Eng. MSc. Flávio Neves Teixeira

Eng. MSc. Flávio Neves Teixeira

INTRODUÇÃO A COGERAÇÃO Os sistemas de cogeração são aqueles em que se faz, simultaneamente, e de forma seqüenciada, a geração de energia elétrica ou mecânica e energia térmica (calor de processo e/ou frio), a partir da queima de um combustível tal como os derivados de petróleo, o gás natural, o carvão ou a biomassa.

Vantagens da Cogeração Aproveitamento ótimo do combustível Independência da indústria da rede elétrica Possibilidade de venda de energia, obtendo receita adicional Solução para problemas de confiabilidade Solução para a instalação de projetos onde não há disponibilidade de energia

Co-generation The principle Conventional production Cogeneration Fuel fuel 83 61 Power station 42% boiler 90% electricity 35 heat 55 Electricity 35% Heat 55% 100 Total 144 Energy saving = (144-100) 144 = 30% Total 100

SISTEMAS DE COGERAÇÃO

SISTEMAS DE COGERAÇÃO

Superior ( Topping ) e Inferior ( Bottoming )

Co-generation The best solution for CO 2 reduction CO 2 -emission (kg/mwh) 1000 800 600 400 200 0 A B C D E F 100 80 60 40 20 0 % efficiency CO 2 -emissions % efficiency A Coal-fired steam turbine B New clean coal-fired station C Coal gasification/steam turbine D New gas combined cycle (CCGT) E Coal cogeneration F Gas cogeneration

Available and Forthcoming Technologies Steam Turbines Gas Turbines Engines (Diesel, Otto) Combined Cycles Micro turbines Fuel Cells Stirling Engines

A cogeração no mundo e no Brasil

HISTÓRICO Com a proliferação das grandes centrais elétricas e das linhas de transmissão e distribuição, que conseguiam fornecer energia abundante, confiável e barata, os sistemas de cogeração foram gradualmente perdendo participação, caindo nos Estados Unidos para aproximadamente 3 % no início da década de 70 e, já na década de 80, estes sistemas representavam somente 10 % da geração elétrica mundial (Nogueira e Santos, 1987). No entanto, esta situação começou a ser modificada a partir do primeiro choque do petróleo em 1973, reforçada em 1978 pelo segundo choque. Necessitando mudar rapidamente o quadro energético, diversos países criaram programas de conservação de energia, com incentivos que visavam reduzir o consumo e a dependência do petróleo importado. Neste ambiente foi editado em 1978, nos Estados Unidos o NEA - National Energy Act contendo basicamente cinco blocos independentes:

PURPA - Power Utilities Regulatory Policies Act FUA - Power Plant and Industrial Fuel Use Act NGPA - Natural Gas Policy Act NETA - National Energy Tax Act NECPA - National Energy Conservation Policy Act

Existing Situation and Targets Member State Share of CHP in the Electricity Market 1994 1998 2010 Austria 21% 26% 30% Belgium 11% 4% 10% Denmark 39% 48% 55% Finland 31% 35% 40% France 2% 2% 6% Germany 9% 10% 20% Greece 2% 2% 5% Ireland 1% 2% 10% Italy 11% 17% 25% Luxembourg n.a. n.a. The Netherlands 40% 40% 55% Portugal 10% 13% 20% Spain 5% 12% 20% Sweden 6% 6% 10% United Kingdom 4% 6% 15% EU 15 Total 9% 10% 18%

HISTÓRICO - BRASIL De alguns anos para cá, de forma similar aos países desenvolvidos, também no Brasil surgem tendências para incremento da geração de eletricidade de forma distribuída, decorrentes das seguintes causas: Forte propensão de aumento das tarifas de eletricidade, considerando o aumento da participação da geração termelétrica na matriz energética brasileira e ainda, a desvalorização cambial, a necessidade de importação de equipamentos e a tarifa do gás natural em dólares; A vontade, por parte dos consumidores, de reduzir o custo do suprimento de energia elétrica e de melhorar a confiabilidade desse suprimento, face ao aumento dos preços aplicados pelas concessionárias e às deficiências de geração e transmissão. Em particular, o custo de geração em centrais empregando óleo diesel tornou, em certos casos, mais econômico para o atendimento da ponta por geração local ad hoc (geradores de ponta) do que pela concessionária; Disponibilidade crescente do gás natural para geração, em virtude do aumento da oferta tanto de origem nacional como externa, da construção de gasodutos para transporte e do desenvolvimento das redes de distribuição;

