Tecnologias usando o gás naturalcomo fonte para geração de energia e cogeraçãoNicolas MerlinGerente Comercial

7º encontro de negócios de energia

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Vantagens do gás natural para geração de energia e cogeração

Principais vantagens:

- Não há necessidade em estoquear e manuseiar o combustível

- Elevado rendimento térmico

- Menor desgate e maior vida útil do equipamento de geração

- Nível reduzido de poluentes

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Vantagens do gás natural para geração de energia e cogeração

São diversas as tecnologias e ciclos para geração de energia e cogeração com base o gás natural:

Principais equipamentos:

- Turbinas a gás

- Motores a gás

- Turbinas a vapor

Ciclos:

- Ciclo aberto: Apenas turbina a gás (ou motor)

- Ciclo Brayton: Turbina a gás (ou motor) + aproveito da energia térmica

- Ciclo Rankin: Gerador de vapor + turbina á vapor (extração ou condensação)

- Ciclo Combinado: Turbina a gás + gerador de vapor + turbina a vapor

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Planta com turbina gás (ou motor)em ciclo aberto

15 oC1 bar

534 oC1 bar

CT

380 oC14 bar

1112 oC14 bar

COMBUSTÍVEL

GÁS AR Energia Térmica. Baixa Pressão. Baixa Temperatura. Baixa Entalpia. Alto Volume Específico

Energia Térmica. Alta Pressão. Alta Temperatura. Alta Entalpia. Baixo Volume Específico

Energia Elétrica. Geradores

Energia

MecânicaAcionamentos. Bombas. Compressores. Ventiladores. Outros

EXEMPLO

Eficiência = de até 38%

5

Compressor

Câmara de Combustão

Turbina

Turbinas a GásPrincípio básico da termodinámica

Chupa!Aperta!

Estoura!

Relaxa!

6

Combustível: 100%(143,800m3/dia)

Processo: 53%(50 t/h)

G

Fator Q/P = 1.5Eficiência = 85%

Perdas naCaldeira:13%

Potência: 34%(24.6 MW)

Planta de cogeração (ciclo Brayton)

com turbina a gás ou motor

EXEMPLO

turbina a gás ou motor

7

Turbina ou Motor?

Ciclo Brayton

Turbina ou motor?

8

Gas TurbinePower Plant

Energia Elétrica30 %

Combustível100 %

Perdas15 %

55 % Energia Térmica (>500 ºC)

CogeraçãoTurbina a Gás

Diesel/Gas EnginePower Plant

Energia Elétrica40 %

Combustível100 %

Perdas25 %

35% Energia Térmica (<400 ºC)

CogeraçãoMotor a Gás

Turbina a Gás x Motores

Efficiência Total:>85%

Efficiência Total:>75%

Turbina a gás atendem melhor as aplicações de cogeração em

industrias de médio e grande porteE ciclo combinados

Motores atendem melhor as a cogeração em industrias de

pequeno porte e em edifícios

Disponibilidade>95%

Disponibilidade>85%

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T urbinas a G ásGeração E létrica, Térm ica e E fic iência em C ogeração

kWe kW e kW e

kWe

kWe

kW e

kW e

kW th kW thkWth

kWth

kWth

kW thkWth

82.5% 82.5% 82.8%

83.8%83.2% 83.0%

86.0%

0

10,000

20,000

30,000

40,000

50,000

60,000

70,000

SGT100(Ty phoon)

SGT200(Tornado)

SGT300(Tempes t)

SGT400(Cy c lone)

SGT600(GT10B)

SGT700(GT10C)

SGT800(GTX100)

M ode los

Potê

ncia

76.0%

78.0%

80.0%

82.0%

84.0%

86.0%

kWe kWth Eff C og.

Turbinas a GásEficiência em cogeração

10 MWth ~ 13 t/h vapor saturado a 10 bar

Eficiência em cogeração pode alcançar 90% com queima suplementar

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Exemplo de Cogeração a gás natural

Central de Cogeração Energyworks Kaiser

-Jacareí

Capacidade:10,4 MWe (ISO)50 t/h de vapor

Em operação desde 1998

11

Central de CogeraçãoEnergyworks Kaiser -Jacareí

25 t/h

25 t/h

ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO

ELETRICIDADE13,8 kV, 60Hz

GÁSNATURAL

5,2 MW (ISO)

4,3 MW (LOCAL)

GASES DE EXAUSTÃO

VAPOR10,5 bar abs. sat.Caldeira de

Recuperação

Caldeira deRecuperação

GASES DE EXAUSTÃO

~

~

5,2 MW (ISO)

