Seminário - Cogeração e Geração Distribuída - PDF

Cogeração e Geração Distribuída


Nathan Collis CoelhoNathan Collis Coelho

13.1 Introdução

● O que é Cogeração?A cogeração é definida como sendo a produção combinada de

calor útil e energia elétrica OU mecânica simultaneamente e a partir de UM único combustível

● Quais os motivos de se realizar Cogeração? A cogeração permite a redução das perdas nos vários processos

de conversão, o que implica em:- Redução dos níveis de demanda de energia primária- Redução de impactos ambientais na exploração de recursos

naturais- Redução na emissão de poluentes



13.1 Introdução

Tópicos Abordados:● Fundamentos da Cogeração● Evolução da Cogeração no mundo e no Brasil● Aspectos Tecnológicos:- Geração Elétrica a montante e a jusante- Cogeração com turbinas a gás- Cogeração com turbinas a vapor- Cogeração com motores alternativos- Critérios de seleção para Cogeração

● Geração Distribuída



13.2 Fundamentos

● Energia é fundamental para o desenvolvimento econômico e realização de todas as atividades humanas

● A Qualidade do Fluxo Energético é uma característica que depende da capacidade de conversão de energia em outros tipos de energia



13.2 Fundamentos

● Energia Elétrica → Energia Nobre → Pode ser convertida em qualquer outro tipo de energia

● Energia Térmica → Qualidade dependente da temperatura → Quanto maior a temperatura, maior é a qualidade da energia, podendo ser convertida em outros tipos com mais facilidade



13.2 Fundamentos

● Muitos autores apresentam conceitos equivocados de perdas por ignorarem o conceito de qualidade do fluxo energético, por exemplo, a maior perda em uma central térmica a vapor não é o calor rejeitado no condensador, como muitos consideram ser. A maior perda em uma central térmica a vapor são as perdas associadas às grandes diferenças de temperatura na caldeira



13.2 Fundamentos

● A Cogeração consiste em melhorar a qualidade da energia produzida por um combustível, por exemplo petróleo, gás natural, carvão ou biomassa, reduzindo as perdas que ocorrem em sua utilização.

● Os sistemas de Cogeração produzem simultaneamente e em sequência:

Energia Elétrica + Energia TérmicaOU

Energia Mecânica + Energia Térmica



13.2 Fundamentos

● Atualmente uma Central Termelétrica consegue converter em eletricidade no máximo a metade do calor produzido na queima do combustível. Em geral o calor é lançado para a atmosfera sem gerar nenhum proveito. A cogeração pode ser aplicada neste caso utilizando o calor para aquecer residências.



13.2 Fundamentos

● As indústrias utilizam temperaturas entre 120º e 200º C, porém queimam combustíveis em seus fornos e caldeiras com temperatura de 1400º a 1800ºC, portanto poderia ser utilizada no Brasil o calor que é atualmente descartado das Centrais Termelétricas para manter as temperaturas das indústrias em níveis aceitáveis



13.2 Fundamentos

● A principal desvantagem na Cogeração consiste no fato que a temperatura necessita de um meio físico para ser transportada e que para ser levada à grandes distâncias as perdas são muito grandes. Portanto, no exemplo citado, somente as indústrias situadas próximas Termelétrica poderão receber calor de uma maneira proveitosa.



13.2 Fundamentos

A Cogeração pode ocorrer independente:

● Da forma de potência necessária, podendo ser utilizada potência elétrica ou mecânica. Assim como a energia térmica pode ser utilizada para aquecimento ou refrigeração.



13.2 Fundamentos

A Cogeração pode ocorrer independente:

● De quem será o consumidor: o próprio produtor, vendida diretamente para outros consumidores ou para a concessionária de energia elétrica;

● De quem será o produtor: Um consumidor, um produtor independente ou uma concessionária;

● Do porte do sistema: se a produção ocorre em unidades de poucos KW ou muitos MW.



13.3 O Desenvolvimento Da Cogeração

A Cogeração no Mundo

● Surgiu no final do século XIX quando os consumidores de Energia Elétrica de médio e grande porte instalavam suas próprias centrais de geração de energia.

● Já na década de 40, metade da energia elétrica dos Estados Unidos era proveniente de Cogeração.




A Cogeração no Mundo● Em seguida, com a expansão dos sistemas elétricos nacionais que forneciam energia elétrica com confiabilidade e qualidade a baixo custo, a cogeração foi perdendo a importância e no final dos anos 60 os Estados Unidos contavam com menos de 5% de sua demanda de energia elétrica suprida através da Cogeração.





●A partir da década de 80, com o aumento do preço dos combustíveis e a valorização da eficiência energética, a cogeração passou a ser novamente considerada como importante alternativa energética, visto que houveram avanços tecnológicos nas turbinas e motores, além do início das preocupações com o meio ambiente devido à acidentes em usinas nucleares como o de Chernobyl em 1986.





