IMPACTE AMBIENTAL SOBRE OS RIOS TEJO E DOURO ASSOCIADO ÀS CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS

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1 IMPACTE AMBIENTAL SOBRE OS RIOS TEJO E DOURO ASSOCIADO ÀS CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS Mário N. NINA Professor Associado, Faculdade de Engenharia, Universidade Católica Portuguesa, Rio de Mouro, M. J. VALE Professora Auxiliar, Faculdade de Engenharia, Universidade Católica Portuguesa, Rio de Mouro, RESUMO A implantação e funcionamento de uma central termoeléctrica C.T., pressupõe a existência de uma fonte fria adequada à potência instalada, seja um curso de água ou o oceano, seja a atmosfera. A qualidade desta fonte fria ( temperatura e caudal ) é um factor determinante na obtenção de elevado rendimento na conversão calor electricidade. Em Portugal, as sucessivas centrais termoeléctricas foram sendo instaladas junto aos rios Douro e Tejo, na proximidade dos grandes centros de consumo. São disto exemplos as C.T. Tapada do Outeiro (1960 e 1998) e C.T. do Carregado (1966 e 2003). Entre os impactes resultantes do funcionamento das centrais termoeléctricas junto a rios, destacam-se o consumo de água, a emissão de efluentes e a elevação da temperatura da água, impactes que podem ter efeitos apreciáveis tanto na flora como na fauna aquáticas. As duas tecnologias de fonte fria disponíveis para este nível de potência são o condensador arrefecido directamente pela água extraída do rio e devolvida a este a jusante e a torre de arrefecimento aberta que requer um apreciável caudal de água para compensar a perda associada ao processo psicrométrico de arrefecimento evaporativo. Com o sucessivo aumento da potência termoeléctrica instalada junto aos rios Tejo e Douro, é oportuno fazer um balanço da situação actual e da perspectiva futura, nomeadamente porque estes impactes são particularmente sensíveis na época de baixos caudais, que em Portugal coincidem com uma acrescida solicitação à produção termoeléctrica. O presente trabalho discute e quantifica esta evolução, procurando contribuir para a escolha de soluções energéticas com menor impacte ambiental. Palavras Chave: Impacte Ambiental, Alterações Climáticas, Termoeléctricidade, Caudal Instantâneo, Temperatura da Água. 1

2 1. INTRODUÇÃO O funcionamento de uma central termoeléctrica pressupõe a existência de uma fonte fria adequada à potência instalada, seja um curso de água ou o oceano, seja a atmosfera. A qualidade desta fonte fria (temperatura e caudal ou temperatura e humidade) é um factor determinante na obtenção de elevado rendimento na conversão calor electricidade. Em Portugal, as sucessivas centrais termoeléctricas foram sendo instaladas junto aos rios Douro e Tejo, na proximidade dos grandes centros de consumo. São exemplos as C.T. da Tapada do Outeiro (1960 e 1998), C.T. do Carregado (1968) e a C.T. do Ribatejo (2003). Entre os impactes resultantes do funcionamento das centrais termoeléctricas junto a rios ou na costa oceânica, destacam-se o consumo de água, a emissão de efluentes e a elevação da temperatura da água, impactes que podem ter efeitos apreciáveis tanto na flora como na fauna aquáticas. O sistema de circulação de água fornece arrefecimento aos condensadores de vapor das turbinas funcionando como o veiculo de transferência do calor da fonte fria do ciclo para o ambiente. O sistema também fornece água, em menor escala, para arrefecimento de equipamentos diversos e edifícios, para o sistema de combate a incêndios e outros usos gerais. A relação entre rendimento do ciclo, η, e calor rejeitado para a fonte fria, QR, pode ser estimado pela seguinte expressão: QR = ( 1/η 1 ) W em que W é a potência eléctrica da central. No Quadro I apresentam-se valores para ciclo de Rankine com 1000 MW de potência. Quadro I Efeito do rendimento do ciclo sobre o calor rejeitado ( grupo de MW ) W (MW) η (%) QR (MW) Qcomb (MW) , , , , As duas tecnologias de fonte fria utilizadas em Portugal nas centrais termoeléctricas são o condensador arrefecido directamente pela água extraída do rio ou do oceano e a torre de arrefecimento aberta que rejeita o calor para a atmosfera. A escolha do tipo de sistema depende do caudal de água disponível e das limitações ambientais impostas à elevação da temperatura da água. Existem outros sistemas de arrefecimento tais como lagos de evaporação, torres de arrefecimento fechadas e sistemas mistos, mas não tem representação entre nós. O sistema de arrefecimento directo dos condensadores com água captada e devolvida, depois de receber o calor rejeitado do ciclo, é o mais atractivo tanto do ponto de vista termodinâmico como económico, desde que o caudal disponível seja suficiente. A torre de arrefecimento aberta é uma solução que proporciona bom arrefecimento em atmosfera seca mas que consome um caudal de água apreciável, necessário para compensar as perdas associadas ao arrefecimento evaporativo. Em atmosfera com elevada humidade relativa, a vantagem da torre aberta reduz-se substancialmente, passando a funcionar essencialmente com o diferencial entre a temperatura da água a arrefecer e a temperatura do ar atmosférico, dado que o efeito evaporativo se reduz ou anula nestas condições. 2

