COGERAÇÃO COMO OPÇÃO TECNOLÓGICA EFICIENTE E COMPLEMENTAR

COGERAÇÃO COMO OPÇÃO COGERAÇÃO COMO OPÇÃO TECNOLÓGICA EFICIENTE E TECNOLÓGICA EFICIENTE E

COMPLEMENTARCOMPLEMENTAR

Manoel Regis Lima Verde LealManoel Regis Lima Verde Leal

Campinas, 6 de abril de 2004Campinas, 6 de abril de 2004

Universalização do Atendimento de Energia ElétricaUniversalização do Atendimento de Energia Elétrica e Geração Distribuida - UNICAMPe Geração Distribuida - UNICAMP

Conceito de Cogeração de EnergiaConceito de Cogeração de Energia

• A cogeração de energia é a obtenção de A cogeração de energia é a obtenção de várias formas secundárias de energia (calor, várias formas secundárias de energia (calor, eletricidade, trabalho) de forma integrada a eletricidade, trabalho) de forma integrada a partir de uma única fonte primária partir de uma única fonte primária (combustível).(combustível).

Geração x CogeraçãoGeração x Cogeração

Energia do Combustível

100 %

Energia Elétrica30 – 45 %

Perdas 70 – 55 %

Energia Elétrica

Geração


100 %

Energia Térmica 80 – 90 %

Perdas20 – 10 %

Energia Térmica

Geração x CogeraçãoGeração x CogeraçãoCogeração


100 %Energia Térmica

Perdas10 – 30 %

Energia Térmica e Elétrica

EnergiaElétrica

Seleção do Tipo de Sistema de Seleção do Tipo de Sistema de CogeraçãoCogeração

• Parâmetros importantes:Parâmetros importantes:– Tipo de combustível disponível: sólido, líquido, Tipo de combustível disponível: sólido, líquido,

gás.gás.– Relação energia térmica / energia elétrica.Relação energia térmica / energia elétrica.– Tipo de energia térmica requerida: gás quente, Tipo de energia térmica requerida: gás quente,

vapor (p, t), frio.vapor (p, t), frio.– Capacidade.Capacidade.– Custo dos combustíveis disponíveis.Custo dos combustíveis disponíveis.– Custo da energia elétrica.Custo da energia elétrica.

Cogeração em Usinas - HistóricoCogeração em Usinas - Histórico

• PassadoPassado– Energia térmica: obtida a partir do bagaço, Energia térmica: obtida a partir do bagaço,

complementado por lenha ou combustível fóssil.complementado por lenha ou combustível fóssil.– Energia elétrica: comprada da concessionária.Energia elétrica: comprada da concessionária.

• HojeHoje– Cogeração na safra: autosuficiência em energias Cogeração na safra: autosuficiência em energias

térmica e eletromecânica, a partir do bagaço.térmica e eletromecânica, a partir do bagaço.

Cogeração em Usinas - HistóricoCogeração em Usinas - Histórico

• FuturoFuturo– Cogeração na safra: autosuficiência + venda de Cogeração na safra: autosuficiência + venda de

excedentes de energia elétrica.excedentes de energia elétrica.– Geração na entressafra: venda de excedentes de Geração na entressafra: venda de excedentes de

energia elétrica.energia elétrica.– Combustível: bagaço, palha de cana, gás natural.Combustível: bagaço, palha de cana, gás natural.– Tecnologias avançadas: gaseificação / turbinas a Tecnologias avançadas: gaseificação / turbinas a

gás em ciclo combinado.gás em ciclo combinado.

Cenário Médio AtualCenário Médio Atual

• Pressão de operação:Pressão de operação: 22 bar / 300 C 22 bar / 300 C• Auto-suficiente em energia térmica e elétricaAuto-suficiente em energia térmica e elétrica• Consumo de energia elétrica:Consumo de energia elétrica: 12 kWh/tc12 kWh/tc• Consumo de energia mecânica: 16 kWh/tcConsumo de energia mecânica: 16 kWh/tc• Consumo de energia térmica:Consumo de energia térmica: 330 kWh/tc 330 kWh/tc

(500 kg vap /tc) (500 kg vap /tc)• Sobra de bagaço:Sobra de bagaço: 55 % %• Utilização palha:Utilização palha: não não

Distribuição da Energia na UsinaDistribuição da Energia na Usina

Energiado

Bagaço585 kWh/tc

(100%)

Sobra deBagaço

29 kWh/tc(5%)

Partidas eParadas

58 kWh/tc(10%)

Perdas naCaldeira

88 kWh/tc(15%)

EnergiaDo Vapor

410 kWh/tc(70%)

EnergiaEletromecânica

28 kWh/tc(5%)

Energia TérmicaPara o Processo

330 kWh/tc (56%)

Perdas Térmicas52 kWh/tc

(9%)

Alternativas de Geração de Energia Alternativas de Geração de Energia Elétrica ExcedenteElétrica Excedente

TecnologiaTecnologia OperaçãoOperaçãoConsumo Consumo Processo Processo

kgv/tckgv/tc

Excedente Excedente Energia Energia kWh/tckWh/tc

Potencial BrasilPotencial Brasil% %

Consumo Consumo BrasilBrasilGWhGWh MWMW

22bar-300C 22bar-300C TG TG

ContrapressãoContrapressãoSafraSafra 500500 0 – 100 – 10 3 0003 000 700700 11


ContrapressãoContrapressão

SafraSafra500500 40 – 6040 – 60 18 00018 000 4 5004 500 66


CondensaçãoCondensaçãoAno todoAno todo 340340 100 – 150100 – 150 45 00045 000 6 0006 000 1515