● A década de 90 apresentou pressões em relação à redução no índice de emissões de gás carbônico devido ao efeito estufa, além de preocupações ambientais como a destruição da camada de ozônio, a chuva ácida e a poluição nas grandes cidades.

● Todos estes motivos ajudaram à chamar a atenção do mundo para a Cogeração.





● No ano 2000 os Estados Unidos geravam 54 GW e estima-se que até o ano 2020 eles produzirão 200 GW de Potência Elétrica através de sistemas de Cogeração.

● Na Europa em 2000 a Cogeração é responsável por 97 GW de capacidade instalada, com expectativas de 150 GW até 2020.




A Cogeração no Brasil

● O sistema elétrico brasileiro passou por uma acentuada expansão a partir da década de 50, baseando-se em sua maioria através de Usinas Hidrelétricas.

● A Cogeração não despertou muito interesse no Brasil até o ano 2000.





● Apesar do desinteresse geral, as indústrias de papel e celulose, sucroalcooleira, siderúrgica e petroquímica praticamente sempre realizaram Cogeração, porém somente para seu próprio consumo

●A venda de excedentes era desfavorecida devido a baixas tarifas oferecidas e ausência de legislação.





● A partir do ano 2000 a Cogeração passou a ser garantida na legislação através de uma resolução da ANEEL.

● Atualmente muitas unidades de Cogeração vendem seus excedentes para o sistema elétrico brasileiro, sendo que em 2000 a capacidade era de aproximadamente 1,8 GW.



13.4 Aspectos Tecnológicos

● Existem dois tipos de sistemas de cogeração que podem ser escolhidos conforme as necessidades térmicas e elétricas do processo: Geração elétrica à montante (topping) ou geração elétrica à jusante (bottoming).

Qual é a ordem de geração em cada tipo?● Geração Elétrica à montante: eletricidade → calor

● Geração Elétrica à jusante: calor → eletricidade




● Sistemas à jusante são de emprego restrito pois o calor é rejeitado pelos processos industriais em temperaturas relativamente baixas e portanto não conseguem gerar potência elétrica considerável.

● Os sistemas à montante são os mais utilizados, gerando portanto primeiro energia elétrica através da queima de combustíveis e então utiliza-se o calor que sobra do processo para aquecer processos industriais além de shoppings, hospitais, hotéis e supermercados.




Cogeração com Turbinas a Gás

● Geração Termelétrica com turbinas a gás apresentam eficiência elétrica de 20%.

●Através de cogeração pode-se aproveitar 60% de eficiência térmica sem nenhuma redução da eficiência elétrica.

●Portanto, a eficiência energética global chega à 80%.




Cogeração com Turbinas a Vapor

● Geração Termelétrica com Turbinas a Vapor apresentam eficiência elétrica de 28%.

●Através de Cogeração pode-se aproveitar 62% de eficiência térmica, porém aumenta-se em 8% as perdas elétricas.

●Ainda assim, o ganho do método é considerável, com eficiência energética global de 82%.




Cogeração com Motores de Combustão Interna

● Geração Termelétrica com Motores de Combustão Interna apresentam eficiência elétrica de 36%.

● Através de Cogeração pode-se aproveitar 40% de eficiência térmica, sem diminuição da eficiência elétrica.

● Logo, tem-se eficiência energética global de 76%.




Critérios para a Viabilidade de Cogeração:

● Tarifas de eletricidade da concessionária;

● Preço do calor;

●Combustíveis empregados – Preço e Disponibilidade;





● Eficiência na geração de eletricidade;

● Produção de calor útil por unidade de energia elétrica produzida;

● Investimentos em implantação, operação e manutenção;





● Nível esperado de retorno financeiro;

EM DESTAQUE ATUALMENTE:EM DESTAQUE ATUALMENTE:

● Incentivos Fiscais;Incentivos Fiscais;

● Impactos Ambientais (Sustentabilidade);Impactos Ambientais (Sustentabilidade);




Conclusões

● Apesar de ser uma tecnologia já conhecida há décadas, recentemente vem recebendo maior atenção devido às questões atuais de produção de energia com sustentabilidade e consequentemente a cogeração tem recebido incentivos fiscais do governo




Conclusões

● Os métodos de Cogeração são em essência os métodos de Geração Termelétrica como Turbinas, a Gás, Turbinas a Vapor e Motores de Combustão Interna, com exceção do fato de que em Cogeração utiliza-se não somente a energia elétrica, porém também a energia térmica resultante.




Conclusões ● A cogeração utiliza energia que seria simplesmente jogada fora, portanto geralmente ela tem um impacto ambiental muito positivo.

● A cogeração em alguns casos chega a dobrar a capacidade de produção de energia.




OBRIGADO PELA ATENÇÃO! OBRIGADO PELA ATENÇÃO!



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