Geração de energia elétrica a partir de biogás proveniente do tratamento de esgoto utilizando microturbina a gás

Transcrição

1 4º Congresso de Cogeração de Energia Geração de energia elétrica a partir de biogás proveniente do tratamento de esgoto utilizando microturbina a gás Vanessa Pecora Garcilasso Edgardo Vescovo São Paulo, 29 de Março de 2012

2 Biogás Conjunto de gases formado na degradação da matéria orgânica em meio anaeróbio Digestão Anaeróbia: Processo fermentativo, sem a presença de oxigênio, em que a matéria orgânica é degradada a compostos mais simples, formando, basicamente, metano e gás carbônico.

3 Composição Média do Biogás COMPONENTE QUANTIDADE Metano 60% Dióxido de Carbono 35% Outros Gases Hidrogênio, Nitrogênio, Oxigênio, Amônia, Ácido Sulfídrico, Aminas Voláteis e Monóxido de Carbono 5% Fonte: WEREKO-BROBBY; HAGEN, 2000 Metano: cerca de 21 vezes mais impactante que o CO 2

4 Geração de energia com biogás de tratamento de efluentes Tecnologia disponível comercialmente Turbinas a gás para biogás: Microturbinas (30 kw 100 kw): Rendimento: 27% Emissões de N0x : máx de 9 ppm (Capstone) Microturbinas para biogás Capstone Turbines

5 Microturbinas a Gás Exaustão Painel de controle Microturbina Entrada de ar Entrada de combustível 0-30; 0-60 kw VAC/DC Controlador de potência

6 Microturbinas a Gás no Mundo Burnbanks Landfill (Burbanks Department of Water and Power) 10 turbinas de 30 kw = 300 kw (gás de aterro) Venda de energia para a rede US$ US$ 1.800/kW US$ doado pela California Energy Comission Foto CENBIO 2001

7 Microturbinas a Gás no Mundo ETE San Diego - San Elijo Joint Powers Authority 3 turbinas de 30 kw (demanda de até 550 kw pico) Biogás = m3/dia Esgoto = 140 l/s Custo total =US$ (2.666 US$/kW) Doações = US$ : Califórnia Energy Comission = US$ Public Utility Comission = US$

8 Comparação das Emissões Comparação das emissões entre as tecnologias de conversão pequeno porte Dados levantados projeto Enerbiog-Finep Potência Rendimento Emissões de NOx Motores ciclo Otto 4 kw 1,54 MW 30% 40% 250 ppm ppm Microturbinas 30 kw 1 MW 24% - 28% < 9 ppm Fonte: CENBIO, 2003

9 Microturbinas a Gás Vantagens As microturbinas apresentam os seguintes benefícios: - Baixos níveis de ruídos e vibrações - Flexibilidade de combustível, dentre eles o biogás - Dimensões reduzidas e simplicidade de instalação, podendo ser instalada em locais cobertos ou ao ar livre -Emissões de NOx são menores que 9 ppm nas microturbinas de baixa potência (30 a 100 kw) e podem chegar a 100 ppm nas de maior potência - Baixo custo de operação e manutenção: 3 a 10 US$/MWh / Comparação: motor ciclo Otto: 7 a 20 US$/MWh

10 Microturbinas a Gás Desvantagens - Equipamentos importados: investimento inicial elevado. As potências hoje disponíveis no mercado variam de 30 kw a 1,0 MW - Baixo rendimento: aproximadamente 27%. Porém, quando utilizadas em instalações de cogeração, sua eficiência pode chegar a mais de 80% - Alto custo de instalação (valores não incluem sistema de tratamento e compressão do biogás): US$/kW / Comparação: motor ciclo Otto: 7 a 20 US$/MWh - Necessidade de um rígido sistema de limpeza do biogás e remodelação da microturbina para sua queima, já que o biogás possui baixo poder calorífico

11 Microturbinas a Gás Custo do equipamento (30 kw) para utilização com biogás: ~ R$ ,00 Custo mensal de manutenção: ~ R$ 5.000,00 (incluindo os serviços e as peças de reposição para 10 anos de operação do equipamento) Custo do sistema de tratamento do biogás: ~ R$ ,00 Custo médio da energia elétrica: 0,40 R$/kWh Considerando o custo acima para produção de energia de kwh e economia anual de R$ ,00, tem-se retorno de investimento em aproximadamente 6 anos (considerando os custos de manutenção) Dados enviados pela Capstone em Agosto de 2011

