SIEMENS - Cogeração de Energia Etanol e Açucar

Usina de Inovações | Brasil Brasil – Novemb Novembro ro 2008 2008

Coge Co gera raçã ção o de En Ener ergi giaa

Angelo Kaiser Regini Nove No vembr mbro o 20 2008 08

Siemens Siemens Açúcar Açúcar e Etanol

• Intr Introd oduç ução ão • Gera Geraçã ção o de Ene Energ rgia ia:: Prod Produt uto o ou Sub Sub Prod Produt uto? o? • Típi Típic cos Ciclo iclos s de Vapor em Usina sinas s de Açucar ucar • Influ Influen enci cias as de Vap Vapor or de de Entr Entrad ada a • Linh Linha a de Produ roduto tos s • Avan Avanço ços s e Dese Desenv nvol olvim vimen ento tos s


Mercad Mercado o de de Açúc Açúcar ar e Etan Etanol ol no Brasil Brasil

“Prod “P roduto utorr de Açuc Açucar” ar” Æ “P “Prod roduto utorr de Energ Energia” ia” Siemens Siemens Açúcar Açúcar e Etanol

Definição Definição da planta planta de Cogeraç Cogeração ão Pontos Pontos a serem serem considerado consideradoss: • Comb Combus usti tiv vel (baga bagaço ço some soment nte e ou baga bagaço ço + palha palha… …) • Para Parame metr tros os de Vap Vapor or • Redução Redução do consu consumo mo de vapor vapor de de proces processo so • Cone Conexã xão o à rede rede públ públiica • Oper Operaç ação ão da Usin Usina a • Novas Novas tecnolo tecnologias gias


Geraçã Geração o de Energ Energia ia Prod Produt uto o ou Sub Sub Prod Produt uto? o? Gera Ge raçã ção o co com m média eficiencia

Bagaço Baga ço (va (variáv riável) el)

Produtos Cana de Açucar

USINA

Açucar Energia!!

Etanol

Palha (queimada)

Sub-produtos Bagaço Baga ço Exc Exceden edente te Vinhaça Eletricidade

Energia!! Siemens Siemens Açúcar Açúcar e Etanol

Geração de Energia Produto ou Sub Produto? Geração com ALTA eficiencia Cana de Açucar

Bagaço (variável)

Produtos

USINA

Açucar Etanol

Energia!!

EletricidadeEnergia!! Biogas

Energia!!

Siemens Açúcar e Etanol

Conceito Básico – Turbina a Vapor

Vapor de Entrada Acionamento: Compressores Caldeira

Ventiladores

Turbina

Bombas 

Gerador Energia Elétrica

Água Combustível Vapor de Saída Siemens Açúcar e Etanol

Diagrama Típico de Usina Tradicional Vapor @ 21 bar/ 300 ºC

Ainda Aindaadotado adotadoem emmuitas muitasusinas usinasnão não dedicadas dedicadasààcogeração cogeração

Turbo gerador

Turbo Acionamento

Energia Caldeira Vapor @2,5 bar (a) Agua de Reposição

Processo Condensado Siemens Açúcar e Etanol

Diagrama Típico de Usina Tradicional • Bagaço ainda considerado como um problema ambiental è deve ser descartado • Caldeiras de baixa pressão e temperatura è baixa eficiencia • Cogeração com baixa eficiencia è não atendem à demanda da usina • Acionamentos mecanicos com pequenas turbinas è baixa eficiencia • Eficiencia da planta de geração não é re;levante para a usina


Diagrama Típico de Usina Otimizado Vapor @ 65 bar / 480 ºC

~

Energia Turbo gerador

Adotado Adotadopela pela maioria maioriadas das usinas usinas

Turbo Acionamentos

Caldeira Vapor @2,5 bar saturado Agua de Reposição


Diagrama Típico de Usina Otimizado • Geração começa a ficar mais efetiva è melhor eficiencia • Par pressão/temperatura mais adequado è ainda abaixo reais possibilidades

das

• Nova geração de caldeira è melhor eficiencia • Ainda acionamentos mecanicos por turbinas è baixa eficiencia • Performance da planta como um todo é melhor è porém não é sériamente considerada

