cogeraÇÃo como opÇÃo tecnolÓgica eficiente e complementar
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Universalização do Atendimento de Energia Elétrica e Geração Distribuida - UNICAMP. COGERAÇÃO COMO OPÇÃO TECNOLÓGICA EFICIENTE E COMPLEMENTAR. Manoel Regis Lima Verde Leal Campinas, 6 de abril de 2004. Conceito de Cogeração de Energia. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
COGERAÇÃO COMO OPÇÃO COGERAÇÃO COMO OPÇÃO TECNOLÓGICA EFICIENTE E TECNOLÓGICA EFICIENTE E
COMPLEMENTARCOMPLEMENTAR
Manoel Regis Lima Verde LealManoel Regis Lima Verde Leal
Campinas, 6 de abril de 2004Campinas, 6 de abril de 2004
Universalização do Atendimento de Energia ElétricaUniversalização do Atendimento de Energia Elétrica e Geração Distribuida - UNICAMPe Geração Distribuida - UNICAMP
Conceito de Cogeração de EnergiaConceito de Cogeração de Energia
• A cogeração de energia é a obtenção de A cogeração de energia é a obtenção de várias formas secundárias de energia (calor, várias formas secundárias de energia (calor, eletricidade, trabalho) de forma integrada a eletricidade, trabalho) de forma integrada a partir de uma única fonte primária partir de uma única fonte primária (combustível).(combustível).
Geração x CogeraçãoGeração x Cogeração
Energia do Combustível
100 %
Energia Elétrica30 – 45 %
Perdas 70 – 55 %
Energia Elétrica
Geração
Energia do Combustível
100 %
Energia Térmica 80 – 90 %
Perdas20 – 10 %
Energia Térmica
Geração x CogeraçãoGeração x CogeraçãoCogeração
Energia do Combustível
100 %Energia Térmica
Perdas10 – 30 %
Energia Térmica e Elétrica
EnergiaElétrica
Seleção do Tipo de Sistema de Seleção do Tipo de Sistema de CogeraçãoCogeração
• Parâmetros importantes:Parâmetros importantes:– Tipo de combustível disponível: sólido, líquido, Tipo de combustível disponível: sólido, líquido,
gás.gás.– Relação energia térmica / energia elétrica.Relação energia térmica / energia elétrica.– Tipo de energia térmica requerida: gás quente, Tipo de energia térmica requerida: gás quente,
vapor (p, t), frio.vapor (p, t), frio.– Capacidade.Capacidade.– Custo dos combustíveis disponíveis.Custo dos combustíveis disponíveis.– Custo da energia elétrica.Custo da energia elétrica.
Cogeração em Usinas - HistóricoCogeração em Usinas - Histórico
• PassadoPassado– Energia térmica: obtida a partir do bagaço, Energia térmica: obtida a partir do bagaço,
complementado por lenha ou combustível fóssil.complementado por lenha ou combustível fóssil.– Energia elétrica: comprada da concessionária.Energia elétrica: comprada da concessionária.
• HojeHoje– Cogeração na safra: autosuficiência em energias Cogeração na safra: autosuficiência em energias
térmica e eletromecânica, a partir do bagaço.térmica e eletromecânica, a partir do bagaço.
Cogeração em Usinas - HistóricoCogeração em Usinas - Histórico
• FuturoFuturo– Cogeração na safra: autosuficiência + venda de Cogeração na safra: autosuficiência + venda de
excedentes de energia elétrica.excedentes de energia elétrica.– Geração na entressafra: venda de excedentes de Geração na entressafra: venda de excedentes de
energia elétrica.energia elétrica.– Combustível: bagaço, palha de cana, gás natural.Combustível: bagaço, palha de cana, gás natural.– Tecnologias avançadas: gaseificação / turbinas a Tecnologias avançadas: gaseificação / turbinas a
gás em ciclo combinado.gás em ciclo combinado.
