geraÇÃo de eletricidade com biomassa · varios balões convectivas de dois balões radiantes...

GERAÇÃO DISTRIBUÍDA

DEFINIÇÃO

A geração distribuída de eletricidade consiste na

produção da eletricidade no local de seu consumo,

ou próximo a ele;

Eventuais excedentes desta geração podem ser

vendidos à rede local, ou a instalações vizinhas;

Os proprietários no Brasil podem ser:

Empresas concessionárias de serviço público

de geração;

Produtores independentes de energia, ou

autoprodutores;

É comum os últimos complementarem suas

necessidades de consumo deste energético

através de aquisições da rede local.

Por não utilizar, ou utilizar pouco as redes de transmissão e distribuição, a geração distribuída propicia economias nos investimentos e nas perdas elétricas nestas redes.

Os impactos ambientais oriundos da construção e

operação de instalações de geração distribuída de eletricidade são, em geral, muito menores do que os ocasionados por centrais de grande porte.

As principais tecnologias de geração

distribuída atualmente em uso no País

são:

As pequenas centrais hidrelétricas (PCH’s);

Pequenas centrais termelétricas, em

geral utilizando motores de combustão

interna e consumindo óleo diesel;

Unidades de co-geração consumindo gás

natural, óleo combustível, resíduos da

biomassa, ou resíduos urbanos;

Geradores eólicos e painéis fotovoltaicos (MPX

4 MW).

A lei 9074, de 07/07/1995, determina em seu artigo 8º

que:

‘O aproveitamento de potenciais hidráulicos,

iguais ou inferiores a 1000 kW, e a implantação de

usinas termelétricas de potência igual ou inferior

a 5000 kW, estão dispensadas de concessão, permissão

ou autorização, devendo apenas ser comunicadas a

ANEEL.

A Resolução Normativa Nº 482, de 17 de Abril de 2012: Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica.

Microgeração distribuída: potência instalada menor ou igual a 100 kW e que utilize fontes com base em energia hidráulica, solar, eólica, biomassa ou cogeração qualificada, conforme regulamentação da ANEEL, conectada na rede de distribuição por meio de instalações de unidades consumidoras;

Minigeração distribuída: potência instalada superior a 100 kW e menor ou igual a 1 MW para mesmas fontes fontes

Estabelece o sistema de compensação de energia elétrica:

No qual a energia ativa injetada por unidade consumidora com microgeração distribuída ou minigeração distribuída é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa dessa mesma unidade consumidora ou de outra unidade consumidora de mesma titularidade da unidade consumidora onde os créditos foram gerados, desde que possua o mesmo Cadastro de Pessoa Física (CPF) ou Cadastro de Pessoa Jurídica (CNPJ) junto ao Ministério da Fazenda. (Redação dada pela REN ANEEL 517, de 11.12.2012.)

PROINFA – PROGRAMA DE INCENTIVO ÀS

FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA

ELÉTRICA

“Por intermédio da lei 10.438/2002 foi instituído o

PROINFA, com o objetivo de aumentar a

participação da energia elétrica por

empreendimentos de produtores independentes

autônomos que empreguem geradores eólicos,

pequenas centrais hidrelétricas e usinas

termoelétricas consumindo produtos da

biomassa, no SIN”.

O objetivo do PROINFA era que o conjunto das fontes renováveis alternativas atendessem 10% do consumo anual de energia em 20 anos.

A lei 10.438/2002 criou a Conta de Desenvolvimento Energético (CDE), onde um dos objetivos era financiar o PROINFA.

GERAÇÃO DISTRIBUÍDA COM BIOMASSA

RESÍDUOS COMBUSTÍVEIS –

GERAÇÃO TERMELÉTRICA

Resíduos do processamento da cana de açúcar;

Resíduos animais;

Resíduos vegetais (casca de arroz);

Resíduos da indústria de papel e celulose (Lixívia

e madeira);

Carvão vegetal.

CONVERSÃO TERMOQUÍMICA DA

BIOMASSA EM ELETRICIDADE

Combustão direta da biomassa para produção de

vapor e eletricidade em turbinas a vapor;

Gaseificação da biomassa em gaseificadores e

produção de eletricidade em turbinas a gás ou de ciclo

combinado;

COMBUSTÃO DIRETA DA BIOMASSA

A biomassa sólida pode ser transformada em

eletricidade por meio da combustão em caldeiras, nos

chamados ciclos de vapor.

