ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL CAPÍTULO 4.2 ENERGIA NÃO RENOVÁVEIS - Gás Natural. Gás Natural

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1 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL CAPÍTULO 4.2 ENERGIA NÃO RENOVÁVEIS - Gás Natural Gás Natural 1

2 FORMAS DE ENERGIA PRODUÇÃO USO E SUSTENTABILIDADE Não renováveis Hidrocarbonetos Carvão Mineral Nuclear GÁS NATURAL É uma fonte energética de estoque Geotérmica ENERGIA DA TRANSIÇÃO ENTRE A ECONOMIA DO PETRÓLEO E A ECONOMIA DO HIDRGÊNIO ( Lester Brown) De estocagem 2

3 Composição Gás Natural metano (89,2%), etano (7,3%), propano (2,0%), butano e gases superiores (0,7%). O restante é dióxido de carbono e nitrogênio Porf. João Nildo 3

4 Gás Natural é a energia primária com maior taxa de crescimento mundo. 1 Média anual em 10 anos: 2,4% - NO BRASIL = 7,47% Produção = > 2,5% Consumo do Setor Industrial =>7,0 % % Oferta interna de GN => 17,6% Menos Poluente Permite diversificar a ME Reservas Abundantes Produção de Eletricidade T G Ciclo Combinado Energia da Negociação Porf. João Nildo 4

5 4.2- Gás Natural Utilização PRINCIPAIS USOS DO GÁS NATURAL Residencial Comercial Automotivo Industrial Energia Porf. João Nildo 5

6 Gás Natural e a Geração de Energia Elétrica no Mundo - Porf. João Nildo 6

7 4.2- Gás Natural Utilização BRASIL ( Fonte BEN Porf. João Nildo 7

8 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL 1- Jazida de Gás Natural GÁS ASSOCIADO- O gás que está compartilhando o mesmo reservatório do petróleo. Ele pode estar dissolvido no petróleo ou sob a forma de capa de gás. A produção de gás depende da produção do óleo. Não havendo interesse econômico para a produção do gás o mesmo é reinjetado no poço ou queimado, para evitar o acúmulo de gases combustíveis na vizinhança área de trabalho e proteger o meio ambiente CH 4 GÁS NÃO ASSOCIADO É o gás que está livre no reservatório ou com pequenas quantidades de óleo. Neste caso, só se justifica comercialmente produzir o gás. As maiores ocorrências de gás natural no mundo são de gás não associado. O gás natural não associado tem maior interessante econômico, devido presença de propano e de hidrocarbonetos mais pesados. CH 4 Gás de Xisto Forma-se no interior de uma rocha rica em matéria orgânica de xisto de baixa permeabilidade O gás ali contido tem as mesmas propriedades e características físicoquímicas do gás natural CH 4 Porf. João Nildo 8

9 Produção de Gás de Xisto Recuperação da mistura de água areia e produtos químicos 9

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11 Gás de xisto Aumenta em 47% as Resevas mundiais (EIA) Reservas Brasil: 6,4 trilhões de m3 Problemas Ambientais Específicos do Gás de Xisto: Fratura Hidráulica: a) requer grandes quantidades de água contendo produtos químicos potencialmente perigosos b) Produz grande quantidade água contaminada de tratamento complexo e difícil descarte; c) pode causar pequenos terremotos; d) potencial de contaminação das águas subterrâneas. 11

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13 EVOLUÇÃO DAS RESERVAS PROVADAS Em 2013: 186,5 trilhões de m3 Rússia: 33 trilhões de m3 Iran : 34 trilhões de m3 Atender 54 anos de consumo (tri m3) Reserva 186,5 (tri m3) 187,1(tri m3) Produção 3,40 (tri m3) 3,46 (tri m3) 13

14 RELAÇÃO ENTRE AS RESEVAS E A PRODUÇÃO DE GÁS ( R/P) POR REGIÃO EM

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16 EVOLUÇÃO DO PREÇO DO GAS (USD$ por milhões de BtU) USD$/Mmbtu 16

17 ROTAS DE COMERCIALIZAÇÃO DE GÁS NO MUNDO EM 2014 (bilhões de m3) Porf. João Nildo 17

18 TRANSPORTE 1,200 km Custo 4 bilhões de euros 25 bilhões m 3 por ano Porf. João Nildo 18

19 Gás Natural 19

20 - Diferenças Natureza Física Petróleo e Gás : Transporte Utilização Comercialização Exige uma continuidade física entre o reservatório e o utilizador final Cadeia Rígida Porf. João Nildo 20

21 Reservas de Gás Natural - Brasil ENERGIA E MEIO AMBIENTE Capítulo 4 Formas de energia não renováveis 78* 10 9 m 3 94,7*10 9 m3 Produção : 49 milhões de m 3 /dia Importação 28 milhões de m 3 /dia 2.2*10 9 m 3 176,4*10 9 m 3 Reservas Comprovadas: terra 115.bilhões de m 3 mar 235 biilhões de m 3 Total: 365 bilhões de m 3 Reservas Brasil de gás de xisto: 6,4 trilhões de m3 Porf. João Nildo 21

