Estudo da viabilidade económica da implementação de uma ... · estudo de viabilidade económica, em números, para seguidamente serem interpretados os ... aliadas a uma crescente

Departamento de Engenharia Mecânica

Ramo de Termodinâmica e fluidos

Gestão da Energia

Estudo da viabilidade económica da implementação de uma microturbina

Coordenação do trabalho:

Professor Fausto Freire

André Brito Pontes

Bruno Rúben Maricato

Coimbra

Janeiro 2003

Índice

1. INTRODUÇÃO ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ----------------------------------------------------------------------------------- 4

2.1. MICROGERAÇÃO ------------------------------------------------------------------------------------------------- 4 2.1.1. Tecnologias------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 2.1.2. Legislação -------------------------------------------------------------------------------------------------- 8

2.2. MICRO-COGERAÇÃO --------------------------------------------------------------------------------------------- 9 2.2.1. Cogeração -------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 2.2.2. Cogeração com Micro-Turbina a gás------------------------------------------------------------------10

3. ESTUDO DA VIABILIDADE ECONÓMICA DA MICROGERAÇÃO COM E SEM

COGERAÇÃO BASEADO NA UTILIZAÇÃO DE UMA MICROTURBINA A GÁS -----------------12

3.1. APRESENTAÇÃO DO CASO EM ESTUDO------------------------------------------------------------------------12 3.2. INTERPRETAÇÃO DOS RESULTADOS ---------------------------------------------------------------------------21

3.2.1. Microgeração ---------------------------------------------------------------------------------------------21 3.2.2. Micro-cogeração -----------------------------------------------------------------------------------------22

4. CONCLUSÃO-------------------------------------------------------------------------------------------------------24

5. REFERÊNCIAS ----------------------------------------------------------------------------------------------------25

Gestão de Energia

Estudo da viabilidade económica da implementação de uma microturbina 3

Âmbito

Este trabalho insere-se no âmbito da cadeira de Gestão da Energia, do 5º ano do

curso de Engenharia Mecânica, da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade

de Coimbra e trata da aproximação a um caso real da possível implementação de um

sistema de microgeração ou micro-cogeração com a tecnologia de micro-turbina a gás,

fazendo-se para isso um estudo de viabilidade económica que vai servir de apoio à

decisão final.

Resumo

Este trabalho tem como objectivos: Apresentar as principais tecnologias

aplicáveis a microgeração e micro-cogeração; Um estudo de viabilidade económica

aplicado a um caso específico, utilizando a tecnologia de micro-turbinas a gás.

Para tal, começa-se por apresentar uma descrição sobre a microgeração,

tecnologias disponíveis e legislação aplicável. Aborda-se a cogeração a título

introdutório, para uma posterior análise sobre a micro-cogeração no caso da tecnologia de

micro-turbina a gás. E por fim, expõe-se o caso específico ao qual vai ser aplicado o

estudo de viabilidade económica, em números, para seguidamente serem interpretados os

resultados obtidos nesse estudo.

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1. Introdução

Este trabalho visa fazer um estudo preliminar sobre a possível implementação de

um sistema de microgeração com e sem cogeração. Pretende-se que sirva de ponto de

partida para um estudo mais exaustivo e complexo, contendo, de uma forma resumida,

informação útil, e será, certamente, objecto de actualização.

2. Fundamentos teóricos

2.1. Microgeração

A microgeração tem como objectivo principal a geração de energia em pequena

escala (potência eléctrica inferior a 500 kW) no local do seu consumo final, conseguindo

esta ser produzida por aparelhos que chegam a ser um milhão de vezes menores que as

grandes centrais de produção de energia centralizada. Além de acenar com a ideia

sedutora da independência – ou menor dependência – de fornecimento externo de

electricidade, a microgeração tem como vantagens em relação às grandes centrais de

energia centralizada o facto de ser muito menos poluente do que estas (centrais que

trabalham a carvão ou nucleares), conseguirem fornecer electricidade confiável, de alta

qualidade, sem interrupções no fornecimento de energia, o que acontece nas grandes

centrais devido à sua vulnerabilidade intrínseca e das linhas de transmissão, o que

permite uma redução dos apagões e consequentes perdas de produtividade, com uma teia

de pequenos geradores de electricidade sendo naturalmente mais estável do que uma rede

servida por apenas poucas centrais de grande porte. De referir que nos USA, neste

momento, mais de 70 % de todas as entidades empresariais têm ou alugam qualquer tipo

de geração de emergência ou auxiliar/complementar, e essa tendência é crescente. Isto

deve-se essencialmente porque as interrupções de energia têm um impacto significativo

em muitas delas, e como tal, esta é uma maneira de salvaguardar esse aspecto.

