CARACTERÍSTICAS DE UNIDADES GERADORAS

Térmicas Convencionais

• Configuração típica detalhada:

  

• Configuração típica esquemática:

  

• Definição das características:

  Entrada bruta de combustível (ou $) x Saída líquida de potência elétrica.

  H: Entrada de combustível, MBtu/h
  F: Custo de combustível x H, isto é, Entrada da unidade em $/h
  P: Potência líquida de saída.
  F pode ser encarado como custo operacional (incluindo mão-de-obra para operação da unidade).

• Curva típica entrada-saída (pode ser obtida experimentalmente):

  

  • P_mín: depende da estabilidade da combustão no GV (aprox. 30% capac. nom. p/ unids. supercríticas)
  • P_máx aprox. 5% da capac. c/ válvulas totalmente abertas.

• Curva de taxa incremental de calor:

  

  • Muito usada em despacho econômico;

  • Frequentemente aproximada por segmentos lineares.

• Curva de taxa líquida de calor:

  

  • (H/P) proporc. ao inverso do rendimento da unidade.

  • Rendimento típico de térmicas convencionais: 30% < Rend. < 35% ==> 9800 < (H/P) < 11400 Btu/kWh

  • (H/P) depende das características do vapor, estágios de reaquecimento, temp. de reaquec., pressão do condensador, complexidade do ciclo regerativo de água;

Capacidade Calorífica dos Combustíveis

• Expressa em Btu/lb ou Joules/kg;

• 2 padrões:
  • HHV: inclui calor latente p/. vaporização;

  • LHV: não inclui calor latente.

• Diferença entre HHV e LHV função do conteúdo de H no combustível.
  • Carvão betuminoso, 3%: HHV=14800 Btu/lb, LHV=14400 Btu/lb;

  • Gás e óleo: diferença entre 6 e 10%

Turbinas a Gás

• Compressor + câmara de combustão + turbina:

  

• Compressão do ar na entrada: fator >= 10 a 12;

• Ciclo simples: gases de exaustão para atmosfera.

• TGs tradicionais: baixo rendimento (aprox. 25%) ==> usadas na ponta;

• TGs modernas: maior capacidade (aprox. 150 MW) e melhor rendimento (aprox. 30%).

Ciclo Combinado

• TGs+ HRSGs + turbogerador a vapor;

• Melhr rendimento: 9000 a 6600 Btu/kWh,ou 38% <= Rend. <= 52%

• Rendimento depende do no. de TGs em operação:

Usinas de Cogeração

• Usina que produz vapor/calor para processo industrial e também gera energia elétrica;

• Caso típico: usina gera vapor e energia elétrica p/. suas próprias necessidades e vende excedente para concessionária;
  NUG: Non-utility generator;
  IPP: Independent power producer.

• Usinas modernas de cogeração são de ciclo combinado.

Usinas Hidrelétricas

• Curva característica de entrada-saída:
  Vazão (Vol. água/tempo)x Pot. elét. de saída

• Curvas dependem da altura de água no reservatório:

  

• Curva incremental de taxa de água:

  

• Tanto a curva quanto a potência máx. variam com h:

  

• Vazão necessária para um dado P diminui com o aumento de h (Derivada parcial de Q em relação a h <0 ).

• Faixas de operação "proibidas" devido à cavitação.

Usinas Hidráulicas Reversíveis

• Usinas em que a água pode ser armazenada por bombeamento para ser turbinada em momento propício;

• Hoje, o bombeamento é feito por turbinas reversíveis (turbina/bomba);

• Rendimento cai muito fora do pto. de oper. nominal ==> são operadas na carga nominal;

• Utilizadas como "reserva girante", por ter partida rápida;

• Variação de P_máx com h importante no planej. da operação (unit commitment).