TECNOLOGIAS E SOLUÇÕES PARA GERAÇÃO DE ENERGIA COM BIOMASSA 20 à 22 de Junho de 2017 Curitiba - PR JOSÉ D. SERRA – 16 99184 6584 Gerente de Desenvolvimento de Negócios

Bagaço de cana de açúcar Cavaco de madeira Resíduo em geral PROGRAMA BIOMASSA Bagaço de cana de açúcar Cavaco de madeira Resíduo em geral Histórico, níveis de operação de caldeiras/turbinas Ciclo Rankine Estudo de Caso: Usina Convencional x Usina Eficiente Ciclo Rankine com Aquecimento Regenerativo Conclusões 2

DE PROBLEMAS: PARA OPORTUNIDADES: BIOMASSA Passivo Ambiental Custos de manejo e destinação Nenhum valor comercial PARA OPORTUNIDADES: Solução ambiental Melhorar eficiência energética Redução de custos Independência energética Incremento de negócios Alto valor comercial

Projeção da Demanda(TWh) até 2.023 - Nota Técnica DEA 28/13

NÍVEIS DE OPERAÇÃO EM TURBINAS

Ganho Energético com o aumento da Pressão e Níveis de Operação Ganho Energético com o aumento da Pressão e Temperatura do vapor Contrapressão 140kgf/cm2 – 540 C 100 kgf/cm2 – 530 C 40 kJ/kg 42 kJ/kg 81 kgf/cm2 – 510 C 780 kJ/kg 84 kJ/kg 740 kJ/kg 65 kgf/cm2 – 485 C 698 kJ/kg 6,531 kJ/kg ºC 6,695 kJ/kg ºC 116 kJ/kg 614 kJ/kg 6,750 kJ/kg ºC 42kgf/cm2 – 420 C 6,792 kJ/kg ºC 498 kJ/kg 168 kJ/kg 6,815 kJ/kg ºC 1,5 kgf/cm² ~ 127 C 330 kJ/kg 21kgf/cm2 – 300 C 6,743 kJ/kg ºC

Ganho Energético com o aumento da Pressão e Níveis de Operação Ganho Energético com o aumento da Pressão e Temperatura do vapor Condensação 140kgf/cm2 – 540 C 100 kgf/cm2 – 530 C 30 kJ/kg 39 kJ/kg 81 kgf/cm2 – 510 C 1156 kJ/kg 82 kJ/kg 1126 kJ/kg 65 kgf/cm2 – 485 C 1087 kJ/kg 6,531 kJ/kg ºC 6,695 kJ/kg ºC 130 kJ/kg 1005 kJ/kg 6,750 kJ/kg ºC 42kgf/cm2 – 420 C 6,792 kJ/kg ºC 875 kJ/kg 170 kJ/kg 6,815 kJ/kg ºC 0,10 bar(a) ~ 45,8 C 705 kJ/kg 21kgf/cm2 – 300 C 6,743 kJ/kg ºC

Níveis de Operação

Níveis de Operação

CICLO RANKINE

CICLO RANKINE O ciclo Rankine descreve a operação de turbinas a vapor comumente encontrados nas usinas para produção de energia. Existem quatro fases/sistemas num ciclo Rankine Fase 3-4 Compressão Fase 4-1 Transferência de calor isobárica Fase 1-2 Expansão Fase 2-3 Rejeição de calor

CICLO RANKINE USINA CONVENCIONAL

PREMISSAS Moagem safra 2.500.000 toneladas Dias de safra 245 dias Eficiência Operacional 85% Horas de operação 5.000 horas Moagem horária 500 toneladas Fibra média 12,5%

USINA CONVENCIONAL Bagaço produzido 125 t/h Processo industrial 500 kgv/tc Necessidade vapor processo 250 t/h Consumo energia elétrica 7.500 kW Sobra de bagaço 16 t/h

