Universidade Federal do Paraná BIOMASSA. Disciplina: Planejamento de Sistemas Elétricos de Potência Aluno: Paulo Ricardo Vriesman da Silva

Transcrição

1 Universidade Federal do Paraná BIOMASSA Disciplina: Planejamento de Sistemas Elétricos de Potência Aluno: Paulo Ricardo Vriesman da Silva Curitiba, Julho de 2013

2 AGENDA - INTRODUÇÃO - BAGAÇO DA CANA-DE-AÇÚCAR - LICOR NEGRO - BIOGÁS - BIOMASSA PANORAMA MUNDIAL - BIOMASSA PANORAM NACIONAL - TECNOLOGIAS - PREÇOS - LEILÕES - IMPACTOS AMBIENTAIS

3 Biomassa: é todo recurso renovável oriundo de matéria orgânica (de origem animal ou vegetal) que pode ser utilizada na produção de energia.

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5 A biomassa pode ser: Biomassa sólida: produtos e resíduos da agricultura, resíduos de florestas e a fração biodegradável dos resíduos industriais e urbanos. Biocombustíveis gasosos: efluentes agropecuários, agroindustriais e resíduos sólidos urbanos. Biocombustíveis líquidos: biodisel e éter metílico, que pode ser obtido através do girassol.

6 Aspectos importantes para utilização da biomassa para fins energéticos: - Composição química elementar; - Composição química imediata; - Teor de umidade; - Base seca; - Base úmida; - Poder calorífico;

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8 Bagaço da cana-de-açúcar como fonte de energia - O bagaço da cana é o resíduo sólido que remanesce da moagem da cana-de-açúcar nas usinas de açúcar e destilarias de álcool etílico no país. - Inicialmente, o bagaço era considerado um resíduo industrial, e queimado nas próprias usinas para geração de calor, para evitar os transtornos que trazia para indústria;

9 - Devidoascrisesdopetróleoeparadiminuiros custos de produção no setor sucroalcooleiro, o bagaço começou a ser usado como subproduto, especialmente como insumo energético. - A venda do excedente de energia elétrica como novo negócio, de forma bastante tímida, surgiu no final dos anos 80. Somente passou a ser seriamente discutida como uma fonte alternativa interessante a partir de 2001, quando o país passou por sérias dificuldades de oferta de energia e foi necessária a implementação de um severo programa de racionamento no consumo da energia elétrica e de racionalização de seu uso.

10 O bagaço tem uma composição que depende da variedade da cana-de-açúcar, do método de colheita e da eficiência das moendas da fábrica. Sua constituição é de fibra ou celulose, água, açúcares e impurezas, e sua umidade encontra-se geralmente em torno de 40 50% de umidade.

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12 A relação entre a quantidade de bagaço e a produtividade da cana-de-açúcar pode ser estabelecida pela variedade da cana-de-açúcar e sua proporção de fibras. Onde: Qb= quantidade de bagaço produzida, t Pc= produtividade da cana-de-açúcar, t Fc= teor de fibra da cana-de-açúcar, tfibra/tcana, % Ub= teor de umidade do bagaço, tágua/tbagaçoúmido, %

13 Obagaço como combustível apresenta as seguintes características: (a) produção de bagaço por tonelada de cana-deaçúcar processada: 250 a 260 kg.t-1; (b) energia útil contida no vapor gerado: 4,79 MJ.kg- 1 de bagaço; (c) produção de vapor por kg de bagaço: 1,9 kg vapor por kg de bagaço; (d) poder calorífico inferior (bagaço úmido): 7,53 MJ.kg-1; (e) poder calorífico inferior (bagaço após secagem): 10,56 MJ.kg-1.

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15 Obtenção de Energia através da cana-de-açúcar - A cana é colhida manualmente ou mecanicamente e encaminhada para a indústria. - A cana passa pela moenda ou difusor para a fabricação de açúcar e álcool, obtendo-se como subproduto o bagaço. - O bagaço, o mesmo é encaminhado para a queima na caldeira onde produz o vapor. - Esse vapor é encaminhado para as turbinas localizadas na casa de força, onde será transformada em energia mecânica. Essa por si está conectada a redutores de velocidade para a conexão com o gerador elétrico, havendo assim a produção de eletricidade.