Produção de eletricidade com bagaço de cana

CICLOS DE POTÊNCIA

CICLO DE POTÊNCIA A VAPOR

Condensador

Turbina a Vapor

Bomba

3

4

1

2

combustível

TVWbW

HQ

LQ

Caldeira

CALDEIRA

A caldeira é o equipamento utilizado para produção

de vapor a alta pressão.

Caldeiras aquotubulares.

CALDEIRA

Dados e

parâmetros

Tipos de caldeiras

De tubos

retos

De tubos

curvos com

varios balões

Convectivas

de dois

balões

Radiantes

Figuras

4.2- a)

4.2- b)

4.2- c)

4.2- d)

Tipo de

fornalha

Ferradu

ra.

De

grelha

inclinada.

Grelha

basculante

Grelha

basculante.

Grelha

rotativa.

Queima

em

suspensão.

Eficiência

50-60

50-70

70-80

80-87

Temperatura

de vapor, oC

300

320

320-510

400-549

Pressão do

vapor, MPa

1.8

1.8-3.0

1.8-14.0

7.0-13.0

Geração

máxima de

vapor, t/h

35

60

80

até 550

TURBINAS A VAPOR

Turbina Vapor é a MáquinaTérmica que utiliza a energia do vapor.

Transforma em energia mecânica a energia contida no vapor (energia térmica e de pressão).

As turbinas a vapor são partes de um sistema gerador de potência .

Sistemas de potência com turbina a vapor visam energia elétrica ou mecânica e vapor para processo industrial.

GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA

Conversão da biomassa sólida num gás

Composição: CO (10-15%); H2 (15-20%) e CH4 (3-

4%).

O gás pode ser utilizado diretamente num motor

CI acoplado a gerador.

Caldeiras ou fornalhas.

Ciclos combinados (BIG/GT).

GASEIFICAÇÃO DA BIOMASSA -

GASEIFICADORES

Secagem, pirólise, redução

e combustão (oxidação);

Os gases quentes da zona

de combustão passam em

seguida para o zona de

redução, sempre acima ou

abaixo da zona de

combustão, onde na

ausência de oxigênio

ocorrem as reações típicas

que originam o gás

combustível.

Poder calorífico do gás: 5 MJ/m3

Casca de arroz: 3,5 kg gera 1 kWh

Madeira: 1,4 kg gera 1 kWh

Carvão: 0,9 kg gera 1 kWh

TURBINAS A GÁS

TURBINAS A GÁS

TURBINA A GÁS

As turbinas de gás operam em ciclo aberto, como

se ilustra na Figura.

O ar atmosférico é conduzido ao compressor, onde

a temperatura e a pressão são elevadas.

Na câmara de combustão, o ar entra em contato

com o combustível (normalmente, gás natural)

que está a pressão constante.

TURBINA A GÁS

Os gases resultantes desta mistura, a alta temperatura, entram na turbina, onde são expandidos, produzindo trabalho.

O trabalho útil é a diferença entre o trabalho entregue pela turbina e o trabalho entregue ao compressor.

Os gases exauridos são rejeitados,sendo possível aproveitar, de forma útil, o calor associado.

TURBINA A GÁS

O rendimento global de uma usina a gás é de 35-

40 %.

Vantagens: Combustível, sistema compacto, sem

água de resfriamento, localização próximo ao

consumo.

CICLO COMBINADO DE VAPOR E

GÁS

BIG-GT – CICLO DE BIOMASSA COM

INTEGRAÇÃO DE TURBINA A GÁS E

VAPOR

CICLO BIG - STIG

MICROTURBINAS A GÁS

MICROTURBINAS

MICROTURBINAS

Tem uma faixa de capacidade de 25 a 1000 kW;

Combustíveis empregados: Gás natural, biogás,

hidrogênio, diesel, biodiesel, etc.

Eficiência: 20 a 30%

Cogeração: água entre 50 e 80oC com recuperador

de calor.

