Conversão de Energia Térmica em Elétrica a partir da Biomassa

Transcrição

1 Conversão de Energia Térmica em Elétrica a partir da Biomassa TECNOLOGIAS DISPONÍVEIS Curitiba PR

2 Objetivo O Objetivo desta apresentação é informar quais os tipos usuais de geração de calor e energia elétrica, suas respectivas características e vantagens; Descrever a geração termoelétrica; Identificar o potencial de geração e cogeração das plantas industriais; Mostrar viabilidade e retorno de investimento nesta área;

3 Energia Em Foco Os tipos de energia mais comuns encontrados na indústria são: Energia Térmica Vapor / água quente / gelada / fluido térmico Utilizada para aquecer ou resfriar componentes / fluidos do processo Energia Mecânica Movimento transferido entre engrenagens, correias, correntes, etc Movimento gerador por bombas, turbinas, etc Energia Elétrica Energia impulsionadora de motores Iluminação e funcionamento de equipamentos elétricos e

4 Energia Elétrica no Brasil No Brasil, a matriz de geração de Energia Elétrica é baseada na confiável e extensa fonte pluvial do nosso território; A energia elétrica gerada, na sua maioria, por hidroelétricas é transmitida pelo SIN (Sistema Interligado Nacional) e distribuída à população em geral. O Brasil tem um problema estrutural a resolver: falta de volume nos reservatórios para a regularização plurianual de vazões.

5 Energia Elétrica no Brasil A expansão do parque de geração está sendo baseada em usinas hidrelétricas na região Norte. As características topográficas e problemas ambientais nesta área inviabilizam a construção de reservatórios com capacidade de reservação. Outra fonte em instalação, a eólica, também não tem reservatório e produz principalmente nas épocas secas do ano. Isso mostra a necessidade de expansão da capacidade de geração termoelétrica, principalmente de fontes renováveis.

6 Matriz Energética - Brasil Fonte Aneel

7 Sistema Interligado Nacional Permite que a energia gerada em qualquer lugar (interligado ao SIN) possa ser direcionada à qualquer consumidor, Interligado ao SIN. Qualquer outro ponto é considerado sistema isolado.

8 Sistema Isolado As áreas desconectadas do SIN necessitam de seus próprios meios de geração. Grupos Geradores; PCH s; Termoelétricas; Usinas Eólicas; Sistemas de Cogeração

9 Mercado de Energia Livre Um novo produto é criado: a Energia. Neste mercado o consumidor pode escolher o seu fornecedor de energia, negociar preços e prazos contratuais, em uma livre comercialização. O mercado livre, com sua capacidade de reconhecer a individualidade de cada consumidor em lidar com os riscos e oportunidades da comercialização de energia promove a inovação e o equilíbrio entre oferta e demanda com decisões descentralizadas sobre o consumo e a produção de energia. Atualmente os preços variam de R$ 100,00 o

10 Perspectivas promissoras para o setor florestal no Brasil Disponibilidade de áreas de para plantio pastagens subutilizadas Aproximadamente 150 milhões de há (Fonte CONAB) Condições favoráveis de solo e clima Tecnologia Experiência empresarial

11 Produção Florestal no Brasil Teve grande crescimento nos últimos 15 anos em função de níveis elevados de ganhos de produtividade, decorrentes de programas de pesquisa e desenvolvimento nas áreas de: Genética; Plantio e manejo florestal: Capacitação empresarial.

12 Florestas Plantadas Fonte: Bracelpa

13 Panorama de Plantios Florestais no Mundo

14 Panorama Florestal no Brasil Eucalipto Pinus Total hectare hectare hectare 1º Minas Gerais º São Paulo º Paraná º Santa Catarina Fonte : ABRAF(2012) Posição dos plantios florestais no Brasil em 2011 Brasil

15 Comparativo entre Produtividade

16 Uso da Madeira no Brasil Celulose, Carvão e Placas Setores estruturados e modernos Energia Setor ainda pouco desenvolvido, devido ao desconhecimento de oportunidades no setor de geração por parte dos empresários florestais (mercado livre, autoprodução, leilões de energia do governo, etc.)

