Post on 13-Feb-2019
São Paulo / 2017
Chamada Estratégica ANEEL 19
PD-0553-0035/2016
Estudo da Geração Heliotérmica Aplicada às Condições
do Recurso Solar Brasileiro.
Francisco Mateus Miller
fmmiller@petrobras.com.br
CENPES/PDRGN/EE
PREMISSAS DA ANEEL
- Aplicação de tecnologia às condições brasileiras;
- Instalação de usina ou subsistemas;
- Campanha de medição de radiação solar direta e tratamento dos
dados;
- Desenvolvimento de métodos baseados em imagens de satélite;
- Banco de dados da usina e avaliação do desempenho técnico e
econômico;
- Contrapartida em caso de venda de energia;
- Análise dos impactos na rede elétrica;
- Análise da legislação pertinente do setor elétrico;
- Análise da compatibilidade com a Legislação Ambiental e
implicações sócio-econômicas;
PREMISSAS DA ANEEL
- Descrição dos locais mais adequados à instalação de usinas
heliotérmicas;
- Análise das tecnologias existentes;
- Deve haver capacitação profissional / transferência de tecnologia;
- Descrição do estado da arte da tecnologia proposta;
- Descrição dos locais mais adequados ao uso da tecnologia
desenvolvida;
- EVTE da tecnologia proposta e comparação com outras opções
tecnológicas;
- Análise dos custos de formação de base tecnológica nacional;
- Intercâmbio com especialistas internacionais de notório saber.
1 - Entregáveis Mínimos:
a) Projeto básico, executivo e construção da planta ;
b) EVTE da usina;
c) Estudo de melhorias e aperfeiçoamentos de cunho construtivo;
d) Estudo de adequação às condições brasileiras;
e) Estudo de vida útil e desempenho dos componentes;
f) Verificação da capacidade de inserção na cadeia de valor pela Indústria Nacional
2 – Entregáveis Desejáveis
g) Capacitação de laboratórios para dar suporte à cadeia de valor;
h) Proposta de arranjos técnicos e comerciais para a viabilidade da geração heliotérmica no Brasil;
i) Proposta de alterações tributárias e normativas.
3 - Adicionais Petrobras
j) Plataforma de simulação aperfeiçoada;
k) Proposta de inovação tecnológica;
Planta de
Demonstração
Estudos internos
e com ICTs
Geração de
inovação
tecnológica
PROPOSTA PETROBRAS
ESCOPO PROPOSTO
Organograma
PROJETO DE P&D
Cooperadas
(Financiadoras)
Coordenação
Executora
Executora
Consultora Estrangeira
Planta Piloto
Fornecedor de Tecnologia
Executora
Breitener Jaraqui S.A.
e
Breitener Tambaqui S.A.
Executora
Executora
Gerenciamento e Execução
PETROBRAS
Planta piloto HeliotérmicaUTE-MLG em Macaé - RJ
Fresnel com armazenamento –1
MWe a 3 MWe
Estudos de
comportamento da
tecnologia e
inovação
tecnológica
Aprimoramento de
modelos sintéticos
de radiação e
previsão
Estudos de
Infraestrutura para
cadeia de valor de
Heliotérmica
Disponibilização de
dados
solarimétricos
Petrobras
Suporte técnico
internacional ao
projeto
Aprimoramento de
plataforma de simulação
Pesquisa básica do
concentrador Fresnel
com S-CO2
Modelos para avaliação
de radiação por
imagens de satélite
Previsão de radiação
de curto prazo
Manutenção da Rede
SONDA (campanha de
medição
Análise de cadeia de
suprimento da
indústria nacional
Verificação da
capacidade de
inserção na cadeia de
valor pela Indústria
Nacional
Manutenção de 12 estações
solarimétricas (campanha
de medição)
Tratamento de dados
solarimétricos
Treinamento de operadores
e mantenedores
Suporte no projeto
conceitual e otimização da
planta
Suporte na plataforma de
simulação
Suporte na licitação e
projeto da planta piloto
Suporte no
comissionamento da planta
piloto
Protótipo de Fresnel com
CO2 supercríticoTeste do Equipamento na UTE
PROPOSIÇÃO DE PARCERIAS
Adicionais Petrobras
PLATAFORMA DE SIMULAÇÃO APERFEIÇOADA
MELHORIAS: - Implementação de modelos de simulação mais sofisticados
- Estudos de diferentes estratégias de controle, incluindo
controle avançado.
VALIDAÇÃO: - Comparação e ajustes com os dados experimentais da
planta.
PROPOSTA DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA
PROTÓTIPO DE CONCENTRADOR DO TIPO FRESNEL - na potência de alguns
kW utilizando CO2 supercrítico (S-CO2) como fluido de trabalho. A ser
desenvolvido com o máximo de componentes fabricados pela indústria
nacional.
