Aula 8d Parte 2 2008

ENE 5703 Usos finais e demanda de energia 2ª parte

Roteiro • Fundamentos • Serviço energético • Estatísticas • Tecnologia ENE 5703 2008 2 Prof. Ildo Luís Sauer

Fundamentos • Combina a geração de eletricidade com a utilização do calor resultante da geração em processos e serviços. • Também chamada geração “on-site” oferece uma solução que permite a diminuição de impactos ambientais. • Dimensionada do pequeno ao grande porte permite obter maior eficiência no processo como um todo. • Enfrenta algumas barreiras no Brasil como desconhecimento, custo da energia hidráulica, ausência de facilidades e garantias para venda do excedente de eletricidade e principalmente falta de projetos incentivando sua utilização. • Os principais fatores de penetração desta tecnologia dependem do custo da eletricidade e da demanda casada entre produção de energia e calor, e é claro da complexidade das instalações. ENE 5703 2008 3 Prof. Ildo Luís Sauer

Fundamentos Perda: 70% Combustível Consumo 30% Energia Perda: 10% Elétrica Com Cogeração Sem Cogeração PROCESSO DE PRODUÇÃO DE 30% Energia Combustível ENERGIA ELÉTRICA Elétrica Consumo Perda: 30% 60% Energia Térmica PROCESSO DE PRODUÇÃO DE Combustível ENERGIA Consumo 70% Energia Térmica PROCESSO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA TÉRMICA ENE 5703 2008 4 Prof. Ildo Luís Sauer

Potencial da cogeração US$/kW Termodinâmico Técnico Econômico De Mercado MW ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 5 Sauer

Potencial da cogeração ENE 5703 2008 6 Prof. Ildo Luís Sauer

Ciclos topping e bottoming Bottoming Topping O fluxo de calor do combustível é usado O combustível é usado para gerar energia para gerar calor de processo a alta elétrica e o calor gerado é utilizado em temperatura. Na exaustão podem ser processos térmicos. aproveitados na produção de energia elétrica ou mecânica. Vapor A.P En. Elétrica Eletricidade ou Mecânica Comb. N N Comb. Caldeira Vapor B.P. Processo Vapor Cald. Calor Recup. Residual Calor Residual Vapor Cald. Processo Recup. En. Elétrica ou Mecânica N Comb. Processo ENE 5703 2008 7 Prof. Ildo Luís Sauer

Ciclos topping e bottoming Topping Combustível Perdas Gases ou Sistema de Geração Sistema de Uso de de Eletricidade Vapor Calor de Processo Trabalho Calor Útil Bottoming Combustível Perdas Gases ou Sistema de Uso de Sistema de Geração Calor de Processo Vapor de Eletricidade Calor Útil Trabalho ENE 5703 2008 8 Prof. Ildo Luís Sauer

Potenciais usuários Setor Terciário Indústria Shopping Centers Química e Petroquímica Hotéis Perfumaria Edifícios de Escritório e Apartamentos Têxtil Universidades Produtos Alimentícios Hospitais Bebidas Outras que demandem calor Fumo Cimento Produtos Cerâmicos Outros minerais não metálicos Metalurgia Material Elétrico Celulose e Papel Borracha ENE 5703 2008 9 Prof. Ildo Luís Sauer

Requisitos de temperatura de saída do vapor por ramo industrial Indústria Temp.Saída (°C) Química e Petroquímica 200 Perfumaria 200 Têxtil 200 Produtos Alimentícios 200 Bebidas 200 Fumo 200 Cimento 160 Produtos Cerâmicos 160 Outros minerais não metálicos 160 Metalurgia 160 Material Elétrico 160 Celulose e Papel 200 Borracha 200 ENE 5703 2008 10 Prof. Ildo Luís Sauer

Possibilidades ENE 5703 2008 11 Prof. Ildo Luís Sauer

Potencial de eficácia por tipo de indústria 9 8 Energia Térmica / Energia Elétrica 7 Celulose Papel e 6 5 Açúcar e Alcool 4 Química 3 2 1 Alimentos Têxteis 0 ENE 5703 2008 16 Prof. Ildo Luís Sauer

Estatísticas Cogeração no Mundo Capacidade Instalada País (MW)] Participação Total () EUA 60.000,0 7,0 Espanha 210,0 5,0 Portugal 500,0 10,0 Grécia 220,0 4,4 Holanda 6.600,0 35,0 Alemanha 14.000,0 11,0 Itália 10.000,0 11,0 Reino Unido 3.300,0 3,6 Dinamarca 5.400,0 27,0 Fonte: ALCKMIN J.T. - EFEI 1998 ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 17 Sauer

