Produção Autónoma de Produção Autónoma de EnergiaEnergia
Humberto Jorge
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de ComputadoresGestão de Energia em Edifícios e na Indústria
222003/042003/04 GEEIGEEI
Fonte: EDP, Tejo Energia, TURBOGÁS, DGE
Eólica (PRE)0,08 TWh(0,21%)
Mini-Hídrica (PRE) 0,53 TWh
(1,39%)
Cogeração (PRE)4,17 TWh(10,97%)
Hídrica (SENV)0,74 TWh(1,95%)
Hídrica (SEP)11,68 TWh(30,74%)
Térmica (SEP)20,81 TWh(54,75%)
PRODUÇÃO DE ENERGIA ELÉCTRICA NO SEN EM 1998
332003/042003/04 GEEIGEEI
Fonte: EDP, DGE
Mini-hídrica528 GWh(11,06%)
Eólica78 GWh(1,63%)
Cogeração4170 GWh(87,31%)
Auto consumo
Injecção na rede
Produção de Energia Eléctrica Produção de Energia Eléctrica Associada à PREAssociada à PRE
442003/042003/04 GEEIGEEI
Produção de duas formas de energia final a Produção de duas formas de energia final a partir de uma única fonte primáriapartir de uma única fonte primária
Cogeração:Cogeração:
Maior grau de diversificação das fontes de energia final Potencial melhoria da qualidade do abastecimento Menores custos de energia
Benefício para oconsumidor
Maior eficiência do uso da energia primária Melhor ambiente Diversificação das fontes primárias de energia
Benefício social
Descentralização da produção de energia eléctrica Redução de pontas
Benefício para oSistema Eléctrico
552003/042003/04 GEEIGEEI
Produção combinada de calor e Produção combinada de calor e electricidadeelectricidade
centrais
48% 52%
Energia final56%
Perdas 44%
caldeira
Electricidade18%
Tecnologiaconvencional
combustível 100%
Sistema de cogeração
Perdas 16%En. Térmica
60%Electricidade
24%
Cogeração
combustível 100%
Energia final84%
662003/042003/04 GEEIGEEI
Campos de aplicação:Campos de aplicação:
Indústria transformadoraIndústria transformadora HospitaisHospitais HotéisHotéis Estabelecimentos de ensino;Estabelecimentos de ensino; Piscinas;Piscinas; Edifícios de escritóriosEdifícios de escritórios Centros comerciaisCentros comerciais Distribuição domiciliária de calorDistribuição domiciliária de calor
772003/042003/04 GEEIGEEI
DimensionamentoDimensionamento
Depende de questões técnicas e económicas.Depende de questões técnicas e económicas.Deve ser definido tendo por base a curva Deve ser definido tendo por base a curva térmica anual para evitar desperdiçar calor.térmica anual para evitar desperdiçar calor.A cogeração em regra deve cobrir 20 a 50% do A cogeração em regra deve cobrir 20 a 50% do pico de consumo anual de calor, 60 a 90% das pico de consumo anual de calor, 60 a 90% das necessidades de calor anuais.necessidades de calor anuais.Deve ser testado com base numa análise de Deve ser testado com base numa análise de sensibilidadesensibilidadeDeve pressupor uma auditoria prévia detalhada.Deve pressupor uma auditoria prévia detalhada.
882003/042003/04 GEEIGEEI
Exemplo de Exemplo de dimensionamentodimensionamento
992003/042003/04 GEEIGEEI
Esquema de FuncionamentoEsquema de Funcionamento
Com turbinaCom turbinaCom motor explosãoCom motor explosão
10102003/042003/04 GEEIGEEI
Execução do Projecto
Desenvolvimento do Caderno de EncargosDesenvolvimento do Caderno de Encargos
Consulta ao Mercado, Selecção de Fornecedor e Elaboração de Contratos.
Consulta ao Mercado, Selecção de Fornecedor e Elaboração de Contratos.
Execução do ProjectoExecução do Projecto
• Concepção da Central de Cogeração;
• Solicitação de Condições de Interligação ao SEP;
• Instrução do Processo de Licenciamento junto da DGE.
