Desenvolvimento de modelos matemáticos para configuração de geração em ciclo combinado gás-vapor do tipo Single-Shaft.

Abstract

O Brasil recentemente se encontrou em uma situação de déficit energético, que evidenciou a necessidade de se aumentar a capacidade de geração instalada no país. Uma das alternativas viáveis para complementar o parque gerador brasileiro é o emprego de centrais térmicas, as quais se apresentam na forma de turbinas a vapor, turbinas a gás e em ciclo combinado gás-vapor. Com o advento da nova tecnologia de usinas térmicas em ciclo combinado ficou caracterizada a necessidade do desenvolvimento de uma modelagem coerente deste processo, para a qual devem ser definidos os pontos de controle que têm influência no desempenho dinâmico da unidade geradora e consequentemente no próprio comportamento dos sistemas elétricos de potência. Mais recentemente estão sendo instaladas, ao redor do mundo, as configurações em ciclo combinado do tipo single-shaft, nas quais a turbina a gás e a turbina a vapor estão conectadas em um mesmo eixo, acionando um único gerador. O grande problema relacionado a estas novas centrais termelétricas reside no fato de que a literatura técnica internacional é escassa e não aborda com detalhes suficientes a sua modelagem matemática, de tal forma a permitir estudos adequados quanto ao comportamento dinâmico de sistemas elétricos. O presente trabalho apresenta as principais características e configurações das turbinas a gás aeroderivativas e heavy-duty, em ciclo combinado gás-vapor com configuração single-shaft, descrevendo os modelos matemáticos propostos para análise de estabilidade dinâmica de sistemas elétricos. Estes modelos são incorporados em sistemas elétricos de potência, onde, através de simulações, são destacadas as principais influências dos componentes do ciclo no comportamento dinâmico do sistema. Para as simulações utilizam-se o software Matlab e a toolbox Simulink e os programas Anarede e Anatem desenvolvidos pelo CEPEL.