Estatísticas Cogeração - Brasil - MW Potencial Potencial Termodinâmico Técnico Potencial de Mercado Sistemas Autoprodução(anual) PIE Setores Convencionais Eficientes 1999 1999 2004 2009 2004 Alimentos/Bebi das 6.573,0 28.660,0 4.020,0 995,0 1.175,0 1.175,0 25,0 Químico 3.452,0 12.542,0 1.581,0 389,0 1.141,0 1.141,0 440,0 Refino - - 4.283,0 171,0 428,0 428,0 3.855,0 Siderúrgico 7.101,0 25.801,0 875,0 341,0 695,0 695,0 - Papel/Papelão 2.694,0 8.389,0 1.740,0 718,0 1.189,0 1.654,0 - Cimento 1.385,0 5.030,0 nd nd nd nd nd Têxtil 258,0 1.123,0 nd nd nd nd nd Total 21.463,0 81.545,0 12.499,0 2.614,0 4.628,0 5.093,0 4.320,0 Fonte: ELETROBRÁS - Plano Decenal de Expnsão 2000-2009 ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 18 Sauer

Tecnologia Produção simultânea de energia (óleo, GN, biomassa) elétrica e térmica (calor/frio) a partir de insumos energéticos como: GN, GLP, Óleos Combustíveis, Diesel, Caldeira Gasolina, Biomassa, etc. Rendimento até 85% 10t/h Motores a combustão Gerador Turbina Elétrico Turbina a Combustão 1 MW Vapor Pressão (81, 60, 42 kgf/cm2) Turbina a Vapor 10t/h Micro-turbina Vapor para Processo (7,10,12, 15 kgf/cm2) Célula combustível Esquema típico de Cogeração Ciclos combinados ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 19 Sauer

Motores a Combustão • Ciclo otto ou diesel • Potência até 60 MW • Primeiras unidades desenhadas inicialmente para transporte, convertidas posteriormente para geração. • Unidades de grande porte desenhadas especificamente para geração • Utilizados em plantas industriais para suprir energia • Na cogeração fornece: • Água quente a 195° F, • Vapor a 265° F • Calor a alta temperatura para uso em processos através de gases entre 930 a 1,000° F ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 20 Sauer

Motor a combustão diagrama de Sankey ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 21 Sauer

Turbinas a gás • Derivadas de turbinas da indústria aeronáutica produzem energia elétrica em modo estacionário • Potência de 1 a 100 MW • Até 1 MW – micro-turbinas • 1 a 15 MW – turbinas industriais • Acima 15 - Geração • Baixo custo de instalação • Baixos índices de emissão • Alta recuperação de calor • Pouca Manutenção • Baixa eficiência na produção de energia elétrica • Uso frequente na cogeração para geração na ponta e em ciclos combinados ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 22 Sauer

Turbinas a gás diagrama de Sankey ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 23 Sauer

Turbinas a Vapor O acionamento da turbina se produz pela expansão do vapor de alta pressão procedente de uma caldeira convencional. A energia mecânica gerada pode receber as mesmas aplicações que no caso da turbina a gás, entretanto, o vapor de baixa ou média pressão procedente das turbinas somente é utilizável em um processo industrial quando o mesmo necessitar de vapor ou energia térmica a um nível relativamente baixo de temperatura, determinado pela temperatura de saturação do vapor, que nas condições usuais é inferior à 200°C. Fonte: L.A Horta Nogueira e A.R Silva Martins, 1997. ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 24 Sauer

Micro-turbina Oferecem possibilidade de geração até 1MW, sendo comum encontrarmos micro- turbinas para valores entre 50 kW e 250 kW Fonte: Arlindo S. para ENE 5713, 2002.. ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 25 Sauer

Micro-turbinas Fonte: Arlindo S. para ENE 5713, 2002.. ENE 5703 2008 26 Prof. Ildo Luís Sauer

Micro-turbinas Fonte: Arlindo S. para ENE 5713, 2002.. ENE 5703 2008 27 Prof. Ildo Luís Sauer

Célula de combustível Fonte: Arlindo S. para ENE 5713, 2002.. ENE 5703 2008 28 Prof. Ildo Luís Sauer

Célula de combustível Fonte: Arlindo S. para ENE 5713, 2002.. ENE 5703 2008 29 Prof. Ildo Luís Sauer

Tecnologia Fonte: Arlindo S. para ENE 5713, 2002.. ENE 5703 2008 30 Prof. Ildo Luís Sauer

Ciclos combinados Fonte: Arlindo S. para ENE 5713, 2002.. ENE 5703 2008 Prof. Ildo Luís 31 Sauer

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