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17 Fonte: Matriz Energética Nacional MME

18 Cana-de-açúcar no Brasil Produção por região Fonte: Companhia Nacional de Abastecimento - CONAB / Source: National Supply Company Retirado do balanço energético do Paraná-2010

19 Fonte: Balanço energético do Paraná 2010

20 Fonte: CENTRO NACIONAL DE REFERÊNCIA EM BIOMASSA CENBIO. Panorama do potencial de biomassa no Brasil. Brasília; Dupligráfica, p. (adaptado) Retirado do Site da Aneel

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22 Vantagens - Atendimento da necessidade nacional de geração de energia elétrica a partir de novas fontes energéticas; - Produção de energia elétrica com tecnologia totalmente limpa; - Produção de energia elétrica, sobretudo na época de menor pluviosidade; - Ganho de competitividade no setor sucroalcooleiro mundial; - Utilização de tecnologia totalmente nacional, preservando empregos locais e desonerando a balança de pagamentos do País.

23 Desvantagens - Demora para se conseguir financiamentos para os investimentos; - Incertezas quanto à real capacidade de absorção pelo mercado da energia gerada pelo setor canavieiro; - Insuficiência do lucro para cobrir os custos operacionais e permitir a amortização dos investimentos.

24 Licor Negro É um subproduto do processo de tratamento químico da indústria de papel e celulose. Consiste na mistura de compostos químicos inorgânicos de digestão, resíduos de madeira dissolvida (lignina) e outro tipo de matéria orgânica separada da madeira durante o cozimento no processo Kraft(processo sulfato de fabricação de celulose).

25 O cozimento é feito em um reator, ou digestor, a temperaturas próximas de 180 ºC e na presença de hidróxido de sódio e sulfureto de sódio em solução aquosa. A partir do tratamento da madeira no digestor obtém-se uma pasta crua e uma solução escura(o licor negro).os elementos que o constituem são compostos orgânicos de sódio e de enxofre, carbonato de sódio (Na2CO3), sulfeto de sódio (Na2S), sulfato de sódio (Na2SO4), ácido sulfídrico (H2S) e tiossulfato de sódio(na2s2o3).

26 Fonte: CARRAZZA, L, NASCIMENTO, L ; Licor Negro: Origem e Uso em Geração Energética.

27 Fonte: CARRAZZA, L, NASCIMENTO, L ; Licor Negro: Origem e Uso em Geração Energética.

28 As propriedades termofísicas do licor negro que mais influenciam na eficiência do processo de recuperação são: - a composição química; -adensidade; - elevação do ponto de ebulição; - capacidade calorífica( calor específico); - viscosidade; - condutibilidade térmica; - tensão superficial;

29 O licor Negro é processado e preparado para ser queimado como combustível nas caldeiras de recuperação que funcionam como um reator químico para a recuperação dos inorgânicos e em sua combustão gera vapor superaquecido para o processo que é utilizado na geração de energia elétrica. Fonte: CARRAZZA, L, NASCIMENTO, L ; Licor Negro: Origem e Uso em Geração Energética.

30 Fonte: Aneel 2008

31 Fonte: CARRAZZA, L, NASCIMENTO, L ; Licor Negro: Origem e Uso em Geração Energética.

32 Vantagens -Recuperação e reutilização de inorgânicos, evitando desperdícios de reagentes químicos; -Sustentabilidade ambiental; -Geração de Energia Elétrica; -Viabilidade Econômica da Indústria de Papel e Celulose; -Diversificação da Matriz Energética; -Redução da Dependência dos Combustíveis Fósseis.

33 Biogás É um gás natural proveniente da fermentação anaeróbica (na ausência de ar) de dejetos animais, resíduos vegetais e de lixo industrial ou residencial em condições adequadas de umidade.