BIG/GTBIG/GT Ano todoAno todo < 340< 340 200 - 300200 - 300 90 00090 000 12 00012 000 3030

Obs.: Consumo residencial médio 150 kWh/mêsConsumo nacional de energia elétrica 310 10³ GWh/ano (BEN 2002) Moagem anual de 300 milhões de toneladas de cana

Balanço Energético das AlternativasBalanço Energético das Alternativas

Energia Útil (kWh/tc)Energia Útil (kWh/tc)

AlternativaAlternativa EletromecânicaEletromecânica TérmicaTérmica TotalTotal EM/ETotalEM/ETotal

22bar-300C TG 22bar-300C TG ContrapressãoContrapressão 2828 330330 358358 0,080,08



80bar-480C TG 80bar-480C TG CondensaçãoCondensação 180180 230230 410410 0,440,44

BIG/GTBIG/GT 333333 184184 517517 0,640,64

Redução Consumo ProcessoRedução Consumo Processo

Energia Bruta Total

Energia Elétrica/Mecânica

Energia Térmica

Perdas

Aumentar Geração E.E.

Diagrama das TecnologiasDiagrama das Tecnologias

• Convencional – cogeração só safra.Convencional – cogeração só safra.

• Condensação/Extração – geração o ano todo.Condensação/Extração – geração o ano todo.

• BIG/GT – geração o ano todo.BIG/GT – geração o ano todo.

Convencional – Cogeração SafraConvencional – Cogeração Safra

Bagaço Caldeira

TG – Extração e contrapressão

Vapor 82 bar

Vapor 22 bar

Vapor 2,5 barProcesso

Turbinas AM

Convencional – Condensação ano todoConvencional – Condensação ano todo

BagaçoPalha

Caldeira

TG – Extração e condensação

Vapor 82 bar Vapor 22 bar


Turbinas AM

Condensador

Torre de resfriamento

BIG/GT – ano todoBIG/GT – ano todoBagaçoPalha

TG – Extração e condensação

Vapor 82 bar

Vapor 22 bar


Turbinas AM

Condensador

Sistema de Gaseificação

e Limpezade Gás

Caldeira de recuperação de

calor

TG a gás

Gás limpo

Torre de resfriamento

Logística do CombustívelLogística do Combustível

Bagaço Excedente (50% umid)Bagaço Excedente (50% umid) kg/tckg/tc kWhkWhtérmtérm/tc/tc

500 kgv/tc500 kgv/tc 1414 3030

340 kgv/tc340 kgv/tc 125125 260260

280 kgv/tc280 kgv/tc 150150 320320

Palha Recolhida (15 % de umidade)Palha Recolhida (15 % de umidade)

50 %50 % 8585 300300

70 %70 % 115115 415415

Principais EquipamentosPrincipais EquipamentosConvencional – safraConvencional – safra Convencional - anoConvencional - ano BIG/GT - anoBIG/GT - ano

GaseificadorGaseificador

Sist. Limpeza gasesSist. Limpeza gases

TG a gásTG a gás

Caldeira APCaldeira AP Caldeira APCaldeira AP Caldeira recuperaçãoCaldeira recuperação

TG extração/cpTG extração/cp TG extr/condensaçãoTG extr/condensação TG extr/condensaçãoTG extr/condensação

CondensadorCondensador CondensadorCondensador

Sistema resfriamentoSistema resfriamento Sistema resfriamentoSistema resfriamento

Tratamento d’águaTratamento d’água Tratamento d’águaTratamento d’água Tratamento d’águaTratamento d’água

SubestaçãoSubestação SubestaçãoSubestação SubestaçãoSubestação

Equipamento redução Equipamento redução consumo processoconsumo processo

Equipamento redução Equipamento redução consumo processoconsumo processo

US$ 500 a 600 / kWinst.US$ 500 a 600 / kWinst. US$ 600 a 800 / kWinst.US$ 600 a 800 / kWinst. US$ 2 500 / kWinst.US$ 2 500 / kWinst.

Perspectivas de Melhorias e Perspectivas de Melhorias e Redução de Custos do BIG/GTRedução de Custos do BIG/GT

• Curva de aprendizadoCurva de aprendizado

• Melhoria nas turbinas a gásMelhoria nas turbinas a gás

• Co-combustão com Gás NaturalCo-combustão com Gás Natural

FONTE: NAKICENOVIC ET. AL.

Curvas de AprendizadoCurvas de Aprendizado

Usina ModernaUsina Moderna

• Eletrificação de acionamentosEletrificação de acionamentos

• Redução do consumo de vapor de processoRedução do consumo de vapor de processo

• Colheita de cana sem queimar com Colheita de cana sem queimar com recolhimento de palharecolhimento de palha

• Uso do biogásUso do biogás

• Uso do gás naturalUso do gás natural

• Outros produtosOutros produtos

Aspectos Econômicos – 1 t de Aspectos Econômicos – 1 t de canacana

R$R$

80 l álcool80 l álcool 5656

50 a 150 kWh50 a 150 kWh 5 a 155 a 15

25 a 75 kg CO25 a 75 kg CO22 evitado evitado 0,40 a 1,200,40 a 1,20

FIM !FIM !

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COGERAÇÃO COMO OPÇÃO TECNOLÓGICA EFICIENTE E COMPLEMENTAR