3 2. NECESSIDADES DE ÁGUA DAS CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS Com o sucessivo aumento da potência termoeléctrica instalada junto aos rios Tejo e Douro, é oportuno fazer um balanço da situação actual e da perspectiva futura, nomeadamente porque estes impactes são particularmente significativos na época de baixos caudais, que em Portugal coincidem com uma acrescida solicitação à produção termoeléctrica. Dada a circunstância de o Verão de 2005 ter sido um dos mais secos em registo, foram utilizados estes dados nas estimativas que se apresentam neste trabalho. O consumo de água é determinado em primeiro lugar pelo valor do rendimento do ciclo termodinâmico e deste ponto de vista as novas centrais de ciclo combinado, com rendimentos próximos de 60%, são muito favoráveis. Como se pode concluir pela leitura do Quadro 2, a nova central termoeléctrica do Ribatejo, implantada junto à C.T. do Carregado, é um exemplo dos elevados rendimentos que se obtém nos ciclos combinados. Com as centrais nucleares verifica-se precisamente o oposto, o seu rendimento fica limitado pelas temperaturas admissíveis no reactor, temperaturas baixas quando comparadas com as dos ciclos de Rankine, a carvão ou gás natural. No quadro seguinte estão referidas as características das centrais termoeléctricas em funcionamento junto ao rio Tejo, que totalizam uma potência eléctrica de MW. Admitindo uma elevação máxima admissível da temperatura da água ao atravessar o condensador de 3 graus Centígrados, o caudal necessário para a refrigeração da C.T. de Carregado é de 110 m 3 /s. O caudal medido em Almourol ( SNIRH 2005) em Agosto de 2005 foi de 108 m 3 /s. Assim pode concluir-se que o caudal do Tejo em Agosto de ano seco será insuficiente para garantir um impacte ambiental aceitável ( elevação de temperatura média da água inferior a 3 graus Centígrados ) nessa zona do rio. Quadro 2 Centrais Termoeléctricas no Tejo Local We (MW) Tipo arref. condensador ηct(%) Qrej(MW) Caudal captado Caudal consumido Pego 2 x 314 Torre aberta 38,7 2 x 491 0,48 0,39 Carregado 6 x 125 Directo 35,0 6 x x 330 Torre aberta 58,0 3 x Carregado C. Ribatejo Nas outras C.T. do Tejo, Pego e Ribatejo, o arrefecimento é feito em torre aberta dada a insuficiência de caudal para permitir o arrefecimento directo. As centrais termoeléctricas apresentam outros consumos de água para além da água consumida (evaporada) na torre de arrefecimento aberta. Listam-se seguidamente os consumos mais relevantes: fugas de água e de vapor em diversos pontos do circuito água vapor ( 1% caudal vapor); purga contínua do gerador de vapor ( blowdown) ( 0,5% caudal vapor); perda de água por evaporação na torre de arrefecimento (1-1,5% caudal na torre); arrastamento do gotas de água na pluma da torre (drift) (0,03 % caudal na torre); purga na torre (0,5% caudal na torre). Os caudais efectivos de cada perda acima referida dependem da tecnologia utilizada e da idade do equipamento. Os valores indicados entre parentesis são meramente indicativos (El-Wakil, 1984). O quadro seguinte mostra valores para a central termoléctrica do Pego PEGOP, SA que nos foram comunicados a pedido (PEGOP, 2005). 3