0 MW 86 t/h 7,5 MW 143 t/h 7,5 MW 21 t/h 500 kgv/tc 250 t/h REDE ELÉTRICA CONCESSIONÁRIA 0 MW REDE ELÉTRICA INTERNA BAGAÇO 125 t/h 86 t/h 7,5 MW 109 t/h 143 t/h 7,5 MW MOAGEM 500 TCH 21,0 kgf/cm² 300,0 °C 250,0 t/h 2,30 kgv/kgb 21 t/h 500 kgv/tc 250 t/h SOBRA DE BAGAÇO 16 t/h

R$ 29.400.000,00 0 MW 21 MW R$ 280 / MW 86 t/h 250 t/h 28,5 MW 7,5 MW REDE ELÉTRICA CONCESSIONÁRIA R$ 29.400.000,00 0 MW 21 MW R$ 280 / MW REDE ELÉTRICA INTERNA BAGAÇO 125 t/h 86 t/h 250 t/h 28,5 MW 7,5 MW 109 t/h 115 t/h 143 t/h 7,5 MW 86 t/h 107 t/h MOAGEM 500 TCH 65,0 kgf/cm² 500,0 °C 250,0 t/h 2,18 kgv/kgb 21,0 kgf/cm² 300,0 °C 250,0 t/h 2,30 kgv/kgb 0 t/h 21 t/h 500 kgv/tc 250 t/h SOBRA DE BAGAÇO 16 t/h 10 t/h

USINA ELETRIFICADA R$37.800.000,00 R$ 29.400.000,00 21 MW 27 MW REDE ELÉTRICA CONCESSIONÁRIA R$37.800.000,00 R$ 29.400.000,00 21 MW 27 MW R$ 280 / MW REDE ELÉTRICA INTERNA MOAGEM 500 TCH CONSUMO: 8,5 MW BAGAÇO 125 t/h 250 t/h 28,5 MW 43 MW 115 t/h 143 t/h 7,5 MW 250 t/h 107 t/h MOAGEM 500 TCH 65,0 kgf/cm² 500,0 °C 250,0 t/h 2,30 kgv/kgb 0 t/h 500 kgv/tc 250 t/h SOBRA DE BAGAÇO 10 t/h

USINA ELETRIFICADA R$ 37.800.000,00 R$ 48.300.000,00 27 MW 34,5 MW REDE ELÉTRICA CONCESSIONÁRIA R$ 37.800.000,00 R$ 48.300.000,00 27 MW 34,5 MW R$ 280 / MW REDE ELÉTRICA INTERNA MOAGEM 500 TCH CONSUMO: 8,5 MW BAGAÇO 125 t/h 210 t/h 250 t/h 62,5 t/h 36 MW 43 MW 16 MW 115 t/h 125 t/h 9 MW 7,5 MW 250 t/h OTIMIZAÇÃO 65,0 kgf/cm² 500,0 °C 272,5 t/h 2,18 kgv/kgb 65,0 kgf/cm² 500,0 °C 250,0 t/h 2,30 kgv/kgb 500 kgv/tc 420 kgv/tc 210 t/h 250 t/h SOBRA DE BAGAÇO 10 t/h

USINA ELETRIFICADA R$ 83.300.000,00 59,5 MW 34,5 MW R$ 48.300.000,00 REDE ELÉTRICA CONCESSIONÁRIA R$ 83.300.000,00 59,5 MW 34,5 MW R$ 48.300.000,00 R$ 280 / MW REDE ELÉTRICA INTERNA MOAGEM 500 TCH CONSUMO: 8,5 MW BAGAÇO 125 t/h BAGAÇO 125 t/h PALHA 49 t/h 210 t/h 169 t/h 62,5 t/h 43 MW 36 MW 44 MW 16 MW 174 t/h 12 MW 9 MW 65,0 kgf/cm² 500,0 °C 379,0 t/h 2,18 kgv/kgb 420 kgv/tc 210 t/h

Ciclo Rankine com aquecimento Regenerativo 20

FLUXO DE ENERGIA CENTRAL TÉRMICA DE CONDENSAÇÃO COGERAÇÃO ENERGIA QUIMICA ENERGIA TÉRMICA ENERGIA MECÂNICA ENERGIA ELËTRICA CALDEIRA TURBINA GERADOR ENERGIA ELÉTRICA DISPONÍVEL CONSUMO INTERNO PERDAS ENERGIA TÉRMICA DISPONÍVEL PERDAS PERDAS PERDAS

