TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS

Conversão de Energia Térmica em

Elétrica a partir da Biomassa

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Objetivo

O Objetivo desta apresentação é informar quais

os tipos usuais de geração de calor e energia

elétrica, suas respectivas características e

vantagens;

Descrever a geração termoelétrica;

Identificar o potencial de geração e cogeração

das plantas industriais;

Mostrar viabilidade e retorno de investimento

nesta área;

Energia Em Foco

Os tipos de energia mais comuns encontrados na

indústria são:

Energia Térmica Vapor / água quente / gelada / fluido térmico

Utilizada para aquecer ou resfriar componentes / fluidos do

processo

Energia Mecânica Movimento transferido entre engrenagens, correias, correntes,

etc

Movimento gerador por bombas, turbinas, etc

Energia Elétrica Energia impulsionadora de motores

Iluminação e funcionamento de equipamentos elétricos e

eletrônicos

Energia Elétrica no Brasil

No Brasil, a matriz de geração de Energia

Elétrica é baseada na confiável e extensa

fonte pluvial do nosso território;

A energia elétrica gerada, na sua maioria, por

hidroelétricas é transmitida pelo SIN (Sistema

Interligado Nacional) e distribuída à

população em geral.

O Brasil tem um problema estrutural a

resolver: falta de volume nos reservatórios

para a regularização plurianual de vazões.

Energia Elétrica no Brasil

A expansão do parque de geração está sendo

baseada em usinas hidrelétricas na região

Norte. As características topográficas e

problemas ambientais nesta área inviabilizam a

construção de reservatórios com capacidade de

reservação.

Outra fonte em instalação, a eólica, também não

tem reservatório e produz principalmente nas

épocas secas do ano.

Isso mostra a necessidade de expansão da

capacidade de geração termoelétrica,

principalmente de fontes renováveis.

Matriz Energética - Brasil

Fonte Aneel

Sistema Interligado Nacional

Permite que a

energia gerada

em qualquer lugar

(interligado ao

SIN) possa ser

direcionada à

qualquer

consumidor,

Interligado ao SIN.

Qualquer outro

ponto é

considerado

sistema isolado.

Sistema Isolado

As áreas desconectadas do SIN necessitam de

seus próprios meios de geração.

Grupos Geradores;

PCH’s;

Termoelétricas;

Usinas Eólicas;

Sistemas de Cogeração

Mercado de Energia Livre

Um novo produto é criado: a Energia.

Neste mercado o consumidor pode escolher o

seu fornecedor de energia, negociar preços e

prazos contratuais, em uma livre

comercialização.

O mercado livre, com sua capacidade de

reconhecer a individualidade de cada consumidor

em lidar com os riscos e oportunidades da

comercialização de energia promove a inovação

e o equilíbrio entre oferta e demanda com

decisões descentralizadas sobre o consumo e a

produção de energia.

Atualmente os preços variam de R$ 100,00 o

MWh à R$ 220,00 para compra e venda.

Perspectivas promissoras para o

setor florestal no Brasil

Disponibilidade de áreas de para plantio –

pastagens subutilizadas – Aproximadamente 150

milhões de há (Fonte CONAB)

Condições favoráveis de solo e clima

Tecnologia

Experiência empresarial

Produção Florestal no Brasil

Teve grande crescimento nos últimos 15 anos em

função de níveis elevados de ganhos de

produtividade, decorrentes de programas de

pesquisa e desenvolvimento nas áreas de:

Genética;

Plantio e manejo florestal:

Capacitação empresarial.

Florestas Plantadas

Fonte:

Bracelpa

Panorama de Plantios Florestais no

Mundo

Panorama Florestal no Brasil

Eucalipto Pinus Total

hectare hectare hectare

1º Minas Gerais 1.401.787 75.408 1.477.195

2º São Paulo 1.031.700 156.726 1.188.426

3º Paraná 188.153 658.707 846.860

5º Santa Catarina 104.686 538.254 642.940

Brasil 4.873.952 1.641.892 6.515.844

Fonte : ABRAF(2012)

Posição dos plantios florestais no Brasil em 2011

Comparativo entre Produtividade

Uso da Madeira no Brasil

Celulose, Carvão e Placas – Setores

estruturados e modernos

Energia – Setor ainda pouco desenvolvido,

devido ao desconhecimento de oportunidades

no setor de geração por parte dos

empresários florestais (mercado livre,

autoprodução, leilões de energia do governo,

etc.)

