Peixes voltam a migrar e a Tacoma Power gera energia para 1.700 casas

Projeto restaura migração de peixes e gera energia

Desafio

  • Obter conformidade com a regulamentação para assegurar a renovação da licença
  • Automatizar totalmente uma nova usina de força para gerar hidroeletricidade adicional
  • Incorporar a passagem de peixes e geração hidrelétrica na mesma instalação

Soluções

Resultados

  • Gerados 3,6 megawatts adicionais pela usina de força
  • Custo operacional reduzido com monitoração e controle remotos
  • Aumento de energia renovável para obter mais crédito de impostos
  • Aumento de vazão automatizado
  • Menores riscos de violação da vazão

A coleta de peixes e a usina de força usam controles da Rockwell Automation

Histórico

A hidroeletricidade é uma pedra fundamental na geração de energia nos Estados Unidos.Desde 1880, os engenheiros têm represado a energia das águas em barragens para gerar eletricidade, desde a icônica Represa Hoover, até projetos hidroelétricos muito menores.

Mas nas últimas décadas, as mesmas pessoas que se beneficiam da energia hidrelétrica perceberam o impacto ambiental das barragens – especialmente sobre as populações de peixes locais.

Espécies como salmões e arenques migram do oceano e entram nos rios para suas zonas de reprodução.Depois de nascer, o jovem peixe migra novamente, retornando dos rios para viver no oceano.As barragens tradicionais interromperam esse ciclo de vida bloqueando o fluxo dos rios até o mar.

Regulamentações federais e estaduais tomaram medidas para restaurar essas populações exigindo das instalações maneiras inovadoras de ajudar os peixes a circunavegar as barragens.A Usina de Tacoma no estado de Washington é uma dessas instalações.Com sede na cidade de Tacoma, a instalação fornece eletricidade para mais de 50% da população da cidade.Noventa porcento dessa energia é gerada por usinas hidrelétricas em rios no oeste de Washington.

Quando a licença da Usina de Tacoma para produzir energia para a cidade estava para ser renovada, a cidade precisava criar uma passagem para os peixes em duas de suas barragens, a fim de ajudar na preservação da população de truta-arco-íris, salmão vermelho e salmão em perigo, para renovar a licença.

Desafio

Nessa época, a Represa Cushman nº 2 da Usina de Tacoma, acima do Rio North Fork Skokomish, não estava equipada com recursos para geração hidrelétrica na região de North Fork do rio.A barragem foi construída em 1929 como parte do sistema de captação de água no Lago Cushman, um reservatório artificial.

A companhia elétrica adicionou duas válvulas de saída do rio na base da barragem em 1992, permitindo um fluxo do lago para o leito do rio.Entretanto, a vazão de água pelas válvulas era muito forte para migração dos peixes.Para oferecer uma passagem mais suave aos peixes, a Usina de Tacoma precisava construir uma instalação de coleta de peixes, tanto de peixes adultos rio acima como de peixes jovens que nadam em direção ao oceano.

A instalação precisava dispersar a corrente de água e percebeu uma oportunidade de extrair força do fluxo e transformá-la em energia hidrelétrica, construindo uma nova usina geradora na base da barragem.

A usina geradora precisava simular a vazão natural do rio para manter a área ao redor segura contra inundações e permitir a migração de peixes.Similar a outras usinas geradoras que a Usina de Tacoma possui e opera, a nova Usina geradora de Cushman Northfork precisava ser totalmente automatizada para eliminar a necessidade de funcionários no local.Os funcionários poderiam acessar remotamente a barragem do centro de operações no escritório de Tacoma.

Os clientes também se beneficiariam, pois a usina geradora poderia gerar energia renovável suficiente para 1.700 residências.

Solução

A Usina de Tacoma estava empregando controladores ControlLogix® da Allen-Bradley® (PACs) para automatizar as outras sete usinas geradoras.

“Nossa experiência com os controles Allen-Bradley nos convenceu a usar a mesma solução para esse novo projeto”, afirmou Ozan Ferrin, Supervisor de Automação de Geração da Usina de Tacoma.

Ferrin e outros engenheiros de controle da Usina de Tacoma projetaram um sistema totalmente automatizado usando quatro PACs ControlLogix.Dois PACs controlam uma das duas unidades geradoras de 1,8 MW, um terceiro controla o equilíbrio da fábrica, incluindo a operação de uma válvula de saída do rio existente para continuação da vazão no caso de uma falha da unidade, e um quarto controla o equipamento de coleta de peixes e o sistema de coleta dos peixes na base da barragem, localizado na parte de fora da usina geradora.