Fonte: Concentrating Solar Power – Global Outlook 2009
PONTOS FORTES:
• Tecnologia madura com poucos riscos
associados e elevada bancabilidade;
• Menos suscetível às variações de DNI, por
apresentar maior inércia térmica e menor
razão de concentração;
• Maior facilidade de escalabilidade, assim
como a tecnologia Fresnel;
PONTOS FRACOS:
• Complexidade do concentrador solar,
devido à geometria curva dos espelhos e da
necessidade de rastreamento do
absorvedor;
• Limitação da temperatura do óleo
térmico em 400ºC, o que limita o
rendimento térmico do ciclo de potência;
CILINDRO-PARABÓLICO
http://www.csp-alliance.org/ivanpah-brightsource/
PONTOS FORTES:
• Eficiência do ciclo mais elevada devido
ao alcance de temperaturas de trabalho
mais altas;
• Maior possibilidade de redução de custos
quando comparada à tecnologia cilindro-
parabólico;
• Maior possibilidade de nacionalização de
componentes;
• Tecnologia em crescimento.
PONTOS FRACOS:
• Vulnerável à variabilidade da DNI, devido à
sua elevada razão de concentração e a sua
baixa inércia térmica;
TORRE SOLAR
PONTOS FORTES:
• Características que levam a menores custos
quando comparada às demais;
• Espelhos planos o que permite montagem mais
simples, além de possibilitar a fabricação destes
espelhos por indústrias já instaladas no país;
• Maior facilidade de escalabilidade, quando
comparada com a torre, ou seja, as
características do campo solar não são
modificadas com o seu tamanho, por ser
modular;
• Menos suscetível às variações de DNI, , quando
comparada com a torre, por apresentar maior
inércia térmica e menor razão de concentração;
• Possibilidades de desenvolvimento e pesquisa,
e de redução de custos.
PONTOS FRACOS:
• Menor eficiência óptica;
• Menor maturidade tecnológica;
• Maiores incertezas.
LINEAR FRESNEL
0
100
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Hora (h)
DN
I (W
/m2)
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Hora (h)
DN
I (W
/m2)
TIPO 0 TIPO 1
TIPO 2 TIPO 3
ANÁLISE DA VARIABILIDADE DA DNI
Indicação de Tecnologia
Utilização de Tecnologia de Concentração Linear
(Fresnel)
Usina Stand-Alone sofre influência da
variabilidade de radiação
Armazenamento mínimo (1 h)
A análise de
localidades se
baseou em dados
de radiação do
modelo do INPE,
preparado a partir
de imagens de
satélite de 15 em
15 minutos para os
anos de 2013,
2014 e 2015 (Jan a
Out) dos locais
onde a área de
Energia da
Petrobras tem
infraestrutura e há
espaço disponível
1900ral
1900ral
1901ral
1901ral
1902ral
1902ral
1903ral
16/2 17/2 18/2 19/2 20/2 21/2
Rad. Global
1900ral
1900ral
1901ral
1901ral
1902ral
1902ral
1903ral
6/2 7/2 8/2 9/2 10/2 11/2
Rad. Global Rad. Global(Modelo)
Rad. Globalmedida
ESCOLHA DA LOCALIDADE DA PLANTA
Critérios:
1. DNI > 1.800 kWh/m2/ano
2. Existência de infraestrutura
da Petrobras / Energia
3. Existência de espaço físico
Lugar escolhido:
UTE – MLG – Macaé – RJ
DNI 1.897 kWh/m²/ano
UTE CA
UTE CC
UPGN
ESCOLHA DA LOCALIZAÇÃO
2017 2018 2019 2020
• Assinatura dos Termos
de Cooperação
• Levantamentos locais
(sondagem, geotecnia,
outorga de água)
• Projeto Conceitual
• Licença Prévia
• Licitação e
contratação do
EPC
• Projeto Básico
- Projeto Executivo
• Licença de Instalação
• Construção da Planta
• Construção do
protótipo
• Licença de Operação
• Planta construída e
comissionada
• Conclusão dos estudos nos TCs
• Encerramento do projeto P&D
Planta Piloto Heliotérmica
Principais Marcos
LIÇÕES APRENDIDAS
Necessidade de
aumento da planta
de 1 MWe para
3 MWe:
- Impacto da
variabilidade devido
ao tamanho da
planta;
- Comportameto da
turbina a vapor de 1
MW x turbinas
maiores.
1 cm2
X ha
Suavização
espacial da
irradiância
LIÇÕES JÁ SABIDAS
- Uma usina heliotérmica, diferentemente de uma fotovoltaica, é uma planta
complexa, que envolve um campo solar mais complexo, trocadores de calor,
gerador de vapor, sistema de armazenamento térmico, sistemas de
tubulações e acessórios, turbina a vapor e seus auxiliares, sistema de
tratamento de água e uma automação e controle bem mais complexa. O
prazo de quatro anos para essa chamada estratégica, conforme já alertado
pela Petrobras na fase de comentários do edital, bem como no seu
lançamento, é apertado demais para quem vai construir e testar uma planta,
pois o seu processo de projeto, licitação, licenciamento, construção e
montagem e comissionamento são bem mais demorados e envolvem muitas
disciplinas diferentes.
- Além disso, é preciso considerar que a planta precisa ser operada por pelo
menos um ano, para que os resultados esperados no projeto sejam atingidos,
o que significa que a planta precisa ser desenvolvida e construída em três
anos – com uma tecnologia que nunca foi construída no país.