Impacto do custo do GN no preço médio do Kwh e aumento de competitividade da co-geração qualificada.

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1 Impacto do custo do GN no preço médio do Kwh e aumento de competitividade da co-geração qualificada. Eng./Arq. Marco Tulio Starling de Vasconcellos Clima Rio 23 de Maio de 2006

2 Tópicos da Apresentação Gás natural na matriz energética brasileira Gás da Bolívia e reservas nacionais Geradores de energia e chillers a absorção Co-geração de energia Impacto do custo do GN no preço do kwh Estudo de caso

3 Gás Natural na matriz energética brasileira Consumo atual é de cerca de 42 milhões m3 por dia. Sendo: 60% para Indústrias 25% para Automóveis 15% para Residências e Comércios A previsão é que este consumo continue aumentando nos próximos anos. Durante o último apagão foram construídas diversas usinas termo-elétricas que são as primeiras alternativas de back up no caso de falta de energia hidro-elétrica.

4 Gás da Bolívia e reservas nacionais Gasoduto - capacidade total 30 MMm3/dia, atualmente transporta 26 milhões. Projeto nova linha com capacidade para mais 15 MMm3/dia. A Petrobrás anunciou que até 2008 conseguirá aumentar a capacidade de produção nacional em 24 milhões de m3 por dia. Bacia de Santos deve produzir cerca de 30 MMm3/dia. Está se investindo na ligação das redes de gás no Brasil, que dentro de pouco tempo já estará interligada de Fortaleza até Porto Alegre. Até hoje, a Petrobrás só explorou cerca de 3% da área do território nacional (incluindo mar).

5 Porque dependência transitória Petrobrás possui contrato take or pay de 30MMm3/dia com Bolívia. Só utiliza 26MMm3/dia Petrobrás já paga mais do que consome Antes da instabilidade atual a situação desincentivava investimentos na exploração nacional de GN Apenas 5% dos investimentos da Petrobrás se destinam ao GN, 95% ao petróleo Só a bacia de Campos reinjeta nos poços ou queima 15 MMm3/dia.

6 Médio prazo Bolívia dependerá mais do Brasil GN sem gasoduto não tem valor Brasil é o grande mercado da America Latina Bolívia não saída para o pacífico e nem gasoduto para atravessar os Andes Gás de Campos está a menos de 200km (15 MMm3/dia) Gás do ES Produção pode aumentar rapidamente Gás de Santos 30 MMm3/dia Gás nordeste Poços em terra e no mar Haverá interligação com o sudeste Gás em Minas Reserva sob a bacia do São Francisco

7 Geradores de energia a GN Os grupos moto-geradores alimentados a GN disponíveis no mercado, apresentam um consumo entre 0,25 e 0,32 m3 de GN por kwh. Os custos com operação e manutenção giram em torno de R$0,045/kWh gerados. Não são solução apenas para emergência ou horário de ponta. Já possuem várias plantas em operação no Brasil. Possuem modernos acessórios para interligação e paralelismo com a rede local. Permite geração no ponto de consumo, eliminando gastos com transmissão e distribuição.

8 Balanço térmico médio de um gerador Energia elétrica gerada = 35% Calores rejeitado: - Nos gases de exaustão = 30% - Na água da camisa e AC = 30% - Radiação e outros não aproveitáveis = 5% Co-geração Aproveitamento de 85% da energia com produção de eletricidade, água gelada, água quente, vapor e CO2(gaseificação de refrigerantes, estufas, etc).