Com o novo sistema, o operador controla a usina geradora usando uma única referência de controle de vazão da usina.O equilíbrio de PAC da fábrica recebe a configuração de controle e automaticamente emite as instruções de vazão, para cada uma das unidades geradoras e para a válvula de saída do rio, de acelerar a vazão em taxas reguladas, simulando o fluxo sazonal do rio.As placas DNP e Modbus® da ProSoft Technology, sócia de produto Encompass da Rockwell Automation e membro do programa PartnerNetwork da Rockwell Automation, fazem a interface com sensores, equipamentos e outros sistemas da Usina de Northfork.Elas fornecem comunicação Ethernet contínua entre várias plataformas.

Se um ou os dois geradores forem desativados, o equilíbrio do controlador da fábrica imediatamente abrirá a válvula de saída do rio para compensar a perda de vazão, mantendo a água fluindo a uma taxa uniforme.

Para a instalação de coleta de peixes, a equipe de engenharia da Usina de Tacoma precisava projetar uma transposição que pudesse mover peixes adultos sobre a barragem e abaixá-los suavemente ao lado da barragem.Isso exigia acionamentos com controle preciso.

Esse controle começa na base da barragem.Na medida em que os peixes sobem a barragem, os peixes adultos são capturados em um funil na instalação de coleta de peixes e são automaticamente içados ao lado da barragem em um sistema elétrico operado por um inversor PowerFlex® 700 da Allen-Bradley.A funcionalidade TorqProve do inversor da Allen-Bradley ajuda a gerenciar o controle do funil durante a transferência de controle entre o inversor e o freio mecânico do transportador.

O funil eleva os peixes para o topo da barragem, quando eles são separados, contados e transportados via caminhões para o lago Cushman.Os inversores PowerFlex 70 e as partidas combinadas são usados para operar o equipamento de coleta de peixes.

Na outra extremidade do ciclo de vida dos peixes, peixes jovens que nadam em direção ao oceano são colocados no funil na parte superior da barragem e são transportados para baixo em uma carreta de liberação suave para serem libertados rio abaixo em direção ao oceano.

Os engenheiros de controle da Usina de Tacoma programaram os inversores PowerFlex com software DriveTools SP da Allen-Bradley e software de programação Studio 5000 Logix Designer da Rockwell Software®.Os engenheiros puderam adicionar os inversores diretamente no programa do Studio 5000 Logix Designer como parte de um add-on profile, o que permite reduzir o tempo de programação integrando automaticamente parâmetros do inversor na aplicação Studio 5000 Logix Designer – o mesmo software usado para programar os controladores ControlLogix.

“Experimentamos outros softwares de controle, e nenhum atendeu todas as nossas necessidades de controle, nem foi tão fácil de usar como a aplicação Studio 5000 Logix Designer”, concluiu Ferrin.“E já que pudemos usar o mesmo software que usamos para programar nossos controladores para também programar e armazenar os parâmetros do inversor, reduzimos o tempo de comissionamento e também pudemos armazenar os parâmetros de inversor e programa do controlador em um único local de arquivo.“

A equipe da Usina de Tacoma também utiliza Placas de E/S da Rockwell Automation para monitorar remotamente a temperatura, o status do equipamento e controlar o equipamento do escritório de Tacoma.

Resultados

A instalação de coleta restaurou a rota de migração de peixes e a empresa agora tem a licença para gerar eletricidade para a cidade de Tacoma até 2048.

A Usina de Tacoma também cumpriu o objetivo operacional da nova usina geradora – gerar mais 3,6 megawatts de energia hidrelétrica.

Por esta usina geradora estar totalmente automatizada, a empresa evitou gerar custos adicionais com operadores.“Com o aperto de um botão do centro de controle, podemos aumentar ou diminuir a vazão – o que é mais preciso do que realizar essa ação manualmente, e economiza o custo de manter funcionários no local”, concluiu Ferrin.

O sistema também reduz o risco de violar os requisitos de vazão definidos pela Comissão Regulamentadora de Energia Federal (FERC).A capacidade de abrir automaticamente a válvula de saída do rio de backup em caso de uma falha da unidade ajuda a instalação da empresa a atender aos padrões de compatibilidade com maior eficiência.

E ainda:Como a empresa adicionou mais energia renovável a seu portfólio, ela agora recebe créditos de energia renovável do Estado.

Para aumentar ainda mais a população de peixes, a Usina de Tacoma está construindo duas novas incubadoras no Projeto do Rio Cushman.A primeira criará 2 milhões de salmões vermelhos por ano, e a segunda criará 425.000 salmões e trutas-arco-íris jovens.Todos serão libertados no lago Cushman.

Os resultados mencionados acima são específicos para uso de produtos e serviços da Rockwell Automation pela Usina de Tacoma, em conjunto com outros produtos.Os resultados específicos podem variar de um cliente para outro.

Contato

A Rockwell Automation e parceiros oferecem conhecimentos excepcionais para ajudar você a projetar, implementar e dar suporte ao investimento em automação.

Subscreva-se na nossa newsletter

Receba as últimas novidades sobre as tendências tecnológicas e soluções da Rockwell Automation.