• Desenvolvimento de um documento de consulta para o fornecimento e montagem da central de cogeração, atendo aos requisitos da instalação, processos envolvidos e exigências de performance da instalação.
• Consulta a fornecedores existentes no mercado;
• Relatório de comparação das propostas e Selecção;
• Contratos de Fornecimento e de Disponibilidade / Manutenção.
• Gestão da Obra;• Realização de Testes;• Aceitação da Obra;• Vistoria [DRME e EDIS]
Concepção e LicenciamentoConcepção e Licenciamento
Projecto de Co-geração
11112003/042003/04 GEEIGEEI
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Pontuação [0-10]
Qualidade Técnica 9 4 8 8
Preço 7 8 3 2
Prazo de Execução 8 8 8 7
Eficiência Energética 7 7 7 7
Custos de O&M 7 8 7 8
Pontuação 7,65 6,60 6,35 6,25
Prop. 1 Prop. 2 Prop. 3 Prop. 4
AVALIAÇÃO DAS PROPOSTAS
AVALIAÇÃO DAS PROPOSTAS
Projecto de Co-geração
12122003/042003/04 GEEIGEEI
Alguns exemplosAlguns exemplos
13132003/042003/04 GEEIGEEI
Produção de frio por Produção de frio por absorçãoabsorção
Aproveitamento do calor remanescente do Aproveitamento do calor remanescente do cogerador através de cogerador através de chillerschillers de absorção – de absorção – isentos de CFC’s;isentos de CFC’s;
Menores custos de manutenção (pois estes Menores custos de manutenção (pois estes chillerschillers funcionam segundo um princípio químico funcionam segundo um princípio químico – não têm partes móveis);– não têm partes móveis);
O seu elevado preço ainda é um entrave à sua O seu elevado preço ainda é um entrave à sua utilização, tal como o seu baixo COP utilização, tal como o seu baixo COP (tipicamente entre 0.6 e 1.4).(tipicamente entre 0.6 e 1.4).
14142003/042003/04 GEEIGEEI
Princípio de funcionamento geralPrincípio de funcionamento geral
15152003/042003/04 GEEIGEEI
Princípio de funcionamento geralPrincípio de funcionamento geral
Semelhante ao ciclo de compressão Semelhante ao ciclo de compressão (compressor - condensador - válvula de (compressor - condensador - válvula de expansão - evaporador - compressor);expansão - evaporador - compressor);
O compressor mecânico é substituído por um O compressor mecânico é substituído por um “compressor químico” (composto por uma “compressor químico” (composto por uma solução química, uma bomba e um permutador solução química, uma bomba e um permutador de calor).de calor).
16162003/042003/04 GEEIGEEI
ComparaçãoComparação
17172003/042003/04 GEEIGEEI
ClassificaçãoClassificação
Apenas turbinas conseguem gerar temperaturas Apenas turbinas conseguem gerar temperaturas aceitáveis para os aceitáveis para os chillerschillers de duplo e triplo efeito de duplo e triplo efeito
Os de meio efeito são demasiado caros e Os de meio efeito são demasiado caros e ineficientes para serem viáveisineficientes para serem viáveis
Tipo COP Temperaturas dealimentação °C
Meio-efeito 0.35 80 – 100
Efeito simples 0.70 120 – 132
Efeito duplo 1.1 150 – 170
Efeito triplo >1.6 170 – 200
18182003/042003/04 GEEIGEEI
ExemploExemplo
TRIGERAÇÃOTRIGERAÇÃO
Conversão realizada a partir de um único combustível em três “formas de energia” diferentes: electricidade, vapor ou água quente e água fria
20202003/042003/04 GEEIGEEI
Componentes do sistemaComponentes do sistema
Máquina primária: Máquina primária: Motores alternativos: ciclo “OTTO” ou ciclo Diesel;Motores alternativos: ciclo “OTTO” ou ciclo Diesel; Turbinas a gás ou a vapor;Turbinas a gás ou a vapor;
Recuperador de calor;Recuperador de calor;
ChillersChillers de absorção de efeito simples ou de de absorção de efeito simples ou de efeito duplo.efeito duplo.