ainda


Diagrama Típico de Usina Melhor Tecnologia Vapor @ 90 bar

Turbo gerador

~

520 ºC

Novo Novoconceito conceitojá já sendo sendoadotado adotado

Energia

Motorizado

condensador Caldeira Vapor @2,5 bar saturado Agua de Reposição


Diagrama Típico de Usina Melhor Tecnologia • Geração de Energia é um dos produtos da usina; • Elevados parametros de vapor (pressão e temperatura) è

caldeiras de alto rendimento; • Acionamentos motorizados

è

melhoria da eficiencia

• Eficiencia de toda a planta é considerada è uso da palha e

das pontas de cana è foco em equipamentos com alta performance • Avaliação técnica da gaseificação da palha e bagaço è

migração para ciclos combinados ?


Falando sobre Turbo Geradores • Equipamentos atualmente usados nos projetos mais recentes: Turbinas com palhetas de reação; @ 90 bar/ 520 ºC Unidades maiores de geração ao invés de dividir em dois ou maios turbos è melhor eficiencia Uma máquina de condensação com extração ao invés de 1 x BPE + 1 x Cond • Turbinas selecionadas para o ponto de operação mais frequente è otimização do projeto • Turbinas de condensação usadas para assegurar geração todo o ano e não somente quando há processo de produção; • Os investimentos são definidos com base também na melhor performance dos equipamentos Siemens Açúcar e Etanol

Influencia dos Parametros de Vapor Turbina de Contrapressão 180 ton/h vapor – Considerada Eficiencia TG = 84%


Influencia dos Parametros de Vapor Turbina de Condensação 120 ton/h vapor – Considerada Eficiencia TG = 82%


Classificação das Turbinas a Vapor Ação e Reação REAÇÃO

AÇÃO Vapor P1

Vapor P1 Força de ação Força de reação

W

W Injetor

Pressão

Palheta

Injetor

Palheta

Pressão

Volume Volume Velocidade

Velocidade


Classificação das Turbinas a Vapor Ação e Reação Ação • Palhetas montadas sobre discos; • Expansão do vapor somente nas palhetas fixas; • Menor velocidade de rotação; • Palhetas maiores (maior área exposta para impacto do vapor); • Menor diâmetro de rotor; • Menor eficiência devido a transformação de energia em duas etapas: potencial em cinética e cinética em mecânica; • Menor número de estágios (menor flexibilidade para processo industrial); • Dotado de diafragmas. Siemens Açúcar e Etanol

Classificação das Turbinas a Vapor Ação e Reação Reação • Palhetas montadas diretamente no rotor; • Expansão do vapor nas palhetas fixas e móveis; • Maior velocidade de rotação (balanceamento em alta velocidade); • Palhetas menores; • Maior diâmetro de rotor; • Transformação de energia em apenas um etapa: potencial em mecânica; • Maior número de estágios; • Dotado de porta palhetas (menor número de pontos de fixação-fácil manutenção); • Recomendado para processos industriais, diversos pontos e variação de carga e alta velocidade. Siemens Açúcar e Etanol

Classificação das Turbinas a Vapor Condensação Pressão de saída de vapor < Pressão atmosférica (vácuo) Æ Necessita de condensador

de vapor, sistema de vácuo, bombas de condensado, etc; Æ Necessita de sistema de

injeção de vapor nas extremidades para selagem; Æ Normalmente tem extração

e/ou tomadas; Æ Carcaça de escape pode

ser fundida ou de chapas soldadas.


Classificação das Turbinas a Vapor Contrapressão Pressão de saída de vapor > Pressão atmosférica Æ Buchas para selagem mais

compridas; Æ Vapor de fuga; Æ Carcaça de escape pode ser

fundida junto com a carcaça de entrada; Æ Pode ter extrações e

tomadas; Æ Vapor de escape da turbina

vai para o processo.


Classificação das Turbinas a Vapor Avanços Tecnológicos Porta Palhetas

Bucha de Selagem

Mancal Posterior

Carcaça

Carcaça

Mancal Frontal Válvula Fecho Rápido

Rotor

Segmento Injetor Válvulas Controle


Rotor §Suporte

das palhetas móveis

§Transmissão

do torque mecânico

§Maior

velocidade = maior eficiência

§Maior

número de estágios 1.