12 Geração de Energia Elétrica a partir do Biogás de Tratamento de Esgoto da ETE da SABESP em Barueri

13 ETE da Sabesp de Barueri Dados Técnicos (2005): Quantidade de Esgoto Tratado = 7,0 m 3 /s Produção Média de Biogás = m 3 /dia Demanda energética da ETE = 9 MW Consumo de Energia Elétrica = MWh/mês (2005) Projeto FINEP - Testes comparativos das tecnologias adaptações dos sistemas de limpeza do gás levantamento dos dados técnicos levantamento de custos operacionais e de manutenção Equipamentos instalados (projeto) Microturbina: 30 kw Motor ciclo Otto: 30 kw

14 MONTAGEM DA PLANTA PILOTO NA ESTAÇÃO DE BARUERI MICROTURBINA CAPSTONE (30 kw)

15 Inauguração

16 TECNOLOGIA EMPREGADA Secador por Refrigeração 1 Válvula Esfera 2 Filtro de Carvão Ativado Compressor de Palhetas Válvulas Esfera 3 e 4 Secador por Refrigeração 2 Válvulas Esfera 5 e 6 Filtro Coalescente 1 Separador de Líquido com Dreno Filtro Coalescente 3 Sensor de Temperatura 1 Sensor de Pressão 1 Plug Reserva 3 Plug Reserva 2 Filtro Coalescente 2 Sensor de Pressão 2 Medidor de Vazão Filtro de Gás Plug Reserva 4 e 5 Saída do Gás de Exaustão Plug Reserva 1 Manômetro Sensor de Temperatura 2 Válvula Reguladora de Pressão Sensor de Pressão 3 Sensor de Temperatura 3 Microturbina Capstone Tubulação de Aço Inox Rígida Válvula Esfera 1 Tubulação de Aço Inox Flexível

17 Equipamentos SECADOR POR REFRIGERAÇÃO COMPRESSOR

18 OPERAÇÃO DA PLANTA PILOTO NA ESTAÇÃO DE BARUERI MICROTURBINA CAPSTONE (30 kw)

19 MOTOR CICLO OTTO 30 kw PARA COMPARAÇÃO Grupo Gerador (Motor Ciclo Otto)

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21 Comparação dos resultados das análises do biogás com as especificações definidas pelo fabricante Capstone Variante Unidade Capstone Barueri Observações O 2 % Volume ,00-6,30 Aprovado N 2 % Volume ,22-23,8 Aprovado CO 2 % Volume ,0-33,3 Aprovado CH 4 % Volume ,1-69,94 Aprovado H 2 S ppm em vol Aprovado H 2 O (P.O.) % Volume 0 5 0,1-2,8 Aprovado P.C.I. kj/m Aprovado Fonte: CENBIO, 2003

22 Investimentos/custos operacionais Dados levantados Geração com Microturbina de 30 kw: > Energia elétrica (média) gerada : 25 kwh > Energia elétrica líquida entregue à rede (perdas compressor e secadores): 19,5 kwh > Equipamentos: ,40 (R$) > Custo de O&M para h (vida útil): ,00 (R$) > Relação custo por kw instalado: 0,32 R$/kWh Geração com Motor Ciclo Otto de 30 kw: > Energia elétrica (média) gerada : 25 kwh > Energia elétrica líquida entregue à rede: 25 kwh > Equipamentos: ,00 (R$) > Custo de O&M para h (vida útil): ,00 (R$) > Relação custo por kw instalado: 0,10 R$/kWh

23 Viabilidade Econômica da Utilização de Biogás Geração de parte da energia consumida nos processos (diminuição da energia comprada da concessionária local) Além da geração de energia elétrica, o biogás pode ser utilizado para a geração de energia térmica e o calor gerado pode ser utilizado no aquecimento dos próprios biodigestores (cogeração) Venda de excedente de energia viabilidade depende da tarifa e do preço de venda à concessionária Obtenção e comercialização de créditos de carbono impacto reduzido na economicidade do processo (matriz elétrica brasileira com base em hidroeletricidade)

24 4º Congresso de Cogeração de Energia Obrigado! Vanessa Pecora Garcilasso Edgardo Vescovo São Paulo, 29 de Março de 2012