Gerador de energia eléctricaGerador de energia eléctrica
21212003/042003/04 GEEIGEEI
Porquê trigeração?Porquê trigeração?
Permite compensar diferenças entre necessida-Permite compensar diferenças entre necessida-des térmicas de Inverno e de Verão maximizando des térmicas de Inverno e de Verão maximizando o aproveitamento da unidade de cogeraçãoo aproveitamento da unidade de cogeração
Objectivo: produzir electricidade e AQS durante Objectivo: produzir electricidade e AQS durante todo o ano, calor no Inverno e frio no Verão para todo o ano, calor no Inverno e frio no Verão para climatização. climatização.
22222003/042003/04 GEEIGEEI
Resumo das vantagensResumo das vantagens
Eficiência global superior Eficiência global superior Diminuição de perdas de transporte de Diminuição de perdas de transporte de
energia devido à produção localenergia devido à produção local Emissões mais reduzidas de poluentesEmissões mais reduzidas de poluentes Podem em alguns casos ser aproveitados Podem em alguns casos ser aproveitados
resíduos industriais, domésticos e biomassaresíduos industriais, domésticos e biomassa Redução da potência em horas de ponta à Redução da potência em horas de ponta à
rede, reduzindo a necessidade do recurso a rede, reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação centrais menos eficientes ou à importação em períodos de pontaem períodos de ponta
23232003/042003/04 GEEIGEEI
Princípio de funcionamentoPrincípio de funcionamento
24242003/042003/04 GEEIGEEI
VantagensVantagens
Eficiência global do sistema muito superior à Eficiência global do sistema muito superior à produção independente de cada uma das formas produção independente de cada uma das formas de energia (conseguem-se economias de 60% de de energia (conseguem-se economias de 60% de energia primária;energia primária;
Diminuição das perdas de transporte de energia Diminuição das perdas de transporte de energia devido à produção local;devido à produção local;
Emissões de NOx reduzidas em 25% em Emissões de NOx reduzidas em 25% em comparação com a produção de electricidade nas comparação com a produção de electricidade nas centrais térmicas e calor nas caldeiras tradicionais.centrais térmicas e calor nas caldeiras tradicionais.
Emissões de CO2 reduzidas em 30 a 60%;Emissões de CO2 reduzidas em 30 a 60%;
25252003/042003/04 GEEIGEEI
Vantagens – continuaçãoVantagens – continuação Redução da potência em horas de ponta à rede, Redução da potência em horas de ponta à rede,
reduzindo a necessidade do recurso a centrais reduzindo a necessidade do recurso a centrais menos eficientes ou à importação em períodos menos eficientes ou à importação em períodos de ponta);de ponta);
Podem ser usados gases (Ex: metano) Podem ser usados gases (Ex: metano) resultantes de outros processos que de outra resultantes de outros processos que de outra forma seriam desaproveitados e lançados na forma seriam desaproveitados e lançados na atmosfera, destruindo a camada de ozono;atmosfera, destruindo a camada de ozono;
Investimentos facilmente recuperáveis no Investimentos facilmente recuperáveis no horizonte de 5 anos;horizonte de 5 anos;
26262003/042003/04 GEEIGEEI
A co/trigeração em Portugal:A co/trigeração em Portugal:
Existem instalações de cogeração a funcionar Existem instalações de cogeração a funcionar desde há várias dezenas de anos em algumas desde há várias dezenas de anos em algumas indústrias, tendo aumentado significativamente indústrias, tendo aumentado significativamente o seu número a partir da publicação do DL o seu número a partir da publicação do DL 189/88.189/88.
No total, representam 9 % da produção nacional No total, representam 9 % da produção nacional de energia.de energia.
Existem alguns exemplos de instalações de Existem alguns exemplos de instalações de trigeração em funcionamento.trigeração em funcionamento.