9 Porque energia elétrica vai aumentar Custo de geração atual é reduzido energia antiga e investimentos já amortizados Demanda no Brasil vai aumentar Aumento de produção hidrelétrica demanda prazo de 6 a 10 anos Novas usinas hidrelétricas serão longe dos pontos de consumo, gerando altos custos de transmissão Exigências ambientais aumentam custos destes investimentos Térmicas atuais não se viabilizam com os custos atuais da energia Brasil precisará operar térmicas para atender as demandas Para evitar novo apagão em 2008, deverá haver, a partir de 2007, aumento de tarifa de energia elétrica para frear a demanda

10 Co-geração A melhor alternativa Toda expansão de geração no Brasil, dependerá da geração térmica Geração térmica aproveita apenas 40% da energia do combustível Co-geração aproveita acima de 80% Maior rendimento = menor custo do kwh Se não podemos evitar aumento de demanda, teremos que aumentar a eficiência Grandes térmicas não tem como vender frio ou calor Co-geração deve ser instalada junto a demanda de frio e calor Hoje co-geração já se viabiliza, quando a eletricidade aumentar, a competitividade da co-geração aumentará ainda mais O que for viável para a UTE (eficiência de 40%) será melhor ainda para co-geração

11 A valorização da eficiência Energia barata leva consumidor a priorizar menor custo inicial Energia cara leva consumidor a priorizar maior eficiência e menor custo operacional Custo inicial de chiller a absorção R$1.600,00/TR Vida útil = 20 anos 12h/dia (com menor custo operacional) Chiller 01 Eficiência 0,36m3/TR 0,36 x 12 x 365 x 20 x R$0,80 = R$25.229,00/TR Chiller 02 Eficiência 0,26m3/TR 0,26 x 12 x 365 x 20 x R$0,80 = R$18.221,00/TR Economia de R$7.008,00/TR (438% do custo inicial)

12 Chillers a absorção Conceitos de funcionamento - Chiller é alimentado por calor (Queima direta de combustível, vapor d água, água quente ou gases de exaustão). - Princípio básico é trabalhar com vácuo, onde o refrigerante evapora a cerca de 4ºC. - O refrigerante é a água (100% ecológico). - Solução absorvedora (Brometo de lítio) altamente higroscópica e alto ponto de evaporação.

13 Ciclo a absorção duplo estágio

14 Variações de modelos de chillers - Duplo ou simples estágio. - Somente refrigeração, aquecimento e água quente. - Chillers alimentados a gases de exaustão sem necessidade de caldeiras de recuperação. - Chillers com múltiplas fontes de alimentação simultaneamente.

15 Evolução dos chillers a absorção Desenvolveu até meados do século XX. - Grandes fabricantes americanos concentraram no desenvolvimento de chillers elétricos (energia elétrica barata e farta). - Retorno de desenvolvimento de tecnologias a absorção na Ásia nos anos 80 e Eliminação ou redução dos riscos com cristalização, perda de vácuo e congelamento de tubos de cobre. - Crescimento do COP.

16 COP Coeficiente de Performance Quantidade de frio gerado (kw) para cada unidade de energia (calor) fornecida (kw). COP em carga máxima e COP IPLV COP IPLV (ARI Standard 560) é um padrão internacional que considera: 1% do tempo funcionando com 100% da carga 42% do tempo funcionando com 75% da carga 45% do tempo funcionando com 50% da carga 12% do tempo funcionando com 25% da carga

17 Evolução do COP Em meados do século XX, os índices COP dos chillers de queima direta variavam entre 0,6 e 0,8. Chillers de queima direta duplo estágio atuais possuem COP carga máxima entre 1,0 e 1,1. Chillers de alta eficiência chegam a 1,4 em carga máxima e 1,6 (IPLV).

18 Chiller elétrico X absorção Variáveis Eficiência do chiller elétrico. Eficiência do chiller a absorção. Custo médio do kwh elétrico. Custo médio do Nm3 de gás natural.

19 Co-geração de energia Vantagens - Produz-se gratuitamente frio e calor, utilizando-se dos rejeitos térmicos de grupos moto-geradores. - A co-geração eleva o aproveitamento da fonte energética, de cerca de 35 a 40% (geração simples) para aproximadamente 90%. - Geração distribuída reduz perdas e riscos nas linhas de transmissão e distribuição. - Reduz riscos de apagões, contribuindo para a qualidade da matriz energética brasileira. - Reduz necessidade de investimentos em novas hidrelétricas, sendo opção mais ecologicamente correta.

