aula 10 - termeletrica 1

8/12/2019 Aula 10 - Termeletrica 1

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Gerao de Energia Eltrica

Aula 10: Centrais Termeltricas: Recursos

Osvaldo Soliano Pereira, Ph.D.Outubro 2013

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Converses

Energia qumica (combusto) ou energia nuclear (fisso)

Energia trmica

Energia mecnica

Energia eltrica 2


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Conceitos iniciais

Equipamentos trmicos

Caldeiras

Turbinas

Bombas

Trocadores de calor

Movimentao de fluidos

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Combusto

Combusto externa combustvel no entra em contato com o fludo de

trabalho Centrais termeltricas a vapor:

combustvel => caldeira => fludo de trabalho => vapor em

expanso na turbina produz trabalho Fisso nuclear: reao nuclear controlada em cadeia

leo, carvo, biomassa (madeira, bagao, lixo),derivados de petrleo

Combusto interna Combusto se efetua sobre mistura de ar ecombustvel

Turbinas a gs, mquinas trmicas a pisto (diesel) Gs natural, leo diesel

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Central termeltrica com combustoexterna (vapor)

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Central nuclear de Angra dos Reis

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http://www.google.com.br/url?sa=i&rct=j&q=central+nuclear+de+angra+dos+reis&source=images&cd=&cad=rja&docid=DyeBscMEOk523M&tbnid=nrtNCjQd4RMHvM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.projectpioneer.com/mars/how/energiapt.htm&ei=9NuGUa6GNYTg8ATMtIDADw&bvm=bv.45960087,d.eWU&psig=AFQjCNEVNYKWd4WVUaxsuRlsjpzmO5V4rA&ust=1367879010141408


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Grandes grupos

Centrais a vapor

Centrais a gs

Centrais nucleares

Motores

Variaes

Combinaes Cogerao: produo conjunta de calor e

eletricidade

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Combustveis

No Renovveis (Fsseis) Derivados de petrleo

Carvo mineral

Gs Natural Elementos radioativos: urnio, trio, plutnio

Renovveis

Biomassa: plantaes manejadas, bagao, lixo, etc. Energia geotrmica

Centrais termossolares

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Fsseis 80% do total da energia primria

Carvo: principal fonte

Reservas gigantescas: Idade da Pedra

Percentual importante at o final deste sculo

Renovveis atravs de ponte do gs natural

IPCC: 2007 e 2013, mudanas tmidas Protocolo de Kyoto

Transio: lenta/balanceada (indstria fssil) CCS

Nuclear

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Fsseis

Brasil: Carvo, Derivados, Gs

20% em 2013; ESS: 2 bilhes

Pr-sal: 7.000 m

Falhas no planejamento energtico

Contramo dos esforos globais

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Petrleo e derivados

leo cru: hidrocarbonetos (CnHn) Refinarias: derivados

Impactos Efluentes: SOx, NOx, CO2

Vazamentos

Principal componente da matriz global

Baixo custo (viso econmica)

Importao e vulnerabilidade estratgica: Crises: 1973 (US$ 3 => 11.70), 1979 (US$ 35.00)

Volatilidade dos preos

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Petrleo e derivados

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Petrleo => eletricidade

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Petrleo e derivados leo diesel:

Sistemas isolados

Alto ESS (RN e PE)

Substituio no setor de transportes: eletricidade,

lcool, clula combustvel, hidrognio Back-up e ponta

Brasil: Plataforma continental

Pr-sal: royalties; concesso vs partilha Modelo de desenvolvimento sustentvel

Gasolina, leo diesel e combustvel

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Carvo mineral

Revoluo industrial: lenha para carvo 2. Fonte na matriz global => baixo custo

Custos de transportes mais elevados que o

petrleo Altamente poluente: NOx, SOx, CO2

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Carvo limpo (clean coal)

Leito fluidizado: 150300 MW, maiores so demonstraes

Gaseificao do carvo

Aumento da criticalidade do ciclo a vapor: temperaturas na faixa de 600/610 C => reduo

de 10% na emisso de CO2

CCS: plantas com taxa de captura de 90 % e

fator de capacidade de 60% US$/MWh aumentam em cerca de 70%

Custos de investimento (US$/kW) em cerca de90%

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Carvo mineral

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*Includes

steam

coal,

coking

coal,lignite

and

recovered

coal.


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Carvo => electricidade

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Emisses

Usinas Termoeltricas (UTEs) convencionais acarvo emitem cerca de 900-1000 gCO2/kWh,

UTEs avanadas a carvo emitem entre 700 e800 gCO2/kWh

UTEs a gs natural (GN), operando em ciclocombinado, emitem cerca de 370 gCO2/kWh

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Carvo no Brasil

Reservas: Alto Amazonas, Rio Fresco, Tocantins-Araguaia, Piau

Ocidental, Brasil Meridional

Economicamente vivel: Brasil Meridional RS e SC

Carvo pobre: baixo poder calorfico, alto teor de cinzas Uso de carvo importado da Colmbia: CE, MA e RJ

Plantas em operao: 12, com 3.024 MW RS: 4; SC: 3; PR: 1; MA: 2; CE: 1; PA: 1

Plantas em construo: 1, com 360 MW Pecm, CE, MPX

Plantas outorgadas: 5, com 2.822,5 MW RJ: 1; SC: 1; No localizadas: 3

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Carvo no Brasil

Reservas (10t)Estado Medida Indicada Inferida LavrvelMaranho 1.092 1.728 - 1.092Paran 4,184 212 - 3.509Rio Grande do Sul 5.255.915 10.098.475 6.317.050 5.376.789Santa Catarina 1.354.211 593.216 217.069 1.212.340So Paulo 2.050 1.111 1.263 2.050Total 6.617.453 10.694.744 6.535.382 6.595.781