22 Transporte Porf. João Nildo 22

23 ENERGIA E MEIO AMBIENTE Transporte Porf. João Nildo 23

24 Gás Natural da Bolívia Produção Transporte e Preços O gás natural atravessa o Pantanal sul-mato-grossense, em tubos de aço carbono de 81 centímetros de diâmetro, com km de extensão, para garantir a vazão diária prevista de até 30 milhões de m 3 (10,8 bilhões de m 3 /ano) Porf. João Nildo 24

25 4 Gás Natural Utilização Industrial INDÙSTRIA Geração de eletricidade Petroquímica Fertilizantes Redutor Siderúrgico- Fabricação de Aço Vidro Cerâmica Cimento Porf. João Nildo 25

26 4 Gás Natural Utilização Automotiva Decreto nº 1.787, de 12 de janeiro de 1996 autorizou a utilização do GNV para todos os tipos de veículos: Frotas de ônibus urbanos e interurbanos Veículos de carga e transporte Frotas de serviços públicos Frotas cativas de empresas Táxi Veículos particulares Porf. João Nildo 26

27 4.1 Gás Natural Utilização Automotiva Tecnologia de Utilização Cilindro de 16 Nm 3 : pesa 60 kg, roda 160 a 200 km Custo da adaptação: R$ 2.500,00 Porf. João Nildo 27

28 4 Gás Natural Utilização Automotiva Frota de Ônibus Urbano - equipado com motor 6 cilindros Combustível km/dia Consumo Consumo Custo (preço em R$) médio diário diário Diesel (3,10 R$/l) GNV (2,20 R$/m 3 ) km/l 100 l R$ 310, km/m 3 66,7 m 3 R$ 146,70 Porf. João Nildo 28

29 4.1 Gás Natural Utilização Automotiva Frota de táxis veículos com um motor de 2 litros Combustível (preço em R$)* Km/dia Consumo médio Consumo diário Custo diário Gasolina 200 7,4 km/l 27,0 l R$ 100,0 (3,70 R$/l) Álcool 200 5,5 km/l 36,3 l R$ 94,4 (2,60 R$/l) GNV 200 9,25 km/m 3 21,6 m 3 R$ 47,5 (2,20 R$/m 3 ) * Fonte: com preço do gás corrigido pelo preço da gasolina de Porf. João Nildo 29

30 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Custo comparativo das diversas fontes de energia Fonte Custo de Instalação US$/kW Custo de geração US$/MWh Hidráulica 100 6,5 11,5 PCHs Biomassa Eólica Solar Turbina a Gás Turbina a Vapor Nuclear Porf. João Nildo 30

31 4 Gás Natural Utilização Industrial Geração de Energia Elétrica Custos Tipo de Instalação Turbina a Gás TG Turbina a Gás TG Ciclo Combinado TG Faixa de Potência MW Custo de Instalação US$/kW Custo de Operação US$/MWh Observação e Fonte Eletronorte Eletronorte Eletronorte Ciclo Combinado Eletronorte Turbina a vapor Ciclo Combinado TV * Plano Decenal de Geração * Diesel ou óleo combustível Porf. João Nildo 31

32 4 Gás Natural Utilização Doméstica e Comercial Doméstico e Comercial Aquecimento de ambientes Aquecimento de água Preparação de alimentos Porf. João Nildo 32

33 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Motogerador- Combustível diesel e diesel-gás e biodiesel Motogerador diesel com capacidade de gerar 1,6 MWh Porf. João Nildo 33

34 Gás Natural -Atributos, Vantagens e Desvantagens do GN - O GN é um combustível ambientalmente SAUDÁVEL? IDENTIFICAM-SE 3 VANTAGENS AMBIENTAIS DO GN 1ª Vantagem - Composição do GN: 90% de CH 4 e 10% de etano, propano e butano - não contem substâncias tóxicas O metano não é um volátil orgânico, portanto o GN não queimado combina com o NO x em presença da luz solar formando o ozônio (O 3 ) O CH 4 tem menos carbono que o C 8 H 18 portanto, após a combustão gera menos CO 2 que a gasolina ou óleo combustível, contribuindo menos para o efeito estufa 1.3 É expressivamente menos tóxico que a gasolina e o diesel, pois é isento de benzeno, butadieno, arsênico e zinco que são cancerígenos. Porf. João Nildo 34

35 Gás Natural -Atributos, Vantagens e Desvantagens Desvantagens: a) O metano é um gás com efeito estufa - não queimado é entre 20 e 30 vezes mais nocivo que o CO 2; b) Para utilização veicular, deve ser armazenado a alta pressão; c)por ser um gás, o motor opera com uma potência inferior ao motor diesel ou gasolina. A turboalimentação é uma técnica adequada e relativamente simples para recuperar a potência; d) Exige cuidados de segurança especiais para uso veicular. Porf. João Nildo 35