20 Eficiência na co-geração A eficiência de um grupo moto-gerador varia de acordo com fabricante e potência, e gira entre 3,0 e 3,8kWh por Nm3 de gás natural. A eficiência na produção de frio e calor por co-geração, também varia por modelos de geradores, de acordo os dados de calores rejeitados. A produção gratuita de frio por co-geração em chillers a absorção varia entre 20 e 40TRh para cada 100kWh produzidos. A produção gratuita de água quente por co-geração através de trocadores de calor irá substituir aproximadamente 145kW de resistências para cada 100kW de potência elétrica.

21 Principais modelos de produção de água gelada por co-geração Uso da água quente de resfriamento das camisas do moto-geradores. Uso da água quente de resfriamento das camisas do moto-geradores, reaquecidas em trocadores de calor pelos gases de exaustão dos motores. Uso de vapor produzido em caldeiras de recuperação alimentadas pelos gases de exaustão dos moto-geradores. Uso direto de gases de exaustão alimentando o chiller a absorção. Necessidade de se comparar os equipamentos e fazer estudo para cada caso, utilizando todas as opções de mercado.

22 Vantagens do uso de gases de exaustão diretamente no chiller Gases de exaustão com temperatura superior a 400ºC podem alimentar chillers de duplo estágio, com COP (carga máxima)=1,39, contra COP=0,75 de chillers simples estágio que seriam utilizados nos outros casos. A situação onde se consegue maior produção gratuita de frio (até 40TR/100kW) é a que utiliza água quente dos motores e gases de exaustão diretamente no chiller. Redução de espaço para centrais de cogeração, pois se elimina circuitos hidráulicos, bombas, caldeiras de recuperação e trocadores de calor. Reduz investimentos com infra-estrutura inicial, reduzindo áreas e pé direito.

23 Plantas mistas de co-geração As plantas de co-geração podem precisar de complemento de produção de água gelada. Este complemento pode ser feito com queima direta ou com chillers elétricos. O mesmo ocorre com o back up para os chillers a absorção. No caso em que se optar por complemento e/ou back up com queima direta, existem chillers que podem ser alimentados ao mesmo tempo por queima direta, gases de exaustão e água quente.

24 Impacto do preço do GN no custo do kwh Geradores Consumo - 0,25 a 0,32 m3 de GN por kwh produzidos (cosiderando poder calorífico do GN = kcal/m3). Aumento de R$0,10 no custo do m3 de GN, leva a aumento de R$0,025 e R$0,032. Energia elétrica das concessionárias dependerão de geração térmica e portanto também devem aumentar.

25 Impacto do preço do GN no custo do TRh Chillers Os chillers a absorção alimentados a GN disponíveis no mercado, apresentam um consumo entre 0,26 e 0,40 m3 de GN por TRh produzidos (cosiderando poder calorífico do GN = kcal/m3). Os chillers elétricos de alta eficiência possuem eficiência entre 0,55 e 0,65 kwh/trh. Considerando custo do kwh = R$0,35 e o do GN = R$0,70/m3, temos que o preço do TRh variará entre: - R$0,18 e R$0,28 nos chillers a absorção - R$0,19 e R$0,23nos chillers elétricos Logo, em muitos casos, somente chillers a absorção de alta eficiência podem competir com chillers elétricos de alta eficiência.

26 Caso comparativo Shopping center Horário de funcionamento = 12h/dia e 365dias/ano Fator de carga médio = 0,70 Demanda elétrica = kw, sendo: 500 kw na CAG 750 TR(0,66kW/TR) kw (demais usos) Consumo de energia elétrica = kwh/mês, sendo: HP = kwh/mês HFP = kwh/mês

27 Opção1 TarifaAzulA4 (Base Cemig Mai/06) Demanda HP = R$ 56,73/kW = R$ ,00/mês Demanda HFP = R$16,74/kW = R$41.850,00/mês Consumo HP = R$0,31/kWh = R$49.503,00/mês Consumo HFP = R$0,19/kWh = R$91.022,00/mês Valor total com energia elétrica = R$ ,00/mês R$0,51/kWh