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Fonte: Departamento Nacional de Produo Mineral (DNPM), 2006


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Caractersticas gerais dos carvesbrasileiros

UF Jazida Poder Calorfico(kcal/kg)

Carbono

(% m/m)Cinzas

(% m/m)Enxofre

(% m/m)PR Cambu 4.850 30,0 45,0 6,0

Sapopema 4.900 30,5 43,5 7,8SC Barro Branco 2.700 21,4 62,1 4,3

Bonito 2.800 26,5 58,3 4,7

RS

Candiota 3.200 23,3 52,5 1,6Santa Teresinha 3.800-4.300 28,0-30,0 41,0-49,5 0,5-1,9Morungava/Chico Lom 3.700-4.500 27,5-30,5 40,0-49,0 0,6-2,0Charqueadas 2.950 24,3 54,0 1,3Leo 2.950 24,1 56,6 1,3Iru 3.200 23,1 52,0 2,5Capan 3.100 29,5 52,0 0,8

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Gs Natural

Metano (principal) Etano, propano, butano + impurezas (CO2, gs

sulfdrico) removidas

Crescimento aps crises do petrleo 3 combustvel da matriz energtica (21,4%), 2.

Na produo de eletricidade (22,2%) Substitui qualquer combustvel exceto querosene

de aviao Emite muito menos CO2 Requer grandes investimentos em gasodutos

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Gs natural no mundo

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GN => eletricidade

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Gs natural no Brasil

Investimentos a produo Investimentos na malha de gasodutos Principais

Gs da Bolvia: 30 milhes m3/dia Gs da Argentina: ?? Gs de Urucu Gs do Pr-sal

Cogerao: maior eficincia que apenas produode energia eltrica Take-or-pay

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Gs natural no Brasil

Operao:

111 usinas: 12 GW => 52.12% das fsseis

Construo

5 usinas: 1.21 GW

Outorga

10 usinas: 447 MW

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Combustveis nucleares

Liberao de energia trmica na fisso de certosistopos do urnio Fuso nuclear: muito mais energia, mas ainda em

desenvolvimento

Enriquecimento: Pases do Conselho Permanente da ONU + alguns

No h poluentes, mas riscos associados Acidentes, resduos, produo de armas

Grande rejeio popular Chernobyl e Fukushima

4 lugar na produo de energia eltrica Excedente do produto enriquecido

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Nuclear no Brasil

Angra 1 e 2

2007 MW

Angra 3

1350 MW

2017

PNE 2030

8 centrais postergadas

Disputa BA e PE

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Nuclear no mundo

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Biomassa

Etanol e leo vegetal (biodiesel)

Bagao de cana, casca de arroz, resduosflorestais, outros resduos

Carvo vegetal

RSU e esgotos

Lenha e capim elefante Lenha antes da Rev. Industrial substituda pelos

fsseis

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Biomassa

Renovvel quando oriunda de manejo

Externalidades geralmente no consideradas

No emite dixidos de enxofre e nitrognio

CO2 emitido reabsorvido pela fotossntese

Grande gerao de empregos

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Biomassa no Brasil

Etanol Hidrlise enzimtica

Bagao: Baixa densidade energtica

Aproveitamento prximo a usina Cogerao

Complementao da energia hidreltrica

Biomassa florestal Indstria siderrgica e de papel e celulose

Capim elefante

RSU: Chamada estratgica da ANEEL33


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Biomassa no Brasil (kW)

Bagao 8,585,611.70 83.14Biogas 74,388.00 0.72

Capim elefante 31,700.00 0.31

Carvo vegetal 25,200.00 0.24

Casca de arroz 36,433.00 0.35

Licor Negro 1,246,222.00 12.07

leo de Palmiste 4,350.40 0.04

Resduos de Madeira 322,335.00 3.12

10,326,240.10

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Vista geral da indstria de cana de acar da


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Vista geral da indstria de cana-de-acar daperspectiva do bioetanol

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Configurao em cogerao

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Cenrio das tecnologias para produo de


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Cenrio das tecnologias para produo deenergia das usinas sucroalcooleiras

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Passado: Energia trmica e eltrica para consumo prprio

Venda de excedentes a baixo preo

Avanos Investimento adicional => recuperao do capital

Aumento da presso das caldeiras e temperaturasmximas do ciclo a vapor

Produo de energia na entressafra

Uso do ciclo combinado: complementao com GN

Queima de palhas e pontas: mecanizao

Gaseificao do bagao


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Esquema de ciclo combinado

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Geotermia

Calor oriundo do subsolo terrestre Proximidade com vulces e regies vulnerveis a

abalos ssmicos

Vapor a alta temperatura e presso acionaturbina a vapor acoplada a gerador

Recursos de elevada entalpia (150-200C)

Eventual injeo de gua fria

Uso direto (bombas de calor) e producao deeletricidade

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http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9b/Geothermie_Prinzip.svg


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http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9b/Geothermie_Prinzip.svg


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72 TWh em 2012

Nova capacidade em2012: 300 MW

United States (147 MW) Indonesia (110 MW)

Nicaragua (36 MW)

Kenya (7.5 MW)

Capacidade global total:11.7 GW

United States (3.4 GW),

the Philippines (1.9 GW), Indonesia (1.3 GW),

Mexico (1.0 GW),

Italy (0.9 GW),

New Zealand (0.8 GW), Iceland (0.7 GW)

Japan (0.5 GW)

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Islndia
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_4//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9f/NesjavellirPowerPlant_edit2.jpg

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