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2.1.1. Tecnologias

Novas tecnologias permitem produzir electricidade, com elevada qualidade, de

uma forma eficiente, no local de consumo final, reduzindo as perdas por transporte nas

redes eléctricas. Essas novas tecnologias utilizam, maioritariamente, gás natural,

resultando assim em menores emissões de CO2 do que nos casos em que se utilizam

outros tipos de combustível (particularmente nas grandes centrais térmicas onde o

combustível utilizado é o carvão). Por outro lado, existe a possibilidade de mais

facilmente aproveitar o calor libertado na produção de electricidade (e que de outra

maneira seria desperdiçado), contribuído, assim, para um aproveitamento mais eficiente

dos recursos energéticos.

As principais tecnologias de micro-energia incluem os convencionais motores de

combustão interna (Diesel, Stirling e gás), as microturbinas a gás e as pilhas de

combustível. Também desempenham papeis importantes no contexto da descentralização

da electricidade todos os pequenos sistemas baseados em energias renováveis tais como a

energia solar, a eólica, geotérmica, biomassa, etc. As vantagens ambientais e energéticas,

aliadas a uma crescente atractividade a nível económico, estão a tornar as microturbinas a

gás e as pilhas de combustível tecnologias que são fortes alternativas à penetração num

mercado até hoje dominado pelos motores de combustão interna.

Embora alguns modelos tenham sido desenvolvidos propositadamente para a

microgeração, a maioria das microturbinas a gás deriva de motores desenvolvidos para a

indústria aeronáutica ou automóvel. Novos desenhos e materiais permitem que o uso

destes sistemas com base em combustão, dependendo principalmente do gás natural,

diminua significativamente as emissões de partículas, dióxido de enxofre, óxidos de

nitrogénio e metais pesados. Essas reduções podem variar entre 50 a 100 %, dependendo

da tecnologia e do poluente, o que irá provocar um impacte bastante menor sobre o meio

ambiente. As microturbinas são caracterizadas também por terem rendimentos

relativamente satisfatórios, necessidades de manutenção mínimas, de serem sistemas

compactos e leves, sujeitos a valores bastante reduzidos de vibrações, com uma

capacidade de aproveitamento da sua alta taxa de calor para sistemas em cogeração e

trigeração de alta eficiência, bem como por terem um custo por kW competitivo. Este

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tipo de tecnologia encontra-se praticamente no início da fase de comercialização e os

construtores estão muito optimistas em relação ao seu sucesso.

As pilhas de combustível representam um conceito de produção de electricidade

completamente diferente dos anteriores, pois neste caso não existe combustão. Este tipo

de equipamento converte directamente a energia química contida na fonte de energia

(normalmente hidrogénio ou gás natural) em electricidade, através de um processo

electroquímico.

No caso dos sistemas baseados em combustão, a energia química contida no

combustível sofre uma série de conversões até atingir a forma final de energia eléctrica

(química-»térmica-»mecânica-»eléctrica), resultando em sucessivas perdas de energia.

Por esta razão, o rendimento eléctrico das pilhas de combustível é significativamente

superior ao dos motores de combustão interna e das microturbinas a gás. As emissões

resultantes do funcionamento das pilhas de combustível são praticamente nulas. As

necessidades de manutenção são muito reduzidas e a vida útil pode chegar aos 30 anos. A

principal desvantagem reside no seu ainda elevado custo inicial, justificado não só pela

inexistência de produção em grande escala deste equipamento, mas também pela

necessidade de utilização de materiais especiais no seu fabrico (metais preciosos).