17 Ciclos de Transformação de Energia A geração termoelétrica permite a aplicação dos ciclos de transformação de energia e como resultado obter trabalho. Energia Química Energia Térmica Energia Mecânica (Trabalho) Energia Elétrica

18 Ciclo Brayton Turbina a Gas

19 Ciclo Diesel

20 Ciclo Otto

21 Ciclo Rankine Ciclo Rankine

22 Cliclos Combinados

23 APLICAÇÃO PRÁTICA DOS CICLOS

24 Grupo Geradores Os grupos geradores são equipamentos compostos por um motor, movido à diesel, biodiesel, gás natural, biogás, etanol / gasolina, conectado à um gerador (alternador). Possibilita que a queima do combustível gere potência elétrica a ser consumida em qualquer tipo de instalação, comercial, doméstica, industrial, etc.

25 Grupos Geradores Os moto geradores podem ser montados isolados ou em conjunto, centrais de geração, permitindo a mais variada potência de geração. Podem ser utilizados como fonte de energia em: Emergência (quedas de energia da concessionária); Sistemas isolados ou desconectados da rede de transmissão; Horário de ponta / pico, quando a energia possui preço elevado; O custo de geração com moto geradores à diesel está em torno de R$ 600,00 o MWh.

26 Grupos Geradores - Cogeração Perdas Calor utilizável Combustível Energia elétrica Os moto geradores geram energia elétrica e calor (gases quentes). Os gases quentes da combustão podem ser aproveitados para aquecer substâncias, fluidos, máquinas, ou seja, pode ser utilizado em diversos processos em geral.

27 Geração de Vapor - Caldeira A caldeira permite a queima de combustível: Biomassa (cavaco, toras de madeira, capim elefante, resíduos de floresta, galhada, cascas de frutas, bagasso de cana, etc... Gás / Óleo / Diesel Recupera calor dos gases da combustão no aquecimento da água até sua ebulição (fervura). O vapor produzido pode ser: Saturado húmido Superaquecido seco Apropriado para Geração

28 Caldeira A Caldeira pode ser definida por sua forma construtiva como: Flamotubular o fogo e os gases da combustão fluem por dentro dos tubos. Aquatubular a água flui por dentro dos tubos da caldeira. Mista a água flui pelos tubos da parede da fornalha, e o gás escoa por dentro do tubulão de geração de vapor

29 Caldeira - Flamotubular Características: Normalmente utilizada para geração de vapor saturado; Baixa geração de vapor - até 30 t/h; Pressão de vapor de até 30 bar

30 Caldeira Aquatubular Características: Produzir grande quantidade de vapor; Vapor Superaquecido até 550 C com pressões de até 100 bar; Alta eficiência térmica e estabilidade de geração de vapor; Aceita combustíveis úmidos e de variadas granulometrias;

31 Caldeira Mista Fornalha Aquatubular com tubolão flamotubular Apropriada para geração de energia, proposta pela Base Sólida

32 Turbinas a Vapor - Condensação Condensação Pura Condensação com Simples Extração Condensação com Dupla Extração

33 Turbinas a Vapor - Contrapressão Contrapressão Pura Contrapressão com Simples Extração

34 Turbo-Gerador Potência 3MW Layout em camada única Turbo Gerador Condensador Sistema de Óleo Sistema de Vácuo

35 Turbina Múltiplos Estágios

36 Princípio de Funcionamento Transforma a Energia do Vapor (entalpia) em Energia Cinética O objetivo interno de uma turbina é transformar todo salto entalpico em energia cinética (movimento) em um ambiente o máximo possível isentrópico e produzir trabalho.

