Aumento da eficiência na geração pela determinação da conjugação ótima de turbinas hidráulicas do tipo Kaplan

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Heliara Azenir
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205349
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2018.
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spelling Aumento da eficiência na geração pela determinação da conjugação ótima de turbinas hidráulicas do tipo KaplanEngenharia elétricaGeradores hidrelétricosTurbinas hidraulicasDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2018.Turbinas Kaplan e Bulbo são capazes de manter um alto valor de eficiência para amplas faixas de vazão turbinada e alturas de queda devido à sua característica de dupla regulação, que permite o ajuste tanto da abertura do distribuidor quanto das pás do rotor. Para cada ponto de operação há uma combinação ótima entre abertura do distribuidor e posição das pás, que resulta em máxima eficiência. O conjunto de pontos de combinação ótima, para determinada queda, forma a chamada curva de conjugação (CC). Usualmente, um conjunto de CCs é necessário para a operação normal de uma turbina de dupla regulação ao longo da faixa operativa. Essas curvas são inicialmente geradas a partir de testes em modelos em escala e, devido a características locais, necessitam ser ajustadas para as condições reais da usina. Para determinação ou atualização das CCs em campo, tradicionalmente são utilizados os ensaios denominados index test, os quais possuem custo elevado, demandam a parada das unidades geradoras (UG) e são normalmente realizados para uma única queda. Os dados obtidos necessitam então ser extrapolados para as demais quedas da faixa operativa, não sem imputar certo grau de incerteza nos resultados. As CCs podem ainda se alterar ao longo do tempo de operação, o que demanda sua atualização periódica para a operação na máxima eficiência. Através de um Projeto P&D, é proposto um sistema capaz de identificar automaticamente a conjugação ótima, durante a operação da UG. Por meio da medição de potência, queda e vazão, é calculada a eficiência da turbina. Alterações físicas controladas, da referência do distribuidor e pás do rotor são realizadas, de modo que a influência de sua combinação sobre a eficiência pode ser avaliada. Com o uso de algoritmos de otimização, o sistema consegue encontrar a combinação que maximiza a eficiência. Assim, o sistema permite a identificação contínua da CC, bem como sua atualização. Previamente ao projeto industrial do protótipo do sistema, uma extensa pesquisa científica é necessária, envolvendo a avaliação do estado da arte, coleta de dados e testes nas UGs, elaboração de modelos relacionando vazão e eficiência com a abertura do distribuidor e posição das pás, desenvolvi-mento e testes de algoritmo para otimização da conjugação em tempo real. A pesquisa científica referida a estes itens, é o foco do presente trabalho, incluindo a quantificação de benefícios a partir de dados operativos e simulações utilizando os modelos desenvolvidos, cujos resultados obtidos foram positivos e relevantes.Abstract: Kaplan and Bulb turbines can operate with high efficiency for a wide range of flow rate and head, due to their double-regulated characteristics, which allows adjusting the positions of both wicket gate and runner blades. For each operating point, there is an optimal combination of these actuators that results in maximum efficiency. The set of optimal combination points for a given head, is called combination curve (CC). Usually, more than one CC are necessary to allow the normal operation of a double regulated turbine over the operating range. These curves are initially generated from scaled model tests. However, such curves should be adjusted to the real site conditions. This is generally done through index tests; To carry out these expensive tests, which provides the CC for a single value of head, the GU needs to be offline. The results then, often need to be extrapolated to comprise the other head values, which brings some uncertainty to the process. Moreover, the CC is subject to changes over time, hence, for operating the unit at the optimal efficiency, a single index test is not enough, rather a periodic evaluation of the CC would be desired. From a P&D Project, an optimization system is proposed, to allow the automatic identification of the optimal combination point during the UG operation. To compute turbine efficiency, power, head and flow rate measurements are used. Controlled alterations are imposed to the wicket gate and runner blades references, allowing their influence over turbine efficiency to be evaluated. By applying optimization algorithms, the system can find the maximum efficiency combination. In this way, the system allows the continuous CC identification and updating. Previously to the system industrial project, a comprehensive scientific research is necessary, including the state-of-the-art verification, data collecting and GU tests, mathematical modeling efficiency and flow rate as functions of wicket gate and runner blades position, developing and testing optimization algorithms. This scientific research is the focus of this work, including system benefits quantification, by presenting simulations applying operation historical data and the developed models, which results are positive and relevant.Finardi, Erlon CristianUniversidade Federal de Santa CatarinaCosta, Heliara Azenir2020-03-31T13:37:02Z2020-03-31T13:37:02Z2018info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis124 p.| il., gráfs., tabs.application/pdf365218https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/205349porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-03-31T13:37:02Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/205349Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-03-31T13:37:02Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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