Antevê-se o sector dos transportes como o grande mercado inicial para as pilhas de

combustível, o que deverá permitir uma redução considerável do seu custo de fabrico,

através da produção em massa. O custo das mais usuais tecnologias de microgeração vem

exposto na tabela 1:

Actualmente Previsão 2010

Micro-Turbinas a gás 800 - 900 440 - 660

Pilhas de combustível 2200 - 3300 830 - 1100

Motores de combustão interna a gás 550 - 830 440 - 750

Tabela 1 – Custo das tecnologias de microgeração [€/kW]

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Figura 1 – Microturbina a gás (Turbec T100) Figura 2 – Microturbina a gás (Capastone 330 Model)

Figura 3 – Esquema de um sistema MicroTurbina

Figura 4 – Pilha de Combustível (Hpower 500w) Figura 5 – Pilha de Combustível (Ballard 250kW)

Figura 6 – Esquema do funcionamento de uma pilha de combustível

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Figura 7 - Motor Caterpillar Figura 8 – Motor John Deere ( Diesel-27kW)

2.1.2. Legislação

A legislação mais relevante para a implementação e rentabilização de uma

unidade de produção de energia por microgeração inclui os seguintes diplomas:

Decreto-Lei nº 68/2002, de 15 de Março:

Regula o exercício da actividade de produção de energia eléctrica em

baixa tensão (BT), desde que a potência a entregar à rede pública não seja

superior a 150 kW.

Portaria nº 764/2002, de 1 de Julho:

Estabelece o tarifário aplicável ás instalações de produção de energia

eléctrica em BT, licenciadas ao abrigo do Decreto-Lei nº 68/2002, de 15 de

Março, bem como as disposições relativas ao período de vigência das

modalidades do mesmo tarifário.

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2.2. Micro-cogeração

2.2.1. Cogeração

O conceito de cogeração – produção de energia eléctrica/mecânica e utilização do

calor perdido proveniente da produção de energia – foi realmente adoptado em Portugal

no fim dos anos 80, quando os motores a combustíveis pesados (HFO-Heavy Fuel Oil)

foram introduzidos no mercado. Os altos preços da electricidade levaram os industriais a

investirem na sua própria produção de energia, e com a maior parte das indústrias a

precisarem de energia em forma de vapor, o princípio da cogeração era uma solução mais

que óbvia. Porque Portugal tinha, naquela altura, algumas refinarias de HFO, e ainda não

havia disponibilidade de gás natural, o comércio da cogeração foi inicialmente feito com

motores Wärtsilä a trabalhar a HFO. Há actualmente cerca de 71 motores a HFO a

trabalhar com cogeração em Portugal, correspondendo a cerca de 8% do consumo

eléctrico anual Português.

Em 1992, o Governo Português teve uma decisão estratégica para diversificar as

suas fontes de energia primária, introduzindo o gás natural. Depois de trazido por um

pipeline, através de uma multinacional portuguesa, o projecto de implementação do gás

natural teve os seus frutos, e em 1997 começou a ser finalmente utilizado. Com a

disponibilidade de gás natural, os pedidos para motores a gás subiram repentinamente.

Embora o gás natural seja ligeiramente mais caro do que os combustíveis pesados, estão

cada vez mais a ganhar adeptos, enquanto que os projectos a HFO estão a desaparecer.

Para isso contribuíram factores tais como uma política de maior protecção ambiental,

bem como uma incerteza a nível de uma futura legislação acerca das possíveis emissões

de poluentes para a atmosfera.

Inicialmente não havia uma clara plataforma em termos legais no que diz respeito

à instalação de estações privadas de cogeração, utilização e preços de venda de energia. O

que fazia depender tudo isto da vontade dos políticos/autoridades de então. Desta

situação resultaram longos atrasos e problemas aquando do planeamento de

investimentos, por parte das empresas interessadas, o que foi finalmente rectificado

aquando da criação de uma lei que define todo o âmbito da cogeração, pelo Decreto-Lei

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nº189/88,de 27 de Maio, posteriormente actualizado pelo Decreto-Lei nº 186/95, de 27 de

Junho, Decreto-Lei nº 538/99, de 13 de Dezembro, Decreto-Lei nº312/2001,e pelo

Decreto-Lei nº 313/2001, de 10 de Dezembro, bem como pela Portaria nº 30/2000,de 27

de Janeiro, Portaria nº 31/2000, de 27 de Janeiro, e Portarias nº 57 até à 60/2002.

