Sugar &Sugar
Ethanol
Brazil
& Ethanol
Ingenio
Casagrande
Açucareira
Quatá
Vertente
Brazil
30.300 Sugar
& Ethanol
91,2
PeruSST-300 SST-300
25.000
Sugar & Ethanol
S.A. II
Açúcar Guarani Brazil
& Ethanol
Cosan bonfim
Brazil
SST-300 SST-30032.100 27.150
Sugar &Sugar
Ethanol
Açucareira
Quatá
IngenioVertente
Magdalena
Brazil
SST-300
43,2
Guatemala SST-600
S.A.
Ingenio
S.A.bonfim
El Salvador
& Ethanol
Cosan
Brazil
SST-300 SST-60032.100 62.200
Sugar &Sugar
Ethanol
Agroindustrial
Chaparrastique
Peru
SST-300
42,4
AgroS.A.A.
Industrial
Paramonga
BrazilGuatemala
SST-300
Sugar
& Ethanol
Ingenio Santa Ana
SST-600 29.700
62.400
Sugar
& Ethanol
Santa
Cruz
S.A.Lindo
Campo
Cosan
bonfim
SST-400 25.000 45.050
BrazilBrazil SST-300
Sugar &Sugar
Ethanol& Ethanol 64,0
Usina Alto Alegre Acúcar Açúcar
e Álcool
Guarani Brazil
SST-300
Florestópolis
Brazil
SST-300
Santa Cruz S.A.
BrazilIsabel
Sugar &Sugar
Ethanol& Ethanol 64,0
Cruz
Alta
Usina
Canabrava
Brazil - SST-300
SST-300 26.00038.000
Usina Santa
Acúcar
e Álcool
Brazil
SST-300
AçúcarUnidade
GuaraniMendonça
Brazil
SST-300
37.800
Sugar & Ethanol
Destilaria
Pioneiros
Brazil
SST-300
25.000 Sugar
& Ethanol
70,0
Ingenio
del
Cauca
Domincan
São José
San Pedro Bioenergy
& Ethanol
ColombiaRepublic
SST-400 SST-30040.200 29.300
Sugar &Sugar
Ethanol
S.A.
Usina Santa
Vitória
Brazil
SST-300
41.400 Sugar
&47.800
Ethanol
100,0
Ingenio El Angel Colombia
El Salvador
SST-600
Sugar
& Ethanol
Bioenergy
SST-600
43.500
Sugar
& Ethanol
CPFL - Usina Buriti
Brazil
SST-300
Açúcar Guarani
Cosan Jatai
Brazil
SST-300
35.230
Ethanol Sugar & Ethanol
98,0
Brazil
SST-300 Sugar &40.000
AçúcarTanabi
Guarani
II
Brazil
SST-300
Tanabi
CPFL
- Usina Buriti
Brazil
SST-300
Cosan Jatai
Brazil
SST-300
Delta Sucroenergia
Brazil
Ingenio Cartavio
Iaco Agrícola
Peru
35.230 Sugar &73.500
Ethanol Sugar & Ethanol
98,0
SST-600
SST-300
Brazil
Siemens Brasil
SST-300
bar(a)
65,0
480
98,064,8
°C
bar(a)
bar(a)
bar(a)
bar(a)
bar(a)
bar(a)
bar(a)
480
-
525505
21,0
dat a
datadata
330
2,70
2,50
16,00
2,48
480
2,78
0,18
520
21,60
2,48
-
0,130
2,500,11
2,50
98,064,8 525505 22,2 (bleed)
0,202,48
65,0
525
2,50
0,15
67,0 65,0515 525
66,0
490
520
21,60
65,0 64,8485 517
52070,0
21,60
530
98,0 64,8525 517
410
21,60
104,5
538
98,0 104,0525 538
400
2,40
2,50 2,50 0,08 0,15
2,80
0,16
2,48
2,50 2,50 0,110,125
0,11
- 2,50 2,50
2,48
3,77
0,10
- 3,70 2,500,100
2,48 2,58
0,13
42,2
420
0,11
17,4 / 4,94 /2,48
104,0
538
3,70
0,100
98,0
525 0,13
480
2,50
1,035
65,0
510 (bleeds) 21,6
2,5
64,8
517
12,8 / 2,5
0,12
480
22,00
0,14
65,0
480
2,70
0,13
63,0
475
517
53064,8
2,58
67,0 80,0510 515
-
2,500
3.1
0,17
2,410.070
0,11 2,50
-
53567,0
99,0
64,8
212,50
/ 13 / 8 / 5
540
2,480
520
2,70
0,12
(Bleeds) 2,48
505
525 64,8 16,00517
64,8
40,2
517
480
66,0
510
525 65,0 16,00515
2,50
2,50
0,145
2,50
0,145
2,48
11,4
(bleed) / 0,09
2,50
0,084
2,5
2,5
(4 bleeds)
26 (bleed)
/9
65,0
515
0,125
(bleed)
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(4 bleeds)
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