Sistemas de Energia (SIE)

Transcrição

1 Sistemas de Energia (SIE) Aula 10 Energia Termelétrica Gas Natural. Prof: Christian dos Santos

2 Plano de aula Objetivos - Fontes não - renováveis - Gás Natural. - Vantagens e Desvantagens

3 Gás natural O gás natural é um hidrocarboneto derivado de combustível fóssil formado quando camadas de animais e vegetais soterrados ficam submetidos a intenso calor e pressão ao longo de milhares de anos ou da biomassa quando está em decomposição. A geração de energia elétrica a partir de gás natural é feita pela queima do gás combustível em turbinas a gás, cujo desenvolvimento é relativamente recente (após a Segunda Guerra Mundial). Junto ao setor elétrico, o uso mais generalizado dessa tecnologia tem ocorrido somente nos últimos 15 ou 20 anos.

4 Gás Natural No século XIX, nos Estados Unidos, era considerado um estorvo ao ser encontrado junto com o petróleo, pois exigia uma série de procedimentos de segurança que encareciam e complicavam as atividades de prospecção. No século XX, a partir dos anos 80, o consumo entrou em franca expansão e o gás natural transformou-se na fonte de energia de origem fóssil a registrar maior crescimento no mundo.

5 Gas Natural Apenas como exemplo: entre 1973 e 2007, a produção mundial mais que dobrou, ao passar de 1,227 bilhões de metros cúbicos (m3) para 3,031 bilhões de m3, segundo o estudo Key World Energy Statistics, publicado pela International Energy Agency (IEA) em Ainda assim, o gás natural manteve a terceira posição na matriz energética mundial (abaixo de carvão e derivados de petróleo).

6 Gás Natural No Brasil, a evolução no mesmo período foi ainda mais expressiva: 5650%, ao passar de 0,2 bilhões de m3 para 11,3 bilhões de m3, como registra o estudo BP Statistical Review of World Energy Ainda assim, a participação atual, de 9,3%, coloca o gás natural na quinta posição na matriz energética nacional.

7 Gás Natural O interesse pelo gás natural está diretamente relacionado à busca de alternativas ao petróleo e de fontes menos agressivas ao meio ambiente. Este comportamento resultou na intensificação das atividades de prospecção e exploração, particularmente entre os países em desenvolvimento. O resultado foi não só o aumento do volume, mas também a expansão geográfica das reservas provadas (são reservas cujos reservatórios estão em produção ou os fluídos nele contidos têm sua existência e capacidade de produzir comprovadas por testes).

8 Gás Natural A nova distribuição geográfica também favoreceu o transporte, conforme figura. Historicamente, este é o maior entrave à disseminação do energético, visto necessitar de elevados investimentos, tanto na construção de dutos especiais quanto no processo de produção do GNL (gás natural liquefeito). Afinal, quanto mais pulverizadas as reservas, mais próximas dos centros consumidores elas se encontram.

9 Gás Natural As reservas totais provadas no mundo eram, ao final de 2007, de 177,36 trilhões de m3. O Oriente Médio liderava o ranking mundial, com 73,2 trilhões de m3, correspondentes a 41,3% do total. Beneficiado pelos recursos existentes no Irã e pela intensificação das atividades de exploração nos últimos 20 anos, a região superou a tradicional Europa e antiga União Soviética

10 Produção e Consumo de gás natural As duas regiões continuam, no entanto, a ser as maiores produtoras mundiais, beneficiadas pelas atividades da Rússia (20,7% do total) e Estados Unidos (18,6%). Ambas são também as maiores consumidoras mundiais e contam, como elemento favorável às atividades, com a rede de gasodutos já existente, erguida ao longo do século XX.

11 Gás Natural (Transporte por dutos) O transporte do poço às unidades de consumo exige a construção de uma rede de gasodutos de capacidade e pressão variáveis. O ramal principal, que liga o poço às instalações de distribuição, é dimensionado para transporte de grandes volumes a elevada pressão. Os ramais secundários, que chegam ao consumidor final, são menores, mais pulverizados e, no geral, subterrâneos. Para o caso de grandes consumidores, há uma estação intermediária chamada city gate.

12 Gás Natural (Cadeia Produtiva) A cadeia produtiva do gás natural envolve seis etapas. A primeira é exploração, na qual o foco é a possibilidade de ocorrência ou não do gás natural.