Cenário Médio AtualCenário Médio Atual
• Pressão de operação:Pressão de operação: 22 bar / 300 C 22 bar / 300 C• Auto-suficiente em energia térmica e elétricaAuto-suficiente em energia térmica e elétrica• Consumo de energia elétrica:Consumo de energia elétrica: 12 kWh/tc12 kWh/tc• Consumo de energia mecânica: 16 kWh/tcConsumo de energia mecânica: 16 kWh/tc• Consumo de energia térmica:Consumo de energia térmica: 330 kWh/tc 330 kWh/tc
(500 kg vap /tc) (500 kg vap /tc)• Sobra de bagaço:Sobra de bagaço: 55 % %• Utilização palha:Utilização palha: não não
Distribuição da Energia na UsinaDistribuição da Energia na Usina
Energiado
Bagaço585 kWh/tc
(100%)
Sobra deBagaço
29 kWh/tc(5%)
Partidas eParadas
58 kWh/tc(10%)
Perdas naCaldeira
88 kWh/tc(15%)
EnergiaDo Vapor
410 kWh/tc(70%)
EnergiaEletromecânica
28 kWh/tc(5%)
Energia TérmicaPara o Processo
330 kWh/tc (56%)
Perdas Térmicas52 kWh/tc
(9%)
Alternativas de Geração de Energia Alternativas de Geração de Energia Elétrica ExcedenteElétrica Excedente
TecnologiaTecnologia OperaçãoOperaçãoConsumo Consumo Processo Processo
kgv/tckgv/tc
Excedente Excedente Energia Energia kWh/tckWh/tc
Potencial BrasilPotencial Brasil% %
Consumo Consumo BrasilBrasilGWhGWh MWMW
22bar-300C 22bar-300C TG TG
ContrapressãoContrapressãoSafraSafra 500500 0 – 100 – 10 3 0003 000 700700 11
80bar-480C 80bar-480C TG TG
ContrapressãoContrapressão
SafraSafra500500 40 – 6040 – 60 18 00018 000 4 5004 500 66
80bar-480C 80bar-480C TG TG
CondensaçãoCondensaçãoAno todoAno todo 340340 100 – 150100 – 150 45 00045 000 6 0006 000 1515
BIG/GTBIG/GT Ano todoAno todo < 340< 340 200 - 300200 - 300 90 00090 000 12 00012 000 3030
Obs.: Consumo residencial médio 150 kWh/mêsConsumo nacional de energia elétrica 310 10³ GWh/ano (BEN 2002) Moagem anual de 300 milhões de toneladas de cana
Balanço Energético das AlternativasBalanço Energético das Alternativas
Energia Útil (kWh/tc)Energia Útil (kWh/tc)
AlternativaAlternativa EletromecânicaEletromecânica TérmicaTérmica TotalTotal EM/ETotalEM/ETotal
22bar-300C TG 22bar-300C TG ContrapressãoContrapressão 2828 330330 358358 0,080,08
80bar-480C TG 80bar-480C TG ContrapressãoContrapressão 9090 330330 420420 0,210,21
80bar-480C TG 80bar-480C TG ContrapressãoContrapressão 6363 230230 293293 0,210,21
80bar-480C TG 80bar-480C TG CondensaçãoCondensação 180180 230230 410410 0,440,44
BIG/GTBIG/GT 333333 184184 517517 0,640,64
Redução Consumo ProcessoRedução Consumo Processo
Energia Bruta Total
Energia Elétrica/Mecânica
Energia Térmica
Perdas
Aumentar Geração E.E.
Diagrama das TecnologiasDiagrama das Tecnologias
• Convencional – cogeração só safra.Convencional – cogeração só safra.
• Condensação/Extração – geração o ano todo.Condensação/Extração – geração o ano todo.
• BIG/GT – geração o ano todo.BIG/GT – geração o ano todo.