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36 Etapas para obtenção do biogás: - Liquefação: é o período onde ocorre a transformação de substâncias complexas em substâncias mais simples, através de bactérias; - Acidulação :nesta fase as bactérias produtoras de ácidos degradam moléculas de proteínas, gorduras e carboidratos em ácidos orgânicos; - Gaseificação: os ácidos formados na fase anterior são metabolizados pelas bactérias metânicas, anaeróbicas e de vital importância na produção do gás metano;

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38 Fonte: Site Aneel

39 Vantagens -É considerada uma fonte limpa de energia, pois a emissão de gases poluentes e bem menor em comparação com a queima de combustíveis fósseis. -É um importante substituto para os combustíveis derivados de petróleo (gasolina e diesel). -Instalado em propriedades rurais, pode ser uma fonte de renda para agricultores que podem vender o biogás. - Finalidade útil aos aterros sanitários. - Possibilita a geração de fertilizantes. -É uma alternativa ao uso do GLP (gás de cozinha).

40 Desvantagens -O sistema de armazenamento é complexo e de valor elevado. -O sistema de produção também de alto custo no Brasil. -Há emissão dedióxido de Carbono(CO2).

41 Biomassa Panorama Mundial

42 Fonte: AGÊNCIA INTERNACIONAL DE ENERGIA AIE. Nuclear power: sustainability, climatechangeandcompetition. Paris: IEA/OECD, 1998.

43 Fonte: LAZARO, L. P., Biomassa como fonte de energia, UFPA, 2005.

44 Fonte: Núcleo de Estudos Estratégicos de Energia / SPE/MME

45 Biomassa Panorama Nacional Usinas instaladas; - Potência Total: ,70 kw

46 Fonte: Núcleo de Estudos Estratégicos de Energia / SPE/MME

47 Fonte: Núcleo de Estudos Estratégicos de Energia / SPE/MME

48 Fonte: Elaborado com base em dados da AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA ANEEL. Banco de Informações de Geração BIG Disponível em:

49 Fonte: PDE2021- EPE

50 Tecnologias Tecnologias de Aproveitamento Combustão direta: combustão é a transformação da energia química dos combustíveis em calor, por meio das reações dos elementos constituintes com o oxigênio fornecido. Gaseificação: é um processo de conversão de combustíveis sólidos em gasosos, por meio de reações termoquímicas, envolvendo vapor quente e ar, ou oxigênio, em quantidades inferiores à estequiométrica (mínimo teórico para a combustão). Pirólise: consiste em aquecer o material original (normalmente entre 300 C e 500 C), na quase-ausência de ar, até que o material volátil seja retirado.

51 Digestão anaeróbia: a digestão anaeróbia, assim como a pirólise, ocorre na ausência de ar, mas, nesse caso, o processo consiste na decomposição do material pela ação de bactérias. Fermentação: fermentação é um processo biológico anaeróbio em que os açúcares de plantas como a batata, o milho, a beterraba e, principalmente, a cana de açúcar são convertidos em álcool, por meio da ação de microrganismos(usualmente leveduras).

52 Tecnologia quanto a conversão Biomassa Sólida: Centrais térmicas de grelha fixa, móvel ou incinada - Distribuição do ar é homogênea; - Seguro, simples e barato; -Apto a queimar diferentes tipos de combustível (cavacos, serragem, cascas de arroz, palhas; - Sistema de extração de cinzas. Centrais térmicas de Leito fluidizado - Liberdade de escolha do combustível. - Fácil retirada do enxofre.

53 Biocombustível gasoso

54 BiocombustívelLíquido MotoresdeciclodeOtto O gás da queima do combustível líquido é injetado juntamente com o ar. Ele substitui integralmente a gasolina e qualquer motor produzido comercialmente pode ser utilizado com pequenas modificações. A dificuldade maior é encontrar grupos-geradores com motores acima de 30 kw. Isso faz com que essa tecnologia seja possível de aplicação para potências na faixa de 1 25 kva.

55 Preços - US$ 1.400,00 por kw instalado - US$ 65,00 e US$ 80,00 por kwh gerado - Considerando a evolução nos custos internacionais de biomassa e da tecnologia, as projeções futuras indicam que, em 2030, o custo poderá cair para US$ 1100/kw, quando o kwh de energia produzida atingiria, a valores de hoje, US$0,04/ kwh.

56 Leilões

57 Impactos Ambientais Com a utilização em larga escala da biomassa em grandes empreendimentos sem as devidas preocupações ambientais, o resultado pode ser destruição de faunas e floras com extinção de espécies, contaminação do solo e mananciais de água por uso de adubos e defensivos e manejo inadequado.

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