13 Gás Natural (Cadeia Produtiva) A cadeia produtiva do gás natural envolve seis etapas. A segunda é a explotação, que consiste na instalação da infra-estrutura necessária à operação do poço e nas atividades de perfuração, completação e recompletação de poços (colocação das cabeças de vedação, válvulas, comandos remotos e demais acessórios que permitirão a produção).

14 Gás Natural (Cadeia Produtiva) A cadeia produtiva do gás natural envolve seis etapas. A terceira é a produção, processamento em campo (para separação do petróleo em caso de o gás ser associado) e o transporte até a base de armazenamento.

15 Gás Natural (Cadeia Produtiva) A cadeia produtiva do gás natural envolve seis etapas. A quarta é o processamento, na qual se retiram as frações pesadas e se realiza a compressão do gás para a terra ou para a estação de tratamento.

16 Gás Natural (Cadeia Produtiva) A cadeia produtiva do gás natural envolve seis etapas. A quinta é o transporte e armazenamento (esta última não existe no Brasil, mas é comum em países de clima frio, de modo a formar um estoque regulador para o inverno).

17 Gás Natural (Cadeia Produtiva) A cadeia produtiva do gás natural envolve seis etapas. E, finalmente, há a distribuição, que é a entrega do gás natural para o consumidor final.

18 Gás Natural (Transporte) No Brasil, a única companhia a operar na exploração e transporte de gás natural é a Petrobras, sozinha ou em parceria com a iniciativa privada (como é o caso do gasoduto Bolívia/Brasil).

19 Geração de energia elétrica Com o gás natural também é possível fazer a geração de energia elétrica em uma central térmica ou termelétrica.

20 Geração de energia elétrica Com o gás natural também é possível fazer a geração de energia elétrica em uma central térmica ou termelétrica. A geração é feita através da queima do gás natural nas turbinas que acionam os geradores de energia. Podem operara em dois ciclos básicos: Ciclo aberto: os gases quentes gerados na queima do gás na turbina são liberados na atmosfera, alcançando rendimentos em torno de 35%; Ciclo combinado: os gases quentes gerados são aproveitados para gerar vapor a alta pressão que é utilizado em turbinas a vapor para gerar mais energia elétrica, estes sistemas alcançam rendimentos na ordem de 55%.

21 Geração de energia elétrica (Principais componentes de uma usina) Uma usina a ciclo combinado usa turbinas a gás e a vapor associadas em uma única planta, ambas gerando energia elétrica a partir da queima do mesmo combustível. Turbinas a Gás O principal elemento das termelétricas de ciclo combinado são as turbinas a gás, uma tecnologia em grande parte proveniente dos jatos desenvolvidos para as aeronaves militares e civis, onde o combustível é o querosene. Nas termelétricas, o combustível vem sendo cada vez mais o gás natural, embora seja quase sempre dada a possibilidade de operar com um segundo combustível, como o diesel, para evitar interrupções no caso de problemas no suprimento do gás.

22 Geração de energia elétrica (Principais componentes de uma usina) Uma usina a ciclo combinado usa turbinas a gás e a vapor associadas em uma única planta, ambas gerando energia elétrica a partir da queima do mesmo combustível. Turbinas a Gás Podemos distinguir três componentes principais em uma turbina à gás: o compressor, o sistema de combustão e a turbina propriamente dita

23 Geração de energia elétrica (Principais componentes de uma usina) Uma usina a ciclo combinado usa turbinas a gás e a vapor associadas em uma única planta, ambas gerando energia elétrica a partir da queima do mesmo combustível. Turbinas a Gás Se uma turbina estiver operando isoladamente, ou em ciclo aberto ( open cycle mode ), como nas aeronaves, sua eficiência térmica é baixa, da ordem de 36%, ou seja, mais de 60% do calor gerado pela queima do combustível é perdido nos gases de exaustão.

24 Geração de energia elétrica (Capacidade Produtiva) A escolha das turbinas a gás determina a capacidade de produção de uma termelétrica de ciclo combinado. Não se pode, porém, arbitrar livremente a potência de uma turbina, pois os poucos fabricantes mundiais têm suas máquinas padronizadas. Encontram-se turbinas a gás desde 1 MW a 330 MW, mas a grande maioria das termelétricas a gás natural usa unidades entre 120 e 330 MW.