HISTÓRICO - BRASIL A reestruturação institucional do setor elétrico, com a criação das figuras do consumidor livre e do comercializador de energia; oportunidade de livre acesso de produtores independentes e consumidores livres ao sistema de transmissão, pelas novas regras estabelecidas pela ANEEL; legalização da venda de energia elétrica ao mercado por produtores independentes e autoprodutores; permissão legal de distribuição de eletricidade conjuntamente com frio/calor distrital; Conscientização dos problemas ambientais, promovendo soluções que tendam a reduzir os impactos ambientais da geração, dentre as quais as que permitem melhor aproveitamento da energia proveniente de combustíveis fósseis ou renováveis; Aperfeiçoamento de tecnologias que tornaram competitivas novas fontes e novos processos de geração de energia; Progresso da tecnologia eletrônica e conseqüente redução nos custos de sistemas de controle, de processamento e de transmissão de dados, viabilizando a operação de sistemas elétricos cada vez mais complexos.

COMENTÁRIOS Ainda não foram criados todos os mecanismos legais que promovam fortemente a cogeração como uma alternativa importante de suprimento de energia. Percebe-se ainda algumas medidas que, na tentativa de resolver o perigo de uma nova crise, seguem o modelo tradicional de atender a demanda sem se preocupar com a eficiência. Incluso existem medidas contraditórias que inibem o crescimento da cogeração, por exemplo: o prazo para a apresentação de projetos com as prerrogativas do PPT aos empreendimentos de cogeração, qualificados pela ANEEL (encerrado em 30 de março de 2002 pela Resolução GCE 101/2002); a dificuldade de obtenção de créditos para o investimento em equipamentos importados; o estabelecimento de uma quota de 4,4 milhões m 3 /dia de disponibilidade de gás para esse fim (Resolução GCE 56/2001). De acordo com o trabalho MME (2002) já em 2003 esta reserva já estaria praticamente esgotada; o alto valor de contratação de energia de back-up (demanda suplementar de reserva) e a não remuneração pelo custo evitado; a rejeição e oposição de grupos ambientalistas e de parte da população a projetos de geração termelétrica, devido a falta de cultura destes sistemas no Brasil. Este problema pode ser resolvido através do esclarecimento e da divulgação, especialmente quanto aqueles de eficiências elevadas, e por conseqüência, com menores impactos ambientais.

EXEMPLOS DE SISTEMAS DE COGERAÇÃO NO BRASIL Potência Elétrica [kw] Acionador Vapor [kg/h] Frio [TR] Consumo de GN estimado Investimento estimado Ilha Plaza Shopping Center 1x950 TG 2.615 1.200 500 [m 3 /h] US$ 3,3x10 6 Bergitex tecelagem 6x400 MCI nd nd 400.000 [m 3 /mês] nd Kaiser Cervejaria 2x2.500 MCI nd nd 37.000 [m 3 /dia] nd hotel Sheraton 2x830 MCI nd nd 230 [m 3 /h] R$ 2,5 x10 6 Jornal o Globo 2x2.600 nd nd nd 2.400.000[m 3 /mês] US$ 8,0 x10 6 Shopping Villa-Lobos 2x1.700 nd nd 1.500 800 [m 3 /h] R$ 7,5 x10 6 Fabrica da Coca-Cola I 2x1.700 nd nd 560 792 [m 3 /h] nd Central Globo de Produção 2x2.500 nd nd nd 1.500 [m 3 /h] nd Fabrica da Coca-Cola II 3x1.620 nd 3.300 870 nd nd Universidade Luterana 1x2.200 + 2x1.200 nd 1.700 415 40.000 [m 3 /dia] US$ 4,5 x10 6 Shopping Center Taboão 3.600 nd nd nd 4.900.000 [m 3 /ano] R$ 14,0 x10 6

A qualificação dos cogeradores

Eficiência e alocação de custos em sistemas de cogeração

Esquemas e tecnologias de cogeração

Formas de Cogeração Caldeira convencional com turbina de contrapressão Caldeira convencional com turbina de condensação com extração Turbina a gás com caldeira de recuperação de calor para processo Turbina a gás com caldeira de recuperação de calor e turbina a vapor de contra-pressão Motor a gás com caldeira de recuperação de calor

Faixa de utilização de acionadores primários em cogeração com relação aos diferentes consumidores

Cogeração com turbinas a vapor

Comparação das diferentes tecnologias de cogeração

Indicadores técnico-econômicos de sistemas de cogeração