Ciclo Rankine Regenerativo É caracterizada pelo pré-aquecimento do condensado antes de entrar na caldeira; Redução da vazão de vapor que chega ao condensador Redução das correspondentes perdas na fonte fria

Ciclo Regenerativo – Porque? No ciclo convencional temos: Temperatura do condensado em torno de 41 a 50°C. Caldeiras dimensionados para receber a água de alimentação a temperatura em torno de 100°C a 120°C. Eficiência do ciclo abaixo dos 24%.

Ciclo Regenerativo – Porque? No ciclo regenerativo temos: Permite aquecimento do condensado acima dos 250°C. Caldeiras dimensionados para receber a água de alimentação a temperatura em torno de 160°C a 250°C. Eficiência do ciclo pode chegar a 35%.

Considerando uma Caldeira 68 kgf/cm² - 520°C Ciclo Regenerativo Aumento na Geração de vapor Considerando uma Caldeira 68 kgf/cm² - 520°C Água de Alimentação Vapor Superaquecido 3.460,5 kJ/kg 15,7 % 855,5 kJ/kg 2.604,5 kJ/kg 90 kgf/cm2 – 220 C 68 kgf/cm2 – 520 C 3,4 % 767,2 kJ/kg 3.460,5 kJ/kg 2.693,3 kJ/kg 90 kgf/cm2 – 200 C 68 kgf/cm2 – 520 C 3,2 % 3.460,5 kJ/kg 680,4 kJ/kg 2.780,1 kJ/kg 68 kgf/cm2 – 520 C 90 kgf/cm2 – 180 C 3,1 % 3.460,5 kJ/kg 594,7 kJ/kg 2.865,8 kJ/kg 90 kgf/cm2 – 160 C 68 kgf/cm2 – 520 C 3,0 % 509,9 kJ/kg 3.460,5 kJ/kg 2.950,6 kJ/kg 90 kgf/cm2 – 140 C 68 kgf/cm2 – 520 C 3.460,5 kJ/kg 446,7 kJ/kg 3.013,8 kJ/kg 2,1 % 90 kgf/cm2 – 105 C 68 kgf/cm2 – 520 C Salto Entalpico

Cálculo de Consumo de Combustível CC = Fluxo de vapor x (Entalpia – T(água entrada)) PCI x eficiência da caldeira Sendo: Fluxo de vapor desejado; Entalpia do vapor de saída da caldeira (Mollier); Temperatura da água na entrada da caldeira; PCI=Poder calorífico inferior do combustível; Eficiência da Caldeira.

Ciclo Rankine Regenerativo Combustível para produzir 250 t/h de vapor Considerando uma Caldeira 68 kgf/cm² - 520°C » Relação Temperatura da Água de Alimentação e do Ar

Ciclo Rankine Regenerativo Vapor com 112,1 t/h de Bagaço Disponível Considerando uma Caldeira 68 kgf/cm² - 520°C » Relação Temperatura da Água de Alimentação e do Ar

Ciclo Rankine Regenerativo Vapor / Combustível Considerando uma Caldeira 68 kgf/cm² - 520°C » Relação Temperatura da Água e do Ar 11,66 %

Ciclo Regenerativo O aquecimento regenerativo aumenta consideravelmente o rendimento do ciclo de vapor, O aquecimento é originado a partir de tomadas de vapor em diferentes estágios da turbina. Quem determina a quantidade de tomadas ideais na turbina são os balanços térmicos do ciclo Normalmente tem-se entre 2 a 4 tomadas para pré-aquecedores / desaerador.

Dados correspondentes a uma instalação: po= 120 Bar(a), to = 535 oC e pcond = 0,10 Bar(a) O número ideal de aquecedores água de alimentação é determinada a partir de considerações econômicas. Pode-se adicionar um aquecedor só economizando no custo da planta, porém com um grande número de aquecedores, é possível aproximar-se a eficiência de Carnot mas a um custo elevado.

