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Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de.

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1 Repotenciação: Bases teóricas, oportunidades e experiência internacional Prof. Dr. Edson da Costa Bortoni Universidade Federal de Itajubá Instituto de Sistemas Elétricos e Energia Centro de Excelência em Eficiência Energética

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5 EXCEN – Centro de Excelência em Eficiência Energética

6 Expansão! Nova área do Campus

7 redefinição modernização reabilitação revitalização reforma turbina manutenção upgrading up-rating repowering redefinição automação reparo reconstrução gerador monitoramento refurbishment REPOTENCIAÇÃO

8 Repotenciação Adoção de avanços tecnológicos, de concepções mais modernas de projeto, utilização de folgas existentes no projeto original ou mediante instalação de unidades adicionais, a fim de aumentar a potência possível de ser gerada em usinas hidrelétricas existentes.

9 Bases teóricas A potência elétrica possível de ser gerada nos bornes do gerador – P (W) – é dada por: P = ρ g Q H η Onde: ρ é a massa específica da água (kg/m³) Q é a vazão turbinada (m³/s) H é a queda bruta (m) η é o rendimento total, produto dos rendimentos de sistema de adução, turbina e gerador.

10 Bases teóricas A potência elétrica possível de ser gerada nos bornes do gerador – P (W) – é dada por: P = ρ g Q H η Naturalmente, esta potência está limitada pela capacidade de cada um dos elementos da cadeia de conversão energética, a saber, sistema de adução, turbina hidráulica e gerador elétrico.. SASA THTH GEGE P HB P HL P m P e η SA η TH η GE

11 Bases teóricas Por outro lado, a garantia física de um aproveitamento hidroelétrico é dada por: Assim, além das características ligadas à potência possível de ser gerada, há também a possibilidade de aumentar a garantia física pela redução das taxas de indisponibilidade forçada e programada.

12 Possibilidades de incremento de potência e energia Melhorias / substituição da turbina hidráulica, aumentando potência e rendimento; Melhorias / substituição do gerador elétrico, aumentando potência e rendimento; Aumento da potência hidráulica com modificações nos níveis de montante e jusante, aumento de vazão turbinada e redução de perdas na adução; Implantação de sistemas de monitoramento; Implantação de unidade geradora adicional; Otimização da operação da central e conservação de energia em sistemas auxiliares.

13 Otimização da Turbina Hidráulica Utilização de margens disponíveis; Substituição de rotores; Aumento do rendimento interno e do rendimento mecânico; Otimização de perfis das pás das turbinas; Otimização da curva de conjugação em rotores Kaplan; Atentar para iminência de problemas.

14 Otimização da Turbina Hidráulica com aumento de potência e de rendimento Fonte: R. Cuenod, S. Martelli, R.V. Freitas; "Modernização de turbinas hidráulicas" - XIV SNPTEE, Belém-PA, 1997

15 Otimização da Turbina Hidráulica com aumento de potência e de rendimento Fonte: Catálogo GE Hydro.

16 Experiência internacional Alabama Power Co.: Aumento da eficiência e repotenciação de quatro unidades em três centrais do Rio Coosa, pela substituição de turbinas de 1940 a 1960, por novas turbinas de aço inoxidável, com aumento da geração anual em 36 GWh (+7,3%) por US$ 6 milhões. Alcoa, Inc. – Substituição de quatro grupos geradores por novos rotores Francis, geradores e transformadores, adicionando 22 MW à capacidade instalada da UHE Tapoco Cheoah e aumento de 95 GWh (+23%), por US$ 13 milhões.

17 Otimização da Gerador Elétrico Utilização de margens disponíveis; Substituição dos enrolamentos da armadura ou do rotor com modificação da isolação dos mesmos; Melhoria no sistema de refrigeração e troca de calor do gerador permitindo aumento da densidade de corrente ou de temperatura de operação; Aumento da densidade de fluxo magnético na armadura (0,75-0,8 T para 1-1,2 T); Redução do fator de potência nominal; Atentar para iminência de problemas.

18 Evolução das dimensões do isolamento de geradores Fonte: C. Sumereder; Statistical Lifetime of Hydro Generators and Failure Analysis, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 15(3), pp , June 2008.

19 Análise Dimensional

20 Evolução do coeficiente tecnológico

21 Experiência internacional Fonte: Z.Kuchinskaya, V. Novozhilov, "OJSC POWER MACHINES experience on hydrogenerators reconstruction". Russia Hydro 2011.

22 Experiência internacional

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25 Aumento da Potência Hidráulica Aumento do nível de montante pela redefinição de níveis máximos, cotas operativas, avaliação e alteamento de estruturas; Redução do nível de jusante pela coordenação da operação de vertedouros, redução de soleiras, tratamento do canal de fuga; Redução de perdas na adução pela operação otimizada da central, redução dos coeficientes de perda de carga. Outros...

26 Experiência nacional e internacional Elevação da cota do reservatório da UHE Tucuruí de 72,00 para 74,00 m, aumentando a geração hidráulica em 94 MW médios ao custo aproximado de US$ 2 milhões, com retorno US$1,375 milhões ao mês! [1] Redução das perdas de carga através do revestimento das paredes internas de sistemas de adução. Fonte [1]: C. Gonçalves, R.R. Gonçalves, I.M. Fernandes, P.C.M. Domingues; Elevação do nível do reservatório da UHE Tucuruí, utilizando vigas espelho no vertedouro. XVIII SNPTEE, Curitiba-PR, 2005

27 Adição de Unidade Geradora Centrais que possuam poços disponíveis para a inserção de unidades geradoras adicionais; Disponibilidade hídrica para motorização das unidades adicionais; Reconhecimento financeiro e comercial dos possíveis ganhos energéticos da usina; Reconhecimento do aumento de potência e conseqüente contribuição para o aumento da reserva de potência do SIN; Compensação pelos investimentos realizados.

28 Experiência internacional

29 O Recovery Act de 2009 é uma ação do governo dos Estados Unidos em resposta à crise econômica e prevê cortes de taxas da ordem de US$ 228 bilhões, US$ 235 bilhões em contratos, e US$224 bilhões em programas sociais.

30 E no Brasil ? Como estimular os projetos de repotenciação ? Há a necessidade de estudos detalhados dos benefícios energéticos auferidos e determinação do montante de repotenciação. Análise pelo custo evitado de geração termelétrica ? Reconhecimento do aumento de potência efetiva e de sua contribuição para o aumento da reserva de potência? Remuneração do investimento como prestação de serviço ancilar? Contratação do acréscimo dessa disponibilidade por meio de leilões ?... ?

31 OBRIGADO!


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