A rentabilidade dos sistemas de cogeração tem, em geral, vindo a diminuir nos

últimos anos, devido essencialmente a uma subida de preço dos combustíveis e a uma

diminuição do preço da electricidade. A viabilidade económica dos projectos de

cogeração depende fortemente da diferença entre o preço destas duas energias, da sua

estabilidade e também do preço de aquisição dos excedentes de produção por parte do

SEP – Sistema Eléctrico Público. No entanto, as últimas alterações legislativas vieram

valorizar a remuneração pelo fornecimento à rede eléctrica da energia produzida pelo

processo de cogeração, nomeadamente através da inclusão de uma parcela ambiental e de

uma parcela representativa das perdas evitadas nas redes de transporte e distribuição de

electricidade.

O desenvolvimento da cogeração está condicionado, entre outros, por factores que

advêm das políticas públicas, dos preços relativos das fontes de energia primária, do

desenvolvimento tecnológico. A internalização dos custos ambientais, a implementação

de políticas fiscais de apoio às tecnologias mais eficientes, a regulação coordenada do

sector eléctrico e do gás natural, são exemplos de medidas incentivadoras da cogeração.

Os segmentos de negócio que se perspectivam como os de maior atractividade no

futuro são as grandes cogerações (›10MW), as cogerações a gás (›10000kW), as mini e

micro-cogerações a gás (‹500kW) e as cogerações em contra-pressão, utilizando

combustíveis não fósseis.

2.2.2. Cogeração com Micro-Turbina a gás

Numa micro-turbina a gás, assim como numa turbina a gás, o combustível é

queimado numa câmara de combustão, e os gases daí provenientes são encaminhados

para dentro da turbina, onde a sua energia é convertida em energia mecânica, que pode

ser aproveitada tanto para a produção de energia eléctrica com um alternador, como para

Gestão de Energia


pôr em funcionamento bombas, compressores, etc. A energia residual produzida sob a

forma de um fluxo elevado de gases quentes pode ser usada para satisfazer, total ou

parcialmente, as exigências térmicas do processo, quer elas sejam em forma de calor e/ou

frio (cogeração e trigeração), isso é normalmente conseguido através de uma caldeira que

vai aquecer água e/ou produzir vapor, conforme as necessidades do sistema, e/ou pela

utilização de um ‘chiller’que vai produzir frio.

Figura 9 – Esquema simplificado do funcionamento de uma turbina a gás

Figura 10 – Micro-cogeração com uma micro-turbina (Bowman Power)

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A utilização de cogeração com turbinas a gás tem aumentado, sendo utilizada em

sistemas de grandes, médias e pequenas (Microcogeração) dimensões. Um sistema de

geração de energia eléctrica com a utilização de uma micro-turbina a gás apresenta uma

eficiência da ordem dos 30%, perdendo-se 70% da energia do combustível. Com a

utilização de um sistema a jusante de aproveitamento dos gases de combustão (com

temperaturas da ordem dos 500-700 ºC), o rendimento do sistema passa a ser de

aproximadamente 90%. De entre as vantagens do sistema, salientam-se as seguintes:

Fácil manutenção, implicando menores tempos de paragem; Arranque relativamente

rápido; Grande fiabilidade; São compactos e relativamente isentos de vibrações, exigindo

menos despesas em termos de estruturas, fundações e isolamentos acústicos; Não

necessita de vigilância constante; Disponibilidade de energia térmica a temperaturas

elevadas; Redução significativa da emissão de poluentes e particularmente do CO2. De

entre as desvantagens do sistema salientam-se as seguintes: Utilizações menos atractivas

em processos com poucas necessidades térmicas; Tempo de vida útil relativamente curta.

3. Estudo da viabilidade económica da microgeração com e

sem cogeração baseado na utilização de uma microturbina a

gás

3.1. Apresentação do caso em estudo

Para estudar a viabilidade económica de um projecto, temos de ter todos os dados

referentes à sua implementação, os quais serão:

Consideramos, como caso típico, um restaurante de dimensões médias, com um

consumo mensal de cerca de 6500 kWh e com cerca de 68 kW de potência

instalada como vem descriminado na tabela que se apresenta seguidamente. De

referir que, quando temos a micro-turbina a trabalhar com cogeração, dos 68 kW

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retiramos os consumos dos aparelhos que vão ser ‘alimentados’ pelo

aproveitamento térmico dos gases de escape, tais como os convectores, a máquina

de lavar louça e a máquina de lavar roupa. Assim, poderemos ter picos de consumo

da ordem dos 44 kW.