Estagios Alta Pressão

2.

Estágios baixa Pressão

3.

Roda Regulagem

4.

Pistão Compensação

5.

Mancal Axial

6.

Colo do mancal radial

7.

Area de vedação

8.

Roda dentada (para giro-lento)

9.

9 7

4

6 8

5 2 3

1

Acoplamento Turbina de condensação


Porta Palhetas Suporte das palhetas fixas, Menor tempo de montagem e manutenção Porta-palhetas 5

Porta-palhetas 3

Porta-palhetas 4

Porta-palhetas 2

Porta-palhetas 1


Palhetamento Converter a energia do vapor em movimento do rotor Æ Perfil de Reação = maior número de estágios = maior eficiência

Palhetas usinadas torcidas, sem fitas de cobertura, com arame de amortecimento

Palhetas cilíndricas usinadas com fitas de cobertura integradas

Palheta torcida forjada, com pé usinado Siemens Açúcar e Etanol

Palhetamento de Condensação • Arame de amortecimento em titânio Æ evita vibração nos estágios de

condensação; • Recomendado para aplicações onde há variação de carga na turbina

em função do processo; • Tratamento térmico para os estágios de condensação;


Fita de Cobertura

Acabamento Rebitado

Acabamento Usinado

• Mais suscetível a soltura e danificação da turbina; • Folgas que podem gerar vibração na turbina. Siemens Açúcar e Etanol

Válvula de Controle


Válvulas de Controle • Até 4 válvulas de assento

simples separadas • Boa eficiencia em cargas

parciais • Sistema de óleo de alta

pressão • Rapida resposta

`mudanças das condições de operação • Válvula de emergencia

hidraulicamente operada Siemens Açúcar e Etanol

Pistão de Balanceamento Função: compensação do empuxo axial do rotor Tubulação AK1

AK I Tubulação AK2

AK II Siemens Açúcar e Etanol

Válvulas de Extração/ Drehchieber

Bloco de válvulas

Válvula de extração tipo “Gate”

Ganho de 0,3 a 0,4% de eficiência na turbina em função da redução das perdas

Estágio adaptativo “Drehchieber”

Ganho de 0,2 a 0,3% de eficiência na turbina em função da redução das perdas Siemens Açúcar e Etanol

Sistemas Auxiliares Sistema Hidráulico de controle em alta pressão Caixa de ligação

Refrigerador de óleo

Filtro duplo Bloco de Bloco solenóides de de trip

Bombasde de Bombas óleo óleo Tanque

Acumulador hidráulico Siemens Açúcar e Etanol

Sistemas Auxiliares Instrumentação e Sistema de Controle Monitoração remota do TG, Análise de tendências de vibração

Cog Wheel on turbine shaft

PLC I/O-card (counter) Beräkning av periodtid

PCS7 I/O-bus

tp

24 Volt

Sign. conditioner

5 Volt

Bentley Nevada

Probe (Eddie Current)

Counter

S>110% Timer Time base 1 Mhz

- + 24 Volt

Trip contact

+ 24 Volt

G

+ 24 Volt


Instalação Arranjo com Escape Axial • Casa de Força e Fundações menores Æ menores custos de instalação; • Menores perdas no escape comparado com o escape radial Æ melhor eficiencia • Nenhuma junta de expansão requerida Æ instalação mais fácil e barata; • Esforços entre a turbina e condensador neutralizados; • Manutenção mais fácil do condensador

Escape Axial

Escape Radial


Turbinas de alta eficiência Porque usar uma turbina de alta performance

Considerando um adicional de 1,0 MW, temos: • Período de 1 ano (safra e entre-safra)

1,0 MW * 157 R$/MWh * 8000 horas/ano = R$ 1.256.000,00 • Período : 5 anos = R$ 6.280.000,00


EO SU Turbinas Industriais a Vapor Finspång Suécia

Nürnberg Alemanha

Brno Rep Tcheca

Görlitz Frankenthal Alemanha

Jundiaí Brasil

Vadodara India Siemens Açúcar e Etanol

Presença Regional em Mercados Importantes Frankenthal, DEU

Finspång, SWE

Goerlitz, DEU

Nuremberg, DEU

Brno, CZE Wuhan, CHN (JV) Vadodara, IND

EO SU Localizações

Jundiai, BRA

7 plantas 5 países

Görlitz

DEU

727

EscritóriosCentrais, P&D e maior partedas funções centrais. Maior fábrica.