4 Quadro 3 Central Termoeléctrica do Pego (PEGOP, 2005) Parâmetros Maio Junho Julho Agosto Setembro Produção eléctrica bruta (Mw/h) Água captada ao Tejo (m 3 ) Água devolvida ao Tejo (m 3 ) Temperatura da água do Tejo (ºC) Da apreciação do Quadro 3 conclui-se que, durante o mês de Agosto de 2005 com a C.T. do Pego a funcionar próximo da sua potência nominal, o consumo médio de água, foi de 0,39 m 3 /s, sendo o caudal do Tejo medido no Tramagal de 69 m 3 /s. Fica assim bem patente que a tecnologia de fonte fria utilizando a torre de arrefecimento aberta em associação com o ciclo combinado, permite a instalação de centrais termoleléctricas de elevada potência com reduzido consumo de água bruta. No entanto a água devolvida ao Tejo vai contribuir para aumentar a sua temperatura facto que deve ser avaliado tendo em conta que a temperatura era de 24,5ºC em Agosto. Neste caso a subida da temperatura, mesmo inferior a 3 graus Centígrados, pode causar efeitos nefastos. Quadro 4 - Centrais Termoeléctricas no Douro Local We (MW) Tipo arref. condensador Tapada do Outeiro Turbogás Tap. Outeiro ηct(%) Qref(MW) Caudal consumido 3 x 50 Directo 33 desactivada x 330 Directo 58 3 x 180 0,006 Os caudais do rio Douro são sempre muito superiores aos do Tejo, pelo que é possível instalar o arrefecimento directo dos condensadores, como é o caso das duas centrais acima referidas. 3. CONSEQUÊNCIAS PREVISÍVEIS DO AQUECIMENTO GLOBAL As consequências do aquecimento global, a verificarem-se, têm também impacto neste problema por duas vias: a subida da temperatura da água devida ao aquecimento global vem adicionar-se à elevação de temperatura produzida pelas centrais termoeléctricas na temperatura dos cursos de água, reforçando o impacte negativo sobre a fauna e a flora aquáticas e, por outro lado, conduz a uma diminuição do rendimento das centrais termoeléctricas por subida da temperatura da fonte fria de que resulta um abaixamento do rendimento termodinâmico, que por sua vez conduz a maior rejeição de energia térmica para o curso de água. As modelações apontam para que a subida de temperatura em Portugal seja mais pronunciada no Verão. As previsões incluem ainda períodos de seca mais frequentes e mais severos, pelo que as necessidades de água de arrefecimento poderiam vir a não estar garantidas durante o estio. 4

5 4. CONCLUSÕES A primeira conclusão é que a obtenção de melhores rendimentos termodinãmicos para as centrais termoeléctricas deve ser um objectivo prioritário pois proporcionam menores impactes ambientais por redução da rejeição de calor na fonte fria em simultâneo com poupança de combustível e correspondentes reduções de emissões gasosas para a atmosfera. Em particular os ciclos combinados gás-vapor são uma opção atractiva pois, em paralelo com elevados rendimentos, rejeitam menos calor para o condensador do que um ciclo de Rankine equivalente. Como segunda conclusão fica claro que o rio Tejo apresenta caudais de estio que não permitem suportar potências térmicas adicionais sendo por isso necessário recorrer a torres de arrefecimento. Como se mostrou, a antiga Central Termoeléctrica do Carregado esgota por si só a capacidade de arrefecimento directo do Tejo na estação seca. O rio Douro, pelo volume do seu caudal, permitirá ainda acolher novas potências de arrefecimento. A tecnologia do ciclo combinado Joule Rankine, ainda com possibilidade de melhoria, apresenta valores de rendimento já próximo dos 60%. A sua limitação principal é o exigir um combustivel gasoso limpo, p.e., gás natural, mas as suas necessidades de arrefecimento do condensador de vapor são cerca de 40% do equivalente ciclo de Rankine, o que é outra vantagem importante. As centrais termo-nucleares pelo seus baixos rendimentos termodinâmicos, necessitam de maior capacidade da fonte fria, como se indica no Quadro I. As centrais termoeléctricas emitem efluentes líquidos em quantidades modestas mas cuja composição exige tratamento para poderem ser lançados nos cursos de água. Em particular as purgas contínuas das caldeiras e das torres de arrefecimento, que contêm substâncias inibidoras de corrosão, elevadas concentrações de sais e por vezes elevado ph. As consequências do aquecimento global poderão ser várias, referindo-se a redução do rendimento das C.T. por aumento da temperatura do ar, em especial no Verão. Por outro lado o efeito de secas mais frequentes e profundas pode impôr limitações ao funcionamento das C.T. no período de estiagem, o que para o sistema electro-produtor português seria de gravidade assinalável. É pois urgente aumentar em Portugal a capacidade de produção de electricidade de origem hídrica, e em particular, reforçar a capacidade de bombagem e armazenamento, quer para ciclo diário quer anual ou inter-anual. Esta capacidade de bombagem-armazenagem vai ser tambem cada vez mais necessária á medida que aumentar a produção eólica e fotovoltaica. 5. BIBLIOGRAFIA 1. HAYWOOD, R. W. Analysis of Engineering Cycles, Pergamon Press, El-Wakil, M.M. Power Plant Technology. McGraw-Hill, SOUSA, N.S.S. CICLOS TERMODINÂMICOS AVANÇADOS APLICADOS A CENTRAIS TERMOELÉCTRICAS, Tese de Mestrado em Engenharia Mecânica, IST, Fevereiro 2001 (Orientador Mário N. Nina). 4. CUNHA, S. E. P. ANÁLISE DO FUNCIONAMENTO DE CICLO COMBINADO E OPTIMIZAÇÃO DA CALDEIRA DE RECUPERAÇÃO, Tese de Mestrado IST, Outubro Comunicação privada PEGOP, Dezembro SNIRH Boletim de Escoamentos (estações de Almourol e Tramagal), Dezembro de IPSEPro Process Simulation, Sim Tech, Graz, Austria, 1998 e seguintes. 5

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