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

INSTALAÇÕES NO MUNDO

http://www.cspworld.org/cspworldmap

Capacidade Instalada e em construção (MW)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

Hora (h)

DN

I (W

/m2)

0

100

200

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400

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1000

05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

Hora (h)

DN

I (W

/m2)

0

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400

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05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00

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)

Esquema Geral - Geração Direta de Vapor

SUBESTAÇÃO

REDE

Esquema Geral – Sal Fundido

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

Áreas disponíveis

UTE – Mário Lago

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.

Obrigado pela atenção!