37 Estágio Curtis Ação (velocidade)

38 Estágio Rateau Ação (pressão)

39 Estágio de Reação

40 Turbina Diagrama TS

41 Turbina de 300 kw

42 Termoeletrica - Componentes Caldeira + Desaerador Turbo-Gerador + Condensador Sistema de Resfriamento Sistema Elétrico

43 Geração Pura Ciclo Rankine

44 Cogeração Produção de Energia Elétrica e Vapor simultaneamente

45 Fluxograma

46 Modelo de Negócio de Geração O uso de lenha como energia no Brasil é baseado no suprimento das unidades industriais por resíduos florestais. Resíduos são enfocados como tal enquanto não há uso comercial, e quando há, viram sub-produtos. O que leva a majoração dos preços de venda, consequente aumento dos riscos de suprimento. A proposta é, estruturar para a lenha, um modelo semelhante ao adotado na produção do etanol no Brasil. A implantação de uma destilaria está sempre associada ao plantio da cana. A cada termoelétrica de biomassa estará associado uma área florestal plantada, específica, de propriedade da usina ou sob arrendamento ou outra forma que garanta o suprimento.

47 Pré-Requisitos Os pré-requisitos que possibilitam a instalação de um sistema de geração ou cogeração termoelétrico na indústria podem ser divididos em três subitens: Combustível / Resíduos Energia Elétrica Vapor

48 Pré-Requisitos Combustível Todo e qualquer resíduo que possa ser queimado na caldeira e que tenha custo atrativo para a indústria. Ex. Lenha / Cavacos / Galhos / Madeira Bagaço / Palha de Cana Casca de Arroz Braquiária / Capim Elefante Gases em (Natural / Biogás / de Síntese, etc) Óleos em geral Resíduos do Campo, da Floresta e da Indústria em geral

49 Pré-Requisitos Energia Elétrica A questão da Energia Elétrica pode ser avaliada sob três aspectos: O consumo elevado de energia elétrica A fatura de energia torna-se um custo elevado A falta de energia na região Tanto para início como para expansão ou ampliação das atividades A venda de energia elétrica

50 Pré-Requisitos - Vapor A necessidade de vapor na planta, aliado aos outros dois fatores (combustível e energia elétrica), possibilita a implantação de um sistema de cogeração. Esse sistema, bem dimensionado, permite um rápido retorno de investimento. Em grande parte dos casos, com o acréscimo de 15% no consumo de combustível, pela caldeira, é possível gerar grande parte da energia elétrica consumida.

51 Números Interessantes Apresentamos agora alguns números que podem fazer uma sistema de geração / cogeração termoelétrico viável. Combustível Considerando um combustível com kcal/kg de pci (o cavaco, por exemplo, com 40% de umidade. O preço atrativo pode variar até R$ 60,00 por tonelada para geração e venda de energia elétrica. E pode chegar até R$ 120,00 por tonelada para geração de energia elétrica para o consumo próprio.

52 Números Interessantes (2) Energia Elétrica Comprada da Concessionária pode chegar até: Horário fora de ponta: R$ 240,00/MWh Horário de ponta: R$ 1.300,00/MWh Médio (considerando demanda e impostos): R$ 350,00 Em geração Pura, com o combustível a R$ 60,00/ton, custa R$ 120,00 / MWh Em cogeração, com o combustível a R$ 60,00/ton, custa até R$ 85,00 / MWh Para a venda no mercado livre pode chegar em até R$ 220,00 /MWh

53 Investimentos (1) A Base Sólida Energia desenvolve, projeta, fabrica e instala equipamentos e sistemas de geração e cogeração de energia elétrica que possibilitam resultados e retorno de investimentos rápidos e seguros para a indústria e produtores em geral. Os investimentos podem variar segundo a potência de geração e o tipo (geração pura e cogeração).

54 Investimentos (2) Geração Pura Termoelétrica de 300 kw ,00 Termoelétrica de 1 MW ,00 Termoelétrica de 2,5 MW ,00 Cogeração (sem caldeira) Termoelétrica de 300 kw ,00 Termoelétrica de 1 MW ,00 ~R$ ~R$ ~R$ ~R$ ~R$

55 Avaliações e Considerações Quanto mais barato é o custo do combustível a ser queimado, mais barato será o custo da energia gerada. Quando há a necessidade de consumo de vapor, por parte da planta ou indústria, a cogeração sempre é viável. Neste caso deve-se sempre escolher por uma caldeira de vapor superaquecido. O vapor superaquecido (24 bar e 380 C) permite um melhor aproveitamento na turbina e efetiva geração elétrica. A geração de energia elétrica para o consumo próprio, em substituição à comprada da

56 MUITO OBRIGADO