Convencional – Cogeração SafraConvencional – Cogeração Safra
Bagaço Caldeira
TG – Extração e contrapressão
Vapor 82 bar
Vapor 22 bar
Vapor 2,5 barProcesso
Turbinas AM
Convencional – Condensação ano todoConvencional – Condensação ano todo
BagaçoPalha
Caldeira
TG – Extração e condensação
Vapor 82 bar Vapor 22 bar
Vapor 2,5 barProcesso
Turbinas AM
Condensador
Torre de resfriamento
BIG/GT – ano todoBIG/GT – ano todoBagaçoPalha
TG – Extração e condensação
Vapor 82 bar
Vapor 22 bar
Vapor 2,5 barProcesso
Turbinas AM
Condensador
Sistema de Gaseificação
e Limpezade Gás
Caldeira de recuperação de
calor
TG a gás
Gás limpo
Torre de resfriamento
Logística do CombustívelLogística do Combustível
Bagaço Excedente (50% umid)Bagaço Excedente (50% umid) kg/tckg/tc kWhkWhtérmtérm/tc/tc
500 kgv/tc500 kgv/tc 1414 3030
340 kgv/tc340 kgv/tc 125125 260260
280 kgv/tc280 kgv/tc 150150 320320
Palha Recolhida (15 % de umidade)Palha Recolhida (15 % de umidade)
50 %50 % 8585 300300
70 %70 % 115115 415415
Principais EquipamentosPrincipais EquipamentosConvencional – safraConvencional – safra Convencional - anoConvencional - ano BIG/GT - anoBIG/GT - ano
GaseificadorGaseificador
Sist. Limpeza gasesSist. Limpeza gases
TG a gásTG a gás
Caldeira APCaldeira AP Caldeira APCaldeira AP Caldeira recuperaçãoCaldeira recuperação
TG extração/cpTG extração/cp TG extr/condensaçãoTG extr/condensação TG extr/condensaçãoTG extr/condensação
CondensadorCondensador CondensadorCondensador
Sistema resfriamentoSistema resfriamento Sistema resfriamentoSistema resfriamento
Tratamento d’águaTratamento d’água Tratamento d’águaTratamento d’água Tratamento d’águaTratamento d’água
SubestaçãoSubestação SubestaçãoSubestação SubestaçãoSubestação
Equipamento redução Equipamento redução consumo processoconsumo processo
Equipamento redução Equipamento redução consumo processoconsumo processo
US$ 500 a 600 / kWinst.US$ 500 a 600 / kWinst. US$ 600 a 800 / kWinst.US$ 600 a 800 / kWinst. US$ 2 500 / kWinst.US$ 2 500 / kWinst.
Perspectivas de Melhorias e Perspectivas de Melhorias e Redução de Custos do BIG/GTRedução de Custos do BIG/GT
• Curva de aprendizadoCurva de aprendizado
• Melhoria nas turbinas a gásMelhoria nas turbinas a gás
• Co-combustão com Gás NaturalCo-combustão com Gás Natural
FONTE: NAKICENOVIC ET. AL.
Curvas de AprendizadoCurvas de Aprendizado
Usina ModernaUsina Moderna
• Eletrificação de acionamentosEletrificação de acionamentos
• Redução do consumo de vapor de processoRedução do consumo de vapor de processo
• Colheita de cana sem queimar com Colheita de cana sem queimar com recolhimento de palharecolhimento de palha
• Uso do biogásUso do biogás
• Uso do gás naturalUso do gás natural
• Outros produtosOutros produtos
Aspectos Econômicos – 1 t de Aspectos Econômicos – 1 t de canacana
R$R$
80 l álcool80 l álcool 5656
50 a 150 kWh50 a 150 kWh 5 a 155 a 15
25 a 75 kg CO25 a 75 kg CO22 evitado evitado 0,40 a 1,200,40 a 1,20
FIM !FIM !