36 Gás Natural -Atributos, Vantagens e Desvantagens GÁS NATURAL E O EFEITO ESTUFA No que diz respeito a geração de CO 2 emitido pelo escapamento de motores de combustão interna o gás natural nem sempre apresenta vantagens quando comparado aos outros combustíveis. Na verdade os motores a gás natural só emitem menos dióxido de carbono que os motores a gasolina. Porf. João Nildo 36

37 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENYÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Centrais Termelétricas: as usinas térmicas convencionais são um conjunto de equipamentos destinados a geração de energia elétrica a partir da energia térmica liberada por um combustível fóssil ou fissão nuclear Usinas Gás Usinas Termelétricas Usinas a Vapor Centrais Termonucleares Motores de Combustão Interna Porf. João Nildo 37

38 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis TURBINAS A GÁS Propulsão e Geração Princípios de funcionamento Porf. João Nildo 38

39 Turbina a Gás(simplificada) Combustíveis ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Combustível Q H 2 Ar W L Componentes básicos: compressor combustor turbina gerador Gases Queimados Temperaturas em torno de 700 C Rendimento em torno de 20% Porf. João Nildo 39

40 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis TURBINAS A VAPOR Princípios de funcionamento Porf. João Nildo 40

41 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Centrais Térmicas Convencionais a Vapor Nestas usinas a energia utilizada é resultante da queima de um combustível fóssil, como carvão, óleo ou gás. O calor gerado por esta queima transforma a água em vapor na caldeira. Este vapor, a alta pressão, é utilizado para girar a turbina, que por sua vez, aciona o gerador elétrico. Por fim, o vapor, que após passar na turbina ainda tem uma temperatura alta, é condensado, transferindo o restante de sua energia térmica para um circuito independente e isolado de resfriamento. Em seguida a água é bombeada para a caldeira, completando o ciclo. Estas usinas operam com eficiência entre 30 e 42% Porf. João Nildo 41

42 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis TEMELÉTRICA CONVENCIONAL A VAPOR 1 Rendimento entre 30 e 42% T W L Q G 2 Ar + Combustíve l C 4 W B 3 Condensador Q C Uma Térmica de 500 MW utiliza 10 m3/s de água de condensação Porf. João Nildo 42

43 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Co-Geração Rendimento entre 30 e 42% Porf. João Nildo 43

44 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Usina Termelétrica de Ciclo Combinado Ciclo Combinado é a geração de energia elétrica, através de um processo que combina a operação de uma turbina à gás com uma turbina a vapor, ambas diretamente acopladas a um gerador. Os gases de escape da turbina à gás, devido à alta temperatura, promovem a transformação da água em vapor para o acionamento de uma turbina a vapor, nas mesmas condições descritas no processo de operação de uma termelétrica convencional. As usinas modernas operam com rendimento entre 42 e 50% Porf. João Nildo 44

45 Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Ciclo Combinado Combustível Q H 2 Ar W L Gases Queimados a 700 C 1 Q G 2 C 4 Condensado 3 W r B Q C Gases queimados a 150 C Porf. João Nildo 45 T W L

46 ENERGIA E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Capítulo 4 Formas de energia não renováveis Um Exemplo Ciclo de Co-Geração Gases queimados a 153 C 7 Recuperador de Calor e Gerador de Vapor Vapor saturado, 20 bar (14kg/s) Água de Alimentação Operando com metano CH 4 Regenerador de Ar 330 C 557 C Combustível Q H Gases Queimados a 733 C 1247 C Ar 1 W L 25 C 6 503C 3 30 MW Local pressão (bar) 1 1, ,3 3 9,6 4 9,1 5 1,1 6 1,06 7 1,01 m c = 1,7 kg/s m c = 91,2 kg/s RAC=53,3:1 Porf. João Nildo 46

47 PROBLEMAS AMBIENTAIS ESPECÍFICOS: Usina termelétrica : Emissões de Gases de Efeito Estufa: A queima de combustíveis fósseis na geração de energia elétrica produz 0,375 kg - 0,9 kg de CO2 por kwh gerado, agravando o efeito estufa e o aquecimento global. Além disto, a produção e transporte do combustível gera 125 g de CO2 por kwh gerado nestas centrais. A água usada na refrigeração e condensação de UTE, quando utiliza um corpo d água, gera uma pluma térmica resultante do rejeito do calor do ciclo térmico provocando modificações no ecossistema próximos às instalações termelétricas. Também provoca a contaminação da atmosfera, do solo e da água pelas cinzas arrastadas pelo fluxo de gás. Além disso, os óxidos de nitrogênio ( NO x ), monóxido de carbono (CO) e enxofre (SO), HC que agravam enfermidades pulmonares, cardiovasculares e renais das populações residentes nas imediações. AS UTE s que operam com gás natural tem nível de emissões inferiores às que operam com hidrocarbonetos líquidos Porf. João Nildo 47