Perfil de Energia - Cidade de Santa Clara, Utah

4 MW de energia para consumo de pico do serviço público para atender às elevadas cargas sazonais e à maior capacidade para reservas de energia de emergência

Cliente: Cidade de Santa Clara

Local: Santa Clara, Utah

Solução: Dois grupos geradores a gás natural Cat® G3520C de 2.055 ekW
Aplicação de Catalisadores de Oxidação
Cat e serviços de engenharia de projetos; construção, teste e comissionamento; equipamentos de serviço e manutenção

Revendedor Cat: Wheeler Power Systems
Salt Lake City, Utah

Necessidade de Energia

Santa Clara é uma comunidade pequena, mas em crescimento perto de St. George, no sul de Utah. A população da cidade cresceu mais de 30% de 2000 a 2006. Isso ocorreu devido à economia em rápida expansão conduzida por um clima favorável, moradias com preço acessível e proximidade a áreas metropolitanas em crescimento como Salt Lake City e Las Vegas. Esse drástico crescimento resultou em uma limitação nos recursos de energia sentida pelo município, pelas empresas e pelos residentes.

Jack Taylor, diretor de obras públicas de Santa Clara, percebeu que a política atual da cidade, uma abordagem temporária que usa contratos de geração de carga complementados por aquisições elétricas com pagamento à vista, atrapalharia o crescimento da operação desta pequena instalação de serviços públicos. Normalmente, as demandas de energia de pico ocorrem durante os meses quentes do verão nesta cidade desértica, quando as empresas e residências requerem energia para colocar sistemas de ar-condicionado em funcionamento por mais tempo. Isso levou Taylor a acreditar que um ativo de energia de pico era o melhor investimento de longo prazo para atender à crescente demanda elétrica com o menor custo possível.

Para ajudar a superar esses crescentes desafios de energia, Santa Clara procurou o revendedor Cat® local, Ken Green da Wheeler Power Systems, sediada em Salt Lake City. A Wheeler Power Systems é um distribuidor Caterpillar autorizado no estado de Utah há 45 anos, com a responsabilidade de suporte de vendas e a produtos em Utah, no centro oriental de Nevada e no sudoeste de Wyoming.

Primeiro, a Wheeler verificou com atenção o perfil existente de Santa Clara e projetou perfis de carga para vários anos à frente. “O sudoeste de Utah é uma das áreas com crescimento mais rápido no estado e essa área é abastecida somente por duas linhas de energia de Winter Park”, disse Green. “Isso leva a dois problemas: picos grandes e linhas que estão acima da capacidade”. Essa avaliação mostrou uma necessidade imediata de cobrir 2-4 MW de pico adicional da carga no verão, além da carga base de 8-10 MW.

Solução

Santa Clara contratou a Wheeler Power Systems para lidar com o projeto e a construção da usina. A fábrica de Santa Clara foi construída para acomodar a entrega imediata de dois grupos geradores de gás natural G3520C. Os grupos geradores, nominais a 2.055 ekW a 1.800 rpm, operam juntos com painel de comutação com ligação em paralelo nominal a 12.470 V. Em seguida, a energia é elevada para 69.000 V por um transformador externo antes de se conectar às linhas de distribuição.

Com grupos geradores a 20 pés do centro, o layout da fábrica fornece um percurso claro para que caminhões de serviço acessem os grupos geradores individuais para manutenção regular. A folga de 22 pés até o teto permite que caminhões com guindastes cheguem até os grupos geradores. Para diminuir o ruído dentro e fora do prédio, a fábrica de 10.800 metros quadrados foi construída com bloco de cimento maciço. Conforme solicitado pela cidade, o espaço de armazenamento foi incorporado acima da sala de controle. O prédio foi projetado para acomodar quatro grupos geradores G3520C adicionais a serem instalados à medida que as cargas de pico de Santa Clara aumentarem com o tempo.

Como as temperaturas em Santa Clara podem chegar a mais de 110 °F, arrefecedores de vapor (também chamados de arrefecedores evaporadores) foram instalados como uma forma econômica de resfriar o ar de entrada para evitar temperaturas excessivas para os grupos geradores e o prédio em si. Utilizando a evaporação simples de água do ar em oposição à compactação de vapor ou a ciclos de refrigeração de absorção, essa medida é a mais adequada em regiões como os estados montanhosos do oeste, onde o ar é quente e a umidade é baixa. Dois arrefecedores de vapor que produzem 32.000 pés cúbicos de ar refrigerado por minuto servem cada gerador, mantendo o ar a 29 °C (85 °F). Uma parte do ar refrigerado também é usada para manter a temperatura do ar ambiente no prédio confortável para os trabalhadores.

A Wheeler forneceu uma solução completa de controle de emissões instalando Catalisadores de Oxidação Cat para reduzir drasticamente as emissões de monóxido de carbono (CO, carbon monoxide) e permitir ar para até 2.000 horas por unidade para uma fábrica completamente construída. Os Catalisadores de Oxidação Cat para motores estacionários a gás diminuem as emissões convertendo CO, hidrocarbonetos e aldeídos em dióxido de carbono e água. Isso pode reduzir o CO em 93% em motores a gás e diminuir os hidrocarbonetos em mais de 40%. A manutenção programada não é necessária porque as reações químicas não alteram nem consomem o material catalisador. Entretanto, os catalisadores são inspecionados periodicamente quanto a danos físicos ou contaminação. Testes regulares de qualidade do ar foram acomodados no projeto da estação de geração de Santa Clara pela localização de futura tubulação pré- e pós-catálise para facilitar a conexão a um analisador de emissões. Com máquinas nominais somente a 0,5 g/ bhp-h de NOx sem pós-tratamento, e 0,22 g/bhp-h de CO com o catalisador, os grupos geradores atendem facilmente às normas de emissões locais e federais.