28 Opção2 TarifaVerde A4 (Base Cemig Mai/06) Demanda HP = R$16,74/kW = R$41.850,00/mês Consumo HP = R$1,31/kWh = R$ ,00/mês Consumo HFP = R$0,19/kWh = R$30.341,00/mês Valor total com energia elétrica = R$ ,00/mês R$0,44/kWh

29 Opção 3 Geração de energia HP com GN Considerando: Poder calorífico do GN = kcal/h Consumo do gerador = 0,29 m3/kwh Custo de manutenção = R$0,045/kWh Consumo de GN = m3/mês Custo do m3 (base Gasmig Mai/06) = R$0,76/m3. Valor total com GN = R$42.381,00/mês Valor total com energia HFP = R$ ,00/mês Valor total com energia = R$ ,00/mês (R$0,27/kWh)

30 Opção 4 Geração Integral de energia com GN Considerando: Poder calorífico do GN = kcal/h Consumo do gerador = 0,29 m3/kwh Custo de manutenção = R$0,045/kWh Consumo de GN = m3/mês Custo do m3 (base Gasmig Mai/06) = R$0,76/m3. Valor total com energia = R$ ,00/mês (R$0,26/kWh)

31 Opção 5 Co-Geração Integral de energia com GN e chiller a absorção alimentado a água Considerando: COP do chiller (água quente) = 0,75 Calor rejeitado nos geradores com potencial de aproveitamento = 50% do Input (25% na água quente e 25% nos gases de exaustão) Ao se transferir a energia dos gases de exaustão para a água teremos 50% da energia de Input na água para alimentar um chiller a absorção. Ao se produzir kw, teremos um potencial de geração de AG por co-geração do shopping = 609 TR (2000kW / 0,35 x 0,50 x 0,75) x 860 / = 609 TR Logo precisaremos complementar 141 TR com AC elétrico ou QD. Valor total com energia = R$ ,00/mês

32 Opção 6 Co-Geração Integral de energia com GN e chiller absorção alimentado a água e GE Considerando: COP do chiller (água quente) = 0,75 COP do chiller (gases de exaustão) = 1,39 Calor rejeitado nos geradores com potencial de aproveitamento = 50% do Input (25% na água quente e 25% nos gases de exaustão) Ao se produzir kw, teremos um potencial de geração de AG por co-geração do shopping = 870 TR AQ = (2000kW / 0,35 x 0,25 x 0,75) x 860 / = 305 TR GE = (2000kW / 0,35 x 0,25 x 1,39) x 860 / = 565 TR Logo o potencial de geração de AG por co-geração é maior que a demanda, não havendo necessidade de complementar com AC elétrico ou QD. Valor total com energia = R$ ,00/mês

33 Balanço térmico médio de um gerador no caso do shopping do exemplo Energia elétrica gerada = 35% Logo para se produzir kwh, preciso fornecer ao gerador kwh (571 m3 de GN kcal/m3) Calores rejeitado aproveitáveis: - Na água quente = kw x 0,75 = kw = 305 TR - Nos gases de exaustão = 25% = kw - COP = 0,75 (caldeira de recuperação) = 305 TR - COP = 1,30 (direto GE no chiller) = 565 TR Concluímos que ao se utilizar os gases de exaustão diretamente no chiller, consegue-se produzir 85% mais água gelada, com a energia deste GE, do que se utilizasse caldeira de recuperação. Esta diferença pode ser o fator determinante para se viabilizar ou não uma planta de co-geração.

34 Comparativo entre soluções Opção Descrição Custo mensal Economia mensal (R$) (R$) Economia (%) 1 A4 Azul ,00 0,00 0,00 2 A4 Verde , ,00 13,21 3 Geração HP , ,00 45,94 4 Geração Integral , ,00 47,71 5 Co-geração só com AQ , ,00 56,54 6 Co-geração com AQ e GE , ,00 63,07

35 Muito Obrigado! Dados para contato: Eng. /Arq. Marco Tulio Starling de Vasconcellos Tel: (31) Tuma Minas Instalações Térmicas Ltda

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