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Eng. MSc. Flávio Neves Teixeira
INTRODUÇÃO A COGERAÇÃO
Os sistemas de cogeração são aqueles em que se faz, simultaneamente, e de forma seqüenciada, a geração de energia elétrica ou mecânica e energia térmica (calor de processo e/ou frio), a partir da queima de um combustível tal como os derivados de petróleo, o gás natural, o carvão ou a biomassa.
Vantagens da Cogeração
• Aproveitamento ótimo do combustível• Independência da indústria da rede elétrica• Possibilidade de venda de energia, obtendo
receita adicional• Solução para problemas de confiabilidade• Solução para a instalação de projetos onde
não há disponibilidade de energia
Co-generationThe principle
Power station42%
boiler90%
Conventionalproduction Cogeneration
Electricity35%
Heat55%
100
fuel
Total100
Energy saving = (144 - 100)144 = 30%
35
55
electricity
heat
83
61
Fuel
Total144
SISTEMAS DE COGERAÇÃO
SISTEMAS DE COGERAÇÃO
Superior (“Topping”) e Inferior (“Bottoming”)
Co-generationThe best solution for CO2 reduction
A B C D E F
% efficiency
0
20
40
60
80
100
% e
ffici
ency
0
200
400
600
800
1000
CO
2-em
issi
on (k
g/M
Wh) CO2-emissions
A Coal-fired steam turbineB New clean coal-fired stationC Coal gasification/steam turbine
D New gas combined cycle (CCGT)E Coal cogenerationF Gas cogeneration
Available and Forthcoming Technologies
Gas TurbinesSteam Turbines
Combined Cycles
Engines (Diesel, Otto)
Micro turbines Stirling EnginesFuel Cells
A cogeração no mundo e no Brasil
HISTÓRICO
Com a proliferação das grandes centrais elétricas e das linhas de transmissão e distribuição, que conseguiam fornecer energia abundante, confiável e barata, os sistemas de cogeração foram gradualmente perdendo participação, caindo nos Estados Unidos para aproximadamente 3 % no início da década de 70 e, já na década de 80, estes sistemas representavam somente 10 % da geração elétrica mundial (Nogueira e Santos, 1987).No entanto, esta situação começou a ser modificada a partir do primeiro choque do petróleo em 1973, reforçada em 1978 pelo segundo choque. Necessitando mudar rapidamente o quadro energético, diversos países criaram programas de conservação de energia, com incentivos que visavam reduzir o consumo e a dependência do petróleo importado. Neste ambiente foi editado em 1978, nos Estados Unidos o NEA - “National Energy Act” contendo basicamente cinco blocos independentes:
• PURPA - Power Utilities Regulatory Policies Act• FUA - Power Plant and Industrial Fuel Use Act• NGPA - Natural Gas Policy Act• NETA - National Energy Tax Act• NECPA - National Energy Conservation Policy Act
Existing Situation and TargetsMember State Share of CHP in the Electricity Market
1994 1998 2010Austria 21% 26% 30%Belgium 11% 4% 10%Denmark 39% 48% 55%Finland 31% 35% 40%France 2% 2% 6%Germany 9% 10% 20%Greece 2% 2% 5%Ireland 1% 2% 10%Italy 11% 17% 25%Luxembourg n.a. n.a.The Netherlands 40% 40% 55%Portugal 10% 13% 20%Spain 5% 12% 20%Sweden 6% 6% 10%United Kingdom 4% 6% 15%
EU 15 Total 9% 10% 18%
HISTÓRICO - BRASIL
De alguns anos para cá, de forma similar aos países desenvolvidos, também no Brasil surgem tendências para incremento da geração de eletricidade de forma distribuída, decorrentes das seguintes causas:
• Forte propensão de aumento das tarifas de eletricidade, considerando o aumento da participação da geração termelétrica na matriz energética brasileira e ainda, a desvalorização cambial, a necessidade de importação de equipamentos e a tarifa do gás natural em dólares;
• A vontade, por parte dos consumidores, de reduzir o custo do suprimento de energia elétrica e de melhorar a confiabilidade desse suprimento, face ao aumento dos preços aplicados pelas concessionárias e às deficiências de geração e transmissão. Em particular, o custo de geração em centrais empregando óleo diesel tornou, em certos casos, mais econômico para o atendimento da ponta por geração local “ad hoc” (geradores de ponta) do que pela concessionária;
• Disponibilidade crescente do gás natural para geração, em virtude do aumento da oferta tanto de origem nacional como externa, da construção de gasodutos para transporte e do desenvolvimento das redes de distribuição;
HISTÓRICO - BRASIL
• A reestruturação institucional do setor elétrico, com a criação das figuras do consumidor livre e do comercializador de energia; oportunidade de livre acesso de produtores independentes e consumidores livres ao sistema de transmissão, pelas novas regras estabelecidas pela ANEEL; legalização da venda de energia elétrica ao mercado por produtores independentes e autoprodutores; permissão legal de distribuição de eletricidade conjuntamente com frio/calor distrital;
• Conscientização dos problemas ambientais, promovendo soluções que tendam a reduzir os impactos ambientais da geração, dentre as quais as que permitem melhor aproveitamento da energia proveniente de combustíveis fósseis ou renováveis;
• Aperfeiçoamento de tecnologias que tornaram competitivas novas fontes e novos processos de geração de energia;
• Progresso da tecnologia eletrônica e conseqüente redução nos custos de sistemas de controle, de processamento e de transmissão de dados, viabilizando a operação de sistemas elétricos cada vez mais complexos.