Ciclo Rankine Convencional Ciclo Rankine Regenerativo Equipamentos - Turbina Ciclo Rankine Convencional Ciclo Rankine Regenerativo Vazão de Vapor 162,6 t/h Geração de Energia 46,0 MWh Geração de Energia 46,0 MWh Vazão de Vapor 174,6 t/h Temperatura água de alimentação Economizador Temperatura água de alimentação Economizador 115°C 160°C Eficiência da Turbina = 89,9 % Eficiência da Turbina = 90,1%

Ciclo Rankine Regenerativo Equipamentos - Caldeira Ciclo Rankine Ciclo Rankine Regenerativo 160°C - Temperatura gases de saída 160°C - Temperatura gases de saída Vapor 21 Kgf/cm² / Temp. 373 °C 195°C 115°C Temperatura água de alimentação Economizador Temperatura água de alimentação Economizador 115°C Água 21 Kgf/cm² / Temp. 373 °C Vapor 1,5 Kgf/cm² / Temp.127 °C Temperatura do ar na entrada do Pré-Ar 30°C 105°C 30°C Temperatura do ar na entrada do Pré-Ar sfdgehrerywt Água 1,5 Kgf/cm² / Temp. 127 °C Eficiência da Caldeira = 86,7% Eficiência da Caldeira = 87,9%

A eficiência da caldeira aumenta principalmente devido a redução da vazão dos gases de combustão (redução na quantidade de combustível) que interfere no valor de q2: Ƞcaldeira = 100 – (q2+q3+q4+q5+q6+q7), sendo q2 = Qmgases x (hsgases - hegases) x 100 x q4 onde, Qmcomb x PCI q2: perda de calor pelos gases de exaustão q3: perda de calor por combustão química incompleta – é considerado como zero, pois normalmente trabalha com excesso de ar no balanço estequeométrico, garantindo assim combustão completa. q4: perda de calor por combustão mecânica incompleta – está relacionada com a quantidade de não queimados na caldeira, ou seja, com a qualidade de combustível. q5: perda de calor pelas superfícies de radiação e convecção q6: perda de calor devido as cinzas – energia que se gasta para aquecer as cinzas. q7: perda de calor pelas sangrias das caldeira –perda devido a purga do balão.

Com isto a planta tem três opções com ganhos de eficiência do ciclo: Ciclo Regenerativo Com isto a planta tem três opções com ganhos de eficiência do ciclo: 1ª opção - Custo do combustível utilizado é alto. Mantém a geração de energia elétrica, Maior consumo de vapor, Menor quantidade de combustível 2ª opção – Geração de energia menor por um período mais longo. Reduz a quantidade de combustível Mesma quantidade de vapor, Menos energia gerada. 3ª opção – Aumentar produção. Mesma quantidade combustível Mais vapor e consequentemente mais energia.

POTÊNC I A PLANTA CONVENCIONAL CICLO RANKINE SAFRA ENTRESSAFRA MODO DE OPERAÇÃO COM CICLO RANKINE REGENERATIVO MAIOR EFICIÊNCIA CICLO RANKINE REGENERATIVO ACRÉSCIMO DE POTÊNCIA POTÊNC I A PLANTA EFICIENTE CICLO RANKINE REGENERATIVO ECONOMIA DE COMBUSTÍVEL PLANTA CONVENCIONAL CICLO RANKINE SAFRA ENTRESSAFRA

Conclusões 37

CONCLUSÕES O Ciclo Regenerativo pode ser aplicado não só para novas plantas, como também para unidades existentes A decisão em se modernizar ou substituir o equipamento existente deve estar baseada em uma análise técnica econômica, dentre elas: - Análise das turbinas existentes. Possibilidade de retiradas de vapor em estágios intermediários para aquecimento da água de alimentação e ar de combustão da caldeira; - Análise das caldeiras existentes. Possibilidade de receber agua / ar em temperaturas mais elevadas.