Cozinha

Equipamento Consumo mensal (kWh) Custo mensal

Euros

Quantidade (unid) Potência total (W)

Lâmp.Fluoresc. 93.96 9.08 6 6x58=348

Arca Frigor. 52 5.02 1 1000

Batedeira 81 7.82 3 1350

Cafeteira Ele. 180 17.39 2 2000

Combinado 60 5.8 1 1000

Forno Electr. 367.2 35.47 2 3600

Frigorífico 33 3.19 1 500

Fritad.Electr. 720 69.55 4 6000

Tritu.de Resí. 33 3.19 2 1100

Termoacumul. 168.82 16.31 1 7500

Micro-ondas 195 18.84 2 6500

Exaustor 216 20.87 4 1440

Placa Vitro. 720 69.55 4 6000

Máq.Lav.Louça 216 20.87 1 5200

Torradeira 120 11.59 2 2000

Máq.Lav.Roupa 1 5000

Sala

Convectores 2520 243.44 7 14000

Ar condicion. 471.01 45.5 2 7000

Lâmp.Halog. 189 18.26 7 1050

∑ = 6435.99 621.74 67588 W

� 68 kW

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O horário de trabalho é de 15 horas diárias, das 9 da manhã às 24, sendo o horário

de trabalho da microturbina de 13 horas diárias, das 9 da manhã às 22, correspondentes às

horas em que a energia é mais cara - horário fora de vazio (Anexo 1). Para estas 15 horas

de trabalho simulam-se vários casos possíveis de consumo por parte do restaurante,

conforme se encontra nas folhas de cálculo.

Para o cálculo do preço do kWh produzido pela microturbina a gás natural, e

sabendo que o preço do gás natural é de 0,5049 €/m3, para o escalão de gás consumido

por ano (Anexo 2), sabendo também que este gás natural tem um PCI de 37,9 MJ/m3, e a

sua densidade é de 0,79 kg/m3, então o preço será de 0,639 €/kg e o PCI de 47,974

MJ/kg, então:

kJkgkJ

kg /€103319,1/47974

/€639,0 5−×=

e como : 1kW=1kJ/s ⇒1kWh=3600kJ ou seja:

GNkWhkJ /€04795,0/€103319,1 5 =× −

Cálculo do custo do electkWh através do funcionamento em micro-geração:

Como sabemos que a eficiência eléctrica da microturbina é de cerca de 30%, perdendo-se

o restante, então:

%30===GN

elect

in

out

kWhkWh

EE

η

⇒ GNelect kWhkWh 13,01 ×= ou seja, são necessários:

GNkWh333,33,0

1= para produzir electkWh1

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então:

electGN kWhkWh /€1596,0/€0479,0333,3 =×

é este o custo do electkWh produzido pela microturbina.

Cálculo do custo do electkWh através do funcionamento em micro-cogeração:

Como sabemos que a eficiência térmica da microturbina é de cerca de 85%, então:

%85===GN

térmico

in

out

kWhkWh

EE

η

⇒ GNtérmico kWhkWh 185,01 ×= ou seja, são necessários:

GNkWh1764,185,01

= para produzir térmicokWh1

então:

térmicoGN kWhkWh /€056,0/€0479,01764,1 =×

Energia eléctrica 30% Energia primária

100% Energia térmica dependente do

aproveitamento

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Como sabemos (através do catálogo do fabricante) que, no caso da microturbina

Turbec T100, a eficiência total vai ser de 80 %, teremos, assim, uma eficiência

térmica de 80-30=50%, ou seja:

056,05,03,010479,0 ×+×=× eléctkWh

Então, o eléctkWh produzido em micro-cogeração, no caso da microturbina Turbec

T100, é de 0,0663 eléctkWh/€

Para o caso da microturbina Elliot TA80, com uma eficiência total de cerca de

78%, teremos uma eficiência térmica de 78-30=48%, ou seja:

056,048,03,010479,0 ×+×=× eléctkWh

Então, o eléctkWh produzido em micro-cogeração, no caso da microturbina Elliot

Ta80, é de 0,0700 eléctkWh/€

Sabendo que temos necessidades térmicas de água quente de cerca de 1000 litros,

a 60ºC, que vão servir para lavagem de louças, lavagem de roupas e de abastecimento de

convectores de calor, e as temperaturas da água à entrada e à saída do permutador de

calor, que está englobado no sistema de cogeração das microturbinas, é sensivelmente

igual para as duas e são de cerca de 50 e 70ºC, e atendendo ao raciocínio:

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A temperatura da água necessária para satisfazer as necessidades térmicas será

de aproximadamente 60ºC, obtida através da seguinte mistura:

Água da rede: temperatura média 10ºC;

Água proveniente do depósito: temperatura rondará os 70ºC.

Os volumes de água quente e fria serão calculados através das equações de balanço

mássico e energético.

Equação de balanço mássico:

mfq mmm &&& =+

Vm ×= ρ&

Equação de balanço energético:

mmffqq hmhmhm ×=×+× &&&

TCh p ×=

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Logo vem que:

×××=×××+×××

×=×+×

mmpmmffpffqqpqq

mmffqq

TCVTCVTCV

VVV

,,, ρρρ

ρρρ

Em que:

mq – Massa de água quente [kg];

mf – Massa de água fria [kg];

mm – Massa da mistura de água [kg];

Tq – Temperatura da água quente [ºC];

Tf – Temperatura da água fria [ºC];

Tm – Temperatura da mistura de água [ºC];

hq – Entalpia específica da água quente [Kcal/kg];

hf – Entalpia específica da água fria [Kcal/kg];

hm – Entalpia específica da mistura de água [Kcal/kg];

ρq – Massa específica da água quente [kg/m3];

ρf – Massa específica da água fria [kg/m3];

ρm – Massa específica da mistura de água [kg/m3];

Vq – Volume de água quente [m3];

Vf – Volume de água fria [m3];

Vm – Volume da mistura de água [m3];

Cp,q – Capacidade calorífica específica da água quente [Kcal/kg.ºC];

Cp,f – Capacidade calorífica específica da água fria [Kcal/kg.ºC];

Cp,m – Capacidade calorífica específica da mistura de água [Kcal/kg.ºC].

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Sabemos que:

Volume da mistura de água – Vm = 1 m3

Temperatura da água quente – Tq = 70ºC

Temperatura da água fria – Tf = 10ºC

Temperatura da mistura de água – Tm = 60ºC

A partir dos valores do calor específico e da massa volúmica da água tabelados, para

as respectivas temperaturas, construiu-se, interpolando, a seguinte tabela:

Temperatura

[ºC]

Capacidade calorífica

específica [kcal/kg.ºC]

Massa específica

[kg/m3]

10 1,002 999,7

60 1,000 983,2

70 0,9996 979,9

⇔

×××=×××+×××

×=×+×

60000112983100021799999960709979

1298379999979

,,.,,,

,,,

fq

fq

VV

VV

⇔

=

=

3

3

83640

163580

mV

mV

q

f

,

,

O volume de água quente proveniente do aproveitamento dos gases de escape da

microturbina, que é necessário diariamente é de 0,8364 m3.

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Para ver se gastamos menos com a utilização da microturbina calculamos o custo

de produção de energia eléctrica através do seu preço de electkWh . Esta energia

produzida é utilizada, em parte, para consumo próprio, e a outra é destinada a venda à

rede, a qual é paga segundo uma fórmula dada pela Portaria nª764/2002(Anexo3), que é a

seguinte:

REFDEZmmm IPCIPCEECCtBTEVRDVRD /)( ××+=

mBTEVRD )( = (nº kWh produzidos × tarifa bi-horária) por mês

Ct = 0,015€/kWh para o caso da microturbina a gás

mEEC = nº kWh fornecidos à rede por mês

=REFDEZ IPCIPC / 1,036 é um índice de referência retirado da página da Internet dgcc.pt

Depois de calculado o que se vende à rede (VRDm), calcula-se o custo da energia

fora da hora de vazio. Faltando apenas calcular os custos da compra de energia à EDP nas

hora em que a microturbina não funciona (horário de vazio). O valor da soma destes

custos, anteriormente referidos, são os custos referentes à utilização da microturbina.

Comparando os custos referentes à não utilização da microturbina, temos assim o ‘lucro’

que advém da utilização da microturbina.