Brno

CZE

558

Segunda maior fábrica(antiga Alstom). Produção dividida com Görlitz para otimização dos custos.

Finspång

SWE

117

Antiga fábrica Alstom. P&D, projetos, fabricaçãoe serviços(grandes máquinas).

Frankenthal

DEU

581

Aquisiçãoda antiga KK&K em Nov-06. Prquenas turbinasa vapor, até 10 MW. Integração em andamento.

Jundiai

BRA

140

Foco: Mercados AmericasCentral e do Sul. Mudouem 2006 de Taubaté para Jundiai..

Nüremberg

DEU

118

Engenharia, geenciamentode projetos, vendas, fabricação e serviços.

Vadodara

IND

180

Foco: Mercado Indiano. Nova fárbicainaugurada em Jan-07

Wohan

CHN

-

~2’300 colaboradores


Joint Venture under negotiation

EO SU – Diferentes Culturas e Tecnologias Industrie Turbinen

Power Generation KWU

KWU AG

AEG

Aplicações Industriais

Westinghouse Mannesmann Demag DemagDelaval

Delaval AEG KANIS

Segmento Industrial

AKZ

STAL LAVAL ASEA ABB

BBC Ruston

GEC

Alsthom

1960

1970

1980

GEC Alsthom

1990

ABB Alstom Power

Alstom

KKK

Alstom

2000

2003

2006


Turbinas a Vapor no Brasil 1976 up to 1992

AKZ

Cravinhos- SP

De 1992 até 1999

Cravinhos- SP

De 1999 até 2000

Cravinhos- SP

De 2000 até 2003

Taubaté- SP

De 2003 até 2005 A partirde Jan/2006

Taubaté- SP Jundiaí - SP Siemens Açúcar e Etanol

Principais Produtos Muito Padronizada

°

até 65 MW, 120 bar / 520 C

Modulos padrão com váriasconfigurações

Especiais

até 180 MW, 165 bar / 585 C

até 150 MW, 140 bar / 540 C

Energy Supplying Complexos [ESCO]

°

°

Processos Industriais Complexos [IND]


Linha de Produtos SST-9000 SST-8000 SST-6000 SST-5000 300 SST-4000 250 SST-3000 200 SST-1000 SST-900 180+ 150 SST-800 SST-700 130+ 100 SST-600 85 SST-500 65 SST-400 50 SST-300 SST-200 10 SST-100 9 SST-050 3 KK&K 0,45 - 5

1500 U/min

1.900

1.100 1.200

700

TurbinasIndustriaisa Vapor – EO SU

Product Characteristics


Características dos Produtos


Origem da Linha de Produtos AntigaTecnologia Alstom

Antiga Tecnologia Siemens

160

ST6

°

165 bar/585 C

°

140 bar/540 C 140

140

°

140 bar/540 C

Tipo HN

120 ] r a b [100 r o p a V80 e d o ã 60 s s e r P

120

Tipo N

40

°

30 bar/350 C

20

] r a b [100 r o p a V80 e d 0 o60 ã s s e r P40

°

120 bar/520 C °

110 bar/510 C

ST5

ST4

ST3 ST2 80 bar/480 ST7 65 bar/480

°

C

°

C

20

Tipo WK

0

0 3

4

5

6 7 8 910

20

30

Potencia Aproximada [MW]

40 50 60 80 100

150

3

4

5

6 7 8 910

20

30

40 50 60 80 100

150 180

Potencia Aproximada [MW] Siemens Açúcar e Etanol

Linha Local de Produtos SST-300 Turbina de Reação Totalmente fabricada no Brasil

SST-600

160

140

SST-400 ST4

120 ] r a b [100 r o p a V80 e d o ã60 s s e r P

°

140 bar/540 C

ST6

140 bar/ 540 C °

Tipo HN

ST5

°

120 bar/520 C °

110 bar/510 C

SST-300ST3 ST2

Tipo N

80 bar/480 C °

SST-200 °

65 bar/480 C

ST7

40

30 bar/350 C

20

Tipo WK

SST-200 SST-400 SST-600 Trubinasde Reação fabricadas no Brasil com siporte da Alemanha