CONCLUSÕES Tecnicamente, quanto maior o nível de pressão e temperatura do vapor, mais eficiente será o ciclo; Quanto maior a temperatura de água/ar de alimentação da caldeira, maior será o ganho de eficiência do ciclo; Há uma busca cada vez maior por eficiência energética, para aproveitar ao máximo a energia disponível; Não há uma fórmula padrão, apenas com estudos é que se pode determinar a melhor solução para cada negócio;

A TGM possui uma estrutura completa para auxiliá-los nos estudos Corporativa Equipe Qualificada Atendimento 24h Estoque de peças Contrato de Manutenção de Logo Prazo

TGM 41

UNIDADES TGM Área Total : 82.000 m2

Matriz Energética Matriz gera 116.600 MW Biomassa gera 8.162 MW TURBINAS TGM GERAM 5.850 MW DE ENERGIA NO BRASIL(BAGAÇO DE CANA) QUE REPRESENTAM: 5% DA ENERGIA POTENCIA INSTALADA DO BRASIL(116.600 MW) 42% DA POTÊNCIA DE ITAIPU(14.000 MW) 11% PELAS HIDRELÉTRICAS(78.211 MW)

TURBINAS NOVAS: • 945 UNIDADES TURBINAS RETROFIT : • 560 UNIDADES América do Norte Turbinas Estados Unidos 10 México 38 Total 48 América Central Turbinas El Salvador 7 Guatemala 14 Haiti 1 Honduras 2 Nicaragua 4 Panama Total 30 América do Sul Turbinas Argentina 21 Bolivia 3 Brasil 756 Chile 5 Colombia Paraguai 1 Equador 4 Peru 10 Uruguai 6 Venezuela Total 814 África Turbinas Angola 5 Zimbábue 1 Total 6 Europa Turbinas Alemanha 23 Austria 6 Belgica 1 Escocia Espanha França 2 Inglaterra Luxemburgo Noruega Suíça 5 Total 42 Ásia Turbinas Irã 2 Rússia Síria 1 Total 5

MERCADO GLOBAL ATENDIDO PELOS PRODUTOS E SERVIÇOS TGM Alimentos e Bebidas Celulose e Papel Cimento Eólico Madeireiro Mineração Termelétrico Biomassa e Lixo Naval Petroquímico Químico Siderúrgico Sucroenergético

CONTRATO DE MANUTENÇÃO LONGO PRAZO Aumento da Confiabilidade e Disponibilidade operacional dos equipamentos a partir da implantação de uma metodologia específica de gestão de manutenção; Garantia de atendimento com o desenvolvimento da equipe qualificada e contínua ao longo do contrato; Redução dos riscos associados as paradas de manutenção através de um planejamento mais completo e seguro; Redução do custo total da manutenção.

ESTRUTURA DE ATENDIMENTO EM SERVIÇOS EM OFICINAS AUTORIZADAS

ESTRUTURA DE CAMPO ESCOPO ENGENHARIA DE CAMPO ATENDIMENTO PLANEJAMENTO COORDENAÇÃO ESCOPO SERVIÇOS MECÂNICOS EM TURBINAS SERVIÇOS MECÂNICOS EM REDUTORES SERVIÇOS ELETRÔNICOS E AUTOMAÇÃO EM TURBINAS E REDUTORES FORNECIMENTO DE PEÇAS E SOBRESSALENTES

EM QUALQUER MÁQUINA E FABRICANTE NOS 365 DIAS DO ANO EM QUALQUER MÁQUINA E FABRICANTE

DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA DE TURBINA A GÁS

DESENVOLVIMENTO DE TECNOLOGIA DE TURBINA A GÁS

Obrigado JOSÉ SERRA Jose.serra@tgmturbinas.com.br (16) 99184 6584 Rod. Armando de Salles Oliveira, Km 4,8 - Dist.Ind. CEP: 14175-000 - Sertãozinho - SP - Brasil Tel.: 16 2105-2600 – Fax: 16 3945-8276 www.grupotgm.com.br