Projecto CHOSEProjecto CHOSE
ResultadosResultados
28282003/042003/04 GEEIGEEI
Selecção dos casos de estudoSelecção dos casos de estudo11 casos11 casos
2 hotéis de 5 estrelas2 hotéis de 5 estrelas 1 hotel de 4 Estrelas1 hotel de 4 Estrelas 4 hotéis-apartamento 4 hotéis-apartamento
de 4 estrelasde 4 estrelas 3 hotéis de 3 estrelas3 hotéis de 3 estrelas 1 Pousada1 Pousada
6 Regiões6 Regiões PortoPorto Trás-os-montesTrás-os-montes CentroCentro LisboaLisboa AlentejoAlentejo AlgarveAlgarve
Diversidade35 a 400 quartosCom e sem piscina
29292003/042003/04 GEEIGEEI
Auditorias - Auditorias - ORCs nos casos em estudoORCs nos casos em estudo
Ajustar contratos de electricidade;Ajustar contratos de electricidade; Manutenção periódica às caldeiras, e Manutenção periódica às caldeiras, e
permutadores de calor;permutadores de calor; Desviar a utilização de alguns Desviar a utilização de alguns
equipamentos equipamentos Eliminar infiltrações de ar nas portas;Eliminar infiltrações de ar nas portas; Compensar energia reactiva Compensar energia reactiva Substituir lâmpadas incandescentes Substituir lâmpadas incandescentes
por fluorescentes compactas (CFL);por fluorescentes compactas (CFL); Isolar convenientemente alguns Isolar convenientemente alguns
troços da rede de distribuição de troços da rede de distribuição de águaságuas
Efectuar tratamento químico da águaEfectuar tratamento químico da água
Chuveiros economizadores;Chuveiros economizadores; Sensores de presença para Sensores de presença para
controlo da iluminação controlo da iluminação Instalar e/ou realizar manutenção Instalar e/ou realizar manutenção
periódica de painéis solares;periódica de painéis solares; Substituir vidro simples por duplo;Substituir vidro simples por duplo; Chaves “corta-corrente” para Chaves “corta-corrente” para
quartos e/ou apartamentos;quartos e/ou apartamentos; Interruptores de janela para Interruptores de janela para
limitar climatização;limitar climatização; Instalar sistemas de gestão de Instalar sistemas de gestão de
energia (SGE).energia (SGE).
30302003/042003/04 GEEIGEEI
Análise económicaAnálise económica
PressupostosPressupostos Funcionamento a gás naturalFuncionamento a gás natural Mínimo desperdício de calorMínimo desperdício de calor Sistema convencional já instaladoSistema convencional já instalado Custos de instalação e manutenção obtidos Custos de instalação e manutenção obtidos
em referências bibliográficas: CADDET, CECem referências bibliográficas: CADDET, CEC
31312003/042003/04 GEEIGEEI
Resultados (Portugal)Resultados (Portugal)Apenas um caso apresenta viabilidade Apenas um caso apresenta viabilidade (15kWe), por estar ligado em BTE, sem (15kWe), por estar ligado em BTE, sem possibilidade de instalação de transformador.possibilidade de instalação de transformador.
O uso de O uso de chillerschillers de absorção não parece de absorção não parece viável dados os actuais preços de electricidade viável dados os actuais preços de electricidade e gás, os COP e o valor dos investimentose gás, os COP e o valor dos investimentos
Os diagramas de carga térmica dos hotéis Os diagramas de carga térmica dos hotéis indiciam que apenas unidades pequenas indiciam que apenas unidades pequenas poderão ser viabilizadas em determinadas poderão ser viabilizadas em determinadas circunstânciascircunstâncias
32322003/042003/04 GEEIGEEI
Conclusões do projecto ChoseConclusões do projecto Chose
A cogeração é benéfica: A cogeração é benéfica: até 20% de redução em energia primária eaté 20% de redução em energia primária e 11% de redução na emissão de poluentes 11% de redução na emissão de poluentes
(para o conjunto dos casos viabilizados)(para o conjunto dos casos viabilizados)
São necessários incentivos:São necessários incentivos: No preço do gásNo preço do gás Apoios directos ao investimentoApoios directos ao investimento
A trigeração necessita de avanços tecnológicosA trigeração necessita de avanços tecnológicosO dimensionamento tem de ser feito de forma O dimensionamento tem de ser feito de forma cuidadosa, caso a caso.cuidadosa, caso a caso.