°

0 3

4

5

6 7 8 910

20

30

40 50 60 80 100

150 180

Potencia [MW]


Fábrica em Jundiai - SP Projetada e construída para a produção local de todas as linhas de turbinas a vapor oferecidas pela Siemens Estratégicamente localizada, junto aosprincpais clientes e fornecedores, utiliza os mesmos processos de engenharia e produção das demais fábricas na Europa

New Factory


Fábrica em Jundiai - SP


Forte Presença no Mercado Externo Africa do Sul Alemanha Argentina Belgica Chile Colombia Etiopia India Mexico Peru Tailandia Venezuela Siemens Açúcar e Etanol

Frota Instalada Siemens Segmentode Mercado

Potencia Total

Químicae Petroquímica

465

MW

Metalurgia e Mineração

591

MW

Oil & Gas (On Shore +Off Shore)

120

MW

Outros

53

MW

Geração de Energia

1,166

MW

Papel e Celulose

1,455

MW

Açucar e Etanol (comAlimentose Bebidas)

1,183

MW

5,033

MW

Total (Turbinas Multi-estagios)

220 unds

Total (Turbinas Simples Estágios)

692 unds

681

MW

Total

912 unds

5,714

MW


Referencias Recentes (1/3) Cliente

Pais

Segmento

Venda

Qt

Turbina

Tipo

Unit MW

Molinos

ARG

Food & Beverage

Jul-06

1

SST300

BP +E

27

Cem del Valle

COL

Metals & Mining

Oct-05

1

SST300N

Cond+E

17

CemPaz del Rio

COL

Metals & Mining

Oct-05

1

SST300N

Cond+E

17

Cem Argos

COL

Metals & Mining

Oct-05

1

SST300N

Cond+E

15

Bahiasul

BRA

Pulp & Paper

Nov-05

1

SST600

Cond+E

61

Bahiasul

BRA

Pulp & Paper

Nov-05

1

SST600

BP

61

Usiminas

BRA

Metals & Mining

Apr-06

1

SST600

Cond+E

63

Alunorte

BRA

Metals & Mining

Apr-06

2

SST300

BP

32

Alumar

BRA

Metals & Mining

May-06

2

SST300

BP

44

Klabin M Alegre

BRA

Pulp & Paper

Jul-06

1

SST600

Cond+EE

63

Usina Sta Cruz 1

BRA

Sugar & Ethanol

Oct-06

1

SST300N

BP

25

RIPASA

BRA

Pulp & Paper

Oct-06

1

SST300N

BP +E

17

Ac Gal Dehesa

ARG

Food & Beverage

Nov-06

1

SST300N

BP +E

11

Propal

COL

Pulp & Paper

Dec-06

1

SST300N

Cond+EE

15

References


Referencias Recentes (2/3) Unit Cliente

Pais

Segmento

Venda

Qt

Turbina

Tipo MW

VCP 3 Lagoas

BRA

Pulp & Paper

Feb-07

2

SST800

Cond+EE

81

UsinaColorado

BRA

Sugar & Ethanol

Feb-07

1

SST600

Cond+EE

43

Petrobras RPBC

BRA

Power Generation

Mar-07

1

SST600

Cond+EE

55

UsinaSão Jose

BRA

Sugar & Ethanol

Apr-07

2

SST300N

BP

30

UsinaQuatá

BRA

Sugar & Ethanol

Apr-07

2

SST300N

BP

30

UTE Rondon II

BRA

Power Generation

Jun-07

2

SST300N

Cond

12

Fenirol

URU

Power Generation

Jul-07

1

SST300N

Cond

10

Usina Santa Cruz 2

BRA

Sugar & Ethanol

Jul-07

1

SST300N

BP

25

Usina Santa Cruz 3

BRA

Sugar & Ethanol

Jul-07

1

SST300N

Cond+E

25

Pioneiros

BRA

Sugar & Ethanol

Aug-07

2

SST300

Cond+EE

25

Paramonga

PER

Sugar & Ethanol

Aug-07

1

SST300

Cond+EE

23

Urufor

URU

Power Generation

Sep-07

1

SST300

BP +E

12


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