Ciclos de Transformação de

Energia

A geração termoelétrica permite a aplicação

dos ciclos de transformação de energia e

como resultado obter trabalho.

Energia Química Energia Térmica

Energia Mecânica (Trabalho) Energia

Elétrica

Ciclo Brayton

Turbina a Gas

Ciclo Diesel

Ciclo Otto

Ciclo Rankine

Ciclo Rankine

Cliclos Combinados

‘ APLICAÇÃO PRÁTICA DOS

CICLOS

Grupo Geradores

Os grupos geradores são equipamentos

compostos por um motor, movido à diesel,

biodiesel, gás natural, biogás, etanol / gasolina,

conectado à um gerador (alternador).

Possibilita que a queima do combustível gere

potência elétrica a ser consumida em qualquer

tipo de instalação, comercial, doméstica,

industrial, etc.

Grupos Geradores

Os moto geradores podem ser montados

isolados ou em conjunto, centrais de geração,

permitindo a mais variada potência de geração.

Podem ser utilizados como fonte de energia em:

Emergência (quedas de energia da

concessionária);

Sistemas isolados ou desconectados da rede de

transmissão;

Horário de ponta / pico, quando a energia possui

preço elevado;

O custo de geração com moto geradores à diesel

está em torno de R$ 600,00 o MWh.

Grupos Geradores - Cogeração

Os moto geradores geram energia elétrica e calor

(gases quentes).

Os gases quentes da combustão podem ser

aproveitados para aquecer substâncias, fluidos,

máquinas, ou seja, pode ser utilizado em

diversos processos em geral.

Calor utilizável

Energia elétrica

Combustível

Perdas

Geração de Vapor - Caldeira

A caldeira permite a queima de combustível:

Biomassa (cavaco, toras de madeira, capim

elefante, resíduos de floresta, galhada, cascas de

frutas, bagasso de cana, etc ...

Gás / Óleo / Diesel

Recupera calor dos gases da combustão no

aquecimento da água até sua ebulição (fervura).

O vapor produzido pode ser:

Saturado – húmido

Superaquecido – seco

Apropriado para Geração

Caldeira

A Caldeira pode ser definida por sua forma

construtiva como:

Flamotubular – o “fogo” e os gases da combustão

fluem por dentro dos tubos.

Aquatubular – a água flui por dentro dos tubos da

caldeira.

Mista – a água flui pelos tubos da parede da

fornalha, e o gás escoa por dentro do tubulão de

geração de vapor

Caldeira - Flamotubular

Características:

Normalmente utilizada para geração de vapor

saturado;

Baixa geração de vapor - até 30 t/h;

Pressão de vapor de até 30 bar

Caldeira Aquatubular

Características:

Produzir grande quantidade

de vapor;

Vapor Superaquecido até

550°C com pressões de até

100 bar;

Alta eficiência térmica e

estabilidade de geração de

vapor;

Aceita combustíveis úmidos

e de variadas

granulometrias;

Caldeira Mista

Fornalha Aquatubular com tubolão flamotubular

Apropriada para geração de energia, proposta

pela Base Sólida

Turbinas a Vapor - Condensação

Condensação Pura Condensação com Simples Extração

Condensação com Dupla Extração

Contrapressão Pura Contrapressão com Simples Extração

Turbinas a Vapor - Contrapressão

Turbo

Gerador

Condensador

Turbo-Gerador – Potência ≤ 3MW

Layout em camada

única

Sistema de

Óleo Sistema de

Vácuo

Turbina – Múltiplos Estágios

Princípio de Funcionamento

Transforma a Energia do Vapor (entalpia) em

Energia Cinética

O objetivo interno de uma turbina é transformar

todo salto entalpico em energia cinética

(movimento) em um ambiente o máximo possível

isentrópico e produzir trabalho.

Estágio Curtis – Ação

(velocidade)

Estágio Rateau – Ação (pressão)

Estágio de Reação

Turbina– Diagrama TS

Turbina de 300 kW

Termoeletrica - Componentes

Caldeira +

Desaerador

Turbo-Gerador +

Condensador

Sistema de

Resfriamento

Sistema Elétrico

Geração Pura

Ciclo Rankine

Cogeração

Produção de Energia Elétrica e Vapor

simultaneamente

Fluxograma

Modelo de Negócio de Geração

O uso de lenha como energia no Brasil é baseado no suprimento das unidades industriais por resíduos florestais.