4,3 MW (LOCAL)

12

Combustível: 100%(367,900 m3/dia)

Processo: 73 %(178 t/h)

Perdas na Caldeira: 14 %

Potência: 13 %(24.6 MW)

G

Planta de cogeração (ciclo Rankin)

com Turbina a Vapor de Contrapressão

Make-up

Fator Q/P = 5,6Eficiencia > 85 %

EXEMPLO

13

Perdas na Caldeira: 15%

Potência: 29% (35.5 MW)

Perdas nocondensador:56 %

Combustível: 100%(252,400 m3/dia)

G

Planta Térmica

com Turbina a Vapor de Condensação

Fator Q/P = 0Eficiência = 29%

EXEMPLO

14

Perdas docondensador: 38%

G

G

Combustível: 100%(143,800 m3/dia)

Perdas na Caldeira: 13%

Potência: 34% (24.6 MW)

Potência: 15%(10.9 MW)

Fator Q/P = 0Eficiência: de até 58%

EXEMPLO

Planta em Ciclo Combinado

15

UTE Mario CovasUTE Mario Covas(Cuiab(Cuiabáá))

UTE UruguaianaUTE Uruguaiana(RS)(RS)

Plantas em ciclo combinado

no Brasil

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UTE AraucUTE Araucááriaria(PR)(PR)

UTE Santa CruzUTE Santa Cruz(RJ)(RJ)

Plantas em ciclo combinado

no Brasil

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Vantagens do gás natural para geração de energia e cogeração

Em comparação a outros combustiveis, o gás natural oferece uma redução substencial do nível de cinzas,

impurezas, e outros agentes poluidores

Fator muito importante no processo industrial de setores tais como:

- Alimentício

- Bebidas

- Cerâmica

- Farmaceútica e Química

- Vidro

…e a preocupação de qualquer indústria conceituada: o menor impacto ambiental do gás natural!

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Dual Fuel DLE Tempest Full Load Exhaust EmissionsRecorded at Pfizer - July 2001

0

2

4

6

8

10

12

14

15:26

:0116

:16:00

17:06

:0017

:55:59

18:45

:5919

:35:58

20:27

:1321

:16:57

22:06

:5723

:05:56

23:55

:5600

:45:56

01:35

:5502

:25:55

03:15

:5404

:05:54

04:55

:5305

:45:53

06:35

:5207

:25:52

08:15

:52

Time

Emis

sion

s (v

ppm

)

NOx

CO

10ppmvd NOx

Normal Shutdown and Restart

Gas Fuel Operation

Proteção ao Meio AmbienteQueimadores « Dry Low Emissions »

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DLDLEE

CONCONVV

COMO?

Nivel de Em

issões CO Alto

Temperatura do Queimador

NOx Alto

NOxCO

Gás naturalQueimadores « Dry Low Emissions »

20

Turbinas a Gás

Plantas Termelétricas (Ciclos aberto, brayton, rankin e combinado)

Serviços para plantas termelétricas e sistemas.

Turbinas a vapor

Turbo - compressores

Geradores Elétricos

Instrumentação e sistemas de controle

Soluções IT para gerenciamento de Plantas termelétricas

Turbinas Eólicas

Fazendas Eólicas

Serviços

Atuação da SIEMENSna geração de energia

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SIEMENSLinha de turbinas a gás

SGT5-4000F

SGT6-6000G

SGT6-5000F

SGT5-3000E

SGT6-4000E

SGT5-2000E

SGT6-3000E

SGT6-2000E

SGT-1000F

SGT-800

SGT-700

SGT-600

SGT-500

SGT-400

SGT-300

SGT-200

SGT-100

278

266

198188

163121

6845

3025

17

13

8

75

Figures in MW

185

110

22

SIEMENSLinha de turbinas a vapor

Figures in MW

19001100

1200700

250300

200150

10015

130130

6550

10

1500 U/min

3000 U/min

9

SST-9000SST-8000SST-6000SST-5000SST-4000SST-3000SST-1000SST-900SST-800SST-700SST-600SST-500SST-400SST-300SST-200SST-100

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Gas Turbines and Combined Cycle Power Plants from 66 to 794 MW for 50- and 60-Hz-Grids

Type of turbine ComponentPackages

Figures in MW268398

794

497

SGT5-4000F

183283

566SGT5-3000E

160247

497

SGT5-2000E

66101

201

SGT6-6000G

SGT6-5000F

391782

195293

590

SGT6-3000E

SGT-1000F

118173

347

CCPPmulti shaft

(2+1)

CCPPsingle or multi shaft

(1+1)

24

Obrigado!