COMENTÁRIOSAinda não foram criados todos os mecanismos legais que promovam fortemente a
cogeração como uma alternativa importante de suprimento de energia. Percebe-se ainda algumas medidas que, na tentativa de resolver o perigo de uma nova crise, seguem o modelo tradicional de atender a demanda sem se preocupar com a eficiência. Incluso existem medidas contraditórias que inibem o crescimento da cogeração, por exemplo:
• o prazo para a apresentação de projetos com as prerrogativas do PPT aos empreendimentos de cogeração, qualificados pela ANEEL (encerrado em 30 de março de 2002 pela Resolução GCE 101/2002);
• a dificuldade de obtenção de créditos para o investimento em equipamentos importados;• o estabelecimento de uma quota de 4,4 milhões m3/dia de disponibilidade de gás para esse
fim (Resolução GCE 56/2001). De acordo com o trabalho MME (2002) já em 2003 esta reserva já estaria praticamente esgotada;
• o alto valor de contratação de energia de back-up (demanda suplementar de reserva) e a não remuneração pelo custo evitado;
• a rejeição e oposição de grupos ambientalistas e de parte da população a projetos de geração termelétrica, devido a falta de cultura destes sistemas no Brasil. Este problema pode ser resolvido através do esclarecimento e da divulgação, especialmente quanto aqueles de eficiências elevadas, e por conseqüência, com menores impactos ambientais.
EXEMPLOS DE SISTEMAS DE COGERAÇÃO NO BRASIL
Potência Elétrica [kW]
Acionador Vapor [kg/h]
Frio [TR]
Consumo de GN estimado
Investimento estimado
Ilha Plaza Shopping Center 1x950 TG 2.615 1.200 500 [m3/h] US$ 3,3x106
Bergitex tecelagem 6x400 MCI nd nd 400.000 [m3/mês] nd Kaiser Cervejaria 2x2.500 MCI nd nd 37.000 [m3/dia] nd hotel Sheraton 2x830 MCI nd nd 230 [m3/h] R$ 2,5 x106 Jornal o Globo 2x2.600 nd nd nd 2.400.000[m3/mês] US$ 8,0 x106 Shopping Villa-Lobos 2x1.700 nd nd 1.500 800 [m3/h] R$ 7,5 x106 Fabrica da Coca-Cola I 2x1.700 nd nd 560 792 [m3/h] nd Central Globo de Produção 2x2.500 nd nd nd 1.500 [m3/h] nd Fabrica da Coca-Cola II 3x1.620 nd 3.300 870 nd nd Universidade Luterana 1x2.200 + 2x1.200 nd 1.700 415 40.000 [m3/dia] US$ 4,5 x106 Shopping Center Taboão 3.600 nd nd nd 4.900.000 [m3/ano] R$ 14,0 x106
A qualificação dos cogeradores
Eficiência e alocação de custos em sistemas de cogeração
Esquemas e tecnologias de cogeração
Formas de Cogeração
• Caldeira convencional com turbina de contra-pressão
• Caldeira convencional com turbina de condensação com extração
• Turbina a gás com caldeira de recuperação de calor para processo
• Turbina a gás com caldeira de recuperação de calor e turbina a vapor de contra-pressão
• Motor a gás com caldeira de recuperação de calor
Faixa de utilização de acionadores primários em cogeração com relação aos diferentes consumidores
Cogeração com turbinas a vapor
Comparação das diferentes tecnologias de cogeração
Indicadores técnico-econômicos de sistemas de cogeração