Com este pretenso ‘lucro’ vamos fazer um estudo de viabilidade económica a

duas microturbinas, a Turbec T100 e a Elliot TA80, para saber se compensa ou não a

implementação de uma microturbina, bem como qual das duas compensa mais. As

características destas, tais como o preço, custos de manutenção e operação, e todas as

especificações técnicas, são apresentadas nas tabelas em anexo.

Gestão de Energia


Para este estudo utilizámos dois critérios complementares: O VLA – valor líquido

actual e o TIR – taxa de rentabilidade interna. É bastante importante definir a taxa de

actualização, para os projectos T100 e TA80. Sendo esta taxa dependente de capitais

próprios e respectiva taxa de rentabilidade desejada, capitais alheios e respectiva taxa de

juro anual cobrada pela entidade credora, e somando diferentes factores de risco à taxa

de actualização devido a simplificações efectuadas no cálculo desta própria taxa.

Entrámos, assim, com valores de 9, 8 e 7% para a taxa de actualização. Contabilizámos

no investimento inicial de cada projecto o custo de um esquentador que nos garante, em

caso de paragem da microturbina e/ou do sistema de cogeração, as exigências térmicas

por parte do restaurante, bem como o custo de um depósito de água quente. Além do

investimento inicial, das inspecções e revisões, temos de contabilizar como despesa o

montante pedido como empréstimo bem o seu referente juro anual. Como o montante está

directamente ligado aos capitais próprio e investido, considerámos três possibilidades

distintas. A taxa de juro anual foi considerada de 7%. Com estes valores calculamos o

VLA e o TIR.

3.2. Interpretação dos resultados

3.2.1. Microgeração

Depois dos cálculos efectuados, e para a microturbina Turbec T100, com um

consumo diário do tipo:

010203040506070

kW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas

Cosumo diário kWh

Horas de vazio

Horas fora de vazio

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Verifica-se que os custos de electricidade provenientes do funcionamento com

microturbina (2609,3740€) são bastante superiores aos custos referentes ao não

funcionamento da microturbina (1452,5966€), logo não é viável este tipo de

funcionamento.

Do mesmo modo, e para a microturbina Elliot TA80, com o mesmo mapa de

consumo, verifica-se que os custos de energia provenientes do funcionamento com

microturbina (2415,2710€) são também bastante superiores aos custos gastos sem o

funcionamento desta (1452,5966€), então, do mesmo modo, este funcionamento também

não é viável.

Experimentando outros consumos e cargas, pudemos constatar que não há

viabilidade económica num projecto de microgeração com microturbina a gás.

3.2.2. Micro-cogeração

Depois de realizados diversos mapas de consumos e cargas de funcionamento das

micro-turbinas em micro-cogeração, chegamos à conclusão que os mapas que apresentam

uma melhor rentabilização dos custos são os que apresentam os picos de consumo no

horário de vazio, e com produção à carga máxima. Abaixo encontra-se apresentado o

mapa de consumo diário:

05

1015202530354045

kW

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Horas

Cosumo diário kWh

Horas de vazio

Horas fora de vazio

Verificou-se que, depois de efectuados os cálculos necessários, a micro-

turbina T100 apresenta um custo de produção de electricidade de -113,6330 € . Este valor

Gestão de Energia


negativo significa que estamos a ganhar mais dinheiro com a venda do que produzimos

do que estamos a gastar com o que produzimos mais o que consumimos. Dado que o

consumo de energia só à rede é de 1225,3852 €, isso significa que o nosso ‘lucro’ mensal

é de 1339,0182 €/mês. Do mesmo modo, e para a micro-turbina Elliot TA80, vem que o

custo de produção de energia é de 239,1818 €. Como o consumo de energia apenas à

rede é de 1188,5302 €, então o ‘lucro’ é de 949,3484 €/mês. Depois disto, vamos então

fazer o estudo para ver se compensa, a implementação de uma microturbina, ou de qual

das duas é melhor, com base no VLA e TIR. Abaixo apresenta-se uma tabela onde se

varia o valor do capital próprio e a taxa de actualização, para os dois modelos de micro-

turbina:

Modelo T100 TA80 T100 TA80 T100 TA80

Capital pro. 20.000,00 € 20.000,00 € 35.000,00 € 35.000,00 € 76.000,00 € 41.200,00 €