Sendo membro do UAMPS (Utah Associated Municipal Power Systems), Santa Clara intermedia a compra e exportação de energia com outros membros de serviços públicos. As decisões de geração elétrica, seja para abastecer a carga da cidade, mediante solicitação do UAMPS, ou para exportar para fora do UAMPS, podem ser tomadas rapidamente, e os grupos geradores podem ficar em linha em questão de segundos. O painel de comutação foi adaptado às necessidades de Santa Clara para incluir proteção do relé da rede elétrica ao exportar energia. O painel de comutação oferece controles de sincronização e ligação em paralelo; status do motor/gerador, préalarme e leitura de falha de desligamento; funções de controle do sistema para gerenciamento de carga; e status do sistema e aviso de alarme.

O projeto do sistema incorporou um medidor de energia JEMstar da AMETEK Power de Rochester, Nova York, para garantir a cobrança precisa. O medidor registra a quantidade de energia produzida para Santa Clara em comparação com a quantidade fornecida para o UAMPS para exportação. Principalmente, o novo sistema de geração de energia permitirá que a cidade garanta energia adequada durante horas de pico de consumo e em caso de uma emergência de energia, como um blackout em toda a cidade. Por exemplo, o novo sistema de geração de energia permite que a empresa de serviços públicos forneça energia suficiente para manter serviços de emergência em instalações de saúde e instituições educacionais. Isso também minimiza a necessidade de compras dispendiosas de energia no mercado aberto e dá a empresa de serviços públicos a oportunidade de gerar receita. “Optamos por instalar esse sistema de geração de energia para limitar nossos custos de energia”, afirmou Taylor. “Em todo o Oeste, as taxas estão aumentando. Nós teremos a capacidade de comercializar vendas para outros usuários que fazem parte do UAMPS”.

Santa Clara escolheu a Caterpillar e a Wheeler Power Systems porque elas têm uma excelente reputação na prestação de serviços. “As referências delas são fantásticas”, disse Taylor. “A Wheeler dá suporte para seu produto e está nesse negócio há muito tempo”.

Os grupos geradores Cat de 2 MW foram escolhidos dentre outros modelos porque eles se adaptaram melhor à necessidade de energia de Santa Clara. “Somos uma comunidade pequena e seria um pouco difícil para nós ter um gerador de 5 MW”, explicou Taylor. “Temos capacidade de produzir 2 MW de energia com os geradores G3520C e adicionar mais unidades para produzir o que precisamos para chegar até nossa carga”. A estação de energia é financiada com um contrato de 20 anos isento de taxas. Os oficiais da cidade deixaram bem claro que as taxas de energia não aumentarão para pagar pelo novo prédio nem pela operação da fábrica.

Resultados

O sistema de energia iniciou a operação em janeiro de 2007. A equipe de gerenciamento do projeto saiu da aprovação do projeto à posse do sistema em linha e totalmente operacional em apenas seis meses, permitindo que a cidade de Santa Clara mantivesse os custos baixos e as emissões em níveis baixos.

Até agora, o projeto economizou aproximadamente US$ 80.000 para a cidade em cerca de um ano. “Basicamente, o sistema de geração permite pagar a nós mesmos em vez do mercado”, disse Taylor, que também é membro da diretoria do UAMPS. A cidade de Santa Clara já registrou 1.030 horas por grupo gerador no primeiro ano de operação. O verão de 2007, particularmente quente, comprovou que a usina foi um investimento inteligente. Para atender às necessidades em hora de pico, Santa Clara pondera o custo de energia comprada em relação ao custo da geração interna e escolhe a opção de menor custo. A equipe da empresa de serviço público pesquisa o mercado em busca de contingente de unidade atrativo ou compras de energia interrompível para atender a necessidades previstas para horas específicas do dia. Ela evita contratos grandes, de longa duração, de 24 horas e de entrega garantida.

Porém, os benefícios vão além da economia monetária. Confiabilidade e desempenho também contribuem para o sucesso do sistema de energia. “Operamos os grupos geradores quase todos os dias de julho e agosto, de 14 a 16 horas por dia”, declarou Brent Davis, supervisor de energia da cidade. “Os grupos geradores produzem algo entre 1 MW e 2,5 MW por dia, dependendo das necessidades”, disse Davis. O sistema de geração interno fornece uma base de estabilidade de preço. Ele livra a cidade de Santa Clara de pagar à vista para mercados frequentemente voláteis por energia de pico. Em uma emergência, o sistema pode carregar uma parte substancial de carga de base. Os avançados grupos geradores Cat abastecidos a gás combinados à estratégia de operação flexível proporcionaram aos moradores de Santa Clara uma fonte de energia elétrica acessível e confiável para muitos anos.

Para obter mais informações, acesse www.catgaspower.com/pt.