Resíduos são enfocados como tal enquanto não há uso comercial, e quando há, viram sub-produtos . O que leva a majoração dos preços de venda, consequente aumento dos riscos de suprimento.

A proposta é, estruturar para a lenha, um modelo semelhante ao adotado na produção do etanol no Brasil. A implantação de uma destilaria está sempre associada ao plantio da cana. A cada termoelétrica de biomassa estará associado uma área florestal plantada, específica, de propriedade da usina ou sob arrendamento ou outra forma que garanta o suprimento.

Pré-Requisitos

Os pré-requisitos que possibilitam a instalação de

um sistema de geração ou cogeração

termoelétrico na indústria podem ser divididos em

três subitens:

Combustível / Resíduos

Energia Elétrica

Vapor

Pré-Requisitos – Combustível

Todo e qualquer resíduo que possa ser queimado

na caldeira e que tenha custo atrativo para a

indústria.

Ex.

Lenha / Cavacos / Galhos / Madeira

Bagaço / Palha de Cana

Casca de Arroz

Braquiária / Capim Elefante

Gases em (Natural / Biogás / de Síntese, etc)

Óleos em geral

Resíduos do Campo, da Floresta e da Indústria em

geral

Pré-Requisitos – Energia Elétrica

A questão da Energia Elétrica pode ser avaliada sob

três aspectos:

O consumo elevado de energia elétrica

A fatura de energia torna-se um custo elevado

A falta de energia na região

Tanto para início como para expansão ou ampliação

das atividades

A venda de energia elétrica

Pré-Requisitos - Vapor

A necessidade de vapor na planta, aliado aos

outros dois fatores (combustível e energia

elétrica), possibilita a implantação de um sistema

de cogeração.

Esse sistema, bem dimensionado, permite um

rápido retorno de investimento.

Em grande parte dos casos, com o acréscimo de

15% no consumo de combustível, pela caldeira, é

possível gerar grande parte da energia elétrica

consumida.

Números Interessantes

Apresentamos agora alguns números que podem

fazer uma sistema de geração / cogeração

termoelétrico viável.

Combustível

Considerando um combustível com 2.500 kcal/kg

de pci (o cavaco, por exemplo, com 40% de

umidade.

O preço atrativo pode variar até R$ 60,00 por

tonelada para geração e venda de energia elétrica.

E pode chegar até R$ 120,00 por tonelada para

geração de energia elétrica para o consumo

próprio.

Números Interessantes (2)

Energia Elétrica

Comprada da Concessionária pode chegar até:

Horário fora de ponta: R$ 240,00/MWh

Horário de ponta: R$ 1.300,00/MWh

Médio (considerando demanda e impostos): R$ 350,00

Em geração Pura, com o combustível a R$

60,00/ton, custa R$ 120,00 / MWh

Em cogeração, com o combustível a R$ 60,00/ton,

custa até R$ 85,00 / MWh

Para a venda no mercado livre pode chegar em até

R$ 220,00 /MWh

Investimentos (1)

A Base Sólida Energia desenvolve, projeta,

fabrica e instala equipamentos e sistemas de

geração e cogeração de energia elétrica que

possibilitam resultados e retorno de

investimentos rápidos e seguros para a indústria

e produtores em geral.

Os investimentos podem variar segundo a

potência de geração e o tipo (geração pura e

cogeração).

Investimentos (2)

Geração Pura

Termoelétrica de 300 kW ~R$

900.000,00

Termoelétrica de 1 MW ~R$

3.000.000,00

Termoelétrica de 2,5 MW ~R$

7.000.000,00

Cogeração (sem caldeira)

Termoelétrica de 300 kW ~R$

450.000,00

Termoelétrica de 1 MW ~R$

1.200.000,00

Termoelétrica de 2,5 MW ~R$

2.800.000,00

Avaliações e Considerações

Quanto mais barato é o custo do combustível a

ser queimado, mais barato será o custo da

energia gerada.

Quando há a necessidade de consumo de vapor,

por parte da planta ou indústria, a cogeração

sempre é viável. Neste caso deve-se sempre

escolher por uma caldeira de vapor

superaquecido.

O vapor superaquecido (24 bar e 380°C) permite

um melhor aproveitamento na turbina e efetiva

geração elétrica.

A geração de energia elétrica para o consumo

próprio, em substituição à comprada da

concessionária, na maioria dos estudos, é

atrativa e viável.

MUITO OBRIGADO