MICROTURBINA A BIOGÁS – 30 KW

MOTORES DE COMBUSTÃO

INTERNA

Faixas de capacidade: 5 kW a 30 MW ou maiores;

Combustíveis: gás natural, óleo diesel, biogás,

biodiesel, etc.

Eficiência: 25 a 45%

Adequação a sistemas de cogeração: a eficiência

pode chegar a 80%.

MOTORES DE COMBUSTÃO

INTERNA

Unidade de alta rotação: 1200 a 3600 RPM.

Motores de automóveis;

Unidades de média velocidade: 275 a 1200 RPM,

de locomotivas e navios de médio porte;

Unidades de baixa rotação: 58 a 275 RPM,

motores de grandes navios.

MOTORES DE COMBUSTÃO

INTERNA

Existem dois tipos de motores alternativos:

ignição por faísca, que usam normalmente o

metano (gás natural) como combustível, embora

também possam recorrer ao propano ou à

gasolina,

e de ignição por compressão que operam com

diesel ou biodiesel.

MOTOR CICLO OTTO

Admite uma mistura (ar+gás, ar+álcool,

ar+gasolina).

Comprime a mistura (taxa de 10:1).

Ignição por meio da vela.

Expansão dos gases.

Expulsão dos gases.

MOTOR CICLO DIESEL

Admite somente ar.

Comprime somente ar (taxa entre 15 e 25:1).

No final da compressão injeção de combustível e

Combustão.

Expansão dos gases.

Expulsão dos gases.

MOTOR CICLO DIESEL

VANTAGENS DO MOTOR CICLO

DIESEL

Rendimento térmico melhor devido a maior taxa de compressão (58% Diesel e 45% Otto).

Consumo específico pequeno = 160 a 180 g/cvh, enquanto que o Otto 225 – 250 g/cvh.

A baixa carga o consumo de combustível é metade do Otto.

Mais durável que o Otto.

DESVANTAGENS DO MOTOR CICLO

DIESEL

Peso.

Fabricação mais cara.

Resfriamento mais crítico.

Ruído.

COGERAÇÃO

Produção de eletricidade e calor a partir de uma única fonte de energia primária.

As quantidades de trabalho mecânico, energia elétrica e calor ou frio requeridos pelo processo produtivo são o ponto de partida para o dimensionamento dos sistemas de cogeração.

Relação: W/Q

COGERAÇÃO DE VAPOR E

ELETRICIDADE

GERAÇÃO/COGERAÇÃO

Usinas de Açúcar e Álcool: bagaço da cana.

Indústrias de papel e celulose: Licor negro e

resíduos de madeira.

Madeireiras: Resíduos de madeira.

Beneficiamento de arroz: Casca de Arroz.

USINA DE AÇÚCAR E ÁLCOOL

USINAS DE AÇÚCAR E ÁLCOOL

São auto suficientes, no mínimo.

De toda a energia gerada, cerca de 8% é

excedente.

O qual pode ser vendido para a distribuídora

local ou leilões do governo.

Ampliação.

INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE

Processo kraft – Solução de hidróxido de sódio/sulfito

de sódio (licor branco).

Separa a lignina da celulose em digestores.

A lignina é o licor negro (60% de sólidos) – queimado

em caldeiras de recuperação.

O resultado são sais inorgânicos -misturados com

água – licor verde – caustificado – licor branco – fecha

o ciclo.

INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE

A lixívia ou licor negro é produzido a uma relação

1 a 1,4 kg/kg de celulose.

Poder calorífico de 12 a 13 MJ/kg de lixívia seca.

Somada aos resíduos de madeira, pode gerar

energia para atender a planta.

INDÚSTRIA DE PAPEL E CELULOSE

850-900 kWh por tonelada de celulose.

Geração de vapor a 6,5 MPa e 400oC.

No Brasil a cogeração nas indústrias de papel e

celulose respondem por 80 a 85% da demanda de

eletricidade.

Futuro – Gaseificação da lixívia.

RESÍDUOS DE MADEIRA E ARROZ

Geração de eletricidade com os resíduos de

processo de beneficiamento.

Poucas indústrias tem condições de viabilizar em

função da baixa capacidade (economia de escala).

A casca de arroz por ser abrasiva, reduz a vida

útil das caldeiras.