Empréstimo 56.000,00 € 21.200,00 € 41.000,00 € 6.200,00 € 0,00 € 0,00 €

Taxa actualiza. 9% 9% 9% 9% 9% 9%

VLA -42.119,54 € -9.818,34 € -29.537,74 € 3.256,36 € 4.852,49 € 8.660,57 €

TIR #NUM! -1,0% -4,5% 11,0% 10,1% 13,9%


Capital pro. 10.000,00 € 20.000,00 € 35.000,00 € 35.000,00 € 76.000,00 € 41.200,00 €

Empréstimo 66.000,00 € 21.200,00 € 41.000,00 € 6.200,00 € 0,00 € 0,00 €

Taxa actualiza. 8% 8% 8% 8% 8% 8%

VLA -50.758,78 € -8.980,08 € -27.898,65 € 5.013,41 € 9.591,96 € 10.797,39 €

TIR #DIV/0! -1,0% -4,5% 11,0% 10,1% 13,9%


Capital pro. 20.000,00 € 20.000,00 € 35.000,00 € 35.000,00 € 76.000,00 € 41.200,00 €

Empréstimo 56.000,00 € 21.200,00 € 41.000,00 € 6.200,00 € 0,00 € 0,00 €

Taxa actualiza. 7% 7% 7% 7% 7% 7%

VLA -41.171,09 € -8.111,19 € -26.171,09 € 6.888,81 € 14.828,91 € 13.088,81 €

TIR #NUM! -1,0% -4,5% 11,0% 10,1% 13,9%

Desta tabela, e considerando um valor da taxa de actualização de 8%, o que

corresponde a uma situação aceitável para este projecto, facilmente se constata que

quanto maior é o capital próprio investido, o que corresponde naturalmente a um pedido

de empréstimo menor, maior é o VLA e o TIR. Facilmente se depreende também que

quanto mais alta for a taxa de actualização mais reduzida será a faixa dos projectos

rendáveis do ponto de vista empresarial. Por outro lado, depreende-se que a micro-turbina

Elliot TA80 é economicamente mais viável a partir de um capital próprio de 35000€,

como se constata pelos seus valores do VLA e TIR.

Gestão de Energia


-20.000,00 €

-10.000,00 €

0,00 €

10.000,00 €

20.000,00 €

30.000,00 €

40.000,00 €

50.000,00 €

60.000,00 €

70.000,00 €

0 5 10 15

i

VLA T100

TA80

A leitura do gráfico permite concluir que, para as taxas de actualização

consideradas nesta análise, o melhor projecto de investimento é a micro-turbina TA80. O

modelo T100 só seria mais viável para valores da taxa de actualização menores que os

5,8%, o que corresponde a uma situação irrealista. Este gráfico foi obtido para um capital

próprio igual ao investimento total. Para as outras análises efectuadas, não faz sentido

construir um gráfico deste tipo.

4. Conclusão

O tarifário e o preço actual do gás natural inviabilizam muitos dos projectos de

microgeração e micro-cogeração. Por outro lado, retiram competitividade às empresas

que operam em mercados onde os seus concorrentes beneficiam do combustível a preços

mais favoráveis e que lhes permitem a redução da factura energética através da

microgeração e micro-cogeração. A total independência entre a formulação de preços do

gás natural e da electricidade tem, geralmente, um efeito penalizante para a microgeração

e micro-cogeração e riscos difíceis de avaliar, o que desmotiva o potencial investidor.

Como foi constatado na realização deste trabalho, a microgeração não é viável. No

entanto, e dadas as simplificações efectuadas na análise económica, a micro-cogeração

poder-se-á apresentar como um projecto atractivo.

Gestão de Energia


5. Referências

Ministério da Economia, Energia Portugal 2001

Silva, N. T. ‘Turbinas a vapor e a gás’, Ed.Cetop 1995

Apontamentos da cadeira de Gestão de Energia

Apontamentos da cadeira de Economia

Juanico, F.M. ‘Geradores de Calor’

Sites mais consultados na Internet:

www.edp.pt

www.galpenergia.com

www.dge.pt

www.dgcc.pt

www.turbec.com

www.elliot.com

www.bowmanpower.com

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