25 Geração de energia elétrica (Capacidade Produtiva) A maioria das térmicas a gás natural em funcionamento ou construção adota a configuração de mais de uma turbina a gás, pois desta forma não há limite à capacidade da usina, e os riscos de paralisação são reduzidos. Como já vimos, um modelo clássico é o chamado 2 + 1, com duas turbinas a gás iguais, cada uma com seu HRSG, e uma a vapor de mesma capacidade.

26 Geração de energia elétrica (Eficiência térmica) A eficiência térmica das CCPS's é melhor que as maiores e mais modernas usinas a carvão ou a óleo. Como exemplos, temos a usina de Drax, na Inglaterra, uma termelétrica a carvão de MW, que chega a 40% de eficiência, ou os melhores motores diesel, que podem atingir 44%. A estas instalações comparam-se as CCPS's - termelétricas a gás natural de ciclo combinado, capazes de atingir 56% de eficiência térmica. Mesmo usinas mais antigas ficam acima de 47%, valores que, com a tecnologia hoje disponível, não são encontrados em nenhuma outra térmica comercialmente em uso.

27 Geração de energia elétrica (Disponibilidade) Diz-se que uma planta perde disponibilidade quando cessa de gerar energia elétrica, seja por paradas programadas, paradas imprevistas ou restrições à produção de qualquer natureza. A disponibilidade é avaliada em bases anuais e termos percentuais, comparando-se a totalidade das horas do ano com as do efetivo funcionamento. As paradas programadas de uma CCPS são em geral determinadas pelas turbinas a gás, que normalmente são previstas para trabalhar até 8000 horas sem interrupção. Na prática, a perda de disponibilidade situa-se entre 2 e 12% ao ano, fixando-se em 5% em um horizonte de 5 anos. Os demais componentes de uma CCPS - HRSG e turbina a vapor - terão sua manutenção contida nestes prazos.

28 Geração de energia elétrica (Disponibilidade) Em 2008, o Brasil, portanto, era dependente das importações da Bolívia. A descoberta do campo de Júpiter, rico em gás natural e localizado na camada présal da Bacia de Santos, poderá lhe conferir, no médio prazo, a auto-suficiência. A estimativa de reservas ainda está em fase de levantamento mas, segundo a Petrobras, as dimensões do campo de Júpiter são similares ao campo de Tupi, descoberto em 2007 também na Bacia de Santos, cujas reservas são estimadas entre 176 bilhões e 256 bilhões de m3.

29 Usinas termelétricas a gás natural no Brasil Aula 10 Gás natural

30 Vantagens da queima de gás natural O gás natural apresenta uma vantagem ambiental significativa em relação a outros combustíveis fósseis, em função da menor emissão de gases poluentes que contribuem para o efeito estufa. O gás natural é, em princípio, isento de enxofre e de cinzas, o que torna dispensáveis as custosas instalações de desufurização e eliminação de cinzas que são exigidas nas térmicas a carvão e a óleo. Os investimentos necessários são também menores. Uma usina a carvão, incluindo a unidade de desufurização dos gases de escape da chaminé (hoje exigência em todo o mundo) fica 80% mais cara que uma CCPS equivalente. Na cadeia produtiva do gás natural, entre os impactos socioambientais positivos, há a geração de royalties para os municípios em que as usinas estão localizadas

31 Desvantagens da queima de gás natural Estudos ainda enumera como condicionantes de suprimento de gás natural para geração termelétrica no Brasil a oferta total de gás disponível para atendimento do mercado brasileiro. Ainda é passível de efeito estufa por liberar CO2 na atmosfera É um bem não-renovável compreendendo seu término em algum dia. O preço é maior comparado aos outros combustíveis

32 Exercícios 1) Como pode ser definido o gás natural? 2) Quais as mudanças ocorridas a respeito do uso de gás natural desde o início do século XXI e meados dos anos 80? 3) Qual a principal causa do aumento de procura pelo gás natural intensificando as atividades de exploração e prospecção do mesmo? 4) Quais são as seis etapas de produção do gás natural? 5) Quais são as possíveis formas de transporte do gás natural? 6) Quais são os tipos de processo para geração de energia do gás natural? 7) Qual o principal componente de uma usina termelétrica a gás natural? 8) O que tornou o Brasil menos independente do gás natural importado da Bolívia? 9) Quais as vantagens do uso de gás natural para geração de energia elétrica? 10) Quais as desvantagens do uso de gás natural para geração de energia elétrica?

33 Bibliografia Utilizada Acesso em: 14 ago Acesso em: 14 ago Acesso em: 14 ago